СПОСОБ ВЕДЕНИЯ НАЧАЛЬНОГО ПЕРИОДА ЭЛЕКТРОПЛАВКИ В ДУГОВОЙ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
RUNNING OF ELECTROSMELTING INITIAL STAGE IN DC ARC FURNACE

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.
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).
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.
Ведение начального периода плавки, т.е. до формирования колодца в известных способах не регламентировано.
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.
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.
2
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/смвплоть до окончания проплавления колодца в шихте, которое определяют после прекращения стабилизации максимально возможного напряжения на дуге при перемещении рабочего торца электрода вглубь колодца.
Способ осуществляют следующим образом
1. Производят загрузку печи шихтой.
2. Включают источник электропитания печи.
3. Опускают графитированный электрод до возникновения электрического контакта между электродом и шихтой.
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.
5. В процессе ведения начального периода плавки осуществляют
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.
2
6. На протяжении всего начального периода устанавливают величину плотности тока в графитированном электроде не более 20 А/см 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.
2
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/см, и далее этот ток стабилизируют вплоть до окончания проплавления колодца в шихте.
2
Проплавление колодца сопровождается ростом напряжения на дуге, и при окончании проплавления колодца рост напряжения прекращается. Дальнейшая плавка при плотности тока ниже 20 А/см - 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.
2
Нами обнаружено, что при плотности тока в графитированном электроде (катоде) 20 А/см 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).
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.
Пример реализации способа.
Для примера взята плавка в дуговой печи постоянного тока вместимостью 6 тонн.
2
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/см. 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.