Курсовая работа: Установка и способ для получения расплавов железа

Чтобы обеспечить возможность полной разгрузки емкости печи даже в случае центрального размещения донного анода, емкость печи предпочтительно имеет дно, которое наклонено вниз в направлении сцеживающего устройства и сливается с практически горизонтальной донной частью сцеживающего устройства, при этом самая низкая точка дна находится в сцеживающем устройстве, и в этой нижней точке дна сцеживающего устройства предпочтительно размещается отводное отверстие.

Чтобы обеспечить простое управление технологическим процессом, протекающим в установке, даже при большой протяженности устройств для переплава, устройство для переплава предпочтительно оснащено по крайней мере одним отверстием для осмотра и ремонта.

Поскольку кирпичная облицовка устройства для переплава подвергается сильному химическому воздействию шлака, обогащенного оксидами железа, а также повышенной термической нагрузке, а следовательно, и повышенному износу по сравнению с емкостью печи, устройство для переплава предпочтительно выполнено как конструкционный узел, который может отделяться от емкости печи и заменяться.

Уровень ванны металла в емкости печи и в устройстве для переплава может быть одинаковым или разным (например, ниже в устройстве для переплава, и в этом случае функционирование установки происходит без образования непрерывной ванны между емкостью печи и устройством для переплава).

В соответствии с модифицированным предпочтительным вариантом осуществления, устройство для переплава выполнено в форме ковша, в области крышки которого расположен слив, размещенный между емкостью печи и устройством для переплава.

Чтобы обеспечить эффективное регулирование шлака, в области перехода от емкости печи к устройству для переплава расположен дополнительный отвод для шлака и съемный порог для шлака.

В целях облегчения ремонтных работ шахта предварительного нагрева и/или загрузочная шахта предпочтительно выполнены как конструкционные узлы, которые могут отделяться от емкости печи и заменяться.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, способ получения расплавов железа, в частности, расплавов стали, таких как расплавы нерафинированной стали, отличается сочетанием следующих характерных особенностей: загрузка жидкого чушкового чугуна в емкость печи в количестве от 20 до 70% общего количества загружаемых носителей железа, плавление лома и/или других твердых носителей железа, содержащих часть окисного железа (губчатое железо, полученное прямым восстановлением, губчатое железо, подвергнутое горячему брикетированию, карбид железа, предварительно восстановленная руда, брикетированная пыль и т.д.), в емкости печи, в количестве, дополняющем загрузочную долю чушкового чугуна до общего загрузочного количества, где лом сначала загружают в шахту предварительного нагрева и предварительно нагревают посредством вывода отработанных газов, образующихся при производстве расплава железа, и инжекции упомянутых отработанных газов в шахту предварительного нагрева, содержащую лом, а затем загружают в емкость печи, и где, кроме того, твердые кусковые носители железа сначала загружают в загрузочную шахту, а оттуда подают в емкость печи без предварительного нагрева, хотя, возможно, в горячем состоянии, с одновременной подачей тонкоизмельченных носителей железа в емкость печи и/или устройство для переплава через фурмы и/или сопла и/или полые электроды, носители железа, загружаемые в емкость печи, плавят при посредстве энергии электрической дуги, таким образом смешивая их с жидким чушковым чугуном, образующийся расплав железа течет через устройство для переплава к отводу для расплава железа при посредстве слива, подвергаясь непрерывному переплаву и одновременному нагреву как в емкости печи, так и в устройстве для переплава, а шлак течет к отводу для шлака в направлении, противоположном направлению течения расплава железа, подвергаясь непрерывному восстановлению в отношении его FeO-компонента и одновременному охлаждению.

Предпочтительно, технологические газы дожигают путем подачи кислородсодержащего газа в шлак и/или на шлак и/или над ним в емкость для переплава, в емкость печи и/или в шахту предварительного нагрева.

Желательно, чтобы плавлению лома способствовало вдувание кислородсодержащего газа.

Способ по изобретению может иметь широкое применение благодаря следующим преимуществам: подача загрузочных веществ (носителей железа, носителей углерода, флюсов, обработанной органической легкой фракции и газов), плавление, переплав и нагрев, а также выгрузка полученных продуктов (нерафинированная сталь, шлак и отработанные газы) в шахту предварительного нагрева и/или в загрузочную шахту и/или в емкость печи и/или в сцеживающую емкость и/или в емкость для переплава осуществляют непрерывно или полунепрерывно с периодическим отводом нерафинированной стали из емкости для переплава и без воздействия на протекание процесса или его прерывания в непосредственно предшествующих/последующих узлах установки.

Предпочтительно, уровень ванны металла в емкости для переплава поддерживают ниже, чем в емкости печи, чтобы избежать обратного примешивания.

Далее изобретение поясняется более подробно на нескольких примерных вариантах осуществления, схематически показанных на чертежах, где фиг. 1 представляет собой вертикальный разрез установки в соответствии с первым вариантом, а фиг. 2 показывает сечение по линии II-II фиг. 1. Фиг. 3 представляет собой вид сверху с частичным разрезом установки, представленной на фиг. 1. Каждый из фиг. 4 - 6 показывает альтернативные варианты осуществления изобретения, иллюстрируя их аналогично фиг. 1.

Емкость печи 1 электродуговой печи постоянного тока с одной стороны оснащена сцеживающей емкостью 2, а с другой стороны - емкостью для переплава 3, то есть непосредственно соединена с каждой из этих емкостей 2 и 3 таким образом, что образуется единая установка, содержащая три операционные зоны. Емкость печи 1 электродуговой печи служит зоной плавления или плавления с восстановлением, емкость для переплава 3 служит зоной переплава и нагрева, а сцеживающая емкость 2 служит зоной сцеживания. Посередине, то есть по центру емкости печи 1, на ее крышке 4 расположена шахта предварительного нагрева 5, включающая газопроницаемое и водоохлаждаемое изолирующее устройство 6. В шахту предварительного нагрева 5 могут загружаться металлические загрузочные вещества 7 - в первую очередь, стальной лом, возможно также, твердый чушковый чугун - предпочтительно, при помощи ленточного транспортера 8, через приемное отверстие 9. Параллельно с шахтой предварительного нагрева 5 имеется по крайней мере одна расположенная непосредственно сбоку загрузочная шахта 10 (предпочтительна конструкция с несколькими загрузочными шахтами), которая также открывается в емкость печи 1 и включает газонепроницаемое и водоохлаждаемое изолирующее устройство 11, ориентированное внутрь печи. Загрузочная шахта может загружаться твердыми кусковыми носителями железа 12 (железо, полученное прямым восстановлением, предварительно восстановленная железная руда, агломераты, окалина, пыль из фильтров и/или брикеты шлама, и т. д.) и/или носителями углерода 13 (кокс, прессованные частицы органической легкой фракции и т.д.) и/или шлакообразующие вещества 14 (известь, флюорит, кварцевый песок, боксит и т.д.) через ленточный транспортер 15 или ленточные транспортеры. Узел, состоящий из емкости печи 1, емкости для переплава 3, сцеживающей емкости 2, шахты предварительного нагрева 5, размещенной сверху, и боковых загрузочных шахт 10, образует ядро установки по изобретению.

Емкость печи 1 оснащена несколькими наклонными графитовыми электродами 16, подключенными в качестве катодов, возможно, выполненными в виде полых электродов, которые предпочтительно размещены симметрично относительно электродуговой печи и шахты предварительного нагрева 5, расположенной сверху. Электроды 16 могут поворачиваться в пределах угла наклона от 0 до 30o относительно вертикали в направлении к центру емкости печи 1, и до 10o в противоположном направлении - к стенке емкости печи 1. Угол наклона может по разному регулироваться и/или контролироваться для каждого отдельного электрода 16. Во время операции плавления этот угол обычно составляет 15 - 20o. В отдельных случаях поворотная способность электродов 16 может быть устранена. Противоположным электродом 17 служит донный анод, расположенный по центру дна 18 емкости печи 1.

Металлические загрузочные вещества 7, нагретые в шахте предварительного нагрева 5 посредством восходящих отработанных газов 19, загружают в емкость печи 1 установки непрерывно или партиями, исключительно при включенном токе. Если это влечет за собой риск поломки электродов, электроды 16 временно разворачивают в направлении стенки емкости печи 1 при включенной электроэнергии, или извлекают вверх при выключенной электроэнергии. Загрузку лома 8, имеющего большой вес отдельных кусков (отходы при производстве заготовок, таких как слябы, сутунки или блюмы, пакетированный лом и т.д.), производят при кратковременном прерывании подачи тока и подъеме электродов 16.

Загрузку в электродуговую печь твердых носителей железа 12, содержащих окисную часть (губчатое железо, предварительно восстановленная руда, брикетированная пыль и т.д.), и, если необходимо, носителей углерода 13, таких как кокс, прессованные частицы органической легкой фракции и т.д., а также шлакообразующих веществ 14 (известь, флюорит, кварцевый песок, боксит и т.д. ) осуществляют через боковые загрузочные шахты 10 непрерывно и/или партиями/периодически, независимо от загрузочных операций, которые осуществляют через шахту предварительного нагрева 5.

Так же независимо осуществляют подачу жидкого чушкового чугуна 20 в электродуговую печь, непрерывно или партиями/периодически, через устройство подачи чушкового чугуна 21, выполненного в виде желоба и открывающегося в емкость печи 1. С одной стороны емкости печи 1, которая расположена напротив желоба, имеется дверца 22 для управления технологическим процессом, для введения дополнительного манипулятора для фурм 23 и для проведения работ по обслуживанию в области емкости печи 1.

Формой установки обусловлен тот факт, что загрузка и плавление внутри емкости печи 1 всегда осуществляются с жидким отстоем 24. Последний обеспечивает возможность почти непрерывной квазистационарной операции плавления со вспененным шлаком 25, который почти полностью окружает электрические дуги 26, что дает высокую выходную мощность преобразования и термическую эффективность при снижении уровня шума.

Чтобы соответствовать следующим требованиям: переработка тонкоизмельченных носителей железа 12' (в частности, карбида железа, отходов при просеивании губчатого железа, пыли из фильтров и т.д.); выработка и контроль вспененного шлака 25; ускорение процесса плавления загрузочных веществ 7, 12, 13, 14 путем повышения потребления энергии электродуговой печью (включая дожигание CO и H2 в отработанных газах 19 внутри или над вспененным шлаком 25) и уравновешивания концентрационного и температурного градиентов внутри ванны расплава 24, а также замена части требуемой электроэнергии более дешевыми видами первичной энергии, дополнительно тонкоизмельченные носители железа 12', и/или тонкоизмельченный уголь 13' или другие носители углерода (обработанная органическая легкая фракция, в частности, легкая фракция из шредера), и/или тонкоизмельченные шлакообразующие вещества 14' (известь, флюорит и т.д.), и/или газообразный кислород и/или другие окисляющие газы 27 (CO2, H2O и т.д.), а также вторичный воздух 28, и/или CH4 или другие углеводороды 29, и/или инертные газы 30 (N2, Ar) подают в регулируемых количествах в соответствии с требованиями места и времени, через один или несколько полых электродов 16 для вдувания сверху по крайней мере одного из вышеупомянутых веществ 12', 13', 14', 29, 30 за исключением кислорода и кислородсодержащих газов и/или защищенных и/или незащищенных сопел и/или фурм 32 (подвижных и/или фиксированно установленных фурм, возможно, выполненных в виде комбинированных фурм/горелок) в различных точках крышки и стенок электродуговой печи над и/или под поверхностью шлака для вдувания сверху или вдувания внутрь по крайней мере одного из вышеупомянутых веществ 12', 13', 14', 27, 28, 29, 30 и/или защищенных подванных сопел 33 (предпочтительно сопел высокого давления) и/или донных продувочных кирпичей для продувки или подванных сопел для вдувания внутрь по крайней мере одного из вышеупомянутых веществ 12', 13', 14', 27-30, или продувочных кирпичей для инертных газов 30.

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 з