Для ясности рисунка не все из этих устройств показаны на фиг. 1.
Определенное количество образовавшегося жидкого отстоя 24, расплав металла 24, образующийся в емкости печи 1, проходит через слив 34 в емкость для переплава 3 и там подвергается переплаву и одновременному нагреву до начала отвода. Для этой цели емкость для переплава 3 содержит по крайней мере одно, предпочтительно несколько сопел, а именно защищенных (защищенных природным газом, с возможностью применения в качестве защитных газов также Ar, CO2 и высших углеводородов) и/или незащищенных сопел (надванных сопел (для дожигания) или сопел высокого давления (подванных) и/или фурм 35 (подвижных и/или фиксированно установленных фурм, возможно, выполненных в виде комбинированных фурм/горелок) в различных точках крышки и стенок емкости для переплава над и/или под поверхностью шлака для вдувания сверху или вдувания внутрь по крайней мере одного из веществ 12', 13', 14', 27 - 30, и/или защищенных подванных сопел 36 (предпочтительно сопел высокого давления) и/или донных продувочных кирпичей для продувки или подванных сопел для вдувания внутрь по крайней мере одного из веществ 12', 13', 14', 27 - 30, а также продувочных кирпичей для инертных газов 30, и/или отверстий для добавления кусковых носителей железа 12, носителей углерода 13 и шлакообразующих веществ 14 - индивидуально или в сочетании друг с другом, при этом, в соответствии с предпочтительным вариантом конструкции емкости для переплава 3, обеспечивается следующее: через несколько фурм 35 сверху вдувается исключительно газообразный кислород 27. Фурмы 35 размещены по центру крышки 37 емкости для переплава 3 через приблизительно равные промежутки по всей длине устройства переплава; они могут смещаться в вертикальном направлении и одновременно поворачиваться в пределах угла наклона от 0 до 30o относительно вертикали в сторону течения или против течения 38 металлического расплава 24; через несколько защищенных подванных сопел 36 и/или продувочных кирпичей, расположенных между фурмами 35, подается исключительно инертный газ 30 (N2 и/или Ar в любых соотношениях). Подванные сопла 36 и/или продувочные кирпичи размещены индивидуально или парами по центру в дне и/или в боковых стенках по всей длине емкости для переплава 3. В емкость для переплава 3 исключительно через отверстие крышки 39 подаются исключительно кусковые связующие вещества для шлака 14 (известь, флюорит, кварцевый песок, боксит и т. д. ) при посредстве ленточного транспортера 40. На каждой из двух длинных сторон емкости для переплава 3 выполнено отверстие для контроля и ремонта 50. Два контрольных отверстия 50 смещены относительно друг друга в продольном направлении емкости для переплава 3.
Путем добавления кусковых шлакообразующих веществ 14 через отверстие крышки 39 на участке фурмы, которая расположена последней в направлении течения металла 24 внутри емкости для переплава 3 - приблизительно над отводным отверстием для нерафинированной стали 41 - ускоряется растворение извести и образование реакционноспособного шлака для переплава 25, так как содержание оксида железа в шлаке 25 в этой области емкости для переплава 3 постоянно поддерживается высоким при помощи находящейся рядом последней кислородной фурмы 35.
За счет собственной тяжести, а также импульса, сообщаемого фурмами 35, шлак для переплава перемещается вдоль емкости для переплава 3 против течения расплава металла 24 в направлении стрелки 42 к емкости печи 1, сообщая расплаву металла 24 непрерывное повышение температуры и повышение содержания сопутствующих элементов (C, Si, Mn, P, S и т.д.), таким образом осуществляя его нагрев и переплав и при этом претерпевая охлаждение и восстановление за его счет. При непрерывной работе, с непрерывной ванной по всей длине установки (как показано на фиг. 1), шлак 25 отводится через люк для шлака 43, расположенный на свободном торце сцеживающей емкости 2. При таком способе количество шлака 25, имеющееся в емкости печи 1 и в сцеживающей емкости 2, может дополнительно регулироваться путем частичной выгрузки шлака 25 при посредстве порога для шлака 44 через один или два боковых люка для шлака 45, расположенных в емкости для переплава - непосредственно перед входом шлака в электродуговую печь.
Преимущества такого "противотока металла/шлака" таковы:
1) низкие потери тепла и железа шлаком 25 при выходе из сцеживающей емкости 2 через люк для шлака 43, так как, с одной стороны, шлак 25 выходит из установки с "холодной стороны", а с другой стороны, в сцеживающей емкости 2 из шлака 25 выпадает так называемый "дождь" капель металла, в дополнение к восстановлению оксида железа, первоначально осуществляемому в емкости печи 1;
2) получение желаемого сорта стали при существенно более низком расходе шлакообразующих веществ 14 и более низком удельном количестве шлака 25, соответственно ("шлако-обедненное" переплав, возможное как вариант), и, следовательно, при пониженном износе огнеупорной облицовки оборудования.
В полунепрерывной работе установки, включающей периодический отвод нерафинированной стали 24 из емкости для переплава 3, переливание шлака 25 из емкости печи 1 в емкость для переплава 3 ограничивается или предотвращается при помощи боковых вставных порогов для шлака 44.
Горячие отработанные газы 19, образующиеся в емкости для переплава 3, сначала попадают в емкость печи 1, смешиваясь с отработанными газами, образующимися там, перед восхождением через шахту предварительного нагрева 5 и выходом из установки через трубопровод отработанных газов 46, расположенный в верхней части шахты предварительного нагрева 5. В зависимости от требуемых местных тепловых условий в различных частях установки, отработанные газы по пути частично дожигаются в возрастающей степени, предпочтительно кислородом 27, возможно, воздухом 28 или воздушно-кислородными смесями, через фурмы 32, 35 и/или сопла 47. При таком способе высокие степени дожигания, составляющие более 60%, технически возможны при определенных загрузочных количествах и определенных условиях управления технологическим процессом. Таким образом, при применении способа и установки по данному принципу намного большее количество химического и весьма ощутимого тепла от отработанных газов 19 передается ванне металла 24 или непосредственно внутри емкости для переплава 3 и емкости печи 1, или косвенно путем предварительного нагрева загрузочных веществ 7 в шахте предварительного нагрева 5, то есть сразу же используется в технологическом процессе.
Установка и способ по данному изобретению показывают более низкое потребление электроэнергии по сравнению с обычными электродуговыми печами, не использующими предварительный нагрев лома (25-30%) и с электродуговыми печами периодического действия со встроенным предварительным нагревом лома (10-15%), при использовании идентичных загрузочных веществ. Увеличение выходной мощности по сравнению с обычными электродуговыми печами, не использующими предварительный нагрев лома, при приблизительно одинаковых размерах и оснащении электродуговых печей (выходная мощность преобразования, фурмы, горелки и т.д.) составляет до 50%.
Работа отдельных узлов установки, таких, как емкость печи 1, шахта предварительного нагрева 5 и боковые загрузочные шахты 10, емкость для переплава 3 и сцеживающая емкость 2 осуществляется как функция используемых загрузочных веществ, в частности, носителей железа 7 (форма, размер, состав, температура и состояние агрегирования) желаемого объема производства, требований к качеству стали, желаемого режима работы установки (непрерывного или полунепрерывного - с периодическим выпуском), в том числе с учетом желаемого объединения с предшествующими или последующими установками (в частности, для производства чушкового чугуна, прямого восстановления, вторичной металлургической обработки, непрерывного литья и т.д.), типов и стоимости имеющихся источников энергии.
Главная цель описываемой концепции - осуществление отдельных этапов технологического процесса, а именно предварительного нагрева, загрузки, плавления или плавления с восстановлением, переплава, нагрева и отвода, внутри установки в одно и то же время, но с локальным смещением и поэтому независимо, насколько это возможно, в различных узлах установки при контролируемом протекании процесса в относительно благоприятных физико-химических, реакционно-кинетических условиях и условиях теплообмена, то есть таким образом, чтобы получить установку в целом, состоящую из почти совершенных (высокоэффективных) секционных реакторов для конкретного случая применения.
Конфигурация установки по изобретению дает возможность взаимно независимой разгрузки зоны установки, включающей емкость печи 1 и сцеживающую емкость 2 (через отводное отверстие 43), и емкости для переплава 3 через отводное отверстие 41, что не требует наклона всей установки. Кроме того, имеется также возможность поочередного осмотра и ремонта в горячем состоянии любой из этих двух соседних зон, без прерывания технологического процесса. В соответствии с изобретением, все части установки жестко сблокированы в виде отдельных узлов, и во время работы не могут перемещаться или наклоняться. Благодаря предпочтительной секционной конфигурации нижних емкостей и крышек 4 и 37 установки, отдельные емкости, такие как емкость для переплава 3, емкость печи 1 и/или сцеживающая емкость 2, или другие части установки, соответственно, при необходимости ремонта могут быть заменены путем выдвижения вбок (это также относится к шахте предварительного нагрева 5 и загрузочным шахтам 10).
В соответствии с изобретением, конфигурация установки, представленная на фиг. 1, является предпочтительной при непрерывном функционировании с непрерывной ванной, размещающейся по всей длине установки. Такая непрерывная ванна может регулироваться при высоком содержании углеродистых носителей железа в загрузке (в частности, при загрузке 30% стального лома + 30% губчатого железа + 40% жидкого чушкового чугуна). Однако возможно также и использование различных уровней ванны металла в емкости печи и в емкости для переплава.