RU2516896C1

RU2516896C1 - Arc steel-smelting dc furnace

Info

Publication number: RU2516896C1
Application number: RU2012146110/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Макаров; Егор Владимирович Круглов; Виктория Валерьевна Рыбакова
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-05-20
Also published as: RU2012146110A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: arc steel-smelting furnace comprises a lined metal body with a metal bath and water cooled walls, a drain chute, a vault comprising lined and water-cooled parts, with a vault electrode arranged in it, and hearth electrodes installed as capable of alternate connection. In the furnace hearth there are four hearth electrodes arranged symmetrically along circumference, the diameter of which makes 0.46-0.52 of the metal bath diameter.

EFFECT: invention makes it possible to reduce time of melting, to reduce energy consumption and to increase furnace efficiency.

3 dwg

Description

Изобретение относится к черной металлургии, к области электротермической техники, а именно к устройствам дуговых сталеплавильных печей.The invention relates to ferrous metallurgy, to the field of electrothermal technology, and in particular to devices of arc steel-smelting furnaces.

Известны дуговые сталеплавильные печи постоянного тока (далее ДСППТ), содержащие следующие части и механизмы: корпус, образованный металлической оболочкой с футерованными или водоохлаждаемыми стенами, свод и один сводовый электрод, сливной желоб, ванну, под с центральным подовым электродом и рабочее окно (Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский Л.Е. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. - М.: МИСИС, 1995. - 512 с., 111-115 с.).Known arc DC steelmaking furnaces (hereinafter DSPPT), containing the following parts and mechanisms: a housing formed by a metal shell with lined or water-cooled walls, a vault and one vault electrode, a drain trough, a bath, underneath with a central hearth electrode and a working window (Grigoryev V .P., Nechkin Yu.M., Egorov A.V., Nikolsky L.E. Design and engineering of steelmaking units. - M .: MISIS, 1995. - 512 p., 111-115 p.).

Недостатками вышеобозначенного устройства являются уменьшение КПД дуги из-за больших потерь энергии излучения электрических дуг на нагрев воды в водоохлаждаемых стенах и оплавление футеровки футерованной части свода.The disadvantages of the aforementioned device are the reduction of the efficiency of the arc due to the large energy losses of the emission of electric arcs from heating the water in the water-cooled walls and the melting of the lining of the lined part of the arch.

Прототипом изобретения является ДСППТ, содержащая корпус, образованный металлической оболочкой с футеровкой, сливной желоб, свод и один сводовый электрод, ванну, под с центральным подовым электродом, расположенным на одной оси со сводовым электродом, рабочее окно, два боковых подовых электрода с возможностью поочередного или совместного их включения в конце периода расплавления шихты. Центральный и боковые подовые электроды расположены на одной горизонтальной оси (RU №2410444, C21C 5/52, 2011 г.).A prototype of the invention is a DSPPT, comprising a housing formed by a metal shell with a lining, a drain trough, a vault and one vault electrode, a bathtub, a beneath a central hearth electrode located on the same axis as the vault electrode, a working window, two side hearth electrodes with the possibility of alternating or their joint inclusion at the end of the charge melting period. The central and side hearth electrodes are located on the same horizontal axis (RU No. 2410444, C21C 5/52, 2011).

Недостатками прототипа являются неравномерное расплавление шихты и нагревание ванны, увеличение времени плавки и, соответственно, снижение производительности печи.The disadvantages of the prototype are the uneven melting of the charge and heating of the bath, an increase in the melting time and, accordingly, a decrease in the productivity of the furnace.

Задачей изобретения является разработка конструкции ДСППТ, обеспечивающей повышение равномерности расплавления шихты по всему периметру ванны, выравнивание температур по поверхности ванны металла, уменьшение времени плавки, повышение производительности печи.The objective of the invention is to develop the design of DSPPT, providing increased uniformity of the melting of the charge along the entire perimeter of the bath, equalization of temperatures along the surface of the metal bath, reducing melting time, increasing the productivity of the furnace.

Техническим результатом изобретения является уменьшение времени плавки, снижение расхода электроэнергии, повышение производительности дуговых сталеплавильных печей постоянного тока.The technical result of the invention is to reduce the melting time, reduce energy consumption, increase the productivity of DC steel arc furnaces.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в дуговой сталеплавильной печи постоянного тока, содержащей футерованный металлический корпус с ванной металла и водоохлаждаемыми стенами, сливной желоб, свод, состоящий из футерованной и водоохлаждаемой частей, с расположенным в нем сводовым электродом, и подовыми электродами, установленными с возможностью поочередного включения, согласно изобретению в поде печи установлены четыре подовых электрода, расположенных симметрично по окружности, диаметр которой составляет 0,46-0,52 диаметра ванны металлаThe task and the specified technical result are achieved by the fact that in a direct current steelmaking furnace containing a lined metal case with a metal bath and water-cooled walls, a drain chute, a vault consisting of lined and water-cooled parts, with a vault electrode located in it, and hearth electrodes installed alternately, according to the invention, four hearth electrodes are installed in the hearth of the furnace, arranged symmetrically around a circle whose diameter is leaves 0.46-0.52 metal bath diameters

Симметричная установка в печи четырех подовых электродов по окружности, диаметр которой составляет 0,46-0,52 диаметра ванны металла, позволит создать вращающуюся по данной окружности по ванне металла дугу, повысить равномерность расплавления шихты, выровнять температуру металла, уменьшить время плавки, повысить производительность печи, снизить расход электроэнергии.The symmetrical installation in the furnace of four hearth electrodes in a circle, the diameter of which is 0.46-0.52 of the diameter of the metal bath, will allow you to create an arc rotating along this circle in the metal bath, increase the uniformity of the charge melting, equalize the metal temperature, reduce the melting time, increase productivity furnace, reduce power consumption.

При диаметре окружности, на которой расположены четыре подовых электрода, меньше 0,46 диаметра ванны металла будет наблюдаться концентрация энергии излучения дуги в центре ванны, вследствие чего произойдет снижение энергии излучения на периферию ванны металла, что, в свою очередь, вызовет увеличение времени плавки из-за задержки расплавления шихты на откосах и выравнивания температуры ванны металла. При увеличении диаметра окружности на величину более 0,52 диаметра ванны электрическая дуга приблизится к поверхности водоохлаждаемых стен ДСППТ, излучение на стены увеличится, а на ванну металла уменьшится, что приведет к увеличению тепловых потерь на нагрев воды в водоохлаждаемых панелях, увеличению времени плавки и расхода электроэнергии.If the diameter of the circle on which the four hearth electrodes are located is less than 0.46 of the diameter of the metal bath, the concentration of arc radiation energy in the center of the bath will be observed, as a result of which the radiation energy will decrease to the periphery of the metal bath, which, in turn, will increase the melting time from - due to delayed melting of the charge on the slopes and equalization of the temperature of the metal bath. When the diameter of the circle increases by more than 0.52 of the diameter of the bath, the electric arc approaches the surface of the water-cooled walls of the DSPPT, the radiation on the walls increases, and the radiation on the metal decreases, which will lead to an increase in heat loss for heating water in the water-cooled panels, increase the melting time and consumption electricity.

ДСППС представлена на чертежах, где на фиг.1 - печь, вид спереди в разрезе; на фиг.2 - схема питания ДСППТ и разрез ванны металла; на фиг.3 - вид сверху ванны металла.DSPPS is presented in the drawings, where in Fig.1 - oven, front view in section; figure 2 - power circuit DSPPT and section of the metal bath; figure 3 is a top view of the metal bath.

Устройство выполнено следующим образом.The device is as follows.

Устройство содержит корпус 1, образованный металлической оболочкой с футерованным подом 2, водоохлаждаемыми стенами 3, водоохлаждаемым сводом 4 с футерованной частью 5, вертикально расположенный сводовый электрод (далее СЭ) 6, электрическую дугу 7, шихту 8, канал донного выпуска 9, подовые электроды (далее ПЭ) 10, ванну 11 металла. Схема питания (фиг.2) устройства состоит из электропечного трансформатора 12 (далее ЭПТ), четырех управляемых выпрямителей 13, 14, 15, 16 (УВ1-УВ4) по одному на каждый из четырех подовых электродов 10 (ПЭ1-ПЭ4), системы 17 импульсно-фазового управления (СИФУ) управляемыми выпрямителями 13, 14, 15, 16.The device comprises a housing 1 formed by a metal shell with a lined hearth 2, water-cooled walls 3, a water-cooled arch 4 with a lined part 5, a vertically located arch electrode (hereinafter referred to as SE) 6, an electric arc 7, a charge 8, a bottom discharge channel 9, and hearth electrodes ( further PE) 10, a metal bath 11. The power supply circuit (Fig. 2) of the device consists of an electric furnace transformer 12 (hereinafter EPT), four controlled rectifiers 13, 14, 15, 16 (UV1-UV4), one for each of the four bottom electrodes 10 (PE1-PE4), system 17 pulse-phase control (SIFU) controlled rectifiers 13, 14, 15, 16.

Диаметр окружности D_n, на которой расположены подовые электроды 10 ПЭ1-ПЭ4 (фиг.3), связан с диаметром ванны 11 металла D_в следующим соотношением:The diameter of the circle D _n on which the hearth electrodes 10 PE1-PE4 are located (FIG. 3) is connected with the diameter of the bath 11 of the metal D _{in the} following ratio:

$\frac{D_{п}}{D_{B}} = 0,46 \div 0,52$

\frac{D_{P}}{D_{B}} = 0.46 \div 0.52

Расчетами и моделированием было установлено, что при этом соотношении наблюдается максимальный тепловой поток к ванне металла.By calculations and modeling it was found that with this ratio the maximum heat flux to the metal bath is observed.

Устройство работает следующим образом. При поднятом и отодвинутом в сторону своде 4 производится загрузка шихты 8. Затем свод 4 закрывают и сводовый электрод 6 опускают в рабочее пространство печи. Система импульсно-фазового управления 17 (СИФУ) тиристорами управляемых выпрямителей 13, 14, 15, 16 УВ1-УВ4 поочередно отпирает тиристоры на ¼ долю секунды и между сводовым электродом 6 и шихтой 8 загорается дуга 7. Сводовый электрод 6 поднимают вверх, дуга 7 горит над шихтой 8, прорезая в ней колодец. Подовые электроды 10 подключают к управляемым выпрямителям 13, 14, 15, 16 УВ1-УВ4 поочередно на ¼ долю секунды. Каждый управляемый выпрямитель 13, 14, 15, 16 открыт ¼ долю секунды, а ¾ доли секунды закрыт. В результате такой работы СИФУ 17 первый выпрямитель УВ1 13 открыт в первую ¼ секунды и ток проходит по пути: сводовый электрод 6, дуга 7, шихта 8, ванна 11 металла, подовый электрод 10 ПЭ1. По истечении ¼ секунды УВ1 13 закрывается. Во вторую ¼ секунды УВ2 14 открыт и ток проходит по пути: сводовый электрод 6, дуга 7, шихта 8, ванна 11 металла, подовый электрод 10 ПЭ2. По истечении второй ¼ доли секунды УВ2 14 закроется, а УВЗ 15 откроется и останется открытым третью ¼ долю секунды, а ток проходит по пути: сводовый электрод 6, дуга 7, шихта 8, ванна металла 11, подовый электрод 10 ПЭЗ. В четвертую ¼ долю секунды три управляемых выпрямителя 13, 14, 15 УВ1-УВЗ закрыты, а открыт четвертый УВ4 16, и ток проходит по пути: сводовый электрод 6, дуга 7, шихта 8, ванна 11 металла, подовый электрод 10 ПЭ4. Таким образом за 1 секунду анодное пятно и дуга 7 переместится по шихте 8 или ванне 11 металла по окружности диаметром D_п. В следующую секунду цикл повторяется, то есть поочередно на ¼ долю секунды открываются управляемые выпрямители 13, 14, 15, 16 УВ1-УВ4. В печи образуется вращающаяся по шихте 8 или ванне 11 металла со скоростью один оборот в секунду дуга 7. Дуга 7 выдувается отклоняющей электромагнитной силой в сторону стен. Отклоняющая электромагнитная сила создается магнитным полем тока, протекающего по ванне 11 металла при несоосном расположении сводового электрода 6 и подовых электродов 10. При расположении сводового электрода 6 и подового электрода 10 на вертикальной оси симметрии печи отклоняющая электромагнитная сила отсутствует. При расположении четырех подовых электродов 10 в поде печи 2 по окружности, диаметр которой составляет 0,46-0,52 диаметра ванны 11 металла, ток протекает под углом 50°-55° к оси сводового электрода 6, что вызывает электромагнитную силу, выдувающую дугу к стене противоположной подовому электроду 10, по которому протекает ток. Вращающаяся дуга 7 формирует в шихте 8 широкий колодец, что обеспечивает устойчивость горения дуги 7, снижение количества коротких замыканий. После проплавления колодца и формирования ванны 11 металла дуга 7 горит на ванну 11 металла, вращаясь по окружности диаметром D_п, при этом положение дуги 7 всегда остается наклонным к поверхности ванны 11 металла (фиг.2). При наклонном положении дуги 7 увеличивается средний угловой коэффициент излучения дуги на ванну 11 металла и КПД дуги (Макаров А.Н., Луговой Ю.А., Зуйков P.M. Энергосбережение при производстве стали в плазменно-дуговых печах // Электрометаллургия. 2010. №9, стр.32-37).The device operates as follows. When the arch 4 is raised and pushed to the side, the charge 8 is loaded. Then the arch 4 is closed and the arch electrode 6 is lowered into the working space of the furnace. The pulse-phase control system 17 (SIFU) of the thyristors of the controlled rectifiers 13, 14, 15, 16 of the UV1-UV4 alternately unlocks the thyristors by ¼ a fraction of a second and the arc 7 lights up between the arch electrode 6 and charge 8. The arc electrode 6 is lifted up, the arc 7 is on above the charge 8, cutting a well in it. The hearth electrodes 10 are connected to controlled rectifiers 13, 14, 15, 16 of the UV1-UV4 alternately for ¼ of a second. Each controlled rectifier 13, 14, 15, 16 is open ¼ a fraction of a second, and ¾ a fraction of a second is closed. As a result of this work, SIFU 17, the first rectifier UV1 13 is open in the first ¼ second and the current passes along the path: arch electrode 6, arc 7, charge 8, metal bath 11, hearth electrode 10 PE1. After ¼ seconds the UV1 13 closes. In the second ¼ second, UV2 14 is open and the current passes along the path: arch electrode 6, arc 7, charge 8, metal bath 11, hearth electrode 10 PE2. After the second ¼ fraction of a second, UV2 14 closes, and UVZ 15 opens and remains open a third ¼ fraction of a second, and the current passes along the path: vault electrode 6, arc 7, charge 8, metal bath 11, hearth electrode 10 of the SEC. In the fourth ¼ fraction of a second, three controlled rectifiers 13, 14, 15 of UV1-UVZ are closed, and the fourth UV4 16 is open, and the current passes along the path: arch electrode 6, arc 7, charge 8, metal bath 11, and 10 PE4 bottom electrode. Thus, in 1 second the anode spot and the arc 7 will move along the charge 8 or the metal bath 11 around a circle with a diameter of D _p . In the next second, the cycle repeats, that is, the controlled rectifiers 13, 14, 15, 16 UV1-UV4 are opened alternately by ¼ fraction of a second. An arc 7 is formed in the furnace, which rotates along a charge 8 or a bath 11 of metal at a speed of one revolution per second. Arc 7 is blown out by deflecting electromagnetic force towards the walls. The deflecting electromagnetic force is created by the magnetic field of the current flowing through the metal bath 11 when the arch electrode 6 and the hearth electrodes are misaligned. When the arch electrode 6 and the hearth electrode 10 are located on the vertical axis of symmetry of the furnace, there is no deflecting electromagnetic force. When four hearth electrodes 10 are located in the hearth of the furnace 2 around a circle whose diameter is 0.46-0.52 of the diameter of the metal bath 11, the current flows at an angle of 50 ° -55 ° to the axis of the arch electrode 6, which causes electromagnetic force blowing the arc to the wall opposite the hearth electrode 10, through which current flows. The rotating arc 7 forms a wide well in the charge 8, which ensures the stability of burning of the arc 7, reducing the number of short circuits. After penetration of the well and the formation of the metal bath 11, the arc 7 burns onto the metal bath 11, rotating in a circle with a diameter D _p , while the position of the arc 7 always remains inclined to the surface of the metal bath 11 (Fig. 2). When the inclined position of the arc 7 increases the average angular emission coefficient of the arc on the metal bath 11 and the efficiency of the arc (Makarov A.N., Lugovoi Yu.A., Zuykov PM Energy saving in the production of steel in plasma-arc furnaces // Electrometallurgy. 2010. No. 9. , p. 32-37).

Вращающаяся дуга 7 равномерно расплавляет шихту 8 по всему периметру ванны 11 металла, ванна 11 металла нагревается равномерно.A rotating arc 7 evenly melts the charge 8 around the entire perimeter of the metal bath 11, the metal bath 11 is heated evenly.

В конце периода расплавления длину дуги 7 уменьшают, и наклон дуги 7 к поверхности ванны 11 металла увеличивается, и, следовательно, увеличивается излучение дуги 7 на ванну 11 металла, а на водоохлаждаемые стены 3 и свод 4 уменьшается, увеличивается КПД дуги 7, производительность печи, уменьшается расход электроэнергии.At the end of the melting period, the length of the arc 7 is reduced, and the inclination of the arc 7 to the surface of the metal bath 11 increases, and therefore, the radiation of the arc 7 to the metal bath 11 increases, and the water-cooled walls 3 and arch 4 decrease, the efficiency of the arc 7 increases, the furnace productivity , reduced power consumption.

Предлагаемое устройство позволяет достичь следующих результатов: повышение КПД на 13%, повышение производительности и, как следствие, сокращение удельного расхода электроэнергии на 8-9%.The proposed device allows you to achieve the following results: increased efficiency by 13%, increased productivity and, as a result, a reduction in specific energy consumption by 8-9%.

Изобретение находится на стадии технического предложения.The invention is at the stage of a technical proposal.

Claims

Дуговая сталеплавильная печь постоянного тока, содержащая футерованный металлический корпус с ванной металла и водоохлаждаемыми стенами, сливной желоб, свод, состоящий из футерованной и водоохлаждаемой частей, с расположенным в нем сводовым электродом, и подовыми электродами, установленными с возможностью поочередного включения, отличающаяся тем, что в поде печи установлены четыре подовых электрода, расположенных симметрично по окружности, диаметр которой составляет 0,46-0,52 диаметра ванны металла. DC steelmaking furnace, containing a lined metal case with a metal bath and water-cooled walls, a drain chute, a vault consisting of lined and water-cooled parts, with a vault electrode located in it, and hearth electrodes installed with the possibility of alternating switching, characterized in that four hearth electrodes are installed in the hearth of the furnace, located symmetrically around a circle whose diameter is 0.46-0.52 of the diameter of the metal bath.