RU2025497C1 - Open-heart furnace to smelt steel - Google Patents

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: high temperature heaters are installed over the dome of open-heart furnace. Heater nozzles vertically enter through the dome into working space of the furnace. Heating members of the heaters may be made in the form of linear electric bulbs in heat-resistant sapphire shell or in the form of high temperature solid electric resistance heaters on the base of silicon carbide or molybdenum disilicide. The heaters may be connected to the feed system of oxygen or inert gas. EFFECT: open-heart furnace of high efficiency. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для выплавки стали, в частности к мартеновским печам. The invention relates to a device for steelmaking, in particular to open-hearth furnaces.

Известно устройство для выплавки стали из чугуна, называемое конвертером [1]. A device for smelting steel from cast iron, known as a converter [1].

Недостатком этого устройства является невозможность переплавлять большое количество лома, которого становится все больше в промышленных странах. Кроме того, в этих устройствах трудно или невозможно получать высоколегированные стали. The disadvantage of this device is the inability to re-melt a large amount of scrap, which is becoming more and more in industrial countries. In addition, in these devices it is difficult or impossible to obtain high alloy steels.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является мартеновская печь, плавление шихты в которой осуществляют горячими газами, полученными от сжигания газообразного или жидкого топлива. Печь содержит ограниченное сводом рабочее пространство, систему подвода горячего газа (воздуха), устройство для дополнительного подогрева воздуха и систему отвода отработанного газа [2]. The closest to the invention in technical essence and the achieved result is an open-hearth furnace, the charge is melted in which hot gases obtained from the combustion of gaseous or liquid fuels are carried out. The furnace contains a limited working space, a system for supplying hot gas (air), a device for additional heating of the air, and an exhaust gas system [2].

Недостатком этой печи является то, что используемые в ней для подогрева воздуха высокочастотные генераторы имеют низкий КПД, поэтому в целом работа печи неэкономична. The disadvantage of this furnace is that the high-frequency generators used in it for air heating have low efficiency, therefore, in general, the operation of the furnace is uneconomical.

Еще одним недостатком традиционной мартеновской печи является возможность поступления в сталь вредной примеси серы из газообразных продуктов горения топлива. Another disadvantage of the traditional open-hearth furnace is the possibility of the introduction of harmful sulfur impurities into the steel from the gaseous products of fuel combustion.

Целью изобретения является резкое повышение производительности мартеновской печи при сохранении или улучшении качества получаемой стали. The aim of the invention is a sharp increase in the performance of the open-hearth furnace while maintaining or improving the quality of the resulting steel.

Это достигается благодаря тому, что мартеновская печь содержит ограниченное сводом рабочее пространство для плавления шихты, систему подвода горячего газа, устройство для дополнительного подогрева газа и систему отвода отработанного газа и отличается тем, что устройство для дополнительного подогрева газа выполнено в виде установленных над сводом высокотемпературных калориферов с нагревательным элементом и соплами, введенными верти- кально через свод в рабочее пространство печи. This is achieved due to the fact that the open-hearth furnace contains a limited arch space for melting the charge, a hot gas supply system, a device for additional gas heating and an exhaust gas removal system, and is characterized in that the device for additional gas heating is made in the form of high-temperature heaters installed above the arch with a heating element and nozzles inserted vertically through the arch into the working space of the furnace.

Печь отличается тем, что нагревательный элемент калорифера выполнен в виде линейных электрических ламп в тугоплавкой сапфировой оболочке (с температурой плавления 2050^оС).The furnace is characterized in that the heating element of the heater is designed as a linear electric lamps refractory sapphire sheath (melting point 2050 ° ^C).

Печь отличается также тем, что электрические калориферы работают на высокотемпературных твердотельных нагревателях сопротивления на основе карбида кремния или дисилицида молибдена (материал марки "Кантал"). The furnace is also distinguished by the fact that electric heaters operate on high-temperature solid-state resistance heaters based on silicon carbide or molybdenum disilicide (material of the Cantal brand).

Печь отличается тем, что калорифер соединен с системой подвода кислорода. The furnace is characterized in that the air heater is connected to an oxygen supply system.

Печь отличается тем, что калорифер соединен с системой подвода инертного газа (аргон, азот). The furnace is characterized in that the air heater is connected to an inert gas supply system (argon, nitrogen).

В качестве горячего газа, вдуваемого в печь, могут использовать инертный газ, смешанный с водяным перегретым паром или просто перегретый водяной пар. Inert gas mixed with water superheated steam or simply superheated water vapor can be used as hot gas blown into the furnace.

Сущность изобретения состоит в том, что подаваемый через высокотемпературный калорифер горячий газ направляют на поверхность шихты, что вызывает нагрев и плавление шихты и осуществляет физико-химические процессы, необходимые для переработки чугуна и добавленного в него металлолома в сталь нужной марки. The essence of the invention lies in the fact that the hot gas supplied through a high-temperature air heater is directed to the surface of the charge, which causes heating and melting of the charge and carries out the physicochemical processes necessary for the processing of cast iron and scrap metal added to it of the desired grade.

На фиг. 1 изображена предлагаемая мартеновская печь в продольном разрезе; на фиг. 2 - электрический калорифер, работающий на мощных линейных лампах с газовым разрядом в тугоплавкой сапфировой оболочке, в продольном разрезе; на фиг. 3 - то же, в поперечном разрезе. In FIG. 1 shows the proposed open-hearth furnace in longitudinal section; in FIG. 2 - electric heater, operating on powerful linear lamps with gas discharge in a refractory sapphire shell, in longitudinal section; in FIG. 3 - the same, in cross section.

Мартеновская печь состоит из ванны 1, в которой находится слой расплавленного металла 2, покрытый слоем шлака 3. Ванна накрыта сводом 4, через который вертикально введены сопла 5 высокотемпературных калориферов 6, в которые газ подают по трубам 7 от газонагнетающего устройства. Для отвода отработанного газа выполнены трубы 8, присоединенные к системе утилизации тепла отходящих газов, которая, в частности, может быть использована для предварительного подогрева вдуваемого в печь газа. The open-hearth furnace consists of a bath 1, in which there is a layer of molten metal 2, covered with a layer of slag 3. The bath is covered with a vault 4 through which nozzles 5 of high-temperature heaters 6 are vertically inserted into which gas is supplied through pipes 7 from a gas injection device. To exhaust the exhaust gas, pipes 8 are made connected to the exhaust gas heat recovery system, which, in particular, can be used to preheat the gas blown into the furnace.

Электрический калорифер, изображенный на фиг. 2 и 3, состоит из футерованной емкости 9, заключенной в кожух 10. Через отверстия в футеровке сквозь рабочее пространство 11 калорифера пропущены нагревательные элементы 12 в виде мощных газоразрядных ламп в сапфировой оболочке. Для получения большой мощности лампы располагают в шахматном порядке, как показано на фиг. 3, расстояние между лампами приблизительно равно диаметру внешней оболочки лампы. The electric air heater shown in FIG. 2 and 3, consists of a lined container 9 enclosed in a casing 10. Heating elements 12 in the form of high-power discharge lamps in a sapphire shell are passed through openings in the lining through the working space 11 of the heater. To obtain high power, the lamps are staggered as shown in FIG. 3, the distance between the lamps is approximately equal to the diameter of the outer shell of the lamp.

Для уменьшения электромагнитных сил, действующих на нагревательные элементы, их присоединение ведется так, чтобы в соседних рядах токи текли в противоположных направлениях. Для предотвращения спекания оболочки ламп с футеровкой отверстие для ввода нагревательных элементов имеет участок 13 конического расширения. Нагревательные элементы можно располагать как вертикально, так и горизонтально. To reduce the electromagnetic forces acting on the heating elements, their connection is carried out so that in adjacent rows currents flow in opposite directions. To prevent sintering of the shell of the lined lamps, the opening for introducing heating elements has a section 13 of conical expansion. Heating elements can be placed both vertically and horizontally.

Концы нагревательных элементов закрыты крышками 14, укрепленными на кожухе 10 через уплотнения 15. Электри- ческое питание осуществляют по проводникам 16, пропущенным через уплотнения 17. Подача газа от газонагнетающего устройства 18 осуществляется по трубе 7 через отверстие 19. Вывод горячего газа осуществляют через отверстие 2, в которое вставлено сопло 5. The ends of the heating elements are closed by covers 14, mounted on the casing 10 through the seals 15. Electric power is provided through conductors 16 passed through the seals 17. Gas is supplied from the gas injection device 18 through the pipe 7 through the hole 19. The hot gas is discharged through the hole 2 into which the nozzle 5 is inserted.

Работа мартеновской печи осуществляется следующим образом. The operation of the open-hearth furnace is as follows.

Через плотно закрывающиеся завалочные окна мартеновской печи в ванну 1 по общепринятой для мартеновских печей технологии загружают шихту. После загрузки завалочные окна закрывают и через трубы 7, калориферы 6 и сопла 5 в пространство печи вдувают горячий газ с максимальной температурой, которая может быть получена на калорифере используемой конструкции. Для калориферов, работающих на газоразрядных лампах в сапфировой оболочке, эта температура равна 1900^оС. В результате образуется расплав металла 2, покрытый слоем шлака 3.Through the tightly closed filling windows of the open-hearth furnace into the bath 1 according to the technology generally accepted for open-hearth furnaces, the charge is loaded. After loading, the filling windows are closed and, through pipes 7, heaters 6 and nozzles 5, hot gas is blown into the furnace space at the maximum temperature that can be obtained on the heater used in the construction. For heaters, operating on gas discharge lamps in the sapphire sheath, this temperature is ^about 1900 C. The result is a melt of metal 2, a layer 3 covered with the slag.

В зависимости от состава загружаемой шихты состав вдуваемого в печь горячего газа и методика работы печи могут быть различными. Наиболее простым и экономичным вариантом работы печи является загрузка ванны жидким чугуном с добавкой металлолома, как и при загрузке конвертеров. В этом случае через сопла 5 вдувают в печь горячий воздух или кислород. Поступающий с большой скоростью газ пробивает слой шлака и взаимодействует с металлом также, как в конвертерах с верхней продувкой, ускоряя мартеновскую плавку в несколько раз. Однако, так как поступающий в мартеновскую печь газ сильно подогрет, то доля лома, используемого при одной плавке, может быть существенно выше, чем в конвертерах. В этом варианте работы температура вдуваемого газа может быть ниже точки плавления стали и железа, так как в процессе окисления углерода, других примесей и железа выделяется много тепла и температура металла существенно повышается. Поэтому для работы печи могут быть использованы все перечисленные модификации калориферов. Depending on the composition of the charge being charged, the composition of the hot gas blown into the furnace and the furnace operation procedure may be different. The simplest and most economical option for the furnace is to load the bath with molten iron with the addition of scrap metal, as when loading converters. In this case, hot air or oxygen is blown into the furnace through nozzles 5. The gas arriving at high speed breaks through the slag layer and interacts with the metal in the same way as in the converters with the upper purge, accelerating the open-hearth melting several times. However, since the gas entering the open-hearth furnace is very hot, the proportion of scrap used in one smelting can be significantly higher than in converters. In this embodiment, the temperature of the injected gas may be lower than the melting point of steel and iron, since a lot of heat is generated during the oxidation of carbon, other impurities and iron and the temperature of the metal rises significantly. Therefore, for the operation of the furnace, all of the above modifications of heaters can be used.

Если в качестве шихты используют только металлолом и шлакообразующие материалы, то в качестве горячего газа может быть использован инертный газ или смесь его с перегретым водяным паром, или просто водяной пар. При этом температура газа должна быть выше температуры плавления стали, потому для работы печи необходимо использовать калориферы, работающие на газоразрядных лампах в сапфировой оболочке, в которых энергия электрического разряда ламп преобразуется в тепло и благодаря высокой температуре плавления сапфировой оболочки лампы газ может быть нагрет до 1900^оС.If only scrap metal and slag-forming materials are used as a charge, then inert gas or a mixture of it with superheated water vapor, or just water vapor, can be used as hot gas. At the same time, the gas temperature should be higher than the melting temperature of steel, therefore, for the furnace to work, it is necessary to use heaters that work on gas-discharge lamps in a sapphire shell, in which the energy of the electric discharge of the lamps is converted into heat and due to the high melting temperature of the sapphire shell of the lamp, the gas can be heated up to 1900 ^about S.

В процессе плавки состав рабочего газа может меняться. During the melting process, the composition of the working gas may change.

Ускорение процесса выплавки стали достигают при этом за счет исключения процесса обезуглероживания и удаления вредных примесей из металла в шлак. The acceleration of the steel smelting process is achieved by eliminating the decarburization process and removing harmful impurities from the metal into slag.

При всех вариантах работы готовый металл выпускают по обычной методике через имеющиеся в мартеновских печах отверстия и для повышения качества подвергают его внепечной обработке в различных вариантах. In all cases, the finished metal is produced by the usual method through the openings in open-hearth furnaces and is subjected to out-of-furnace processing in various ways to improve quality.

Достоинством описываемого устройства является возможность резко повысить производительность мартеновских печей без больших капитальных затрат. При этом качество стали сохранится или даже улучшится за счет удаления главных источников серы при мартеновской плавке,
Благодаря использованию данного изобретения мартеновская печь превращается, в частности, в современную высокопроизводительную электрометаллургическую печь, которая успешно может конкурировать с используемыми в настоящее время шумными и грязными дуговыми печами. При этом в случае плавки металла в инертном газе с замкнутым циклом его циркуляции качество стали будет даже выше, чем в дуговых печах.The advantage of the described device is the ability to dramatically increase the performance of open-hearth furnaces without large capital expenditures. At the same time, the quality of steel will be maintained or even improved due to the removal of the main sources of sulfur during open-hearth melting,
Thanks to the use of this invention, the open-hearth furnace is transformed, in particular, into a modern high-performance electrometallurgical furnace, which can successfully compete with the currently used noisy and dirty arc furnaces. Moreover, in the case of melting of metal in an inert gas with a closed cycle of its circulation, the quality of steel will be even higher than in arc furnaces.

Claims (5)

1. МАРТЕНОВСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ, содержащая ограниченное сводом рабочее пространство для плавления шихты, систему подвода горячего газа, устройство для дополнительного подогрева газа, систему отвода отработанного газа, отличающаяся тем, что устройство для дополнительного подогрева газа выполнено в виде установленных над сводом высокотемпературных калориферов с нагревательными элементами и соплами, введенными вертикально через свод в рабочее пространство. 1. The open-hearth furnace for smelting steel, containing a limited working space for melting the charge, a hot gas supply system, a device for additional gas heating, an exhaust gas extraction system, characterized in that the device for additional gas heating is made in the form of high-temperature heaters installed above the roof with heating elements and nozzles inserted vertically through the arch into the workspace. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что нагревательный элемент калорифера выполнен в виде линейных электрических ламп в тугоплавкой сапфировой оболочке. 2. The furnace according to claim 1, characterized in that the heating element of the heater is made in the form of linear electric lamps in a refractory sapphire shell. 3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что нагревательный элемент калорифера выполнен в виде высокотемпературных твердотельных электрических нагревателей сопротивления на основе карбида кремния или дисилицида молибдена. 3. The furnace according to claim 1, characterized in that the heating element of the heater is made in the form of high-temperature solid-state electric resistance heaters based on silicon carbide or molybdenum disilicide. 4. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что калорифер соединен с системой подвода кислорода. 4. The furnace according to claim 1, characterized in that the air heater is connected to an oxygen supply system. 5. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что калорифер соединен с системой подвода инертного газа, предпочтительно азота или аргoна. 5. The furnace according to claim 1, characterized in that the air heater is connected to an inert gas supply system, preferably nitrogen or argon.

Images