ДУГОВАЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ARC STEEL-SMELTING DC FURNACE

Изобретение относится к черной металлургии, к области электротермической техники, а именно к устройствам дуговых сталеплавильных печей.
Известны дуговые сталеплавильные печи постоянного тока (далее ДСППТ), содержащие следующие части и механизмы: корпус, образованный металлической оболочкой с футерованными или водоохлаждаемыми стенами, свод и один сводовый электрод, сливной желоб, ванну, под с центральным подовым электродом и рабочее окно (Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский Л.Е. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. - М.: МИСИС, 1995. - 512 с., 111-115 с.).
Недостатками вышеобозначенного устройства являются уменьшение КПД дуги из-за больших потерь энергии излучения электрических дуг на нагрев воды в водоохлаждаемых стенах и оплавление футеровки футерованной части свода.
Прототипом изобретения является ДСППТ, содержащая корпус, образованный металлической оболочкой с футеровкой, сливной желоб, свод и один сводовый электрод, ванну, под с центральным подовым электродом, расположенным на одной оси со сводовым электродом, рабочее окно, два боковых подовых электрода с возможностью поочередного или совместного их включения в конце периода расплавления шихты. Центральный и боковые подовые электроды расположены на одной горизонтальной оси (RU №2410444, C21C 5/52, 2011 г.).
Недостатками прототипа являются неравномерное расплавление шихты и нагревание ванны, увеличение времени плавки и, соответственно, снижение производительности печи.
Задачей изобретения является разработка конструкции ДСППТ, обеспечивающей повышение равномерности расплавления шихты по всему периметру ванны, выравнивание температур по поверхности ванны металла, уменьшение времени плавки, повышение производительности печи.
Техническим результатом изобретения является уменьшение времени плавки, снижение расхода электроэнергии, повышение производительности дуговых сталеплавильных печей постоянного тока.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в дуговой сталеплавильной печи постоянного тока, содержащей футерованный металлический корпус с ванной металла и водоохлаждаемыми стенами, сливной желоб, свод, состоящий из футерованной и водоохлаждаемой частей, с расположенным в нем сводовым электродом, и подовыми электродами, установленными с возможностью поочередного включения, согласно изобретению в поде печи установлены четыре подовых электрода, расположенных симметрично по окружности, диаметр которой составляет 0,46-0,52 диаметра ванны металла
Симметричная установка в печи четырех подовых электродов по окружности, диаметр которой составляет 0,46-0,52 диаметра ванны металла, позволит создать вращающуюся по данной окружности по ванне металла дугу, повысить равномерность расплавления шихты, выровнять температуру металла, уменьшить время плавки, повысить производительность печи, снизить расход электроэнергии.
При диаметре окружности, на которой расположены четыре подовых электрода, меньше 0,46 диаметра ванны металла будет наблюдаться концентрация энергии излучения дуги в центре ванны, вследствие чего произойдет снижение энергии излучения на периферию ванны металла, что, в свою очередь, вызовет увеличение времени плавки из-за задержки расплавления шихты на откосах и выравнивания температуры ванны металла. При увеличении диаметра окружности на величину более 0,52 диаметра ванны электрическая дуга приблизится к поверхности водоохлаждаемых стен ДСППТ, излучение на стены увеличится, а на ванну металла уменьшится, что приведет к увеличению тепловых потерь на нагрев воды в водоохлаждаемых панелях, увеличению времени плавки и расхода электроэнергии.
ДСППС представлена на чертежах, где на фиг.1 - печь, вид спереди в разрезе; на фиг.2 - схема питания ДСППТ и разрез ванны металла; на фиг.3 - вид сверху ванны металла.
Устройство выполнено следующим образом.
Устройство содержит корпус 1, образованный металлической оболочкой с футерованным подом 2, водоохлаждаемыми стенами 3, водоохлаждаемым сводом 4 с футерованной частью 5, вертикально расположенный сводовый электрод (далее СЭ) 6, электрическую дугу 7, шихту 8, канал донного выпуска 9, подовые электроды (далее ПЭ) 10, ванну 11 металла. Схема питания (фиг.2) устройства состоит из электропечного трансформатора 12 (далее ЭПТ), четырех управляемых выпрямителей 13, 14, 15, 16 (УВ1-УВ4) по одному на каждый из четырех подовых электродов 10 (ПЭ1-ПЭ4), системы 17 импульсно-фазового управления (СИФУ) управляемыми выпрямителями 13, 14, 15, 16.
n
в
Диаметр окружности D, на которой расположены подовые электроды 10 ПЭ1-ПЭ4 (фиг.3), связан с диаметром ванны 11 металла D следующим соотношением:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>D</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>D</mi><mi>B</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,46</mn><mo>÷</mo><mn>0,52</mn></mrow>
Расчетами и моделированием было установлено, что при этом соотношении наблюдается максимальный тепловой поток к ванне металла.
п
п
Устройство работает следующим образом. При поднятом и отодвинутом в сторону своде 4 производится загрузка шихты 8. Затем свод 4 закрывают и сводовый электрод 6 опускают в рабочее пространство печи. Система импульсно-фазового управления 17 (СИФУ) тиристорами управляемых выпрямителей 13, 14, 15, 16 УВ1-УВ4 поочередно отпирает тиристоры на ¼ долю секунды и между сводовым электродом 6 и шихтой 8 загорается дуга 7. Сводовый электрод 6 поднимают вверх, дуга 7 горит над шихтой 8, прорезая в ней колодец. Подовые электроды 10 подключают к управляемым выпрямителям 13, 14, 15, 16 УВ1-УВ4 поочередно на ¼ долю секунды. Каждый управляемый выпрямитель 13, 14, 15, 16 открыт ¼ долю секунды, а ¾ доли секунды закрыт. В результате такой работы СИФУ 17 первый выпрямитель УВ1 13 открыт в первую ¼ секунды и ток проходит по пути: сводовый электрод 6, дуга 7, шихта 8, ванна 11 металла, подовый электрод 10 ПЭ1. По истечении ¼ секунды УВ1 13 закрывается. Во вторую ¼ секунды УВ2 14 открыт и ток проходит по пути: сводовый электрод 6, дуга 7, шихта 8, ванна 11 металла, подовый электрод 10 ПЭ2. По истечении второй ¼ доли секунды УВ2 14 закроется, а УВЗ 15 откроется и останется открытым третью ¼ долю секунды, а ток проходит по пути: сводовый электрод 6, дуга 7, шихта 8, ванна металла 11, подовый электрод 10 ПЭЗ. В четвертую ¼ долю секунды три управляемых выпрямителя 13, 14, 15 УВ1-УВЗ закрыты, а открыт четвертый УВ4 16, и ток проходит по пути: сводовый электрод 6, дуга 7, шихта 8, ванна 11 металла, подовый электрод 10 ПЭ4. Таким образом за 1 секунду анодное пятно и дуга 7 переместится по шихте 8 или ванне 11 металла по окружности диаметром D. В следующую секунду цикл повторяется, то есть поочередно на ¼ долю секунды открываются управляемые выпрямители 13, 14, 15, 16 УВ1-УВ4. В печи образуется вращающаяся по шихте 8 или ванне 11 металла со скоростью один оборот в секунду дуга 7. Дуга 7 выдувается отклоняющей электромагнитной силой в сторону стен. Отклоняющая электромагнитная сила создается магнитным полем тока, протекающего по ванне 11 металла при несоосном расположении сводового электрода 6 и подовых электродов 10. При расположении сводового электрода 6 и подового электрода 10 на вертикальной оси симметрии печи отклоняющая электромагнитная сила отсутствует. При расположении четырех подовых электродов 10 в поде печи 2 по окружности, диаметр которой составляет 0,46-0,52 диаметра ванны 11 металла, ток протекает под углом 50°-55° к оси сводового электрода 6, что вызывает электромагнитную силу, выдувающую дугу к стене противоположной подовому электроду 10, по которому протекает ток. Вращающаяся дуга 7 формирует в шихте 8 широкий колодец, что обеспечивает устойчивость горения дуги 7, снижение количества коротких замыканий. После проплавления колодца и формирования ванны 11 металла дуга 7 горит на ванну 11 металла, вращаясь по окружности диаметром D, при этом положение дуги 7 всегда остается наклонным к поверхности ванны 11 металла (фиг.2). При наклонном положении дуги 7 увеличивается средний угловой коэффициент излучения дуги на ванну 11 металла и КПД дуги (Макаров А.Н., Луговой Ю.А., Зуйков P.M. Энергосбережение при производстве стали в плазменно-дуговых печах // Электрометаллургия. 2010. №9, стр.32-37).
Вращающаяся дуга 7 равномерно расплавляет шихту 8 по всему периметру ванны 11 металла, ванна 11 металла нагревается равномерно.
В конце периода расплавления длину дуги 7 уменьшают, и наклон дуги 7 к поверхности ванны 11 металла увеличивается, и, следовательно, увеличивается излучение дуги 7 на ванну 11 металла, а на водоохлаждаемые стены 3 и свод 4 уменьшается, увеличивается КПД дуги 7, производительность печи, уменьшается расход электроэнергии.
Предлагаемое устройство позволяет достичь следующих результатов: повышение КПД на 13%, повышение производительности и, как следствие, сокращение удельного расхода электроэнергии на 8-9%.
Изобретение находится на стадии технического предложения.