Некоторые конфигурации установки, предпочтительные по изобретению с точки зрения переменных загрузочных соотношений, представлены на фиг. 4 - 6, где конфигурация установки по фиг. 4 - как альтернатива фиг. 1 - обеспечивает непрерывное функционирование с непрерывной ванной при содержании жидкого чушкового чугуна в загрузке минимум 30%; конфигурация установки по фиг. 5 предназначена для непрерывного или полунепрерывного функционирования при содержании жидкого чушкового чугуна в загрузке максимум 30%; при полунепрерывном функционировании емкость для переплава разгружается партиями; при содержании жидкого чушкового чугуна в загрузке <15% и в отсутствие прямой подачи твердых носителей углерода 13, 13' в емкость для переплава 3 установка может содержать (необязательно) обогреваемую емкость, в частности ковшовую печь 29, после емкости для переплава 3; конфигурация установки по фиг. 5 предназначена для граничного случая непрерывного процесса плавления без загрузки жидкого чушкового чугуна 20: обогреваемая емкость, в частности, ковшовая печь 49, выполняет функцию емкости для переплава 3, так как исключается основная часть работы по переплаву.
Как очевидно из фиг. 4 - 6, на форму и размер емкости для переплава 3 и сцеживающей емкости 2, в первую очередь, но также и на размер шахты предварительного нагрева 5, количество, размер, расположение и применение боковых загрузочных шахт 10, а кроме того, на выходную мощность преобразования, требуемую для электродуговой печи, влияют соотношения загрузочных веществ. При повышении содержания углерода в загружаемых носителях железа 7 и увеличении их жидкой составляющей емкость для переплава 3 и сцеживающая емкость 2, в принципе, становятся более узкими и длинными (как труба), а удельная выходная мощность преобразования электродуговой печи снижается, и наоборот. В граничном случае 100 %-ной загрузки твердых веществ сцеживающая емкость при проектировании может быть сильно укорочена.
Примерный вариант осуществления изобретения
Загрузка состоит из 40% жидкого чушкового чугуна 20, 30% смешанного лома 7 и 30% гранул губчатого железа 12. Химический состав этих загрузочных веществ приведен в табл. 1.
Установка служит для осуществления технологического процесса, который, в соответствии с фиг. 1, для обеспечения производительности около 150 т/ч нерафинированной стали, имеет следующие характеристики:
а) емкость печи 1: диаметр около 6 м, выходная мощность преобразования 55 МВА, 4 комплекта графитовых электродов 16 (диаметр 350 мм, возможность поворота в вертикальной плоскости в пределах угла наклона 0 - 30o), один донный анод 17, один желоб 21 для непрерывно подаваемого жидкого чушкового чугуна 20, один люк для осмотра и ремонта 22, 1 комплект манипулятора для фурм 23 (через люк 22), 4 комплекта кислородных фурм 32 из расходующихся трубок, входящих через боковые стенки емкости печи 1 (диаметр фурмы 1 дюйм, давление всасывания кислорода на входе ≥ 5 бар), 4 комплекта донных продувочных кирпичей 33 для инертного газа 30 (смесь N2/Ar, регулируемая в любых желаемых количественных соотношениях), с максимальной скоростью потока газа около 200 Нл/мин на продувочный кирпич 33 (максимальная скорость потока инертного газа в емкости печи 1 около 800 Нл/мин), наклон дна по направлению к запасному отводному отверстию 48 в сцеживающей емкости 2 около 5-6o;
б) шахта предварительного нагрева 5 для предварительного нагрева и последующей загрузки смешанного лома 7 в емкость печи 1, постоянное восьмиугольное поперечное сечение шахты (около 2,5 м внутренняя ширина), высота шахты около 4 м, общий объем около 25 м3, из них 17,5 м3 - рабочий объем (вместимость около 12 т смешанного лома 7), включая ленточную загрузку 8, газопроницаемые водоохлаждаемые изолирующие устройства 6 (устройство задержки подачи лома) и трубопровод отработанных газов 46, но без сопел дожигания 47;
в) 3 комплекта боковых загрузочных шахт 10 для гранул губчатого железа 12 и кусковой извести 14 (при отсутствии загрузочных шахт 10 у сцеживающей емкости 2 и у отверстия 9 для загрузки шахты предварительного нагрева смешанным ломом 7), прямоугольное поперечное сечение 1200 х 600 мм, высота 3,5 м, рабочий объем загрузочной шахты 10 около 2,2 м3 (вместимость трех загрузочных шахт 10 - около 12 т гранул губчатого железа 12), водоохлаждаемые и газонепроницаемые изолирующие устройства 11 у входа в емкость печи 1, загрузка трех загрузочных шахт 10 посредством общего ленточного транспортера 15 и распределительного желоба (распределительный желоб не показан на фиг. 1);
г) емкость для переплава 3: ширина около 1,9 м, длина около 6,0 м, наклон дна в направлении отводного отверстия для нерафинированной стали 41 - около 8-9o (средняя площадь углового поперечного сечения емкости для переплава 3 по кирпичной облицовке - около 3 м2), 4 комплекта водоохлаждаемых кислородных фурм 35 (каждая с одним отверстием в головке, диаметр форсунки около 1 дюйма, давление кислорода у входа около 10 бар), расположенных по центру крышки 37 емкости для переплава 3 на расстояниях друг от друга около 1,5 м и на расстояниях около 0,75 м от коротких сторон емкости для переплава, с возможностью индивидуального перемещения в вертикальном направлении и, также индивидуально, поворота в пределах угла наклона от 0 до 30o в сторону течения и против течения металла 24, 6 комплектов донных продувочных кирпичей 36 для инертного газа 30 (смесь N2/Ar, регулируемая в любых желаемых количественных соотношениях), расположенных парами (3 пары) в промежутках между фурмами 35 в плоской области дна емкости для переплава 3, максимальная скорость потока газа около 200 Нл/мин на продувочный кирпич 33 (максимальная скорость потока инертного газа в емкости для переплава около 1200 Нл/мин), одно отводное отверстие для нерафинированной стали 41, два люка для шлака 45, один порог для шлака 44, два люка для осмотра/ремонта 50;
д) сцеживающая емкость 2: ширина около 1,9 м, длина около 0,9 м, почти постоянная площадь углового поперечного сечения 2,5 м2 по кирпичной облицовке, 2 комплекта донных продувочных кирпичей 33 (1 пара) в плоской области дна сцеживающей емкости 2, максимальная скорость потока газа около 200 Нл/мин на продувочный кирпич 33 (максимальная скорость потока инертного газа в сцеживающей емкости около 400 Нл/мин), одно отводное отверстие 48 (используемое только для разгрузки емкости печи 1 и сцеживающей емкости 2), один люк 43 для отвода шлака 12.
В описываемом случае протекание процесса по изобретению осуществляется с непрерывной ванной по всей длине установки, при движении противотоком металла 24 и шлака 25, со вспененным шлаком 25 внутри емкости печи 1 и сцеживающей емкости 2, при непрерывном отводе нерафинированной стали 24 через отводное отверстие 41 и шлака 25 через люк для шлака 43, в квазистационарных технологических условиях в отношении профилей концентрации и температуры, материальных и тепловых потоков, а также степеней заполнения и уровней ванны в каждом отдельном узле установки.
Осуществление непрерывной выработки около 150 т/ч (около 2,5 т/мин) нерафинированной стали в данной установке гарантируется при помощи следующей системы управления.
Во время первой подготовительной фазы в узлах установки 1-3 вырабатывается непрерывная ванна 24, как необходимое предварительное условие для последующего непрерывного функционирования. Для этого около 90 т жидкого чушкового чугуна 20 через желоб чушкового чугуна 21 и около 45 т смешанного лома 7 через шахту предварительного нагрева 5 (смешанный лом 7 загружают четырьмя партиями по 11-12 тонн каждая), загружают в емкость печи 1, при этом около 2/3 жидкого чушкового чугуна, содержащего лишь несколько кусков лома, переливается в соседнюю емкость для переплава 3 при закрытом отводном отверстии 41. В следующие 40-45 минут ванну, находящуюся в емкости для переплава 3, подвергают переплаву и нагреву при помощи кислородных фурм 35, с одновременным плавлением, переплавом и нагревом в емкости печи 1 при подаче электроэнергии и применении кислородных фурм 32. Рафинированный шлак 25, образующийся в емкости для переплава 3, непрерывно отводят при посредстве порога для шлака 44 исключительно через два люка для шлака 45. Шлак 25, образующийся в емкости печи 1 и в сцеживающей емкости 2, отводят через люк для шлака 43.
Подготовительная фаза завершается тогда, когда непрерывная ванна в двух принципиальных зонах вдоль установки приобретает следующие характеристики:
а) в области емкости печи 1 и сцеживающей емкости 2 около 60 т полуфабриката стали (около 50 т - в емкости печи 1 и около 10 т - в сцеживающей емкости 2), имеющего состав и температуру:
около 1,40% C около 1550oC
около 0,12% Mn
следы Si
б) в районе емкости для переплава 3 около 60 т полуфабриката стали имеющего состав и температуру:
около 0,05% C около 1650oC
около 0,13% Mn
следы Si
С этого момента установку переключают на непрерывную работу. На этом этапе порог для шлака 44 полностью выдвинут из емкости для переплава 3, а два люка для шлака 45 закрыты. Начинается непрерывная и/или полунепрерывная подача материалов и энергии в следующих количествах в минуту (см. табл. 2).
Некоторые важные технологические данные на тонну нерафинированной стали приведены ниже:
а) загрузочные вещества (емкость печи 1 + емкость для переплава 3)
жидкий чушковый чугун - 439 кг/т
смешанный лом - 329 кг/т
гранулы губчатого железа - 329 кг/т
кислород (фурмы) - 40,5 Нм3/т
инертный газ (N2/Ar) - 0,8 Нм3/т
кирпичная облицовка (износ) - 7,0 кг/т
известь (92,8% CaO) - 31,5 кг/т
кварцевый песок - 5,9 кг/т
кокс (вспененный шлак) - 3,3 кг/т
графитовые электроды - 1,0 кг/т
б) шлак (% CaO/% SiO2 = 1,55) - 81 кг/т
в) отработанный газ (неочищенный газ, включающий ложный воздух - 66 Нм3/т
г) степень дожигания отработанного газа (неочищенный газ при температуре, около 800oC)
CO - в CO2 - 0,50
H2 - в H2O - 0,54
д) электроэнергия - 230 кВт·ч/т3
Формула изобретения: