УСТАНОВКА ПЕЧЬ-КОВШ

Полезная модель относиться к области металлургии, в частности к устройствам для получения сталей в электрических агрегатах, конкретно в ковшах с внепечными средствами непосредственного нагрева и рафинирования металла в электрических дугах, и может быть использовано для нагрева и обработки расплавленных сталей газами, шлаками и флюсами.
Известна установка печь-ковш с крышкой, через которую проходят три графитовых электрода подключенные к трансформатору, три пористые пробки для подачи перемешивающего газа, установленные в днище ковша в точках равноудаленных от центра равностороннего треугольника, образованного при соединении центров сечений электродов, и бункера для загрузки реагентов(см. заявка Японии №56-42644, С 21 С 7/00, 7/072, 7/076, опубл. 1981).
Повышение производительности данных установок печь-ковш за счет увеличения мощности мотивировано тем, что процесс нагрева металла в них в принципе аналогичен дуговым печам в период нагрева расплава, когда шихта
полностью расплавлена. Тепловой кпд печей в этот период не превышает 30-45% (см. Смоляренко В.Д., Кузнецов Л.Н. Энергетический баланс дуговых сталеплавильных печей. М.: Энергия, 1973. - 88 с.), так как значительная часть мощности электрических дуг, которые не экранированы шихтой, теряется через стенки и крышку. В связи с тем, что геометрия рабочего пространства установок печь-ковш существенно отличается от дуговых печей, в частности высота крышки, диаметр и глубина ванны, и их соотношения, то тепловой кпд этих установок не превышает 30-40% (см. Хопман В., Фетт Ф.Н. Энергетический баланс печи-ковша // Черные металлы, 1988, №18, с.18-24). По этой же причине в данных установках печь-ковш наблюдается повышенный угар электродов и износ футеровки ковша выше зеркала металла, что снижает их производительность при непроизводительных простоях на частую замену электродов и ремонт футеровки. Возможности повышения производительности печи-ковша, за счет интенсификации перемешивания расплава при увеличении подачи аргона через пористые пробки между электродами, ограничены нарушением сплошности шлакового слоя на зеркале расплава и вторичным окислением металла. Загрузка кусковых шлакообразующих и легирующих реагентов из бункеров на зеркало металла в ковше требует при десульфурации и легировании дополнительных затрат времени и подводимой мощности на их расплавление. Перемешивание и усреднение химического состава стали, что снижает производительность установки печь-ковш.
Известна установка печь-ковш, содержащая ковш с крышкой, через которую проходят три электрода подключенные к трансформатору, и с
пористой пробкой для подачи перемешивающего газа, установленной в днище по оси ковша, приспособление для подвода газа вдоль электродов в верхней части ковша и бункер для загрузки реагентов (см. заявка ФРГ №36024989, F 27 B 3/08, B 22 D 41/00, опубл. 1986).
В данной установке печь-ковш газ, подаваемый вдоль электродов, служит только для защиты поверхности электродов от угара и зеркало металла от окисления, и не участвует в перемешивании расплава, что снижает производительность нагрева и обработки. При этом подача перемешивающего газа между электродами через пористую пробку, установленную по оси ковша, приводит к сильным колебаниям уровня металла. Поэтому в процессе эксплуатации наблюдается неравномерный угар электродов и возникает разница в длинах дуг. В результате колебаний уровня металла в ковше, обусловленных продувкой аргоном через пористые пробки, электрод, обладающий меньшей длинной дуги и, соответственно, меньшим фазным напряжением, периодически касается металла с повышением в нем содержания углерода и возникновение токов короткого замыкания, что снижает производительность нагрева и обработки за счет необходимости в дополнительной операции обезуглероживания и снижения вводимой мощности. Для электродов с большей длинной дуги колебания уровня металла приводят к обрыву дуги, что также снижает производительность нагрева и обработки в данной установке печь-ковш организацией более интенсивной подачи перемешивающего газа через пористую пробку, ограниченно образованием на поверхности стали газометаллического буруна с повышенным брызгоуносом и
вторичным окислением металла незащищенного шлаком. Так как подвод тепла от дуг осуществляется локально, то в центральной зоне ковша на поверхности металла, заключенной между электродами, температура гораздо выше, чем у стенок ковша. Поэтому на усреднение температуры, при лимитированном расходе перемешивающего газа требуются значительные затраты времени, что снижает производительность нагрева. Перемешивание металла в ковше только с помощью холодного продувочного газа через пористую пробку приводит к нагреву газа до температуры металла и выносу его с зеркала расплава. При этом наблюдаются значительные тепловые потери, и снижение температуры стали со средней скоростью в зависимости от массы метала от 4-5°С/мин (для сравнения скорость понижения температуры стали в ковше без продувки 2-3°С/мин), что требует для компенсации падения температуры подвода дополнительной мощности и снижает производительность нагрева.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является установка печь-ковш, содержащая ковш, снабженный закрепленными в его днище шиберным затвором и пористыми пробками, соединенными трубопроводами с источником газа через первые регулирующие клапаны с приводами, и крышкой с тремя уплотненными отверстиями, через которые с помощью электродержателей и механизмов перемещения с приводами пропущены три полых графитовых электрода с осевыми каналами, состоящие из отдельных фрагментов с резьбовыми ниппельными отверстиями на концах и соединенных с помощью полых резьбовых промежуточных ниппелей, причем каждый из полых электродов имеет короткую сеть, подключенную к
электродержателю от отдельной фазы вторичной обмотки трехфазного трансформатора, на первичной обмотке которого расположен переключатель ступеней напряжения, и узел крепления, ввинченный в верхнем резьбовом ниппельном отверстии и снабженный газоподводящей трубкой, соединенной с источником газа через второй регулирующий клапан, и питательной трубкой, проходящей по оси полого электрода и соединенный трубопроводом с пневматическим питателем, сообщающемся с бункерами порошкообразных шлакообразующих и легирующих материалов и с источником газа, через третий регулирующий клапан с приводом (см. заявка ЕПВ №0203533, С 21 С 7/00, 7/072, 5/52, опубл. 1986).
В данной установке печь-ковш стабильность процесса электродугового подогрева металла повышается с увеличение силы тока и напряжением на дугах, однако это приводит к значительному угару электродов и требует более частой их замены, что снижает производительность нагрева и обработки металла. При этом «кипение» металла при продувке аргоном через пористые пробки вызывает необходимость увеличения расстояния между поверхностью металла и полыми электродами и, соответственно, длинны дуги. В результате повышается теплоизлучение дуг на огнеупорные футеровки ковша и крышки, с уменьшением количества тепла передаваемого металлу и снижением кпд нагрева, что требует увеличения продолжительности подвода мощности и приводит к снижению производительности нагрева. В данных печах-ковшах в период нагрева металла дугами продувку аргоном через пористые пробки не осуществляют или ограничивают, так кипение нарушает стабильность нагрева.
При этом оптимальный расход аргона через пористые пробки, с точки зрения минимального брызгоуноса и выброса вспененного шлака с поверхности металла в ковше, а также условий стабильного горения дуг, является недостаточным для того, чтобы обеспечить эффективное перемешивание расплава для выноса всех объектов металла с поверхности реагирования и для выравнивания состава и температуры по высоте стали в ковше. Поэтому повышение производительности нагрева и обработки в данной установке печь-ковш лимитировано критической интенсивностью продувки перемешивающим газом через пористые пробки, при котором происходит разрыв сплошности шлака плавающего на зеркале металла, что приводит к вторичному окислению металла и к заметаливанию полых электродов и крышки. Дополнительное перемешивание металла осуществляется подачей газа через полые электроды при истечении потока газа из осевых гладкостенных каналов в полых электродах в дуги только при наличии осевой составляющей скорости потоков. Это приводит к снижению производительности нагрева и обработки металла за счет нарушения стабильности горения дуг при из выдувании на боковую стенку полых электродов, неконтролируемого вскипания и увеличения брызгоуноса шлака. Нагрев дугами происходит в слое вспененного шлака, при чем увеличение количества шлака на поверхности металла способствует большему углублению дуг и лучшему их экранированию. Однако увеличение количества шлака до кратности 0,05-0,07 вызывает увеличение расхода электроэнергии на его плавление и перегрев, что снижает производительности данной установки печь-ковш. Электрические дуги в данной установке являются нелинейными
активными сопротивлениями, и параметры их в сильной степени зависят от условий горения, в частности от характера подачи в них газа через полые электроды. При этом регулирование мощности дуг производится индуктивными элементами питающей сети, изменением подводимого напряжения, долин дуг и расхода плазмообразующего газа. Однако при продувке металла газом через пористые пробки и через полые электроды с осевой подачей газа наблюдаются интенсивные колебания уровня зеркала расплава. При этом происходят короткие замыкания между электродами и жидким металлом. В осциллограммах тока наблюдаются не синусоидальности, броски тока разные амплитуды и продолжительности, а также носящие стохастический характер высшие гармоники. При этом мгновенная мощность колеблется вокруг определенного среднего значения, задаваемого автоматическим регулятором, а колебания реактивной мощности достигают 200% со скоростью до 500 мВАр/с и значительно превышают колебания активной мощности. Также наблюдается статическая и динамическая не симметрии нагрузки фаз, достигающие 10% колебания токов. Данные колебания токов, напряжений и мощности в дугах приводят к снижению коэффициентов мощности (соsφ) до 0,62-0,67, стабильности горения дуг и снижает производительность нагрева стали. Таким образом, в известной установке печь-ковш не реализуется максимально возможная производительность нагрева и обработки стали и достигаются (см Черные металлы. 1992, №12, с.19) следующие средние показатели (при весе плавки 360-380 тонн; напряжении холостого тока 398-470 В; токи на дугах 44-53 кА;
активной удельной мощности 0,065-0,09 МВт/т): длина дуг 120-160 мм; минимальная необходимая толщина шлака 150-195 мм (т.е. на 20-25% больше длины дуг); кпд нагрева 65-70%; скорость нагрева 2,0-4,0°С/мин; коэффициенты мощности (cosφ) 0,62-0,67; продолжительность нагрева 45 мин; удельный расход электроэнергии 285,8 кВт*ч/т; удельная производительности нагрева и обработки 8-8,4 т/мин.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая установка печь-ковш, является повышение производительности нагрева обработки расплава стали.
Поставленная задача решается тем, что в известной установке печь-ковш, содержащей ковш, снабженный закрепленным в его днище шиберным затвором и пористыми пробками, соединенными трубопроводами с источником газа через первые регулирующие клапаны с приводами, и крышкой с тремя уплотненными отверстиями, через которые с помощью электродержателей и механизмов перемещения с приводами пропущены три полых графитовых электрода с осевыми каналами. Электроды состоят из отдельных фрагментов с резьбовыми ниппельными отверстиями на концах и соединены с помощью полых резьбовых промежуточных ниппелей. При этом каждый из полых электродов имеет короткую сеть, подключенную к электродержателю от отдельной фазы вторичной обмотки трехфазного трансформатора, на первичной обмотке которого расположен переключатель ступеней напряжения, и узел крепления, ввинченный в верхнем резьбовом ниппельном отверстии и снабженный газоподводящей трубкой. Газоподводящая трубка соединена с
источником газа через второй регулирующий клапан с приводом, и питательной трубкой, проходящей по оси полого электрода и соединенной трубопроводом с пневматическим питателем, сообщающемся с бункерами порошкообразных шлакообразующих и легирующих материалов и с источником газа, через третий регулирующий клапан с приводом, согласно изменению газоподводящие трубки в узлах крепления полых электродов выполнены в виде глуходонных кольцевых камер, охватывающих питательные трубки и имеющих тангенциальные сопла в их боковых наружных стенках, при соблюдении соотношения наружных и внутренних диаметров полых электродов, наружных диаметров кольцевых камер и внутренних диаметров питательных трубок, равно соответственно 1:(0,04-0,3):(0,03-0,25):(0,025-0,2), причем внутренние стенки осевых каналов в полых электродах и промежуточных ниппелях выполнены с винтовыми канавками шириной и глубиной равными 0,02-0,25 и шагом 0,3-0,5 от внутреннего диаметра полых электродов, и с закруткой, совпадающей с направлением тангенциальных сопел на кольцевых камерах при этом пористые пробки в днище ковша расположены по оси каждого полого электрода, переключатель ступеней напряжения на первичной обмотке трансформатора снабжен датчиком напряжения, а привод механизма перемещения полых электродов - датчиком положения и оба датчика соединены с входом микропроцессорной системы управления, причем приводы первых, вторых и третьих регулирующих клапанов снабжены блоками задания уровня расхода газа, каждый из которых соединен с выходом микропроцессорной системы управления.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображена схема установки печь-ковш; на Фиг.2 - разрез А-А на Фиг.1; на Фиг.3 разрез полого электрода с узлом крепления; на Фиг.4 разрез Б-Б на Фиг.3.
Установка печь-ковш включает в себя ковш 1 (Фиг.1), снабженный закрепленными в его днище 2 шиберным затвором 3 и тремя пористыми пробками 4 (Фиг.2) последние соединены тремя трубопроводами 5 (на Фиг.1 показан один, для упрощения схемы) с источником газа 6 через три первых регулирующих клапана 7 с приводами 8. На ковше 1 установлена крышка 9 с тремя уплотненными отверстиями 10, через которые пропущены, с помощью электродержателей 11 и механизмов перемещения 12 с приводами 13 (на Фиг.1 показан один из трех механизмов перемещения 12), три полых графитовых электрода 14 с осевыми каналами 15. При этом полые электроды 14 состоят из отдельных фрагментов, например 16 и 17 (Фиг.3) с резьбовыми ниппельными отверстиями 18 на концах и соединенных с помощью полых резьбовых промежуточных ниппелей 19. Каждый из полых электродов 14 имеет короткую сеть 20, подключенную к электродержателям 11 от отдельных фаз вторичной обмотки 21 трансформатора 22, на первичной обмотке 23 которого расположен переключатель ступеней напряжения 24 (Фиг.1). Причем пористые пробки 4 в днище ковша 1 расположены по оси каждого полого электрода 14 (Фиг.2). В верхних резьбовых ниппельных отверстиях 18 (Фиг.3) полых электродов 14 ввинчены узлы крепления 25, снабженные газоподводяшими трубками 26, соединенными с источником газа 6 через вторые регулирующие клапана 27 с приводами 28 (на Фиг.1 показана одна линия). Узлы крепления 25 снабжены
нэ
вэ
нк
во
нэ
вэ
нк
во
вэ
4
также питательными трубками 29, проходящими по осям полых электродов 14 и соединенными трубопроводами 30 с пневматическими питателями 31 для подачи порошкообразных материалов, сообщающимися через вентили 32 с бункерами шлакообразующих 33, а через вентили 34 - с бункерами легирующих 35 и с источником газа 6 через третьи регулирующие клапаны 36 с приводами 37. Причем газоподводящие трубки 26 в узлах крепления 25 полых электродов 14 выполнены (Фиг.3, 4) в виде глуходонных кольцевых камер 38, охватывающих питательные трубки 29 и имеющих тангенциальные сопла 39 в их боковых наружных стенках. При этом соблюдается соотношение (Фиг.3, 4) наружных (d) и внутренних диаметров (d) диметров полых электродов 14, наружных диаметров (d) кольцевых камер 38 и внутренних диаметров (d) питательных трубок 29 равное - d:d:d:d=1:(0,04-0,3):(0,03-0,25):(0.025-0.2). Внутренние стенки осевых каналов 15 в полых электродах 14 и промежуточных ниппелях 19 выполнены с винтовыми канавками 40 (Фиг.3) шириной (а) и глубиной (b) равными 0,02-0,25 шагом (h) 0,3-0,5 от внутреннего диаметра (d) полых электродов 14, причем закрутка винтовых каналов 40 совпадает с направлением тангенциальных сопел 39 (F) на кольцевых камерах 25. Переключатель ступеней напряжения 24 на первичной обмотке 23 трансформатора 22 снабжен датчиком напряжения 41, а приводы 13 механизмов перемещения 12 полых электродов 14 - датчиком положения 42. Датчик напряжения 41 и датчик положения 42 соединены с входом 43 микропроцессорной системой управления 44. Приводы 8, 28 и 37, соответственно первых 7, вторых 27 и третьих 36 регулирующих клапан,
снабжены блоками задания уровня расхода газа, соответственно, 45, 46, 47, каждый из которых соединен с выходом 48 микропроцессорной системой управления 44. На чертежах (Фиг.1, 2, 3) также условно показаны под позициями: 49 - расплавленная сталь, заполняющая ковш 1; 50 - вспененный шлак на поверхности стали 49; 51 - электрические дуги, горящие между полыми электродами 14 и стали 49; 52 - плюмажная зона, барботирующихся через сталь 49 пузырьков газа из пористых пробок 4 и полых электродов 14.
Установка печь-ковш работает следующим образом в ковш 1 (Фиг.1, 2) с установленным в днище 2 закрытым шиберным затвором 3 разливают сталь 49 из конвертера (на чертежах не показан) и наводят защитного шлака 50. После транспортировки металла и скачивания конвертерного шлака температура стали 49 снижается с 1660°С до 1570°С и ковш 1 устанавливается на стенд внепечной обработки. Через пористые пробки 4 по трубопроводам 5 подают в расплавленную сталь 49 перемешивающий аргон от источника газа 6 и изменяют его расход с помощью регулирующих клапанов 7 с приводами 8. На ковш 1 устанавливают крышку 9 с тремя уплотненными отверстиями 10 и пропускают через них, с помощью электродержаталя 11 и механизмов перемешивания 12 с приводами 13, три полых графитовых электрода 14 с осевыми каналами 15. При этом полые электроды 14 ("свечи") собраны, с помощью механизма наращивания (на чертежах не показан), из отдельных фрагментов 16 и 17 (Фиг.3) с резьбовыми ниппельными отверстиями 18 на концах и соединенных с помощью полых резьбовых промежуточных ниппелей 19. К каждому электродеожателю 11 полых электродов 14 по коротким сетям
20 (Фиг.1) подводится напряжение от отдельных фаз вторичной обмотки 21 трансформатора 22 и регулируются на первичной обмотке 23 переключателем ступеней напряжения 24. Механизмами перемещения 12 полые электроды 14 опускаются вниз до контакта со сталью 49, возбуждают электрические дуги 51 под слоем защитного шлака 50 и проводят нагрев стали 49. При этом на узлы крепления 25, ввинченные в верхних резьбовых отверстиях 18 полых электродов 14 через газоподводящие трубки 26 вторые регулирующие клапаны 27 с приводами 28, подают аргон то источника газа 26. Причем пористые пробки 4 в днище 2 ковша 1 по оси каждого электрода 14. При этом организуются встречные потоки перемешивающего газа через пористые пробки 4 плазмообразующего газа через полые электроды 14, что способствует развитию межфазной поверхности и повышению турбулентности поверхностных слоев стали 49. Встречные потоки благоприятствуют ускорению тепло - и массообмену между сталью 49 и газовой фазой, снижению брызгоуноса стали 49 шлака 50 из ковша 1 и уменьшению замметаливанию полых электродов 14 и крышки 9. По этому возможно увеличение расхода газа через пористые пробки 4 с интенсификацией перемешивания стали 49, сокращением длительности технологических операций и повышением производительности нагрева при обработки стали 49. Подача газа (аргона, азота, углекислого газа, водяного пара) через полые электроды 14 в дуги 51 в зоне выхода перемешивающего газа из пористых пробок 4, способствует искусственному вспениванию шлака 50 пузырьками газа. При этом толщина слоя шлака 50, и, следовательно, и степени рафинирования дуг 51,
увеличиваются, что позволяет повысить к.п.д. и производительность нагрева стали 49. Для проведения процессов десульфурации и легирования стали 49 через питательные трубки 29, установленные в узлах крепления 25 и проходящие по осям полых электродов 14, подают порошкообразные материалы по трубопроводам 30 с помощью пневматических питателей 31. При десульфурации шлакообразующие материалы поступает пневматические питатели 21 через открытые вентили 22 из бункеров 33, и при легировании лигатуры поступает через открытые вентили 34 из бункеров 35. Транспортирование порошкообразных материалов осуществляется при подаче на пневматические питатели 31 аргона от источника газа 6 через третие регулирующие клапаны 36 с приводами 37. Подача порошкообразных материалов по оси полых электродов 14 позволяет организовать их выход в зонах горения дуг 51 на зеркале стали 49, т.е. в областях наибольших температур. Поэтому присаживаемые материалы имеют значительную предпосылку для быстрого растворения при наименьшем расходе и равномерного распределения по объему стали 49. При этом уменьшается продолжительность процессов десульфурации и легирования стали 49. При таком вводе технологических материалов достигается более равномерное механическая и химическая нагрузка на огнеупорную кладку ковша 1, что уменьшает разрушение футеровки, увеличивает срок службы ковша 1 и производительность нагрева и обработки стали 49. Подача порошкообразных материалов с низким потенциалом ионизации через полые электроды 14 способствует дополнительной стабилизации дуг 51 в период интенсивной
подачи перемешивающей газа через пористые пробки 4, при котором наблюдаются неустойчивые режимы горения дуг 51. При использовании в качестве плазмообразующего газа углеродосодержащих газов возможно создание восстановительной атмосферы, что при проведении рафинирования стали 49 обеспечивает более полное проведение расскисления и десульфурации, а также благоприятные условия для восстановления оксидов в шлаке и возврата легирующих элементов в металл. Например, при использовании в качестве шлакообразующих флюсов смеси окислов хрома, ниобия и других металлов происходит восстановление металлов из окислов и эффективное легирование стали 49. Подача лигатур через полые электроды 14 обеспечивает более точное попадание в заданные пределы на содержание легирующих элементов, повышенную точность регулирования температуры стали 49 в процессе рафинирования, меньшую загрязненность вредными примесями (серой и кислородом) и неметаллическими включениями. Более быстрое расплавление лигатур в дугах 51 обеспечивает снижение их расхода при полном и равномерном усвоении, а также уменьшение угара в процессе легирования, что повышает производительность обработки стали 49. В процессе нагрева, когда электродержатели 11 подводят к крышке 9 ковша 1 производится наращивание полых электродов 14 новыми фрагментами 16, замена питательных трубок 29 и перепуск полых электродов 14 через отверстие 10. Выполнение газоподводящих трубок 26 в виде глуходонных кольцевых камер 38 (Фиг.3, 4), охватывающих питательные трубки 29 и имеющих тангенциальные сопла 39 в их боковых наружных стенках, позволяет
нэ
вэ
нк
во
вэ
формировать в осевых каналах 15 полых электродов 14 устойчивый вихревой поток газа. Причем соблюдение соотношения d:d:d:d=1:(0,04-0,3):(0,03-0,25):(0,025-0,2) обеспечивает минимальное аэродинамическое сопротивление потоку газа по всей длине осевых каналов 15. Выполнение внутренней стенки осевых каналов 15 полых электродов 14 и промежуточных ниппелях 19 выполнены с винтовыми канавками 40 (Фиг.3) шириной (а) и глубиной (b) равными 0,02-0,25 шагом (h) 0,3-0,5 от внутреннего диаметра (d) полых электродов 14, и организация закрутки винтовых канавок 40, совпадающей с направлением тангенциальных сопел 39 на кольцевых камерах 25 (Фиг.4) обеспечивает получение вихревого потока газа на выходе из осевых каналов 15 полых электродов 14 в зонах горения дуг 51. Вихревые потоки газа оказывают фокусирующее воздействие на столбы дуг 51 (Фиг.3) и они стабилизируются, за счет привязки на кромках осевых отверстий 15 полых электродов 14. При этом дуги 51 контролируются и занимают строго вертикальное положение. Это уменьшает электромагнитное выдувание дуг 51 и увеличивает их экранирование самими полыми электродами 14. в результате интенсивность прямого излучения от дуг 51 на крышку 9 и стенки ковша 1 уменьшается, способствуя увеличению стойкости футеровки. Вихревая подача газа в дуги 51 способствует снижению колебаний напряжения на них, увеличению коэффициента мощности (cosφ) и позволяет работать при более высоких напряжениях, что приводит к удлинению дуг (по сравнению с использование полых электродов 14 с осевой составляющей скорости газа каналов 15). Полые электроды 14 с вихревой подачей плазмообразующего газа способствуют более
устойчивому и спокойному горению дуг 51, уменьшает колебания потребляемой мощности и напряжения в питающей сети. При этом увеличивается мощность дуг 51, без роста тепловых потерь через футеровки ковша 1 и крышки 9, что повышает кпд и производительность нагрева стали 49. Кроме того, дуги 51, стабилизированные вихревым потоком плазмообразующего газа, отгоняют в сторону шлак 50, обнажая зеркало стали 49, что создает благоприятные условия для обезуглероживания и раскисления стали 49. Регулирование мощности дуг 51 и, соответственно, производительности печи ковша осуществляется (Фиг.1) изменением напряжения на первичной обмотке 23 трансформатора 22 с помощью переключателя ступеней напряжения 24, снабженного датчиком напряжения 41 (например, трансформатора напряжения), и изменением длин дуг 51 при вертикальном перемещении полых электродов 14 при помощи механизма перемещения 12, привод 13 которого снабжен датчиком положения 42 (например, электромагнитным контактором). При этом сигналы с датчика напряжения 41 и с датчика положения 42 поступают в аналоговой форме на вход 43 микропроцессорной системы управления 44, в которой преобразуются в цифровой форме в соответствии с принятым законом управления. Управляющие сигналы в аналоговой форме с выхода 48 микропроцессорной системы управления 44 (Фиг.1) поступают на блоки задания уровня расхода газа 45, 46, 47, управляющие приводами 8, 28 и 37, соответственно, первых 7, вторых 27 и третьих 36 регулирующих клапанов. Предложенная схема обеспечивает автоматическое регулирование расхода перемешивающего газа
через пористые пробки 4 и расхода газа и порошкообразных материалов через полые электроды 14, в соответствии с мощностью и длинной дуг 51. Это позволяет поддерживать оптимальный электрический и тепловой режим печи-ковша, за счет стабилизации дуг 51, минимизации удельного расхода электроэнергии и повышения производительности и нагрева и обработки, с учетом марки выплавляемой стали, шлакового режима, количества и вида легирующих добавок. При этом возможно комплексное регулирование электрического режима изменением расходов газов и порошкообразных материалов, изменением питающего напряжения за счет переключателя ступеней напряжения 24 на трансформаторе 22 и изменением длин дуг 51 путем опускания и поднятия полых электродов 14 с помощью механизма перемещения 12, что позволяет поддерживать токи фаз печи-ковша на оптимальном уровне. Подача газа в полые электроды 14 с регулируемыми давлением, расходом и степенью закрутки обеспечивает смещение шлака 50 из-под них с минимальными локальным вспениванием и брызгоуносом и проникновение дуг 51 в глубь лунок стали 49. При этом формируются оптимальные гидрогазодинамические и электродинамические потоки стали 49 в зоне действия дуг 51 и наблюдается более эффективное перемешивание с предотвращение местных явлений перегрева и с уменьшением повторного переуглероживания стали 49 от полых графитовых электродов 14 (последнее особенно важно при производстве сверхнизкоуглеродистых сталей 49). Таким образом, индивидуальное регулирование расхода газа и газопорошковой смеси через полые электроды 14 обеспечивает стабильное горение дуг 51, симметрию
фаз, повышение кпд и производительности нагрева и обработки стали 49. В заявляемой установке печь-ковш достигаются следующие показатели (при сопоставимых с прототипом технологических параметрах) длинна дуг 51-(140-180) мм; минимальная необходимая толщина шлака 50-(120-140) мм (т.е. меньше, чем длинна дуг 51, за счет более эффективного вспенивания шлака 50); кпд нагрева - (70-80)%; скорость нагрева - (4,0-6,0)°С/мин; коэффициент мощности - cosφ - (0,68-0,75); средний удельный расход электроэнергии - 220 кВт*ч/т; продолжительность нагрева и обработки - (36-40) мин; удельная производительность - (9-10) т/мин.
Таким образом, использование предлагаемой установки  печь-ковш позволяет повысить производительность нагрева и обработки стали за счет:
- интенсификации перемешивания стали через пористые пробки и полые электроды;
- увеличение теплопередачи к стали от более стабилизированных и длинных дуг с меньшими колебаниями тока и напряжения;
- увеличение коэффициента мощности (cosφ) и к.п.д. нагрева;
- уменьшение непроизводительных потерь на ремонт огнеупоров ковша и крышки;
- увеличение скорости нагрева стали, а также расплавления и усвоения шлакообразующих и легирующих материалов;
- поддержание оптимальных длин дуг и напряжений на них;
- повышение эффективности использования и оптимизации удельного расхода электроэнергии;
- поддержание температуры и химического состава стали в ковше в заданных пределах;
- минимизация продолжительности нагрева и основных этапов обработки.
На основании выше изложенного можно сделать вывод, что заявляемая установка печь-ковш работоспособна и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе. Соответственно, заявляемая установка печь-ковш может быть применена в металлургии для повышения производительности нагрева и обработки стали, а следовательно, соответствует условию «промышленной применимости».
Пример.
Установка «печь-ковш» расположена в существующей части здания конвертерного цеха и выполняет следующие технологические операции по доводке стали в сталеразливочном ковше:
- измерение температуры и отбора проб;
- продувка инертным газом;
- корректировка температуры, включая электродуговой нагрев;
- корректировка хим. состава стали;
- десульфурация.
Установка «печь-ковш» состоит из следующих частей:
- печного портала, который служит для удерживания  размещенных на нем электродов. Печной портал выполнен поворотным и крепится через поворотный венец на фундаменте;
- двух позиций с водоохлаждаемыми крышками и вытяжного колпака, которые размещены на механизме подъема. Механизм подъема закреплен на фундаменте;
- гидравлической станции обеспечивающей работу механизмов подъема крышки, электродов и т.д.;
- печного трансформатора с короткой сетью и распределительной установкой высокого напряжения;
- двух самоходных сталевозов;
- бункерной установки с взвешивающим комплексом для подачи сыпучих материалов и ферросплавов в ковш; стенд для наращивания электродов.
- трайб-аппаратом для ввода проволоки (А1, порошковой) в сталеразливочный ковш;
- устройством для аварийного вдувания аргона через фурму. Через эту фурму имеется возможность вдувания порошков (науглероживателя и др.);
- устройством для измерения температуры и взятия проб.
Основные технические характеристики предлагаемой установки «печь-ковш»
- Годовое производство, тыс.т
5500
- Число рабочих часов в год
7200
- Продолжительность обработки, мин
45
- Скорость нагрева, °С/мин
4
- Расход электроэнергии, кВтч/т°С
0,45
- Снижение содержания S, %
с 0,012 до 0,005
- Отношение температуры стали в ковше, °
С±5
Обоснование заявляемых параметров приведено в таблице.
Таблица
№ опыта
соотношение (Фиг.3, 4) наружных (d<sub>нэ</sub>) и внутренних диаметров (d<sub>вэ</sub>) диметров полых электродов 14, наружных диаметров (d<sub>нк</sub>) кольцевых камер 38 и внутренних диаметров (d<sub>во</sub>) питательных трубок 29 равное - d<sub>нэ</sub>:d<sub>вэ</sub>:d<sub>нк</sub>:d<sub>во</sub>
глубина и ширина винтовых канавок 40 в полых электродах 14 и промежуточных ниппелях от внутреннего диаметра (d<sub>вэ</sub>) полых электродов 14 (Фиг.3, 4)
шаг винтовых канавок 40 в полых электродах 14 и промежуточных ниппелях от внутреннего диаметра (d<sub>вэ</sub>) полых электродов 14 (Фиг.3, 4)
Примечание
1
1:(0,04):(0,03):(0,025)
0,02
0,3
Получен положительный результат - удельная производительность 10 т/мин
2
1:(0,03):(0,25):(0,02)
0,25
0,5
Получен положительный результат - удельная производительность 10 т/мин
3
1:(0,17):(0,14):(0,112)
0,135
0,4
Получен положительный результат - удельная производительность 10 т/мин
4
1:(0,03):(0,02):(0,01)
0,01
0,2
Получен отрицательный результат - удельная производительность 8 т/мин
5
1:(0,4):(0,3):(0,3)
0,3
0,6
Получен отрицательный результат - удельная производительность 6 т/мин