Дуговая сталеплавильная печь с подогревом шихты в шахте и способ осуществления в ней плавки

Изобретение относится к металлургии и включает группу изобретений. В дуговой сталеплавильной печи шахта для подогрева шихты расположена осесимметрично со стороны свода над пространством, обозначенным тремя токоподводящими электродами, пофазно подключенным к вторичным обмоткам трехфазного силового трансформатора и осесимметрично по отношению к области встречи продолжения осей этих электродов в рабочем пространстве печи. Причем нижнее сечение плоскости шахты на стыке со сводом или корпусом печи выполнено с коэффициентом заполнения, равным 0,3-1,0 от площади свода при отсчете ее по горизонтальному сечению в месте стыка свода с рабочим пространством печи, а токоподводящие электроды расположены со стороны боковой части печи или свода, оси которых по отношению к горизонтальной плоскости составляют 0° или они наклонены в направлении завалки шихты ванны на угол до 90°. В способе шахту для подогрева шихты располагают осесимметрично по отношению к ванне печи над тремя дугами, горящими между электродами или шихтой и электродами, которые устанавливают со стороны боковой поверхности со смыканием электрических дуг в осевой области печи или на шихте, и одновременно в область горящих дуг подают напряжение через подовый проводник и токопроводящую шихту и отводят ток от постоянного источника тока через дуги и электроды на нулевую точку обмоток трехфазного силового трансформатора или трехфазную группу индуктивного сопротивления, соединенную по схеме “звезда”. Изобретение позволяет улучшить равномерность нагрева металла и подогрева шиты в шахте, повысить устойчивость электрических дуг переменного тока за счет подвода дуги постоянного тока, расширить нижнее сечение шахты и за счет этого снизить аэродинамическое сопротивление проходу нагретых газов через нее, а также перераспределить часть лучистой энергии с футеровки на поверхность шихты нижнего сечения шахты. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к металлургии и конкретно к выплавке стали в дуговых электроплавильных печах.

В последние годы широкое распространение получают печи с подогревом шихты во время плавки отходящими газами, теплом, выделяемым при дожигании недоокисленного углерода, водорода, и частично - энергией от источника тока. Такие печи работают на постоянном и переменном токах. В указанных печах электроды и шахту с шихтой под будущую плавку размещают сверху в сводовой области над ванной. Газы, проходя через шахту с шихтой, прежде чем выйти из печного устройства, отдают значительную часть тепла на ее подогрев и затем подвергаются очистке до пределов, обеспечивающих экологические требования.

Печи, утилизирующие тепло шихтой, обеспечивают существенное снижение расхода электроэнергии на выплавку стали и способны в большом количестве усваивать значительное количество энергии альтернативных источников, особенно работающих в связке с “печью-ковшом”.

Известно устройство такого рода ДСП по схеме “Фукс – систем - техника” (Г.Фукс, Х.Кнапп, К.Гелер, Б.Пельц. “Электрометаллургия”, №0, с.10-19).

Существенным недостатком этих печей является перегруженность их верхнего строения. Это обстоятельство вынуждает смещать с оси симметрии печи плавильные электроды. Такое смещение обусловливает локальный износ футеровки, неравномерность нагрева металла в ванне печи и порождает конструктивные сложности построения печного агрегата.

Известна сталеплавильная печь постоянного тока с подогревом шихты в шахте, размещенной со стороны свода с расщепленным электродом, которые смещены по своду на периферийную его часть, каждый из расщепленных электродов подсоединен к отдельному выпрямительному устройству (А.Савицкий. “Электрометаллургия”, 2000 г., №8, с.13-19).

К недостаткам этой печи относятся

- суммарный повышенный расход расщепленных углеродосодержащих электродов вследствие роста их окисляемой поверхности и соответственно

- роста сублимации углерода;

- конструктивное усложнение подовой части тракта отвода тока;

- нежелательное стягивание дуг в условиях однополярного течения тока, вызывающее неравномерность подвода энергии к ванне печи.

Задачей заявляемого решения является

- улучшение равномерности нагрева металла плавки и эффективности подогрева шихты в шахте;

- упрощение используемых электрических источников энергии для питания печи;

- повышение индекса симметрии расположения устройств на печи и равномерности подвода энергии;

- повышение устойчивости электрических дуг переменного тока за счет подвода дуги постоянного тока;

- расширение нижнего сечения строения шахты и достижение за счет этого снижения аэродинамического сопротивления проходу нагретых газов через нее;

- перераспределение части лучистой энергии с футеровки на поверхность шихты нижнего сечения шахты.

Поставленная задача решается тем, что дуговая сталеплавильная печь, включающая ванну печи, три нерасходуемых токопроводящих электрода, подключенных пофазно к вторичным обмоткам трехфазного силового трансформатора, соединенных по схеме “звезда” и сдвинутых по окружности на 120°, часть которых находится в рабочем пространстве над ванной дуговой сталеплавильной печи и включающая также источник постоянного тока, один полюс которого соединен с подовым проводником, другой - с нулевой точкой вторичных обмоток силового трансформатора. Силовые трехфазные электроды располагают со стороны боковой части или со стороны свода печи, оси которых по отношению к горизонтальной плоскости составляют 0°, или их наклоняют в направлении завалки шихты ванны на угол до 90°. При этом шахту для подогрева шихты располагают симметрично со стороны свода над пространством фазных силовых электродов и осесимметрично по отношению к электродам в рабочем пространстве печи. Причем нижнее сечение плоскости шахты на стыке со сводом выполняют с коэффициентом заполнения, равным 0,3-1,0 от площади свода при отсчете ее по горизонтальному сечению в месте стыка свода с рабочим пространством печи. Печь для повышения эффективности оснащают устройствами для подачи в рабочее пространство печи твердых, жидких или газообразных углесодержащих материалов и окислителей.

На фиг.1a, б, в изображены принципиальные решения размещения шахты на своде печи, варианты установки силовых электродов, включая токоподвод на электрические дуги, работающие на переменном, постоянном токах, и возможные варианты взаимодействия их с шихтой ванны печи.

Состав элементов, приведенных на указанных фигурах, обозначен следующим образом:

1 - корпус печи, 2 - ванна, 3 - первичная сторона силового трансформатора, 4 - вторичная сторона (вторичные обмотки силового трансформатора, соединенные по схеме “звезда”), 5 - источник постоянного тока, 6 - шихта в ванне печи, 7 - подовый проводник, 8 - короткая сеть трансформатора, 9 - силовые электроды, 10 - электрические дуги переменного и постоянного токов, 11 - корпус шахты для подогрева шихты, 12 - подогреваемая шихта, 13 - затвор шахты, удерживающий шихту в шахте, 14 - система газоотовода, 15 - желоб для выпуска металла, 16 - свод, 17 - “нулевая” точка, 18 - жидкий металл.

Принцип действия печи заключается в том, что отвод энергии от нагретых потоков газа формирует передачу тепла осесимметрично шихте в шахте, что позволяет достигать более равномерного нагрева шихты, а изображенное расположение электродов и электрических дуг - более равномерно накрывать нагреваемые площади.

Поддержка дуг постоянным током через подовый проводник открывает возможность повысить устойчивость действия дуг переменного тока, которые нагревают металл через пятно (пятна) и обеспечивают за счет облучения нагреваемого металла горизонтальными их участками.

Без постоянного тока чрезвычайно сложно обеспечивать устойчивость горения дуг на переменном токе, особенно на печах, имеющих большую площадь ванны.

В зависимости от поставленной задачи шихта в шахте может иметь развитую высоту (фиг.1в) и в большой степени утилизировать тепло газов; шахты с низким отношением высоты шахты к диаметру (фиг.1б) практичнее, когда большая доля энергии передается излучением.

Таким образом, предложенные в заявке решения имеют большую приспособляемость (гибкость) по размещению печи в цехе и позволяют реализовать различные конструктивные решения на базе этих печей.

Печь работает следующим образом: производят зажигание дуг между основными силовыми электродами 9 и шихтой. Одновременно в область горящих дуг подают напряжение от источника постоянного тока 5 и возбуждают дугу. При достижении устойчивого режима, в зависимости от геометрических параметров завалки шихты 6, регулируют положение электродов 9. Регулирование токового режима проводят в соответствии с заданным технологическим режимом плавки.

1. Дуговая сталеплавильная печь с шахтой для подогрева шихты, содержащая ванну печи с токоподводящей шихтой, три токоподводящих электрода, подключенных пофазно к вторичным обмоткам трехфазного силового трансформатора, соединенных по схеме “звезда” и со сдвигом их осей по окружности на 120°, рабочая часть которых расположена в пространстве над ванной печи, источник постоянного тока, один полюс которого соединен с подовым проводником, другой - с нулевой точкой вторичных обмоток силового трансформатора, шахту для подогрева шихты, расположенную над ванной печи, отличающаяся тем, что шахта для подогрева шихты расположена осесимметрично со стороны свода над пространством, обозначенным тремя токоподводящими электродами, пофазно подключенных к вторичным обмоткам трехфазного силового трансформатора, и осесимметрично по отношению к области встречи продолжения осей этих электродов в рабочем пространстве печи, причем нижнее сечение плоскости шахты на стыке со сводом или корпусом печи выполнено с коэффициентом заполнения, равным 0,3-1,0 от площади свода при отсчете ее по горизонтальному сечению в месте стыка свода с рабочим пространством печи, а токоподводящие электроды расположены со стороны боковой части печи или свода, оси которых по отношению к горизонтальной плоскости составляют 0° или они наклонены в направлении завалки шихты ванны на угол до 90°.

2. Дуговая сталеплавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что печь оснащена устройствами для подачи в рабочее пространство печи твердых, жидких или газообразных углеродосодержащих материалов и окислителей.

3. Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи с шахтой для подогрева шихты, включающий ее размещение со стороны свода сталеплавильной дуговой печи над ванной с токопроводящей шихтой, нагрев ванны с токоподводящей шихтой и ее плавление тремя токопроводящими электродами, соединенными по схеме “звезда”, с расположением рабочих частей в пространстве печи со сдвигом их осей по окружности на 120°, подключением их пофазно к вторичным обмоткам трехфазного силового трансформатора, и соединением одного полюса источника постоянного тока с подовым проводником, а другого - с нулевой точкой вторичных обмоток трехфазного силового трансформатора, отличающийся тем, что шахту для подогрева шихты располагают осесимметрично по отношению к ванне печи над тремя дугами, горящими между электродами или шихтой и электродами, которые устанавливают со стороны боковой поверхности со смыканием электрических дуг в осевой области печи или на шихте, и одновременно в область горящих дуг подают напряжение через подовый проводник и токопроводящую шихту и отводят ток от постоянного источника тока через дуги и электроды на нулевую точку обмоток трехфазного силового трансформатора или трехфазную группу индуктивного сопротивления, соединенную по схеме “звезда”.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что нагрев, плавление шихты и доводку плавки проводят одновременно с нагревом металла электрическими дугами, а также теплом от альтернативных источников энергии путем сжигания углеродосодержащих материалов в жидком, твердом и газообразном виде с вдуванием в рабочее пространство газообразных окислителей.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что для увеличения использования тепла электрических дуг и сохранения огнеупоров в печи в рабочем пространстве наводят пенистые шлаки.