RU2523381C2 - Running of electrosmelting initial stage in dc arc furnace - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: proposed process comprises loading the charge in furnace and switching on of furnace power supply. Graphitised electrode is displaced downward to contact with charge by its working end. Arc is fired to feed current via closed electric circuit including said graphitised electrode, electrode gap, charge, at least one hearth electrode with current lead wires and power supply. Note here that current is controlled as well as maximum voltage at power supply output terminals and arc is controlled and optimised by variation of arc length after maximum voltage is reached thereat. Smelting initial stage is terminated after termination of well penetration in the charge. During the entire stage of initial smelting, current density in graphitised electrode does not exceed 20 A/cm² while electrode working end is displaced deep down the well unless the completion of well penetration in the charge.

EFFECT: lower costs of smelting process.

2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для плавки и переплава черных и цветных металлов, например, меди, бронзы, алюминия, стали, чугуна, и сплавов, для плавки шлаков и флюсов.The invention relates to the field of electrometallurgy and can be used for melting and remelting ferrous and non-ferrous metals, for example, copper, bronze, aluminum, steel, cast iron, and alloys, for melting slags and fluxes.

Известны дуговые печи постоянного тока, реализующие способы электроплавки, содержащие футерованный корпус со сводом, графитированный электрод, пропущенный через свод, по меньшей мере, один подовый электрод и источник электропитания, к которому подключены графитированный и подовые электроды (Закамаркин М.К., Липовецкий М.М. и Малиновский B.C. Дуговая сталеплавильная печь постоянного тока емкостью 25 т на ПО «Ижсталь». М.:Металлургия, 1991, с.31-34.) и (RU 2048662, F27B3/08,20.11.95).Known DC arc furnaces that implement methods of electric melting, containing a lined housing with a vault, a graphite electrode, passed through the vault, at least one hearth electrode and a power source, to which graphite and hearth electrodes are connected (Zakamarkin M.K., Lipovetsky M .M. And Malinovsky BC An electric steel furnace of direct current with a capacity of 25 tons at Izhstal Production Association. M.: Metallurgy, 1991, p.31-34.) And (RU 2048662, F27B3 / 08.20.11.95).

В этих печах реализуется способ электроплавки, который включает загрузку печи шихтой, опускание графитированного электрода до возникновения электрического контакта между электродом и шихтой, включение источника электропитания для протекания тока через замкнутую электрическую цепь, включающую электроды с токоподводами, систему управления электрическими параметрами печи.In these furnaces, an electric melting method is implemented, which includes loading the furnace with a charge, lowering the graphitized electrode until electrical contact between the electrode and the mixture occurs, turning on the power source for the current to flow through a closed electric circuit, including electrodes with current leads, a control system for the electric parameters of the furnace.

Ведение начального периода плавки, т.е. до формирования колодца в известных способах не регламентировано.Maintaining the initial melting period, i.e. before the formation of the well in the known methods is not regulated.

Аналогично этому специально не регулируется и первый период плавки, описанный в патенте RU 2104450, F27B3/08, 10.02.98. В указанном источнике информации, выбранном в качестве прототипа, организация плавки разделена на периоды, включающие в себя: период расплавления шихты и период работы с расплавом, однако характеристики ведения первого периода, обеспечивающие достижение технического результата настоящего изобретения, в этом источнике информации отсутствуют.Similarly, the first melting period, described in patent RU 2104450, F27B3 / 08, 02/10/98, is not specifically regulated. In the specified source of information, selected as a prototype, the organization of smelting is divided into periods, including: the period of melting of the charge and the period of operation with the melt, however, the characteristics of the first period, ensuring the achievement of the technical result of the present invention, are not available in this source of information.

Технической задачей настоящего изобретения является удешевление процесса плавки, которая обеспечивается оптимизацией ведения ее начального периода. Это достигается следующими техническими результатами: снижением удельного расхода электроэнергии, снижением угара шихты, снижением пылегазовыбросов, вредного воздействия на окружающую среду при переплаве любой шихты, в том числе с органическими и другими загрязнениями, подавление колебания напряжения в начальный период плавки.An object of the present invention is to reduce the cost of the smelting process, which is provided by optimizing the management of its initial period. This is achieved by the following technical results: reducing the specific energy consumption, reducing the burden of the charge, reducing dust and gas emissions, harmful effects on the environment during the re-melting of any charge, including with organic and other contaminants, suppressing voltage fluctuations in the initial melting period.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе ведения начального периода электроплавки в дуговой печи постоянного тока, включающем в себя загрузку печи шихтой, включение источника электропитания печи, опускание графитированного электрода до возникновения электрического контакта между электродом и шихтой, поджиг дуги, пропускание тока через замкнутую электрическую цепь, включающую графитированный электрод, междуговой промежуток, шихту, по крайней мере, один подовый электрод с токоподводами, источник электропитания, а также - управление током, напряжением дуги и источника электропитания, контроль и стабилизацию максимально возможного напряжения на выводах источника питания и на дуге - путем изменения ее длины после достижения на ней максимального напряжения, и завершение способа после окончания проплавления колодца в шихте, дополнительно на протяжении всего начального периода устанавливают величину плотности тока в графитированном электроде не более 20 А/см² вплоть до окончания проплавления колодца в шихте, которое определяют после прекращения стабилизации максимально возможного напряжения на дуге при перемещении рабочего торца электрода вглубь колодца.This technical result is achieved by the fact that in the known method of maintaining the initial period of electric melting in a DC arc furnace, which includes loading the furnace with a charge, turning on the furnace’s power source, lowering the graphite electrode until electrical contact between the electrode and the mixture occurs, igniting the arc, passing current through a closed electric circuit including a graphite electrode, an inter-gap, a charge, at least one hearth electrode with current leads, an electric power source niya, and also - control of the current, voltage of the arc and the power source, monitoring and stabilization of the maximum possible voltage at the terminals of the power source and the arc - by changing its length after reaching the maximum voltage on it, and completing the method after the penetration of the well in the charge, in addition throughout the entire initial period, the current density in the graphitized electrode is set to not more than 20 A / cm ² up to the end of penetration of the well in the charge, which is determined after termination I stabilize the maximum possible voltage on the arc when moving the working end of the electrode deep into the well.

Способ осуществляют следующим образомThe method is as follows

1. Производят загрузку печи шихтой.1. Download the furnace charge.

2. Включают источник электропитания печи.2. Turn on the furnace power supply.

3. Опускают графитированный электрод до возникновения электрического контакта между электродом и шихтой.3. Lower the graphitized electrode until electrical contact between the electrode and the charge occurs.

4. Поджигают дугу и пропускают ток через замкнутую электрическую цепь, включающую графитированный электрод, междуговой промежуток, шихту, по крайней мере, один подовый электрод с токоподводами, источник электропитания.4. Ignite the arc and pass the current through a closed electric circuit, including a graphitized electrode, the gap between the wires, the charge, at least one hearth electrode with current leads, a power source.

5. В процессе ведения начального периода плавки осуществляют5. In the process of conducting the initial period of smelting is carried out

управление током, напряжением дуги и источника электропитания, контроль и стабилизацию максимально возможного напряжения на выводах источника питания и на дуге - путем изменения ее длины после достижения на ней максимального напряжения, Для этого в процессе нагрева торец электрода удерживают в положении вблизи точки его касания шихты - в момент поджига дуги. Если поднимать электрод выше, то увеличивается нерациональная тепловая нагрузка свода, если опускать ниже, то уменьшается напряжение на дуге и вводимая в печь мощность, что увеличивает продолжительность плавки. После увеличения напряжения на дуге до максимально возможного, это напряжение стабилизируют перемещением электрода. Когда торец электрода удерживают в положении вблизи точки его касания шихты - в момент поджига дуги - это позволяет, с одной стороны, - не перегревать свод при излишнем увеличении длины дуги, и работать при максимально возможной скорости нагрева шихты, с другой стороны, - работать на максимально возможной мощности дуги, препятствуя ее уменьшению при уменьшении длины дуги, и связанном при этом падением напряжения на дуге.control of the current, voltage of the arc and the power source, control and stabilization of the maximum possible voltage at the terminals of the power source and the arc - by changing its length after reaching the maximum voltage on it. To do this, during heating, the end of the electrode is held in a position near the point of contact of the charge - at the time of ignition of the arc. If you raise the electrode above, then the irrational thermal load of the arch increases, if you lower it, then the voltage on the arc and the power introduced into the furnace decrease, which increases the melting time. After increasing the voltage on the arc to the maximum possible, this voltage is stabilized by moving the electrode. When the end face of the electrode is held in a position near the point of contact of the charge — at the time of ignition of the arc — this allows, on the one hand, not to overheat the arch with an excessive increase in the length of the arc, and to work at the maximum possible heating rate of the charge, on the other hand, to work on the maximum possible power of the arc, preventing it from decreasing with a decrease in the length of the arc, and the resulting voltage drop across the arc.

6. На протяжении всего начального периода устанавливают величину плотности тока в графитированном электроде не более 20 А/см² вплоть до окончания проплавления колодца в шихте, которое определяют после прекращения стабилизации максимально возможного напряжения на дуге при перемещении рабочего торца электрода в глубь колодца.6. Throughout the entire initial period, the current density in the graphitized electrode is set to not more than 20 A / cm ² until the well penetration in the charge is determined, which is determined after the stabilization of the maximum possible voltage across the arc is stopped when the working end of the electrode moves deep into the well.

Для этого на дуговой печи устанавливают графитированный электрод цилиндрической формы с заданным сечением рабочего торца. На печной установке также установлен источник питания, например, тиристорный преобразователь, с возможностью управления и стабилизации тока. При работе печи устанавливают величину тока, при которой плотность тока на рабочем торце графитированного электрода не превышает 20 А/см², и далее этот ток стабилизируют вплоть до окончания проплавления колодца в шихте.For this, a graphite electrode of cylindrical shape with a given cross section of the working end is installed on the arc furnace. A power source, for example, a thyristor converter, with the ability to control and stabilize the current, is also installed on the furnace installation. When the furnace is operating, a current value is set at which the current density at the working end of the graphitized electrode does not exceed 20 A / cm ² , and then this current is stabilized until the penetration of the well in the charge is completed.

Проплавление колодца сопровождается ростом напряжения на дуге, и при окончании проплавления колодца рост напряжения прекращается. Дальнейшая плавка при плотности тока ниже 20 А/см² - не целесообразна, и печь переводят на режимы плавки с высокой плотностью тока на графитированном электроде, что позволяет эффективно вести доплавление шихты и нагрев расплава на режимах, приведенных в прототипе.Well penetration is accompanied by an increase in voltage on the arc, and at the end of well penetration, voltage growth stops. Further melting at a current density below 20 A / cm ² is not advisable, and the furnace is transferred to the melting modes with a high current density on a graphite electrode, which allows efficient melting of the charge and heating of the melt in the modes shown in the prototype.

Нами обнаружено, что при плотности тока в графитированном электроде (катоде) 20 А/см² и ниже вблизи катода дуга имеет конический участок, плавно переходящий в цилиндрический. В коническом участке за счет пандеромоторных сил проходит интенсивная закачка окружающего дугу газов, которые затем перемещаются по цилиндрическому участку дуги. При перемещении по цилиндрическому участку дуги газообмен между прокачиваемым через дугу газом и газом атмосферы печи отсутствует, так как за счет перепада температуры поверхности дуги и температуры печных газов формируется скачок вязкости, препятствующий проникновению печных газов в дугу. При контакте с металлом протекающий через дугу газ охлаждается и покидает зону дуги. Этот процесс заставляет организовать управляемую циркуляцию печных газов внутри печного пространства (см. Фиг 1). Первый режим ведется при низкой силе тока, большой длине дуги, формируемой за счет высокого напряжения источника питания. При этом не форсируется высокая скорость проплавления колодца (теплопередача в анодном пятне не более 5-7% энергии дуги) и плавление шихты, организуется плавный равномерный ее разогрев, в основном без перевода ее в расплавленное состояние, и нагрев печных газов до высоких температур. При этом перегрев металла невозможен, т.к. как только масса капли металла превышает поверхностное натяжение, она стекает вниз. То есть создаются идеальные условия для газофазового восстановления шихты. Зона оплавления шихты постепенно перемещается вниз, и плавно расширяются стенки колодца, вовлекая в процесс плавления шихту, расположенную вблизи стенок печи (см. Фиг. 2, где изображено движение газов при горении колонной дуги в ДППТУ-НП).We found that at a current density in a graphitized electrode (cathode) of 20 A / cm ² and lower near the cathode, the arc has a conical section, smoothly turning into a cylindrical one. Due to the panderomotive forces, an intensive injection of gases surrounding the arc takes place in the conical section, which then move along the cylindrical section of the arc. When moving along the cylindrical section of the arc, there is no gas exchange between the gas pumped through the arc and the atmosphere gas of the furnace, since a viscosity jump is formed due to the difference in the surface temperature of the arc and the temperature of the furnace gases, which prevents the penetration of furnace gases into the arc. Upon contact with the metal, the gas flowing through the arc cools and leaves the arc zone. This process makes it possible to organize a controlled circulation of furnace gases inside the furnace space (see Fig. 1). The first mode is carried out at a low current strength, a large arc length, formed due to the high voltage of the power source. At the same time, a high penetration rate of the well is not accelerated (heat transfer in the anode spot is not more than 5-7% of the arc energy) and the charge is melted, its smooth heating is organized uniformly, mainly without transferring it to the molten state, and heating of the furnace gases to high temperatures. In this case, overheating of the metal is impossible, because as soon as the mass of a drop of metal exceeds surface tension, it flows down. That is, ideal conditions are created for gas-phase reduction of the charge. The fusion zone of the charge gradually moves downward, and the walls of the well gradually expand, involving in the melting process the mixture located near the walls of the furnace (see Fig. 2, which shows the movement of gases during the combustion of the arc column in DPPTU-NP).

При проплавлении колодца в шихте по предлагаемому способу температура печных газов внутри печи достигает высоких значений, превышающих 1000°С. При таких температурах невозможно образование диоксинов, фуранов, цианидов, других вредных соединений. В начальный период электроплавки органические и другие загрязняющие шихту материалы, испаряются, нагреваются внутри печи до высокой температуры, а при выходе из печи - воспламеняются и окисляются до простых соединений. Небольшое количество образующихся газов и организованный интенсивный поток воздуха в отходящий из печи поток печных газов обеспечивает высокую скорость горения печных газов и быстрое их охлаждение до температуры, как правило, ниже 100°С, т.е. обеспечиваются наилучшие условия для предотвращения образования вредных химических соединений. Система организации плавки гарантирует удаление вредных соединений из шихты, позволяет не вести подготовку загрязненной шихты перед плавкой. Эти условия невозможно выполнить в других печах.When penetrating the well in the charge according to the proposed method, the temperature of the furnace gases inside the furnace reaches high values in excess of 1000 ° C. At such temperatures, the formation of dioxins, furans, cyanides, and other harmful compounds is impossible. In the initial period of electric melting, organic and other materials polluting the charge, evaporate, heat up inside the furnace to a high temperature, and when leaving the furnace they ignite and oxidize to simple compounds. A small amount of generated gases and organized intense air flow into the furnace gas stream leaving the furnace ensures a high burning rate of the furnace gases and their rapid cooling to a temperature, as a rule, below 100 ° C, i.e. the best conditions are provided to prevent the formation of harmful chemical compounds. The smelting organization system ensures the removal of harmful compounds from the charge, eliminates the need to prepare contaminated charge before smelting. These conditions cannot be met in other furnaces.

Пример реализации способа.An example implementation of the method.

Для примера взята плавка в дуговой печи постоянного тока вместимостью 6 тонн.For example, melting is taken in a DC arc furnace with a capacity of 6 tons.

На печи установлен графитированный электрод диаметром 25 см, тиристорный преобразователь с системой управления и стабилизации током, с максимальным напряжением источника питания 450 В. Печь оснащена механизмом для перемещения электрода. В печь производят завалку металлического лома в виде кусков шихты различного размера, стружки и т.д. Высота завалки многократно превышает высоту расплава после расплавления шихты. Для ведения плавки включают источник электропитания, подают напряжение между графитированным электродом и шихтой, опускают электрод вплоть до касания его рабочего торца поверхности шихты. Момент касания определяют по появлению тока в электрической цепи, включающей в себя: графитированный электрод, междуговой промежуток, шихту, по крайней мере, один подовый электрод с токоподводами и источник электропитания с регулятором электрического режима. Касание электродом шихты сопровождается возникновением дугового разряда. В электрической цепи с помощью регулятора тока тиристорного преобразователя устанавливают ток не выше 9800А, т.е. при этом графитированном электроде плотность тока не превышает величину 20 А/см². После поджига дуги и стабилизации тока электрод оставляют неподвижным, а дуга проплавляет в шихте колодец. При этом увеличивается длина дуги и напряжение на ней. При достижении напряжения на дуге вблизи 450 В электрод начинают опускать вниз, стабилизируя установившееся напряжение. Это перемещение электрода продолжается вплоть до окончания проплавления колодца в шихте. После окончания проплавления колодца перемещение электрода прекращается с целью стабилизации напряжения на дуге. По этому признаку определяет окончание процесса начального периода плавки.A graphite electrode with a diameter of 25 cm and a thyristor converter with a current control and stabilization system with a maximum voltage of 450 V are installed on the furnace. The furnace is equipped with a mechanism for moving the electrode. Metal scrap is filled in the furnace in the form of pieces of a charge of various sizes, shavings, etc. The filling height is many times higher than the height of the melt after the charge is melted. To conduct melting, they turn on the power supply, apply voltage between the graphitized electrode and the charge, lower the electrode until it touches the working end of the charge surface. The moment of contact is determined by the appearance of current in the electric circuit, which includes: a graphite electrode, an inter-gap, a charge, at least one hearth electrode with current leads and an electric power source with an electric mode regulator. Touch electrode charge is accompanied by the appearance of an arc discharge. In the electric circuit with the help of the thyristor converter current regulator, the current is set no higher than 9800A, i.e. with this graphitized electrode, the current density does not exceed 20 A / cm ² . After ignition of the arc and stabilization of the current, the electrode is left stationary, and the arc melts the well in the charge. This increases the length of the arc and the voltage on it. When the voltage on the arc near 450 V is reached, the electrode begins to be lowered down, stabilizing the steady-state voltage. This movement of the electrode continues until the penetration of the well in the charge. After the penetration of the well ends, the movement of the electrode stops in order to stabilize the voltage on the arc. On this basis determines the end of the process of the initial melting period.

Claims (1)

Способ ведения начального периода электроплавки в дуговой печи постоянного тока, включающий загрузку печи шихтой, включение источника электропитания печи, перемещение вниз графитированного электрода до возникновения электрического контакта между его рабочим торцом и шихтой, поджиг дуги, пропускание тока через замкнутую электрическую цепь, включающую графитированный электрод, междуговой промежуток, шихту, по крайней мере, один подовый электрод с токоподводами, источник электропитания, при этом управляют током, контролируют и стабилизируют максимально возможное напряжение на выводах источника электропитания и на дуге путем изменения ее длины после достижения на ней максимального напряжения и завершают начальный период плавки после окончания проплавления колодца в шихте, отличающийся тем, что на протяжении всего начального периода плавки устанавливают величину плотности тока в графитированном электроде не более 20 А/см², а рабочий торец электрода перемещают вглубь колодца вплоть до окончания проплавления колодца в шихте. A method of maintaining the initial period of electric melting in a DC arc furnace, including loading the furnace with a charge, turning on the furnace power supply, moving the graphite electrode down until electrical contact occurs between its working end and the charge, igniting the arc, passing current through a closed electric circuit including a graphite electrode, the inter-gap, the charge, at least one hearth electrode with current leads, a power source, while controlling the current, control and stabilize they set the maximum possible voltage at the terminals of the power source and on the arc by changing its length after reaching the maximum voltage on it and complete the initial melting period after the penetration of the well in the charge, characterized in that throughout the initial melting period, the current density in the graphite electrode is set not more than 20 A / cm ² , and the working end of the electrode is moved deep into the well until the penetration of the well in the charge.

Images