УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУЖКИ

Полезная модель относится к металлургии, в частности к печам электрошлакового переплава, и может быть использована при рециклинге отходов металлообрабатывающих производств в виде металлической стружки.
Известен способ (патент RU 2405843, опубл. 10.12.2010), позволяющий использовать кусковые и стружечные отходы инструментального производства для производства слитков из инструментальной стали методом электрошлакового переплава.
Недостатком данного способа является невозможность переплава металлической стружки в печи ЭШП без применения дополнительного оборудования, в данном случае, дуговой печи, т.к. необходима предварительная выплавка электродов из кускового лома. Применение двойного переплава значительно увеличивает себестоимость получаемой заготовки. При плавке высоколегированных сталей в дуговой печи возможен угар легирующих элементов из-за воздействия электрической дуги, что потребует дополнительного легирования ферросплавами даже в том случае, если изначально марка стали в кусковом ломе была идентична выплавляемой. Данный способ предполагает плавку лома в дуговой печи, а переплав стружки в печи электрошлакового переплава совместно с ранее выплавленным расходуемым электродом. Из данного описания не ясно, как следует поступать в том случае если отсутствует кусковой лом необходимый для плавки в дуговой печи с дальнейший изготовлением расходуемого электрода. По совокупности технико-экономических показателей предложенный способ сравним с «классическим» двухстадийным способом переплава (дуговая печь - ЭШП).
Также известно устройство (RU 72227, опубл. 10.04.2006), позволяющее переплавлять чугунную стружку в плавильной емкости, содержащую плавильную емкость со сливным устройством и подъемный свод, снабженную огнеупорной теплоизоляционной футеровкой, неподвижным подовым электродом и подвижным нерасходуемым электродом.
Недостатком данного устройство является то, что используемая плавильная емкость подходит только для переплава чугунов или рядовых марок стали. При выплавке высококачественных марок сталей возможно загрязнение расплава материалом футеровки.
Также известно устройство (RU 2483126, опубл. 27.05.2013), позволяющее переплавлять металлосодержащие отходы непосредственно в печи электрошлакового переплава с применением нерасходуемых электродов.
Недостатком данного изобретения является огнеупорное напыление на поверхности кристаллизатора, т.к. данное покрытие может применяться только в печах электрошлакового переплава с механизмом вытяжки слитка из кристаллизатора или подвижным кристаллизатором. В печах с неподвижным слитком, кристаллизатором и поддоном использование огнеупорного напыления невозможно, т.к. по мере наплавления слитка жидкий металл, а в дальнейшем непосредственно и сам слиток начнет контактировать с данным напылением, что приведет сначала к ухудшению поверхности получаемого слитка, а в дальнейшем и к изменению диаметра слитка соразмерно толщине огнеупорного напыления. Также возможно попадание частиц напыления в жидкий металл что приведет к браку получаемого изделия.
Следует отметить, что в настоящее время установки электрошлакового переплава с подвижным кристаллизатором и поддоном применяются, как правило, для выплавки средних и крупных слитков, но выплавка слитков такого размера из металлсодержащих отходов экономически нецелесообразна, т.к. для производства таких слитков затруднительно подобрать шихту в виде металлосодержащих отходов однородного химического состава, также затруднен контроль качества изделий, получаемых по указанной технологии. В случае возникновения брака при выплавке слитков среднего и крупного размера экономические показатели данной технологии оказываются ниже чем по классической схеме с плавкой стального электрода.
По своей сути предлагаемое устройство является одним из вариантов дугошлакового, а не электрошлакового переплава со всеми присущими недостатками, в первую очередь, высоким угаром легирующих элементов под воздействием дуги. При переплаве высоколегированных сталей по предлагаемой схеме это может привести к браку по химическому составу из-за угара таких элементов, как, например, хром и титан.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является печь ЭШП применяемая для переплава стружки (Интенсификация процессов специальной металлургии, Шалимов А.Г., Готин В.Н., Тулин Н.А. М.: Металлургия, 1988, стр. 295-302.).
Данная печь позволяет осуществлять одностадийный электрошлаковый переплав стружки, который может обеспечить незначительный угар основных легирующих элементов быстрорежущих сталей, исключающий дополнительное делегирование при переплаве стружки конечного химического состава; бездефектную поверхность слитков, не требующую зачистки перед деформацией; высокую химическую и структурную однородность металла при низком содержании примесей и газов, и как следствие, увеличенных выход годного продукта за счет повышенной деформируемости слитка и снижении головной и донной обрези; лучший комплекс физико-химических свойств по сравнению с металлом обычной выплавки; простоту и надежность используемого оборудования. Описанное устройство принято за прототип полезной модели.
Устройство состоит из бункера для шихтовых материалов, наклонного желоба, промежуточной воронки, вибрационного дозатора, расходуемого металлического или нерасходуемого графитированного электрода, источника питания и кристаллизатора.
Недостатком данного прототипа является то, что при переплаве по схеме предложенной в прототипе требуется предварительная подготовка шихтовых материалов (дробление, осушка). Металлическая стружка, полученная при токарной обработке, как правило, содержит смазочно-охлаждающую жидкость. В случае отсутствия подготовки шихтовые материалы будут прилипать и задерживаться на вибрационном дозаторе, а крупные фракции будут нарушать ход металлической стружки по поверхности дозатора.
Техническим результатом полезной модели является снижение удельного расхода электроэнергии за счет частичной утилизации тепла отходящих газов и снижение затрат на предварительную подготовку стружки.
Технический результат достигается следующим образом - бункер шихтовых материалов выполнен закрытым. Для отвода отходящий газов в верхней части бункера имеется отверстие. Подача шихтовых материалов в зону плавления осуществляется шнековым питателем, для исключения подвисания материалов вал питателя снабжен перемешивателем. Бункер снабжен системой из двух шиберов, позволяющих минимизировать выбросы отходящих газов в процессе дозагрузки шихтовых материалов во время плавки. Шиберы покрыты электроизоляционным материалом и открываются независимо друг от друга. Уплотнение между корпусом бункера и валом шнекового питателя выполнено медным и водоохлаждаемым. Полый электрод изготовлен из графитированного материала и является нерасходуемым. Электрод снабжен металлической вставкой. Система регулирования скорости вращения шнекового питателя соединена с системой автоматического регулирования процесса переплава.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено устройство. На печи электрошлакового переплава на механизме 1 перемещения электрода в электрододержателе 2 установлен полый нерасходуемый электрод 3 с бункером 4 для шихтовых материалов. Внутри бункера установлен шнековый питатель 5, приводимый в движение электродвигателем 6. Шнековый питатель снабжен перемешивателем 7. Бункер снабжен медным водоохлаждаемым уплотнением 8 шнекового питателя. Для отвода отходящих газов в верхней части бункера имеется отверстие 9. Загрузка шихтовых материалов в бункер производится через систему из двух шиберов 10, 11. Плавка ведется в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе 12 с медным водоохлаждаемым поддоном 13. Электрододержатель и поддон соединены с источником питания 14 по прилагаемой схеме. Графитированный электрод в верхней части снабжен металлической вставкой 15.
Принцип работы заключается в следующем: стружка через систему шиберов загружается в бункер для шихтовых материалов, откуда с помощью шнекового питателя поступает в отверстие электрода и по мере прохождения через полость электрода и опускания в шлаковую ванну, постепенно плавится. В верхней части электрод снабжен металлической вставкой, представляющую собой трубу вставленную внутрь электрода. Данная вставка позволяет предотвратить разрушение электрода под воздействием сил действующих на его внутренние стенки при прохождении шихтовых материалов. Металл в виде капель проходит через слой жидкого шлака и попадает в жидкую металлическую ванну. При прохождении металла через слой флюса происходит рафинирование от неметаллических включений. В дальнейшем металл кристаллизуется в водоохлаждаемом кристаллизаторе. Скорость подачи шихтовых материалов регулируется шнековым питателем. Принцип генерации тепла в шлаковой ванне аналогичен используемому в печах ЭШП с расходуемым электродом. Производительность зависит от скорости подачи шихтовых материалов. В процессе переплава часть отходящих газов проходит через отверстие в электроде и прогревает шихтовые материалы находящиеся в бункере. Избыток газов удаляется за счет создания избыточного давления внутри бункера через отверстие в верхней части. Шихтовые материалы загружаются через систему шиберов, которая позволяет избежать выброса отходящих газов через загрузочное отверстие. Во время проведения плавки для дополнительной загрузки шиберы открываются последовательно, при этом во время остановки печи с отключением напряжения в силовой цепи допускается открывать оба шибера одновременно. В целях электробезопасности шиберы покрыты электроизоляционным материалом. Загрузка шихтовых материалов непосредственно в бункер установленный над электродом печи позволяет отказаться от использования сложной системы дозирования и подачи шихтовых материалов. Это дает возможность минимизировать операции на операции предварительной подготовки шихтовых материалов (очистка, дробление), т.к. использование системы со шнековым питателем предъявляет более низкие требования к переплавляемым материалам. Также загрузка шихтовых материалов в бункер позволяет предварительно подогревать их, в результате чего возможно снизить количество расходуемой электроэнергии на плавление стружки в шлаковой ванне печи. Закрытая конструкция бункера приводит к циркуляции отходящих газов внутри объема, и, как следствие, к гораздо более высоким температурам внутри по сравнению с открытой. Перемешивание шихтовых материалов в объеме бункера с помощью перемешивателя установленного на валу шнекового питателя положительно влияет на равномерность температуры по всему объему и позволяет избежать появления каналов. Таким образом, появляется возможность утилизировать часть теплоты отходящих газов и использовать ее на нагрев металлической стружки.