Дуговая сталеплавильная печь

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Белорусский металлургический завод(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Белорусский металлургический завод(57) 1. Дуговая сталеплавильная печь, содержащая корпус, подину, свод, систему электродов, средство для продувки ванны с расплавом инертным газом и эркер, отличающаяся тем, что средство для продувки инертным газом выполнено в виде системы подовых фурм, при этом печь снабжена эркерной фурмойгорелкой и фурмой-манипулятором. 2. Дуговая сталеплавильная печь по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена средством газового барботажа расплава ванны металла, размещенным в подине в форме трех подовых фурм, расположенных под углом 120-20 друг относительно друга. 3. Дуговая сталеплавильная печь по любому из п.п. 1, 2, отличающаяся тем, что эркерная фурма-горелка размещена в эркерной зоне под углом к вертикальной оси электродов в интервале 5-35, а к горизонтальной плоскости разъема печи под углом 5-35. Полезная модель относится к металлургии, преимущественно к сталеплавильным печам для производства кордовых сталей. Известна конструкция дуговой сталеплавильной печи с чайниковым выпуском, содержащей корпус,подину, свод, систему электродов, средство для продувки ванны с расплавом кислородом в виде подовой фурмы 1. Отсутствие эркера в печи ограничивает технологические возможности и снижает эффективность разливки и качество стали из-за не невозможности полной отсечки печного шлака. Ближайшим техническим решением, принятым за прототип, является конструкция дуговой сталеплавильной печи, содержащей корпус, подину, свод, систему электродов, средство для продувки ванны с расплавом кислородом в виде подовой фурмы и эркер 2. Достоинство печи заключается в эркерном выпуске, что обеспечивает полную отсечку печного шлака. Недостаток проявляется в насыщении расплава азотом, фосфором, серой, вследствие чего снижается качество кордовой стали и выход годного металла. В основу полезной модели поставлена задача повышения качества плавки стали. Поставленная задача достигается тем, что в известной конструкция дуговой сталеплавильной печи, содержащей корпус, подину, свод, систему электродов, средство для продувки ванны с расплавом кислородом в виде подовой фурмы и эркер, согласно полезной модели, средство для продувки инертным газом выполнено в виде системы подовых фурм, при этом печь снабжена эркерной фурмой-горелкой и фурмойманипулятором. Дуговая сталеплавильная печь снабжена средством газового барботажа расплава ванны металла, размещенным в подине в форме трех подовых фурм, расположенных под углом 120-20 друг относительно друга и средством гомогенизации расплава. В дуговой сталеплавильной печи эркерная фурма-горелка размещена в эркерной зоне под углом к вертикальной оси электродов в интервале 5-35, а к горизонтальной плоскости разъема печи под углом 5-35. Для лучшего восприятия полезной модели она поясняется чертежом, где фиг. 1 - общая схема дуговой сталеплавильной печи Фиг. 2 - схема прямого типа продувки фиг. 3 - схема скрытого типа продувки. Конструкция дуговой сталеплавильной печи ДСП содержит подину 1, корпус 2, свод 3, систему электродов 4, средство для продувки инертным газом, выполненное в виде системы подовых фурм 5,6,7, при этом печь снабжена эркерной фурмой 8-горелкой и фурмой 9-манипулятором, эркер-выпуском 10, кислородным копьем 11, средством загрузки шихты 12. В дуговой сталеплавильной печи эркерная фурма 8-горелка размещена в эркерной зоне под угломк вертикальной оси электродов в интервале 5-35, а к горизонтальной плоскости разъема печи подуглом 535. Оптимальные значения угловиопределены экспериментально, при значениях углов менее 5 и более 35 ухудшаются условия теплового баланса печи и значительно снижается ее производительность. Дуговая сталеплавильная печь снабжена средством газового барботажа расплава ванны металла, размещенным в подине в форме трех подовых фурм 5,6,7, расположенных под углом 120-20 друг относительно друга. Оптимальные значения угловрасположения фурм 5,6,7 прямой продувки между их осями в интервале 120-20 определены экспериментально и заданы в зависимости от конструкции подины 1 печи и условий равномерности продувки ванны с расплавом. Для гомогенизации ванны с расплавом металла ДСП снабжена системой продувочных трубок 13 скрытой продувки инертным газом. В процессе работы ДСП осуществляют продувку инертным газом ванны с расплавом, что способствует интенсивному перемешиванию металла со шлаком, мелкие пузыри оказывают фильтрующее воздействие на металл. Слои металла, насыщенные инертным газом, вследствие снижения плотности, получают вертикальное перемещение, вызывая противоположное перемещение соседних слоев стали, в результате выравнивается температура и химический состав в объеме ванны. Перепад температуры металла снижают при этом на 15 С. Заявленная конструкция может предусматривать систему продувки прямую через канальные огнеупорные фурмы 5,6,7 (фиг. 2). При этом, конструктивно имеются отличия как при подготовке металлического корпуса подины, так и при выполнении огнеупорной футеровки. 557 Корпус подины перед футеровкой оборудуют тремя металлическими стаканами с запорными фланцами для монтажа и демонтажа огнеупорных фурм 5,6,7. Схема футеровки 2-х арматурных слоев аналогична схеме под скрытую донную продувку. Проблема локального перегрева расплава в зоне действия электрических дуг при плавке стали в мощных сталеплавильных дуговых печах ДСП постоянно находится в центре внимания. Для получения чистой по неметаллическим включениям стали с низким содержанием газов, быстрой и эффективной гомогенизации и ускорения массообменных процессов используют донную продувку инертными газами в печи. Наряду с улучшением качества стали донная продувка в ванне ДСП снижает расход электроэнергии и электродов,раскислителей и легирующих, увеличивает производительность печной установки. Пример. Белорусский металлургический завод осваивает системы донной продувки ванны инертными газами на двух 100-тонных ДСП 2,3. Дуговые сталеплавильные печи БМЗ оснащены эркерным выпуском металла и оборудованы трансформаторами мощностью 75 МВА и стеновыми газокислородными горелками. ДСП-3 дополнительно оборудована дверной газокислородной горелкой мощностью 5 МВт, фурмой манипулятором 9, кислородным копьем 11 для вдувания кислорода и углеродосодержащих материалов, консолями и установкой для вдувания в печь доломитовой муки фирмы. Основная технология выплавки - одношлаковый процесс с жидким стартом с использованием в шихте углеродистого металлолома и металлизованных окатышей. Большую часть в сортаменте выплавки занимают качественные углеродистые, легированные стали и сталь для металлокорда с жесткими требованиями по содержанию неметаллических включений и газов. Так,содержание серы и фосфора в кордовой стали должно быть не более 0,015 каждого, содержание азота и кислорода не более 50 каждого. В условиях электросталеплавильных цехов РУП БМЗ опробованы и детально изучены два типа донной продувки металла в печи прямой по фиг. 2 и скрытый по фиг. 3. Скрытая система продувки предусматривает продувку через специальные устройства подачи газа, которые покрыты слоем газопроницаемой огнеупорной массы по фиг. 3. В броне днища печи выполнен монтаж системы скрытых продувочных трубок 13 для продувки металла инертным газом. В последовательность операций при подготовке подины ДСП под скрытую донную продувку после оборудования подины устройствами для подвода инертного газа и отвода свинца входила установка арматурной футеровки в два ряда на плашку периклазовыми изделиями марки 6 типоразмера 2-76(размером 25012576 мм), при этом оставляли четыре места под огнеупорные стаканы для продувочных устройств. Прямая система продувки предусматривает продувку через канальные огнеупорные фурмы 5,6,7 по фиг. 2. Газораспределительная установка для продувочных устройств укомплектована свободно программируемым 5 и автоматическим байпасом на случай непредвиденного отключения электроэнергии или снижения давления инертного газа в системе, что гарантирует постоянный проход газа через фурмы при прямой продувке или пористую футеровку подины при скрытой. Для прямой схемы продувки безопасность обеспечивается установкой в каждую продувочную фурму глухой трубки на 1/3 высоты фурмы снизу. В данные трубки постоянно подается газ под давлением. В случае износа фурмы на 2/3 высоты трубка вскрывается, изменяется расход и давление газа, о чем персонал оповещается сигнализацией. Перепад температуры металла между последним измерением в печи и первым измерением в ковше снижен на 15 С (табл. 1). Таблица 1 Температурный режим плавок Температура металла в печи перед выпуском, С С продувкой в печи ,Без продувки 1711 1642 69 Указанный эффект может быть использован для снижения температуры стали в печи перед выпуском примерно на 15 С, что позволит сократить продолжительность работы печи под током на 1,5-2 мин и сэкономить около 15-20 кВт ч/т электроэнергии. 557 Несомненно положительное влияние донной продувки ванны на ускорение массообменных процессов между металлом и шлаком вследствие существенного увеличения удельной поверхности контакта фаз. Причем, благотворное влияние продувки сказывается уже в период плавления (табл. 2). Таблица 2 Показатели работы ДСП по десульфурации, дефосфорации и расходу извести Агрегат, тип про- Сера по расплавдувки лению /. ДСП-1 без про 0,0230,090 дувки (базовый 0,043 вариант) ДСП-2 скрытая 0,0200,065 продувка 0,039 Разница с базовым 0,004 вариантом ДСП-2 прямая 0,0200,050 продувка 0,036 Разница с базовым 0,007 вариантом Содержание элементов,Сера в готовой Фосфор по расплавлению стали /. Из таблицы 3 видно, что в случае донной продувки содержание фосфора по расплаву в 1,3 - 1,5 раза, а серы в 1,2 раза меньше, чем без продувки. В целом донная продувка позволяет получить более низкие содержания фосфора в 1,4 раза, а серы в 1,13 раза в готовой стали, чем при обычной плавке. Постоянное эффективное перемешивание металла и шлака способствует более раннему образованию гомогенного высокоосновного шлака. Интенсивное кипение и дополнительное перемешивание металлической ванны оказывают значительное влияние на термодинамику и кинетику процесса обезуглероживания и эффективную концентрацию кислорода в металле. Дополнительный поток газов при продувке ванны аргоном или азотом, во-первых, увеличивает массоперенос кислорода во-вторых, создает надшлаковый слой, обогащенный нейтральными газами и окисью углерода, и этим затормаживает переход кислорода из печных газов в шлак. В целом данное явление и интенсивное взаимодействие фаз приближает систему к равновесию содержание кислорода снижается в среднем на 150 . Снижение концентрации кислорода в металле и всплывание неметаллических включений при донной продувке в печи обеспечило уменьшение содержания оксидных включений в стали для металлокорда в 1,3 раза и угара раскислителей в 1,05 раза. Выход годного металла увеличен на 0,52 . При выплавке качественных сталей, в частности для металлокорда, актуальным является получение низкого содержания азота в металле. Известно, что результирующая концентрация азота в расплаве складывается из прихода его с металлошихтой, поступления из атмосферы печи в жидкие периоды плавки и удаления вследствие кипения ванны в окислительный период. При сравнительно высоких концентрациях углерода(0,20 - 0,30 ) интенсивность обезуглероживания металла высока и баланс азота в металле имеет отрицательное значение. Однако по мере снижения концентрации углерода (до 0,15 и ниже) и снижения интенсивности обезуглероживания баланс азота становится положительным за счет более интенсивного поступления его в металл. Содержание азота в металле без продувки через днище в этот период увеличивается в среднем на 20 . Компенсация мощности кипения ванны за счет принудительной продувки аргоном снизу обеспечивает снижение концентрации азота в стали в этот период в среднем на 15 . В результате проведенных исследований технологии прямого и скрытого типа донной продувки металла инертными газами в дуговой сталеплавильной печи достигнуты следующие показатели продолжительность работы печи под током снижена на 3 минуты снижены удельные расходы электроэнергии на 15-20 кВт ч/т, извести на 8-10 кг/т (15-20 ) содержание фосфора в металле уменьшилось на 45-50 , серы на 15-20 , содержание азота перед выпуском из печи на 15-25 , окисленность металла на 44 , угар раскислителей и легирующих на 5 , выход годного металла увеличен на 0,52 перепад температур между последним измерением в печи и первым измерением в ковше снижен на 15 С. Внедренные системы донной продувки ванны инертными газами в 100-тонной дуговой сталеплавильной печи позволят существенно улучшить качество металла и технико-экономические показатели плавки. 557 РУП БМЗ имеет намерения оборудовать дуговую сталеплавильную печь 1 новой оригинальной комбинированной системой продувки ванны. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.