ФУТЕРОВКА ВАННЫ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ

Техническое решение относится к электрометаллургии, к футеровке электродуговой печи и может быть использовано в электротермическом производстве.
При работе электродуговой печи самым термически и механически нагруженным узлом печи является подина. В значительной мере стабильность работы печи и срок межремонтной эксплуатации определяется сроком службы подовой части футеровки печи.
Известна подина рудовосстановительной печи, содержащей металлический кожух, теплоизоляцию, кирпичную кладку, подовые угольные блоки с защитным покрытием, в котором защитное покрытие над подовыми блоками выполнено двухслойным: из слоя электродной массы и слоя термоантрацита крупностью 10-25 мм, при этом толщина слоев составляет соответственно 0,16-0,32 и 0,06-0,13 высоты подовых блоков (Авторское свидетельство СССР №1493854, F27D 1/00,1989).
Недостаток известного решения в том, что распределение материалов защитных покрытий слоями по подине печи не обеспечивает в должной мере защиту подовых блоков, особенно в пусковой и после пусковой периоды, т.к. энергетические, а, следовательно, и термические и механические нагрузки распределены неравномерно по площади подины.
Известна футеровка ванны электродуговой печи для выплавки передельного феррохрома, содержащая металлический кожух, футеровку из теплоизоляции, кирпичной кладки, боковых стенок и подины, выполненной из блоков, установленных на торец, покрытой двухслойным защитным покрытием, выполненным из углеродсодержащего и токопроводящего слоев, в которой слой выполнен в виде углеродсодержащего концентратора энергии, установленного в центре подины и углеродсодержащих блоков, установленных между концентратором и боковыми стенками, зазоры между которыми уплотнены подовой массой. Высота каждого последующего блока от концентратора энергии до боковой стенки меньше предыдущего, а блоки формирующие подину выполнены из магнезита. Углеродсодержащий концентратор энергии может быть выполнен в виде конуса, при этом диаметр основания концентратора энергии не превышает разности диаметров распада электродов и диаметра электрода, а его высота составляет 0,5-0,8 диаметра электрода. Высота углеродсодержащих блоков у основания концентратора энергии не превышает высоту основания летки от подины ванны печи, а высота углеродсодержащих блоков у боковой стенки не превышает половину высоты основания летки от подины ванны печи, причем углеродсодержащие блоки у основания концентратора энергии покрывают поверхность подины диаметром, не превышающим сумму диаметров распада электродов и диаметра электрода (Патент РФ №2048668, F27D 1/00, 1995).
По назначению, по технической сущности и наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Использование известного решения обеспечивает сокращение времени прогрева подины печи в пусковой период и выхода на технологический режим.
Недостаток известного решения - не обеспечивается в полной мере задача прогрева и создания устойчивого защитного гарнисажа на боковых стенках печи в нижней части ванны.
Задачей предлагаемого технического решения является сокращение времени выхода печи на оптимальный технологический режим и повышение срока межремонтной эксплуатации печи.
Техническими результатами являются эффективный прогрев подины и боковой футеровки нижней части ванны, формирование устойчивого гарнисажа на боковой футеровки ванны, обеспечивающего защиту футеровки в пусковой, после пусковой периоды и в рабочем режиме.
Технические результаты достигаются тем, что в футеровке ванны электродуговой печи, включающей металлический кожух, футеровку из теплоизоляции, кирпичной кладки, боковых стенок и подины из блоков, в центре которой выполнен углеродсодержащий концентратор энергии диаметр, основания которого не превышает разности диаметров распада электродов и диаметра электрода, а между концентратором и боковыми стенками установлены углеродсодержащие блоки разного сечения, зазоры между которыми уплотнены подовой массой, при этом высота каждого последующего блока от концентратора энергии до боковой стенки меньше предыдущего, при этом, высота концентратора составляет 0,5-0,8 диаметра электрода, высота углеродсодержащих блоков у основания концентратора энергии не превышает высоту основания летки от подины ванны печи, а высота углеродсодержащих блоков у боковой стенки не превышает половину высоты основания летки от подины ванны печи, и наружные поверхности концентратора энергии, углеродсодержащих блоков, установленных на подине и уплотнительной подовой массы, покрыты слоем токопроводящего материала, согласно заявляемому решению, часть подины, удаленная от основания летки, выполнена из углеродистых блоков, крайние углеродсодержащие блоки установлены на расстоянии от боковой стенки равном 0,3-0,5 диаметра электрода, а часть боковой футеровки, в которой выполнена летка, и часть подины ванны печи, прилегающая к основанию летки, выполнены из графитированных блоков.
Слой токопроводящего материала может быть выполнен из дробленого кремния и/или кварцита.
Сравнение предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:
- футеровка ванны электродуговой печи, включающая:
- - металлический кожух;
- - футеровку из теплоизоляции;
- - кирпичную кладку боковых стенок и подины;
- в центре подины выполнен углеродсодержащий концентратор
энергии;
- диаметр, основания концентратора не превышает разности диаметров распада электродов и диаметра электрода;
- между концентратором и боковыми стенками установлены углеродсодержащие блоки разного сечения, зазоры между которыми уплотнены подовой массой;
- высота каждого последующего блока от концентратора энергии до боковой стенки меньше предыдущего;
- высота концентратора составляет 0,5-0,8 диаметра электрода;
- высота углеродсодержащих блоков у основания энергии не превышает высоту основания летки от подины ванны печи;
- высота углеродсодержащих блоков у боковой стенки не превышает половину высоты основания летки от подины ванны печи;
- наружные поверхности концентратора энергии, углеродсодержащих блоков, установленных на подине, уплотнительной подовой массы покрыты слоем токопроводящего материала.
Предлагаемое решение отличается от известного решения следующими признаками:
- часть подины, удаленная от основания летки, выполнена из углеродистых блоков;
- крайние углеродсодержащие блоки установлены на подине на расстоянии от боковой стенки равном 0,3-0,5 диаметра электрода;
- часть боковой футеровки, в которой расположена летка, выполнена из графитированных блоков;
- часть подины ванны печи, прилегающая к основанию летки, выполнена из графитированных блоков.
Кроме того, слой токопроводящего материала может быть выполнен из дробленого кремния и/или кварцита.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Выполнение подины из углеродистых блоков (с содержанием углерода 85-92%) повышает электропроводность подины, способствует стабилизации электрического режима печи, повышению коэффициента полезного использования электрической энергии, повышению эффективности работы печи. Однако необходимо предпринять меры по защите такого материала подины от быстрого разрушения, особенно в пусковой период, характеризующийся максимальными электротермическими нагрузками на материалы футеровки ванны печи.
В предлагаемом решении в состав футеровки введены дополнительные временные расходуемые элементы - концентратор энергии, выполненный из углеродсодержащего материала, установленный в центре пода ванны печи и углеродсодержащий слой, выполненный из блоков разного сечения и высоты, расположенный на поде печи от основания концентратора энергии до бортовой части, при этом зазоры между блоками уплотнены подовой массой. Поверхности концентратора энергии и углеродсодержащего слоя после их установки снаружи покрыты токопроводящим слоем, выполненным, например, из дробленого кремния и/или кварцита.
Особенностью установленного концентратора энергии, углеродсодержащего слоя из блоков разного сечения и высоты и зазоров между ними, уплотненными подовой массой, является то, что они необходимы лишь на период пуска печи после капитального ремонта и на первое время ее работы. В дальнейшем эти дополнительные элементы разрушаются, однако именно их наличие позволяет в процессе пуска печи увеличить электрическую проводимость подины ванны, обеспечить концентрацию электрической и тепловой энергий в центре ее, за счет чего качественно прогревается подина, нормально функционирует летка, значительно сокращается время пуска печи и выход ее на номинальную производительность.
Кроме того, оптимальное расположение углеродсодержащих блоков разного сечения и высоты относительно концентратора энергии, установка крайних углеродсодержащих блоков на подине на расстоянии от боковой стенки равном 0,3-0,5 диаметра электрода, позволяет эффективно формировать гарнисаж на боковой футеровке и обеспечивать ее защиту уже в пусковой период. А расположение углеродсодержащих блоков разного сечения и высоты относительно летки печи и выполнение части боковой футеровки, в которой расположена летка, и части подины ванны печи, прилегающей к основанию летки, из графитированных блоков обеспечивает более высокую работоспособность летки, обеспечивает менее затратную выпивку расплава из печи.
С целью снижения электрического сопротивления подины ванны электродуговой печи в период ее пуска после капитального ремонта предложено в эквивалентную электрическую схему замещения ввести постоянные электрические сопротивления, включенные параллельно полному электрическому сопротивлению расплава. Электрические сопротивления концентратора энергии и углеродсодержащего слоя являются шунтирующими по отношению к электрическому сопротивлению расплава. Благодаря наличию этих сопротивлений в соответствии с общеизвестными законами электротехники значительно снижается электрическое сопротивление расплава, за счет чего увеличиваются протекающие токи, что приводит к интенсификации прогрева подины ванны печи, а также к значительному снижению времени ее пуска.
Интенсификация прогрева подины и прилегающей к подине боковой футеровки способствует также повышению температуры и способствует протеканию реакции карбидообразования с последующим высаживанием продуктов реакции и других соединений на боковых стенках футеровки с образованием гарнисажа. Таким образом, формирование гарнисажа на боковой футеровке начинается уже в начальный период пуска, что повышает степень защиты футеровки, а, следовательно, повышает срок службы футеровки и электродуговой печи.
Расположение крайних углеродсодержащих блоков на подине на расстоянии от боковой стенки равном 0,3-0,5 диаметра электрода, высоты относительно летки печи и выполнение части боковой футеровки, в которой расположена летка, и части подины ванны печи, прилегающей к основанию летки, из графитированных блоков обеспечивает более высокую степень прогрева подины и прилегающей к подине боковой футеровки способствует также повышению температуры в прилеточном пространстве в после пусковой период и способствует прожиганию летки при выпуске расплава из печи с меньшими энергетическими затратами за меньшее время. Предлагаемая футеровка может быть использована в конструкциях электродуговых печей, например для производства кремния, ферросилиция.
Сущность полезной модели поясняется рисунками, где на фиг.1 представлено разработанное устройство, поперечный разрез, на фиг.2 - основные геометрические параметры футеровки.
К
РЭ
Э
1
Э
Предлагаемая футеровка электродуговой печи для производства кремния включает (фиг.1) металлический кожух 1, футеровку из теплоизоляции (слой доломитового кирпича) 2, кирпичную огнеупорную кладку (магнезитовый или шамотный кирпич) 3, подину 4, часть которой выполнена из углеродистых блоков. В центре подины 4 установлен углеродсодержащий концентратор энергии 5, диаметр основания которого d не превышает разности диаметров распада электродов (D и диаметра электрода (D, а между концентратором 5 и боковой стенкой 6 установлены углеродсодержащие блоки разного сечения 7, 8, зазоры между которыми уплотнены подовой массой 9, при этом высота каждого последующего блока от концентратора энергии до боковой стенки меньше предыдущего. Этими блоками покрывают подину печи диаметром d. Высота концентратора составляет 0,5-0,8 диаметра электрода d, высота углеродсодержащих блоков 7 у основания концентратора энергии 5 не превышает высоту основания летки 10 от подины 4 ванны печи, а высота углеродсодержащих блоков 8 у боковой стенки 6 не превышает половину высоты основания летки 10 от подины 4 ванны печи, при этом, крайние углеродсодержащие блоки 8 установлены на расстоянии от боковой стенки 6 равном 0,3-0,5 диаметра электрода, а часть боковой футеровки, в которой выполнена летка 10, и часть подины 4 ванны печи, прилегающая к основанию летки 10, выполнены из графитированных блоков 11. После установки концентратора энергии 5, выполнения углеродсодержащего слоя из блоков разного сечения и высоты 7, 8, установленных на подине 4, заполнения зазоров между ними уплотненной подовой массой 9, производят засыпку наружных поверхностей слоем токопроводящего материала 12. В качестве токопроводящего материала применяют дробленый кремний и кварцит. Толщина этого слоя на подине ванны печи составляет не менее 400 мм, а у бортовой части не менее 300 мм.
Футеровка выполняется следующим образом. Все операции по ее изготовлению до установки концентратора энергии из углеродсодержащего материала выполняются по известной технологии. После установки последнего ряда подины из углеродистых блоков "на торец" в центре подины устанавливают цилиндрический сердечник концентратора 5 энергии, изготовленный из углеродсодержащего материала. Затем подовой массой вокруг этого сердечника формируют конус. Диаметр основания концентратора энергии, выполненного в виде конуса, не должен превышать разности диаметров распада электродов и диаметра электрода. Высота концентратора энергии 3 составляет 0,5-0,8 диаметра электрода.
После установки концентратора энергии 5 от его основания до бортовой части 6 футеровку на подину печи устанавливают углеродсодержащие блоки 7,8 разного сечения и высоты. Так, начиная от основания концентратора 5 энергии, устанавливают блоки 7 большего сечения, высота которых не превышает высоту удаления основания летки 10 от подины ванны печи. Этими блоками покрывают поверхность подины печи диаметром, не превышающим суммы диаметров распада электродов и диаметра электрода. Затем до бортовой части футеровки на подину ванны печи устанавливают углеродсодержащие блоки меньшего сечения 8 на расстоянии от боковой стенки 6 равном 0,3-0,5 диаметра электрода, высота которых не превышает половины высоты удаления основания летки 10 от подины ванны печи. Кольцевой зазор между блоками большего 7 и меньшего 8 сечений заполняется подовой массой 9 и выполняется в виде отмостки. Швы, образовавшиеся при кладке блоков, набивают подовой массой 9. Затем производят засыпку наружных поверхностей слоем токопроводящего материала 12. В качестве токопроводящего материала применяют дробленый кремний и кварцит. Толщина этого слоя на подине ванны печи составляет не менее 400 мм, а у бортовой части не менее 300 мм.
При пуске электродуговой печи после капитального ремонта за счет применения концентратора энергии и углеродсодержащего слоя на подине ванны печи из углеродсодержащих блоков 7, 8 разного сечения и высоты и подовой массы 9 значительно снижается переходное электрическое сопротивление на участке "электрическое сопротивление расплава", что приводит к увеличению величины электрического тока, а также к концентрации электрической и тепловой энергий в центре ванны печи. За счет этого значительно снижается время разогрева печи, т.е. ускоряется ее пуск, происходит качественный прогрев подины печи и обеспечивается нормальный режим работы летки.
Концентратор энергии и углеродсодержащий слой через месяц-два после пуска печи будут разрушены, однако наличие этих элементов позволяет обеспечить удовлетворительные условия разогрева и пуска печи, что особенно важно для закрытых электродуговых печей большой мощности. Другими словами, предложенная футеровка предназначена только на период пуска печи и непродолжительный после пусковой период.
Разработанная футеровка позволяет значительно снизить время выхода печи на номинальную производительность. За счет этого повышается выпуск продукции в первые месяцы работы печи после капитального ремонта, а также снижается удельный расход электроэнергии.
Проведенные исследования показали, что использование предложенной футеровки позволяет уменьшить время пуска печи после капитального ремонта на 15-17%, а также снизить удельный расход электроэнергии при выплавке кремния не менее чем на 3%, продлить срок службы основной футеровки.