RU2333440C2 - Electric melting device - Google Patents
Electric melting device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2333440C2 RU2333440C2 RU2006124678/02A RU2006124678A RU2333440C2 RU 2333440 C2 RU2333440 C2 RU 2333440C2 RU 2006124678/02 A RU2006124678/02 A RU 2006124678/02A RU 2006124678 A RU2006124678 A RU 2006124678A RU 2333440 C2 RU2333440 C2 RU 2333440C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melting
- induction
- metal
- unit
- chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Furnace Details (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к электроплавильному оборудованию для плавки шихты, содержащей как черные, так и цветные металлы.The invention relates to metallurgy, and in particular to electric melting equipment for melting a mixture containing both ferrous and non-ferrous metals.
Общеизвестно значительное количество электроплавильных агрегатов, в частности дуговых переменного и постоянного токов, индукционных тигельных и канальных, плазменных и др.It is well known that a significant number of electric melting units, in particular arc alternating and constant currents, induction crucible and channel, plasma, etc.
В этих агрегатах чаще перерабатывают шихту из лома черных и цветных металлов и шихту из отдельных металлов, составляющих какой-либо нужный сплав. Если же в шихту вводят оксиды металлов, например, в ожелезненных окатышах, то в ограниченном количестве.In these units, the mixture is often processed from scrap of ferrous and non-ferrous metals and the mixture from individual metals that make up any desired alloy. If metal oxides are introduced into the charge, for example, in ironized pellets, then in a limited amount.
Чтобы повысить производительность электропечей, например дуговых сталеплавильных (ДСП), часто в ДСП шихту только расплавляют, расплав доводят до заданной температуры, а далее доводку расплава до состояния, пригодного, например, для разливки на машинах непрерывного литья заготовок (обезуглероживание, легирование, продувку инертным газом и многие другие операции), осуществляют на агрегатах внепечной обработки металлов.To increase the productivity of electric furnaces, such as arc steelmaking (DSP), often the mixture is only melted in the DSP, the melt is brought to a predetermined temperature, and then the melt is adjusted to a state suitable, for example, for casting billets on continuous casting machines (decarburization, alloying, inert blowing gas and many other operations), carried out on units of out-of-furnace metal processing.
С целью снижения расхода дорогой электроэнергии электроплавильные агрегаты оснащают устройствами предварительного нагрева шихты отходящими газами, а также разного типа горелками.In order to reduce the consumption of expensive electricity, electric melting units are equipped with devices for preheating the mixture with exhaust gases, as well as various types of burners.
Известны металлургические агрегаты, включающие различные магнитно-гидрогдинамические устройства (МГД-устройства), позволяющие бесконтактно осуществлять силовое взаимодействие на жидкий металл [1].Known metallurgical units, including various magneto-hydrodynamic devices (MHD devices), allowing contactless to carry out force interaction on liquid metal [1].
Известны дуговые электросталеплавильные печи, на днище которых размещаются МГД-устройства для перемешивания жидкой стали, что значительно ускоряет ведение процесса плавки стали [2, с.34, с.44].Known arc electric arc furnaces, on the bottom of which MHD devices for mixing liquid steel are placed, which significantly speeds up the process of steel melting [2, p. 34, p. 44].
Размещаемые на днище МГД-устройства предназначаются только для перемешивания стали и не выполняют других возможных и полезных действий.MHD devices placed on the bottom are intended only for mixing steel and do not perform other possible and useful actions.
Известен агрегат [3], в котором осуществляют очистку стали от неметаллических включений, например от оксида алюминия, перед подачей стали в промежуточный ковш машины непрерывного литья заготовок. Кольцевое МГД-устройство в этом агрегате в круглой камере приводит во вращение сталь, что и обеспечивает очистку стали от неметаллических включений за счет центробежных сил. Недостатки: в агрегате нет устройств, позволяющих в процессе обработки стали поддерживать необходимую температуру; агрегат не приспособлен для проведения каких-либо других металлургических операций, кроме очистки жидкой стали от неметаллических включений; наличие значительного проема в кольце МГД-устройства снижает эффект вращения металла электромагнитным полем.A known unit [3], in which the steel is cleaned from non-metallic inclusions, for example, from aluminum oxide, before steel is fed into the tundish of a continuous casting machine. The ring MHD device in this unit in a circular chamber drives the steel into rotation, which ensures the cleaning of steel from non-metallic inclusions due to centrifugal forces. Disadvantages: there are no devices in the unit that allow the required temperature to be maintained during the processing of steel; the unit is not suitable for any other metallurgical operations, except for cleaning liquid steel from non-metallic inclusions; the presence of a significant opening in the ring of the MHD device reduces the effect of metal rotation by the electromagnetic field.
Известен принятый нами за ближайший аналог плавильный агрегат [4], который по сути является электроплавильным агрегатом.A known accepted for the closest analogue of the melting unit [4], which in fact is an electric melting unit.
Известный электроплавильный агрегат содержит плавильную камеру с охлаждаемыми футерованными трубчатыми стенками и футерованным днищем, выполненными из прозрачного для электромагнитного поля металла, охлаждаемую герметичную крышку плавильной камеры с отверстиями для подачи через них шихты на плавку и отвода газовой фазы, размещенные вокруг стенок и под днищем две самостоятельные индукционные системы для обеспечения плавки шихты и выплавки металла и вращения расплава, и дополнительную камеру с крышкой, сообщающуюся с плавильной камерой через металлопровод, донные и боковые летки слива металла из плавильной камеры, защитный кожух части плавильного агрегата.The known electric melting unit contains a melting chamber with cooled lined tubular walls and a lined bottom made of a metal that is transparent to the electromagnetic field, a cooled hermetic lid of the melting chamber with holes for supplying charge through them for melting and venting the gas phase, two independent ones located around the walls and under the bottom induction systems for providing charge melting and metal smelting and melt rotation, and an additional chamber with a lid in communication with the melting chamber swarm through a metal wire, bottom and side slots of metal discharge from the melting chamber, protective casing of a part of the melting unit.
Главным достоинством ближайшего аналога является то, что в нем создаются условия, позволяющие в расплавленной подложке из жидкой металлической фазы образовывать лунку параболической формы, в которой далее можно вести плавку шихты, состоящую до 100% из оксидов металлов, причем при проведении плавки обеспечивать необходимые специальные условия, например создавать в плавильной камере безокислительную атмосферу, повышенное или пониженное давление газа и т.д.The main advantage of the closest analogue is that conditions are created in it that make it possible to form a parabolic hole in the molten substrate from the liquid metal phase, in which it is possible further to melt the mixture, which consists of up to 100% metal oxides, and to provide the necessary special conditions when melting for example, create an oxidizing atmosphere in the melting chamber, increased or decreased gas pressure, etc.
Недостатком ближайшего аналога является то, что две самостоятельные индукционные системы, одна из которых обеспечивает только плавку шихты и выплавку продукции, а другая - только вращение расплава, конструктивно выполнены по-разному и питаются токами разной частоты. Индукционная система плавки шихты и выплавки продукции включает индуктор, витки которого размещены вокруг плавильной камеры, причем наклонно, поскольку с одной стороны под нижним витком проходит металлопровод, соединяющий плавильную камеру с дополнительной камерой. Наклонное размещение витков индуктора негативно влияет на распределение создаваемого электромагнитного поля, передающего энергию вращающейся металлической и шлаковой фазам. Чтобы наклон витков был небольшим, приходится ограничивать размер металлопровода, соединяющего плавильную камеру с дополнительной камерой, а это может приводить к замораживанию металла в металлопроводе.The disadvantage of the closest analogue is that two independent induction systems, one of which provides only smelting of the charge and smelting of the product, and the other only the rotation of the melt, are constructed differently and are powered by currents of different frequencies. The induction system for melting the charge and smelting the product includes an inductor, the turns of which are placed around the melting chamber, and obliquely, since on one side a metal wire passes under the lower turn connecting the melting chamber with an additional chamber. The inclined arrangement of the turns of the inductor negatively affects the distribution of the created electromagnetic field, which transfers energy to the rotating metal and slag phases. In order for the inclination of the turns to be small, it is necessary to limit the size of the metal wire connecting the melting chamber to the additional chamber, and this can lead to freezing of the metal in the metal wire.
Недостатком ближайшего аналога является также то, что конструктивно индукционные системы имеют значительные отличия и то, что каждая из систем выполняет только одну функцию (или расплав шихты и выплавка продукции, или вращение расплава). Для ряда разработанных новых металлургических технологий, получивших патентную защиту, которые могут быть реализованы на предлагаемом электроплавильном агрегате, выполнение каждой индукционной системой только одной функции экономически не выгодно.A disadvantage of the closest analogue is that structurally induction systems have significant differences and that each of the systems performs only one function (either melt the mixture and smelting the product, or rotating the melt). For a number of developed new metallurgical technologies that have received patent protection, which can be implemented on the proposed electric melting unit, the performance of only one function by each induction system is not economically profitable.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем. Предлагается электроплавильный агрегат, содержащий плавильную камеру с охлаждаемыми футерованными трубчатыми стенками и футерованным днищем, выполненными из прозрачного для электромагнитного поля металла, охлаждаемую герметичную крышку плавильной камеры с отверстиями для подачи через них шихты на плавку и отвода газовой фазы, размещенные вокруг стенок и под днищем две самостоятельные индукционные системы для обеспечения плавки шихты и выплавки металла и вращения расплава, и дополнительную камеру с крышкой, сообщающуюся с плавильной камерой через металлопровод, донные и боковые летки слива металла из плавильной камеры, защитный кожух части плавильного агрегата, отличающийся тем, что две самостоятельные индукционные системы выполнены из конструктивно одинаковых блоков, состоящих из индукционных модулей, крепежных деталей, средств управления энергопитанием, подаваемого к индукционным модулям с разной частотой тока, и дополнительной вставкой, при этом каждый из индукционных модулей имеет набранный из листов электротехнической стали магнитопровод с зубцом для подвода магнитного потока к активной зоне печи и ярмом для размещения на нем катушек обмотки модуля, которые соединены с катушками других модулей по заданной схеме подключения всей обмотки к сети, а дополнительная вставка выполнена с возможностью соединения с ярмом магнитопровода индукционного модуля другого блока, размещенного рядом, причем форма указанных дополнительных вставок выполнена в зависимости от взаимного расположения соседних блоков. Дополнительная вставка по форме может быть выполнена с возможностью обеспечения размещения блоков индукционных модулей на цилиндрической поверхности плавильной камеры плавильного агрегата, а также может быть выполнена с возможностью обеспечения размещения блоков индукционных модулей на днище плавильной камеры плавильного агрегата по окружности. Зубец магнитопровода может частично охватывать катушки обмотки модуля, образуя полузакрытый паз. Средство управления энергопитанием индукционных модулей может включать устройства подачи к ним тока высокой частоты, когда индукционные модули выполняют функцию подачи энергии на расплавление шихты и получения продукции из расплава, и включать устройства подачи к ним тока низкой частоты, когда индукционные модули выполняют функцию вращения расплава в плавильной камере агрегата.The essence of the proposed technical solution is as follows. An electro-melting unit is proposed that comprises a melting chamber with cooled lined tubular walls and a lined bottom made of metal that is transparent to the electromagnetic field, a cooled hermetic lid of the melting chamber with holes for supplying charge therethrough for melting and venting the gas phase, placed around the walls and under the bottom two independent induction systems for providing charge melting and metal smelting and melt rotation, and an additional chamber with a lid that communicates with the melting chamber through the metal wire, bottom and side slots of the metal discharge from the melting chamber, a protective casing of the part of the melting unit, characterized in that two independent induction systems are made of structurally identical blocks consisting of induction modules, fasteners, power control means supplied to the induction modules with different current frequencies, and an additional insert, while each of the induction modules has a magnetic circuit drawn from sheets of electrical steel with a tooth for magnetic flux water to the active zone of the furnace and the yoke for placement of module coil coils on it, which are connected to the coils of other modules according to a given scheme for connecting the entire winding to the network, and an additional insert is made with the possibility to connect the magnetic circuit of the induction module of another unit located nearby, moreover, the shape of these additional inserts is made depending on the relative position of neighboring blocks. An additional insert in shape can be made with the possibility of arranging the placement of blocks of induction modules on the cylindrical surface of the melting chamber of the melting unit, and can also be made with the possibility of arranging the placement of blocks of induction modules on the bottom of the melting chamber of the melting unit in a circle. The tooth of the magnetic circuit can partially cover the coil of the module winding, forming a half-closed groove. The power management tool for the induction modules may include devices for supplying high-frequency current to them, when the induction modules perform the function of supplying energy to melt the mixture and producing products from the melt, and include devices for supplying low-frequency current to them when the induction modules perform the function of rotating the melt in the melting unit chamber.
В предлагаемом техническом решении сохраняются отмеченные достоинства ближайшего аналога и устраняются недостатки.In the proposed technical solution, the noted advantages of the closest analogue are saved and the disadvantages are eliminated.
Главной особенностью предлагаемого технического решения является то, что размещаемые вокруг стенок и под днищем плавильной камеры агрегата две самостоятельные индукционные системы по обеспечению плавки шихты и выплавки продукции и по созданию вращения расплава выполнены из конструктивно одинаковых блоков, содержащих индукционные модули. Практически блоки с индукционными модулями заменяют тигельное и МГД-устройства, которые имеют место в прототипе.The main feature of the proposed technical solution is that two independent induction systems placed around the walls and under the bottom of the unit’s melting chamber for providing charge melting and product smelting and for creating melt rotation are made of structurally identical blocks containing induction modules. In practice, blocks with induction modules replace crucible and MHD devices that take place in the prototype.
К индукционным модулям может подаваться ток высокой частоты, когда надо плавить шихту и ее нагревать, и низкой частоты, когда надо вращать расплав. Из этого следует, что каждая самостоятельная индукционная система может выполнять и функцию расплава шихты и ее нагрева и функцию вращения расплава. При необходимости обе индукционные системы могут выполнять одинаковые функции, работая совместно, или работать единолично, выполняя разные функции.High frequency current can be supplied to the induction modules when it is necessary to melt the mixture and heat it, and low frequency when it is necessary to rotate the melt. It follows from this that each independent induction system can fulfill both the function of the charge melt and its heating and the function of the rotation of the melt. If necessary, both induction systems can perform the same functions, working together, or work alone, performing different functions.
Эффективность подвода магнитного потока к активной зоне печи зависит от того, как выполнены ярмо и зубец магнитопровода индукционного модуля. Чтобы иметь максимальную эффективность подвода магнитного потока к активной зоне печи к магнитопроводам индукционных модулей, в частности, к ярму магнитопровода и рекомендуется подсоединять дополнительные вставки, форма которых зависит от того, в каком месте размещаются блоки, содержащие индукционные модули. Для всех индукционных модулей в каждой самостоятельной индукционной системе ярмо становится как бы общим, что и повышает эффективность подвода магнитного потока к активной зоне печи. Эффективности подвода магнитного потока к активной зоне печи способствует также и рекомендация зубцом магнитопровода перекрывать часть катушек обмотки модуля.The efficiency of the magnetic flux supply to the active zone of the furnace depends on how the yoke and the prong of the magnetic circuit of the induction module are made. In order to have maximum efficiency of supplying the magnetic flux to the core of the furnace to the magnetic circuits of the induction modules, in particular, to the yoke of the magnetic circuit, it is recommended to connect additional inserts, the shape of which depends on where the blocks containing the induction modules are placed. For all induction modules in each independent induction system, the yoke becomes as if common, which increases the efficiency of supplying the magnetic flux to the active zone of the furnace. The efficiency of the magnetic flux supply to the active zone of the furnace is also facilitated by the recommendation by the prong of the magnetic circuit to block part of the module winding coils.
Предлагаемый электроплавильный агрегат предназначается, главным образом, для реализации ряда разработанных новых металлургических технологий, уже получивших патентную защиту. Все новые металлургические технологии предусматривают применение метода, названного "плавка с вращением и жидкофазным восстановлением" (ПВЖФВ).The proposed electric smelting unit is intended mainly for the implementation of a number of developed new metallurgical technologies that have already received patent protection. All new metallurgical technologies provide for the application of a method called “smelting with rotation and liquid phase reduction” (PVZHFV).
Вращение расплава позволяет образовывать в жидкой металлической фазе лунку параболической формы, в которую и рекомендуется подавать шихту на переработку. Если шихта будет из металлического лома, то лом расплавится в указанной лунке и пополнит металлическую фазу. Однако лом лучше переплавлять в электроплавильных агрегатах, о которых сказано выше.Rotation of the melt allows the formation of a parabolic well in the liquid metal phase, into which it is recommended to feed the mixture for processing. If the charge is made of scrap metal, the scrap will melt in the indicated hole and replenish the metal phase. However, scrap is better to be remelted in electric melting units, as mentioned above.
Для метода ПВЖФВ в лунку на плавку лучше подавать шихту, состоящую до 100% из оксидов металлов. После расплавления шихты в лунке будет образован жидкий шлак, который не будет оказывать агрессивного действия на футеровку плавильной камеры агрегата, т.к. с футеровкой не будет иметь контакта.For the PVHFV method, a mixture consisting of up to 100% metal oxides is best served in a well for melting. After the charge is melted, liquid slag will form in the hole, which will not have an aggressive effect on the lining of the unit’s melting chamber, since will not have contact with the lining.
Конечно, из шлака в лунке углеродом можно восстановить металлы из оксидов и перевести их в металлическую фазу. Но при этом: будет расходоваться дополнительная энергия на восстановление оксидов, т.к. реакции восстановления эндотермические, т.е. с поглащением тепла; будет образовываться много газовой фазы, которую надо отводить и пропускать через дорогие газоочистительные устройства; нельзя будет осуществлять восстановление отдельных оксидов, создавая в плавильной камере агрегата условия для вакуумирования и т.д.Of course, metals from oxides can be reduced from the slag in the well with carbon and transferred to the metal phase. But at the same time: additional energy will be spent on the reduction of oxides, because endothermic reduction reactions, i.e. with heat absorption; a lot of gas phase will form, which must be diverted and passed through expensive gas cleaning devices; it will not be possible to carry out the reduction of individual oxides, creating conditions in the smelting chamber of the unit for evacuation, etc.
В предлагаемом агрегате предусматривается герметизация плавильной камеры, причем и во время процесса восстановления металла из оксидов. А это возможно, если металлы из оксидов восстанавливаются металлическими восстановителями. Реакции восстановления металлов из большинства оксидов металлическими восстановителями не дают газовой фазы и проходят с выделением тепла, т.к. реакции экзотермические. При восстановлении металлическими восстановителями отдельных оксидов, например оксидов цинка и магния, образуется газовая фаза, но эта газовая фаза будут представлять собой пар восстановленного металла, причем чистого металла. Такой пар далее может быть превращен в нужную товарную продукцию.The proposed unit provides for the sealing of the melting chamber, and during the process of recovery of metal from oxides. And this is possible if metals from oxides are reduced by metal reducing agents. The reduction reactions of metals from most oxides with metal reducing agents do not produce a gas phase and pass with the release of heat, because exothermic reactions. When individual oxides, for example, zinc and magnesium oxides, are reduced by metal reducing agents, a gas phase is formed, but this gas phase will be a vapor of the reduced metal, and pure metal. Such steam can then be turned into the desired commercial products.
Сказанное выше позволяет назвать процесс переработки оксидсодержащей шихты электроэкзоплавкой.The aforementioned allows us to name the process of processing an oxide-containing mixture as electroexplosion.
Чтобы на ЭПА можно было реализовывать разные новые металлургические технологии, отдельные узлы агрегата рекомендуется выполнять взаимозаменяемыми, сохраняя при этом неизменными главные узлы агрегата и системы обслуживания, например системы электропитания, охлаждения, управления и др.In order for EPA to implement various new metallurgical technologies, it is recommended that separate units of the unit be interchangeable, while maintaining the main units of the unit and service systems unchanged, for example, power supply, cooling, control systems, etc.
Главными взаимозаменяемыми узлами можно назвать крышки, устанавливаемые на плавильную и дополнительную камеры. Крышка на плавильной камере должна выполняться пригодной для применения выбранной технологии плавки и иметь, например, достаточное количество оснащенных устройствами отверстий, через которые шихта должна поступать на плавку, вводиться необходимые добавки, отводится газ, шлак через шлакоотсос и т.д.The main interchangeable units include lids mounted on the smelter and additional chamber. The lid on the melting chamber should be made suitable for the application of the selected melting technology and, for example, should have a sufficient number of holes equipped with devices through which the charge should flow to the melting, the necessary additives are introduced, gas, slag is discharged through the slag suction, etc.
На фиг.1 изображен разрез электроплавильного агрегата в вертикальной плоскости, проходящей через ось плавильной камеры агрегата и ось дополнительной камеры агрегата, в условиях наличия в плавильной камере жидких металла и шлака и в дополнительной камере - жидкого металла.Figure 1 shows a section of an electric melting unit in a vertical plane passing through the axis of the melting chamber of the unit and the axis of the additional chamber of the unit, in the presence of liquid metal and slag in the melting chamber and liquid metal in the additional chamber.
На фиг.2 - вид на агрегат сверху, без устанавливаемой на плавильной камере крышки, где показана самостоятельная индукционная система, размещаемая вокруг корпуса плавильной камеры и содержащая блоки с индукционными модулями. (Кожух плавильной камеры агрегата, устройства по удержанию размещаемых блоков вокруг корпуса плавильного агрегата и элементы подвода электропитания к блокам условно не показаны).Figure 2 is a top view of the unit without a cover mounted on the melting chamber, which shows an independent induction system placed around the housing of the melting chamber and containing blocks with induction modules. (The casing of the melting chamber of the unit, the device for holding placed blocks around the casing of the melting unit and the elements for supplying power to the blocks are conventionally not shown).
На фиг.3 - вид на агрегат снизу, где показана самостоятельная индукционная система, размещаемая под днищем и содержащая блоки с индукционными модулями (устройства подвода блоков к днищу и элементы подвода электропитания к блокам условно не показаны).Figure 3 is a view of the unit from below, which shows an independent induction system located under the bottom and containing blocks with induction modules (devices for supplying blocks to the bottom and elements for supplying power to the blocks are not conventionally shown).
На фиг.4 - блок с индукционным модулем, размещаемым относительно стенок плавильной камеры.Figure 4 is a block with an induction module placed relative to the walls of the melting chamber.
На фиг.5 - блок с индукционным модулем, размещаемым под днищем плавильной камеры.5 is a block with an induction module placed under the bottom of the melting chamber.
Предлагаемый электроплавильный агрегат содержит плавильную камеру 1 (см. фиг.1) и дополнительную камеру 2. Между камерами размещен футерованный металлопровод 3, проходное сечение которого должно выполняться таким, чтобы исключалось его промерзание за период плавки заданной порции шихты. Охлаждаемые трубчатые стенки 5 плавильной камеры и ее днище выполняются из прозрачного для электромагнитного поля металла - нержавеющей стали или меди. Стенки плавильной и дополнительной камер и их днища содержат огнеупорную футеровку 11, 12.The proposed electric melting unit comprises a melting chamber 1 (see Fig. 1) and an additional chamber 2. Between the chambers there is a lined metal wire 3, the passage section of which must be made so that it does not freeze during the melting period of a given portion of the charge. The cooled tubular walls 5 of the melting chamber and its bottom are made of a metal that is transparent to the electromagnetic field — stainless steel or copper. The walls of the melting and additional chambers and their bottoms contain a refractory lining 11, 12.
Вокруг трубчатых стенок 5 плавильной камеры 1 размещается самостоятельная индукционная система 14 из блоков 6. В системе 14 число блоков 6, содержащих индукционные модули, должно быть кратно трем, например, включать 24 блока 6 (см. фиг.2).Around the tubular walls 5 of the melting chamber 1, there is a self-contained
Относительно днища плавильной камеры 1 размещается самостоятельная индукционная система 16 из блоков 7. В системе 16 число блоков 7, содержащих индукционные модули, также должно быть кратно трем, например, включать 12 блоков 7 (см. фиг.3).Relative to the bottom of the melting chamber 1, there is a self-contained
Донная 8 и боковая 9 летки для слива металлической фазы размещены в дополнительной камере 2. Для слива шлака летка не предусматривается. Шлак из плавильной камеры лучше удалять шлакоотсосом, труба шлакопровода которого может вставляться через центральное отверстие в охлаждаемой крышке 4. Удаление шлака через шлакопровод возможно также, если крышка будет полностью загерметизирована и в плавильной камере будет создаваться повышенное давление газа. При определенном размещении ЭПА на опорах возможна организация сифонного слива шлака из плавильной камеры.The bottom 8 and side 9 slots for discharging the metal phase are placed in the additional chamber 2. For the discharge of slag, the slots are not provided. It is better to remove slag from the melting chamber by a slag suction pump, whose slag pipe can be inserted through the central hole in the cooled lid 4. Slag can also be removed through the slag pipe if the lid is completely sealed and increased gas pressure is created in the melting chamber. With a certain placement of EPA on the supports, it is possible to organize a siphon discharge of slag from the melting chamber.
Решение не предусматривать размещения на днище плавильной камеры шлаковой летки, во-первых, улучшает работу с размещаемой относительно днища самостоятельной индукционной системой 16, во-вторых, делает не нужной размещение под днищем плавильной камеры устройств для слива и транспортирования шлака и, в-третьих, для ряда разработанных новых металлургических технологий позволяет более эффективно производить операции по удалению из плавильной камеры шлаковой фазы, удалять, например, шлак, когда в плавильной камере будут происходить накапливание металлической фазы и др.The decision not to provide for placement of a slag tap hole on the bottom of the melting chamber, firstly, improves operation with an
Показанная на фиг.1 сменяемая, охлаждаемая и имеющая футеровку 13 крышка 4 представляет собой один из возможных вариантов ее применения, например, когда все отверстия в крышке перекрыты, кроме одного, и идет расход жидкого безуглеродистого железа через летку 9. На фиг.1 металл к летке 9 подается через дополнительную камеру 2 за счет вращения жидкой фазы в плавильной камере 1. Однако, если вращения жидкого металла в плавильной камере агрегата будет недостаточно, чтобы его подать к сливной летке 9, то через не перекрытое отверстие в крышке можно будет в плавильной камере создать повышенное давление, например, инертного газа, и за счет этого давления через сливную летку 9 обеспечивать подачу жидкого металла, например, или в ковш, или сразу в кристаллизатор горизонтальной машины непрерывного литья.The replaceable, cooled, and lined 13 lid shown in FIG. 1 is one of its possible applications, for example, when all the openings in the lid are closed except one, and there is a flow of liquid carbon-free iron through the groove 9. In FIG. 1, metal it is fed to the tap hole 9 through an additional chamber 2 due to the rotation of the liquid phase in the melting chamber 1. However, if the rotation of the liquid metal in the smelting chamber of the unit is insufficient to feed it to the drain tap 9, then through an uncovered opening in the cover you can in a melting chamber to create increased pressure, for example, an inert gas, and due to this pressure through the drain taphole 9 capable of supplying the liquid metal, for example, or in the ladle or directly to the crystallizer horizontal continuous casting machine.
В большинстве разработанных металлургических технологий в плавильную камеру, через одно из отверстий в крышке, используя, например, шнековый питатель, должна подаваться измельченная шихта. В случае переработки на агрегате металлического лома, например, для создания в плавильной камере агрегата жидкой вращающейся металлической подложки, его подача через отверстия в крышке может быть затруднена. В этом случае на агрегате лучше иметь временно удаляемую крышку, загрузку лома в плавильную камеру вести корзинами, как это часто делают, после чего крышка устанавливается на место.In the majority of metallurgical technologies developed, a ground charge must be fed into a melting chamber through one of the holes in the lid using, for example, a screw feeder. In the case of processing scrap metal at the unit, for example, to create a liquid rotating metal substrate in the unit of the unit, its feeding through the openings in the lid may be difficult. In this case, it is better to have a temporarily removed lid on the unit, to load scrap into the melting chamber with baskets, as is often done, after which the lid is replaced.
Конструкция ЭПА должна быть удобной в обслуживании как в период подготовки агрегата к работе, так и во время проведения плавок.The design of the EPA should be convenient in maintenance both during the preparation of the unit for operation, and during melting.
Вращение металлической фазы в плавильной камере агрегата предохраняет футеровку стенок от разъедающего действия жидкого шлака, но, если температура расплава будет высокой, например порядка 1800-2000°С, и окружная скорость расплава у стенок агрегата также будет высокой, например порядка 3 м/с, то размыв огнеупора становится возможным. Однако по достижении определенной толщины футеровки на ней будет образовываться гарниссаж, который не хуже огнеупора будет пропускать электромагнитное поле, т.к. его температура всегда будет выше температуры точки Кюри. Тепловой поток через гарниссаж и огнеупор к охлаждаемым трубчатым стенкам увеличится, что для ряда разработанных новых металлургических технологий следует считать положительным фактором, поскольку указанные металлургические технологии предусматривают восстановление оксидов металлов сильными металлическими восстановителями, реакции которых носят экзотермический характер, т.е. с выделением тепла. Часто тепла выделяется больше, чем это надо для ведения процесса плавки. Лишне тепло в охлаждаемых трубах будет или нагревать воду, пригодную для подачи в отопительную систему, или превращаться в пар, пригодный для подачи в турбину, вырабатывающую электроэнергию.The rotation of the metal phase in the melting chamber of the unit protects the lining of the walls from the corrosive action of liquid slag, but if the melt temperature is high, for example, about 1800-2000 ° C, and the peripheral velocity of the melt at the walls of the unit will also be high, for example, about 3 m / s, then erosion of the refractory becomes possible. However, upon reaching a certain thickness of the lining, a skull will form on it, which will pass an electromagnetic field no worse than refractory, because its temperature will always be above the temperature of the Curie point. The heat flux through the skull and the refractory to the cooled tubular walls will increase, which should be considered a positive factor for a number of new metallurgical technologies developed, since these metallurgical technologies provide for the reduction of metal oxides with strong metal reducing agents, the reactions of which are exothermic, i.e. with the release of heat. Often more heat is generated than is necessary for the smelting process. The excess heat in the chilled pipes will either heat the water suitable for supply to the heating system, or turn into steam suitable for supply to a turbine that generates electricity.
Следует отметить еще одно преимущество работы ЭПА с гарниссажем. Если необходим перерыв в плавке шихты в ЭПА, то перед перерывом необязательно гарниссаж с футеровки сплавлять. Лучше его оставить, и когда наступит время вновь вводить ЭПА в работу и потребуется вновь нагревать футеровку по установленному режиму, то этот режим может быть выполнен за счет соответствующего нагрева гарниссажа.It should be noted one more advantage of the EPA with a skull. If you need a break in the melting of the charge in the EPA, then before the break, it is not necessary to melt the skull from the lining. It is better to leave it, and when the time comes to reintroduce the EPA into operation and it will be necessary to re-heat the lining according to the established mode, this mode can be performed by appropriate heating of the skull.
Компенсацию расхода огнеупорной футеровки днища лучше всего производить широко известным в металлургии методом наплавки на днище соответствующего порошка. После слива металла и шлака из плавильной камеры агрегата и удаления с нее крышки 4 (см. фиг.2) на днище сразу необходимо подать порцию специального порошка, позволяющего при наплаве днища применить метод СВС (самораспространяющийся высокотемпературный синтез), который будет осуществляться после того, как порошок на днище нагреется от тепла футеровки до температуры порядка 600°С.Compensation of the consumption of the refractory lining of the bottom is best done by the well-known method in the metallurgy for surfacing the corresponding powder on the bottom. After draining the metal and slag from the smelting chamber of the unit and removing the lid 4 from it (see FIG. 2), it is immediately necessary to apply a portion of a special powder to the bottom, which allows applying the SHS method (self-propagating high-temperature synthesis) when surfacing the bottom, which will be carried out after how the powder on the bottom heats up from the heat of the lining to a temperature of about 600 ° C.
Вид на фиг.2 показывает, как размещены блоки 6 в самостоятельной индукционной системе 14 и дополнительные вставки 15 относительно трубчатых стенок плавильной камеры агрегата. Отдельно блок 6 показан на фиг.4. В блоке 6 размещен индукционный модуль, включающий магнитопровод 18 с ярмом и зубцом и катушки 19 обмотки модуля. Блок 6 имеет также элементы 20, обеспечивающие подвод электропитания к катушкам обмотки модуля, и элементы 21, позволяющие осуществить на опорной металлоконструкции установку блока 6 с индукционным модулем относительно охлаждаемой стенки плавильной камеры агрегата. Самостоятельная индукционная система 14 ЭПА на опорной металлоконструкции устанавливается стационарно.The view in figure 2 shows how the
Вид на фиг.3 показывает, как размещены блоки 7 в самостоятельной индукционной системе 16 и дополнительные вставки 17 относительно днища плавильной камеры агрегата. Отдельно блок 7 показан на фиг.5. В блоке 7 размещен индукционный модуль, включающий магнитопровод 22 с ярмом и зубцом и катушки 23 обмотки модуля. Зубец магнитопровода может быть выполнен так, что он будет перекрывать часть катушек обмотки модуля (на фиг.2 и 4 зубец магнитопровода показан без перекрытия части обмотки модуля). Блок 7 имеет устройство 24, обеспечивающие подвод электропитания к катушкам обмотки модуля (см. фиг.5), и устройство 25, позволяющее устанавливать блок 7 на опорную плиту 26.The view in figure 3 shows how the
С помощью специального устройства (на фигурах не показанного) блоки 7 могут подводиться под днище плавильной камеры ЭПА и к ней поджиматься, причем располагаться относительно днища так, как это показано на фиг.3.Using a special device (not shown in the figures), the
В ЭПА только один стационарно установленный узел - самостоятельная индукционная система 14. Остальные комплектующие ЭПА узлы: крышки, плавильная камера, дополнительная камера, самостоятельная индукционная система 16, всякие вспомогательные устройства могут быстро с ЭПА сниматься и удаляться на отведенные площадки для выполнения, например, каких-либо ремонтных операций, перефутеровки и т.п.In EPA there is only one permanently installed unit - an
В качестве иллюстрации представим работу предлагаемого электроэкзоплавильного агрегата в составе технологического оборудования при переработке доменного шлака (ДТП) Нижне-Тагильского Металлургического Комбината (НТМК). Большая часть ДШ НТМК, которого домны комбината выдают в год более 2-х млн. тонн, после некоторой переработки и практически почти даром (лишь бы шлак вывезли с комбината) отправляется на дорожное покрытие.As an illustration, let us present the work of the proposed electro-smelting unit as part of technological equipment in the processing of blast furnace slag (DTP) of the Nizhny Tagil Metallurgical Plant (NTMK). Most of the NTMK DSH, which the blast furnaces of the plant produce annually more than 2 million tons, after some processing and almost for nothing (if only slag was removed from the plant) is sent to the road surface.
В каждой тонне ДШ НТМК содержится [5, стр.50, табл.2.2]: до 10% TiO2; 30% SiO2; 31% CaO; 14% Al2О3; 12% MgO; 0,25% V2O5, а также немного оксидов Fe и Mn. Если посчитать, сколько в 2-х млн. т ДШ будет Ti, Si, Ca, Al, Mg и V, то окажется, что в щебенку для дорожного покрытия ежегодно уходит: Ti - 120000 т; Si - 280000 т; V - 5000 т; CaO - 620000 т; Al2О3 - 290000 т; MgO - 240000 т.Each ton of DSM NTMK contains [5, p. 50, Table 2.2]: up to 10% TiO 2 ; 30% SiO 2; 31% CaO; 14% Al 2 O 3 ; 12% MgO; 0.25% V 2 O 5 , as well as some oxides of Fe and Mn. If we calculate how much Ti, Si, Ca, Al, Mg and V will be in 2 million tons of LH, then it turns out that the gravel for road surfaces annually leaves: Ti - 120,000 tons; Si - 280,000 t; V - 5000 t; CaO - 620,000 t; Al 2 O 3 - 290000 t; MgO - 240000 t.
Разработанная технология безотходной, энергосберегающей и экологически чистой переработки ДШ, которая сейчас в ФИПСе проходит стадию патентования, позволяет получать из ДШ титансодержащую лигатуру, ферросилиций марки ФС 75 и плавленый клинкер для производства высокоглиноземистого цемента. По этой технологии в одном предлагаемом электроплавильном агрегате можно в течение года переработать до 100000 т ДШ, причем с прибылью не менее 100 долл. на одну тонну ДШ.The developed technology of waste-free, energy-saving and environmentally friendly processing of DS, which is now undergoing a patenting phase at FIPS, allows producing titanium-containing ligature, FS 75 grade ferrosilicon and fused clinker for the production of high-alumina cement from DS. According to this technology, up to 100,000 tons of household waste can be processed in a single proposed electric melting unit during the year, and with a profit of at least $ 100 per ton of household waste.
Краткое изложение технологии переработки ДШ заключается в следующем. В плавильной камере агрегата расплавляется железо, которое далее приводится во вращение с образованием лунки параболической формы. В этой лунке по определенному режиму плавится ДШ. Оксиды кремния, титана и ванадия, после ряда операций, в конечном итоге восстанавливаются алюминием до металла и уходят в металлическую фазу. В шлаковой фазе остаются оксиды кальция, магния, алюминия из ДШ и оксид алюминия, образовавшийся в результате восстановления оксидов кремния, титана и ванадия. Не исключается присутствие в шлаке некоторого количества не восстановленного оксида титана, т.к. оксид титан относится к трудно восстановимым оксидам.A brief summary of the technology for processing LH is as follows. Iron is melted in the unit’s melting chamber, which is then rotated to form a parabolic well. In this hole, according to a certain mode, the LH is melted. Oxides of silicon, titanium and vanadium, after a series of operations, are ultimately reduced by aluminum to metal and go into the metal phase. In the slag phase, there remain oxides of calcium, magnesium, aluminum from LH and aluminum oxide formed as a result of the reduction of oxides of silicon, titanium and vanadium. The presence in the slag of a certain amount of unreduced titanium oxide is not ruled out, because titanium oxide refers to difficult to reduce oxides.
На восстановление указанных оксидов из каждой тонны ДШ расходуется порядка 225 кг Al, при этом будут выделяться порядка 800 кВт.ч энергии и не выделяться газ, что и делает технологию безотходной, энергосберегающей и экологически чистой.About 225 kg of Al is spent on the recovery of these oxides from each ton of LH, while about 800 kWh of energy will be released and no gas will be released, which makes the technology waste-free, energy-saving and environmentally friendly.
Разница в стоимости получаемой продукции и стоимостью затрат на алюминий и определяют указанную выше прибыль.The difference in the cost of production and the cost of aluminum costs and determine the above profit.
Технический результат от применения заявляемого объекта заключается в следующем:The technical result from the use of the proposed facility is as follows:
в электроплавильном агрегате может быть реализован метод ПВЖФВ (плавка с вращением и жидкофазным восстановлением), позволяющий значительно интенсифицировать процесс плавки шихты;in the electric melting unit, the PVZHFV method (melting with rotation and liquid-phase reduction) can be implemented, which can significantly intensify the process of melting the charge;
агрегат пригоден для выполнения многих новых металлургических процессов (более 15-ти), получивших патентную защиту, а также для применения в составе технологического оборудования мини-металлургических объектов, которые в настоящее время фирмами ряда стран, например Германии, Австрии, Италии и др., возводятся и сдаются "под ключ";the unit is suitable for many new metallurgical processes (more than 15) that have received patent protection, as well as for the use of mini-metallurgical facilities that are currently firms in several countries, for example, Germany, Austria, Italy, etc., as part of the technological equipment, erected and delivered turnkey;
агрегат может выполнять и функцию плавки шихты, и функцию, например, промежуточного ковша горизонтальной машины непрерывного литья заготовок (ГМНЛЗ), причем при подаче металла в кристаллизатор ГМНЛЗ металлу обеспечивается дополнительная очистка от неметаллических включений, что повышает качество отливаемой заготовки;the unit can perform both the function of melting the charge and the function, for example, of an intermediate ladle of a horizontal continuous casting machine (GMNLZ), moreover, when metal is fed into the mold, the metal is provided with additional cleaning from non-metallic inclusions, which improves the quality of the cast billet;
снижается расход огнеупорного материала на футеровку плавильной камеры агрегата, поскольку плавку можно вести с образованием гарниссажа;the consumption of refractory material on the lining of the melting chamber of the unit is reduced, since melting can be carried out with the formation of a skull;
применение на агрегате в самостоятельных индукционных системах конструктивно одинаковых блоков с индукционными модулями, пригодных для выполнения одинаковых и разных функций, упрощает изготовление систем и, главное, позволяет с наибольшим эффектом реализовывать новые металлургические технологии, в которых предусматривается восстановление оксидов сильными металлическими восстановителями, при которых может выделяться значительное количество тепла.the use of structurally identical units with induction modules in independent induction systems, suitable for performing the same and different functions, simplifies the manufacture of systems and, most importantly, allows for the most effective implementation of new metallurgical technologies, which provide for the reduction of oxides with strong metal reducing agents, which can a significant amount of heat is generated.
ЛитератураLiterature
1. Верте Л.А. МГД-техника в производстве черных металлов. М.: Металлургия, 1990, 120 с.1. Verte L.A. MHD technology in the production of ferrous metals. M .: Metallurgy, 1990, 120 p.
2. Никольский Л.Е., Зинуров Е.Ю. Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов. М.: Металлургия, 1993, с.34, с.41-44.2. Nikolsky L.E., Zinurov E.Yu. Equipment and design of electric arc furnaces. M .: Metallurgy, 1993, p. 34, p. 41-44.
3. Лопухов Г.А. Реферат в журнале "Новости черной металлургии за рубежом", 1997, №1. С.64-67.3. Lopukhov G.A. Abstract in the journal "News of the steel industry abroad", 1997, No. 1. S.64-67.
4. Патент Российской Федерации №2207478. Авторы Коршунов Е.А, Сарапулов Ф.Н., Буркин С.П., Тарасов А.Г., Арагилян О.А., Третьяков B.C. Плавильный агрегат. Опубл. 27.06.2003.4. Patent of the Russian Federation No. 2207478. Authors Korshunov E.A., Sarapulov F.N., Burkin S.P., Tarasov A.G., Aragilyan O.A., Tretyakov B.C. The melting unit. Publ. 06/27/2003.
5. Дерябин Ю.А., Смирнов Л.А., Дерябин А.А. Перспективы переработки чинейских титаномагнетитов. Екатеринбург, Средне-Уральское кн. изд-во, 1999. 368 с.5. Deryabin Yu.A., Smirnov L.A., Deryabin A.A. Prospects for processing Chinean titanomagnetites. Yekaterinburg, Middle Ural book Publishing House, 1999.368 s.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124678/02A RU2333440C2 (en) | 2006-07-10 | 2006-07-10 | Electric melting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124678/02A RU2333440C2 (en) | 2006-07-10 | 2006-07-10 | Electric melting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006124678A RU2006124678A (en) | 2008-01-20 |
| RU2333440C2 true RU2333440C2 (en) | 2008-09-10 |
Family
ID=39108318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006124678/02A RU2333440C2 (en) | 2006-07-10 | 2006-07-10 | Electric melting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2333440C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014209172A1 (en) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Volkov Anatoly Evgenievich | Induction melting method and device for the implementation thereof (variants) |
-
2006
- 2006-07-10 RU RU2006124678/02A patent/RU2333440C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВАЙНБЕРГ А.Н. Индукционные печи. - М.: Энергия, 1967, с.172. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014209172A1 (en) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Volkov Anatoly Evgenievich | Induction melting method and device for the implementation thereof (variants) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006124678A (en) | 2008-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5479436A (en) | Method of heating and melting metal and apparatus for melting metal | |
| US20220389529A1 (en) | Direct current electric arc furnace | |
| RU2333440C2 (en) | Electric melting device | |
| CN109207675B (en) | A channel-type induction heating single-tube RH refining device and method | |
| CN107660264B (en) | For melting and handling the furnace and method of metal and scrap metal | |
| KR20010040915A (en) | Method and induction furnace for melting a metallic or metal-containing bulk material in the shape of small pieces | |
| RU2296165C2 (en) | Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same | |
| CN105290345A (en) | Treatment method of ladle casting residual molten steel | |
| JP4263366B2 (en) | Method and apparatus for melting rare earth magnet scrap | |
| JP2001516282A (en) | Method, apparatus and refractory nozzle for injecting and / or casting liquid metal | |
| RU2207476C2 (en) | Melting unit | |
| Edgerley et al. | Electric metal melting—A review | |
| Schmitz et al. | Latest developments in recycling production residues employing coreless induction furnaces | |
| US4836273A (en) | Micro mill continuous steel process | |
| RU2165461C2 (en) | Method of pig iron and slag production | |
| CN206803769U (en) | A kind of furnace device of full water cooling structure | |
| Dutta et al. | Electric Furnace Processes | |
| RU2184327C2 (en) | Unit for preparing liquid metal to ingot and blank casting | |
| CN1331351A (en) | Process for smelting high-grade manganese blocks directly from electrolytic manganese as raw material | |
| Ambade et al. | Energy conservation in an induction furnace: a new approach | |
| CN110527842A (en) | Utilize the method for variable frequency induction melting furnace remelting high purity ferrosilicon alloy powder particle | |
| RU2350670C2 (en) | Method of concentrates treatment from ore, containing oxides of ferric, titanium and vanadium and facility for its implementation | |
| RU2061057C1 (en) | Equipment with electric heater for treatment of metal with gases | |
| Bode et al. | Coreless induction in micro mills | |
| CN1031629C (en) | Metal refinery and continuous casting complex device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20090828 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170711 |