WO2023096525A1 - Печь для производства феррохромовых сплавов - Google Patents
Печь для производства феррохромовых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023096525A1 WO2023096525A1 PCT/RU2022/000258 RU2022000258W WO2023096525A1 WO 2023096525 A1 WO2023096525 A1 WO 2023096525A1 RU 2022000258 W RU2022000258 W RU 2022000258W WO 2023096525 A1 WO2023096525 A1 WO 2023096525A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- furnace
- slag
- ferrochromium
- water
- production
- Prior art date
Links
- 229910000604 Ferrochrome Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 106
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 91
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 23
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 33
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 32
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 11
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 22
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 18
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 13
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 8
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000002685 pulmonary effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003930 SiCb Inorganic materials 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000010878 waste rock Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
- C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
- F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
Definitions
- the invention relates to the field of metallurgy.
- a well-known design of a melting furnace for the production of ferrochromium alloys containing a hearth, side walls lined with refractory material, a steel casing, an inner bath formed by the hearth and side walls, in which molten ferrochromium alloy accumulates, three electrodes made of graphite to form an electric arc and installed in the inner bath with the ability to move in the vertical direction, the location of which relative to the center in the horizontal plane forms an equilateral triangle, two lung holes of circular cross section: one tap hole is used to release the molten ferrochromium alloy, and the other tap hole is used to release slag, while the tap hole for the release of a ferrochromium alloy is below the pulmonary opening for the release of slag (see WO, 2011/
- the disadvantages of the known design of the melting furnace include technological features of production, namely the use of too high current, which entails an increase in temperature and intense dust, and the design characteristics of the known melting furnace, namely the parameters of the distance between inaccurate holes, the design of the internal baths, features of the vertical arrangement of electrodes during the melting process, which, on the one hand, do not allow obtaining a higher-quality ferrochromium alloy with a sufficiently low percentage of impurities (for example, silica) in its composition, and on the other hand, they increase the percentage of carbon monoxide, thereby greatly degrading its quality.
- impurities for example, silica
- a disadvantage of the known design of the melting furnace is the need for watering cooling of the furnace casing during its operation, which is unsafe for the normal operation of the furnace, since it is possible for water to contact the liquid ferrochromium alloy, leading to an emergency, a possible explosion and exit from the operation of the furnace itself, exposing endangering the lives of service personnel.
- the known design of the melting furnace is quite energy-intensive in use, which leads to a decrease in the economic effect of its operation.
- the technical problem to be solved by the claimed invention is to expand the arsenal of existing designs of electric arc furnaces used, in particular, to obtain ferrochromium alloys used for the production of alloys alloyed with chromium.
- the technical result which consists in the implementation of a variant of the known designs of electric arc furnaces, is ensured due to the fact that in the proposed design of the furnace for the production of ferrochromium alloys, containing a hearth, side walls lined with refractory material, a steel casing, an internal bath formed by a hearth and side walls, in which molten ferrochromium alloy accumulates, three electrodes made of graphite to form an electric arc and installed in the inner bath with the ability to move in the vertical direction, the location of which relative to the center in the horizontal plane forms an equilateral triangle, two inaccurate holes of circular cross section: one inaccurate hole serves for discharging the molten ferrochromium alloy, and another non-precise hole for discharging slag, while the non-precise ferrochromium alloy tapping hole is below the non-precise slag tapping hole, according to the invention, the lung holes are located at different heights on the side wall of the furnace and have a cross-section
- a H - A + (3-3.5) B, where: A H - the distance between the centers of the two lung openings in height, mm;
- A is an indicator depending on the maximum level of the ferrochromium alloy in the furnace, mm;
- the furnace contains a water-cooling structure made of metal with high thermal conductivity , which is a system of hollow pipes, folded in the form of sections, through which water is passed under pressure, having an annular shape and enveloping the steel casing of the furnace.
- the range of allowable values for the distance between the centers of the two lung openings along the height A H is from 400 mm to 550 mm.
- the water-cooling structure has a height of 1200 mm to 1500 mm, a thickness of 50 mm to 100 mm, and is installed 100 mm below the hearth of the furnace.
- each section of the water-cooling structure has an inlet and outlet for water and supporting elements for fastening to the furnace walls.
- the water-cooling structure has ribbed sections. In addition, to increase the outer surface and enhance heat transfer, the water-cooling structure has grooved sections.
- the water-cooling structure is made with irregularities.
- fireclay refractory bricks are used as a refractory material for the side walls of the furnace.
- the slag formed in the furnace has a basicity in the range of 0.81 to 0.83 and a melting point in the range of 1600 to 1700°C, ensuring continuous and uniform slag flow and optimal separation of the ferrochromium alloy and slag.
- the location of the lung hole for the exit of the ferrochromium alloy at a distance of 70 mm to 100 mm above the surface of the hearth allows you to have a more constant electric power of the furnace and achieve a reduction in melting time (compared to the prototype);
- a constructive decrease (compared to the prototype) of the vertical distance between the lung holes by the distance determined by the above formula allows you to vary the height of the electrodes, namely, to reduce the height of their location relative to the furnace cavity, keeping them closer to the molten metal, and thereby significantly reducing the temperature difference.
- the aim is to provide an optimal distance between two inaccurate holes, because, as the applicant found, with a distance of less than 400 mm between the lung holes, there is a large loss of ferrochromium with slag, as a result of mechanical mixing of metal and slag.
- the splitting time is approximately 10-15 minutes, while if the distance is greater, the pouring time increases to 30-45 minutes, usually slowing down the production process, forming a metal "crust" in the ladles and causing production losses. As a result, costs increase significantly.
- the recommended distance between two inaccurate holes is within the two declared values, taking into account the geometry of the furnace and the available chromites;
- the above formula for determining the distance in height between the metal and slag tapholes is applicable for any furnace power.
- the dependence between the distance in height between the lung holes and the power of the furnace (as in the prototype) is excluded, but depends solely on the volumes of the ferrochromium melt and slag formed per unit time, and mainly on the amount and composition of the slag formed in the furnace;
- the electrodes in the proposed design of an electric arc furnace, the electrodes must have three electric arc burning zones and must be spaced 1/10 of the action zone diameter from each other in order to be able to increase the electrical voltage, improving, as a result, the specific power of the furnace. Due to the decrease in current strength, a sharp decrease in temperature near the furnace occurs, and the temperature of the exhaust gases in the flue path is maintained in the range from 150°C to 220°C. An additional benefit is that by using higher voltages the overall plant power factor is also improved.
- the increase in electrical resistance of the furnace created by the presence of a constant volume of molten ferrochromium alloy in the furnace, causes an average decrease in current, followed by an increase in electrical voltage and, consequently, an increase in the burning zone of the electric arc.
- the result is a more controllable furnace, with a lower temperature and with the possibility of maximizing the use of the reducing gas, which from carbon monoxide (CO) becomes carbon dioxide (CO2) with a heat output of 68 kcal / mol.
- This process is characterized by lower losses of fine fractions of raw materials in the smoke path;
- the inventive design of the furnace allows reach the degree of extraction of 92%, which borders on the threshold of stoichiometry, due to the design features of the location of inaccurate holes, the distance between the electrodes, the composition of the slag, which help to equalize the temperature difference between the ferrochromium melt and slag, which ultimately leads to a decrease in the amount of various impurities as part of a ferrochromium alloy and improving its quality;
- the proposed design of the electric arc furnace contributes to a significant reduction in electricity consumption (in comparison with the prototype), since the difference in the electric power of the furnace is eliminated, the specific consumption of electricity and raw materials in the furnace is maintained under optimal conditions. This balance is achieved by reducing the distance in height between the two
- the presence of a water-cooling structure allows cooling the refractory material of the side walls of the furnace in a more convenient way than the water spray method currently used in most designs of arc furnaces, where water is directly supplied to the outer surface of the side walls, creating a potential fire hazard situation.
- the use of a water-cooling structure in the composition of the elements of the furnace significantly prolongs the average life of the refractory material, avoiding reaching too high temperatures;
- a heat-absorbing structure made of metal with high thermal conductivity, in particular copper, and representing a system of hollow pipes folded in sections through which water is passed under a pressure of 2-4 atmospheres allows, in comparison with the prototype and other well-known designs of arc furnaces, to increase the safety of the device for people and operating equipment, since it excludes the direct impact of open water jets on the furnace casing and, accordingly, eliminates the risk of water getting on hot metal;
- the quality of the product is improved by the refining that takes place inside the furnace through the convective movements of the liquid mass, reducing the percentage of carbon and silicon present in the ferrochromium and performing a physical transformation, with the complete removal of the residual slag that inevitably remains with the traditional ferrochromium production system.
- the slag formed in the furnace has a basicity in the range from 0.81 to 0.83 and a melting point in the range from 1600 to 1700°C, which ensures continuous and uniform slag flow and optimal separation of the ferrochromium alloy and slag.
- Figure 1 shows a furnace for the production of ferrochromium alloys with a tap hole for the production of a ferrochromium alloy
- FIG. 2 shows a furnace for the production of ferrochromium alloys with a tap hole for the release of slag
- Figure 4 shows a side view of the water-cooled structure of the furnace for the production of ferrochromium alloys
- Fig. 5 shows view B of Fig. 4
- the furnace for the production of ferrochromium alloys contains a hearth 1, side walls 2 lined with refractory material, a steel casing 3, an inner bath 4 formed by a hearth 1 and side walls 2, in which molten ferrochromium alloy with a hearth surface 5 is accumulated 1, three electrodes 6 made of graphite for forming an electric arc and installed in the inner bath 4 with the possibility of vertical movement, the location of which relative to the center in the horizontal plane forms an equilateral triangle (according to Fig.
- two inaccurate holes of circular cross section one inaccurate hole 7a serves to release the molten ferrochromium alloy, and another inaccurate hole 7b - to release the slag, while the taphole for tapping the ferrochromium alloy 7a is below the taphole for tapping the slag 7b, while the tapholes 7a and 7b are located at different heights on the side wall 2 of the furnace and have a cross-sectional diameter ranging from 60 mm (minimum) to 65 mm ( maximum); at the same time, the tap holes 7a and 7b are located in a vertical plane relative to the common axis at a distance between them, calculated according to the above formula, moreover, the range of acceptable values for the distance between the centers of two inaccurate holes in height is from 400 mm to 550 mm and the tap holes are deployed relative to each other at an angle of 60°, in addition, the tap hole for the exit of the ferrochromium alloy 7a is located at a distance of 70 mm to 100 mm above the surface 5 of the hearth 1, the
- This design has an annular shape and goes around the steel casing 3 of the furnace, while the water-cooling structure 8 has a height of 1200 mm to 1500 mm, a thickness of 50 mm to 100 mm, and is installed 100 mm below the surface 5 of the hearth 1 of the furnace.
- each section of the water-cooling structure 8 has an inlet 10 and an outlet 11 for water, as well as supporting elements 12 for attaching them to the furnace walls.
- the water-cooling structure 8 is equipped with control valves for each individual section and temperature-controlled control sensors (not shown in the drawings). At the same time, to increase the outer surface and enhance heat transfer, the water-cooling structure 8 has ribbed sections (according to Fig.4).
- the water-cooling structure 8 has grooved sections (according to figure 4).
- the water-cooling structure 8 is made with irregularities (according to figure 4).
- the slag formed in the furnace has a basicity in the range of 0.81 to 0.83 and a melting point in the range of 1600 to 1700°C, which ensures continuous and uniform slag flow and optimal separation of the ferrochromium alloy and slag.
- Ferrochrome is usually produced from chromites, which, depending on the origin, are characterized by the following composition: SG2O3 - 40 - 55%, FeO - 10 - 13%, SiO 2 - 10-15%, AI2O3 - 7 - 12%, MgO - 15 -25 %.
- the best working condition is achieved by liquefying the slag obtained naturally from the waste rock of chromium ore and reducing ash with quartz, the melt viscosity becomes 1.2 P, and the melting point is 1600 - 1700 ° C.
- reducing agents are used in the form of metallurgical coke or coal, and CaO or SiCb are added, depending on the type of slag produced.
- the manufacturing process is a carbothermal reduction that occurs at high temperatures close to 2700°C, at which chromium ore is reduced from coke to form a ferrochromium alloy.
- Heat for this reaction is provided by creating an electric arc between the graphite electrodes 6 installed to form an electric arc with the possibility of vertical movement in the inner bath 4, while electrodes 6 should be separated from each other by 1/10 of the diameter of the zone of action, creating three zones of electric arc burning.
- the temperature generated by the arc causes the ore in the inner bath 4 to melt, which creates a ferrochromium liquid bath, on top of which a slag layer is formed.
- a sufficient amount of ferrochromium melt accumulates in the reaction zone of the furnace, inaccurate channels are opened: 7a for the ferrochromium melt and 7b for molten slag, which then fall into separate receiving tanks (ladles, not shown in the drawings).
- the ferrochromium melt is then cast into molds and sent to the final consumer (for example, in the form of ingots to a metallurgical plant), while the slag, after cooling, can be used as a raw material in cement plants, editing its chemical composition, for example, for the production of clinker.
- a water-cooling structure 8 made of metal with high thermal conductivity, in particular copper, which is hollow pipes 9 folded in the form of sections having an inlet 10 and an outlet 11 for water and supporting elements 12 for their fastening to the furnace walls.
- the water-cooling structure 8 has an annular shape and goes around the steel casing 3 of the furnace, with the exception of the corner sections where the tapholes 7a and 7b are located.
- the water-cooling structure 8 is made with ribbed or grooved sections or irregularities.
- this indicator should be determined by accurately analyzing the volumes involved, the specific gravity of the two components - ferroalloy and slag, the size of the furnace in question, and the specific power that are changed during the daily cycle. This calculation is necessary for the overhaul of the furnace and is partly empirical, given the results of the tests. The precise definition of this index plays a fundamental role in achieving the significant advantages presented by the production technology using two non-precise holes.
- the average composition of the SLAG Cr 2 O 3 - 10%; SiO 2 - 28%; A1 2 O 3 - 24%; CaO - 11%; MgO - 25%; FeO - 2%.
- the specific gravity of the slag 1.85 kg / dm 3 .
- FeCr analysis Cr - 64%; Si - 2%; C - 6%. The rest is iron.
- the specific gravity of the slag 1.75 kg / dm 3 .
- Furnace dimensions The internal diameter of the furnace is:
- - in the slag zone it is a truncated cone with an average diameter of 6300 mm.
- daily schedule of metal smelting 07:00 h; 15:00 h; 23:00 hrs.
- Daily slag discharge schedule 01:00 hrs; 05:00 h; 09:00 h; 13:00 h; 17:00 h; 21:00
- the amount of accumulated metal and slag in the furnace will correspond to:
- a level of ferrochromium alloy in the furnace is created equal to 148 mm and for 2 hours - 216 mm of slag.
- the total amount of metal and slag is 364 mm.
- a level of ferrochromium alloy in the furnace is created equal to 137 mm and for 2 hours - 234 mm of slag.
- the total amount of metal and slag is 371 mm.
- the smelting schedule at 05:00 h; 13:00 h; and 21:00 h is the time when melts are present during the day, at which conditions of maximum volume of metal and slag are present:
- a H is the distance between the centers of two inaccurate holes in height, mm;
- A is an indicator depending on the maximum level of the ferrochromium alloy in the furnace, mm;
- the above calculations can be used for any furnace power, since its power is not taken into account in the calculations and there is no relationship between A H and furnace power, and this height between the lung holes depends solely on the volumes of metal and slag, formed per unit of time, and mainly depends on the amount and composition of the slag formed in the process.
- the height is determined by the distance between the bottom of the furnace and the maximum level of ferrochromium alloy and slag in the furnace, plus an error of a few millimetres.
- the height of the water-cooled structure is 1250 mm, which is defined as follows:
- Hd is the height of the water-cooling structure
- A the distance between the beginning of the placement of the water-cooling structure and the hearth of the furnace
- C is the radius of the tap hole for the metal outlet
- D is the distance between the axes of two inaccurate holes
- E is the radius of the slag hole
- F is the amount of slag produced in 4 hours (converted to mm);
- G is the amount of ferrochromium produced in 4 hours (converted to mm);
- Furnace No. 1 an example of a furnace with partial overlapping of the burning zones of the electric arc of the electrodes (as in the prototype).
- Real power 10 MW; specific power consumption: 3900 kWh/t; specific consumption of chromium ore per 1 ton of FeCr - 2450 kg of chromium ore per 1 ton of finished FeCr
- Furnace No. 2 an example of the proposed furnace, with the distance between the burning zones of the electric arc of the electrodes in 1/10 of the diameter of the zone of action.
- Real power 10 MW; specific power consumption: 3650 kWh/t; specific consumption of chromium ore per 1 ton of FeCr - 2350 kg of chromium ore per 1 ton of finished FeCr
- the optimal voltage is about 190 V, so the current strength will be:
- a 10 MW furnace should have a voltage of 190 V and a current of 38,000 A (instead of 160 V and 45,000 V indicated in the prototype).
- the claimed technical solution can be used in metallurgical production, namely in the design of electric arc furnaces for the production of ferrochromium alloys, in particular alloys consisting mainly of chromium in percentage (by weight) preferably from 50% to 70% and iron in percentage (by weight). mass) preferably from 25% to 40% used for alloying alloys.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии. Печь для производства феррохромовых сплавов, содержит подину (1), боковые стенки (2), стальной кожух (3), внутреннюю ванну (4), три электрода (6), леточное отверстие (7а) для выпуска расплавленного феррохромового сплава, другое (7b) для выпуска шлака, леточное отверстие (7а) находится ниже леточного отверстия (7b), леточные отверстия (7а), (7b) расположены на различной высоте на боковой стенке (2), имеют диаметр поперечного сечения от 60 мм до 65 мм, расположены в вертикальной плоскости относительно общей оси, развернуты относительно друг друга на 60, леточное отверстие (7а) для выхода феррохромового сплава расположено на расстоянии от 70 мм до 100 мм выше поверхности (5) подины (1), диаметр внутренней ванны (4) последовательно увеличивается по высоте печи, электроды (6) отдалены между собой на 1/10 диаметра зоны действия, печь содержит водоохлаждающую металлическую конструкцию (8) в виде полых труб (9) кольцевой формы, огибающую стальной кожух (3). Технический результат заключается в реализации варианта известных конструкций электрических дуговых печей.
Description
Название изобретения
Печь для производства феррохромовых сплавов
Область техники
Изобретение относится к области металлургии.
Предшествующий уровень техники
Известна конструкция плавильной печи для производства феррохромовых сплавов, содержащая подину, боковые стенки, футерованные огнеупорным материалом, стальной кожух, внутреннюю ванну, сформированную подиной и боковыми стенками, в которой накапливается расплавленный феррохромовый сплав, три электрода, выполненные из графита для образования электрической дуги и установленные во внутренней ванне с возможностью перемещения в вертикальном направлении, расположение которых относительно центра в горизонтальной плоскости образует равносторонний треугольник, два легочных отверстия круглого сечения: одно леточное отверстие служит для выпуска расплавленного феррохромового сплава, а другое леточное отверстие - для выпуска шлака, при этом леточное отверстие для выпуска феррохромового сплава находится ниже легочного отверстия для выпуска шлака (см. WO, 2011/|013151 А1, кл. F27D 3/15, опублик. 03.02.2011), по совокупности существенных признаков и особенностям технологии производства, принятая за ближайший аналог (прототип) изобретения.
К недостаткам известной конструкции плавильной печи (прототипа) относятся технологические особенности производства, а именно использование слишком высокой силы тока, что влечет за собой повышение температуры и интенсивное пылевыделение, и конструктивные характеристики известной плавильной печи, а именно параметры расстояния между неточными отверстиями, сама конструкция внутренней ванны, особенности вертикального расположения электродов в процессе плавки, которые с одной стороны, не позволяют получить на выходе технологической цепочки более качественный феррохромовый сплав с достаточно низким процентным содержанием
примесей (например, кремнезема) в своем составе, а с другой - увеличивают процентное содержание окиси углерода, сильно ухудшая тем самым его качество.
Также, недостатком известной конструкции плавильной печи является необходимость поливочного охлаждения кожуха печи во время ее эксплуатации, что является небезопасным для нормальной работы печи, поскольку возможен контакт воды с жидким феррохромовым сплавом, приводящий к аварийной ситуации, возможному взрыву и выходу из эксплуацации самой печи, подвергая угрозе жизни обслуживающий персонал.
Дополнительно, известная конструкция плавильной печи достаточно энергоемка в использовании, что приводит к снижению экономического эффекта от ее эксплуатации.
Раскрытие изобретения
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении арсенала существующих конструкций электрических дуговых печей, применяемых, в частности для получения феррохромовых сплавов, использующихся для производства легированных хромом сплавов.
Технический результат, заключающийся в реализации варианта известных конструкций электрических дуговых печей, обеспечивается за счет того, что в заявляемой конструкции печи для производства феррохромовых сплавов, содержащей подину, боковые стенки, футерованные огнеупорным материалом, стальной кожух, внутреннюю ванну, сформированную подиной и боковыми стенками, в которой накапливается расплавленный феррохромовый сплав, три электрода, выполненных из графита для образования электрической дуги и установленных во внутренней ванне с возможностью перемещения в вертикальном направлении, расположение которых относительно центра в горизонтальной плоскости образует равносторонний треугольник, два неточных отверстия круглого сечения: одно неточное отверстие служит для выпуска расплавленного феррохромового сплава, а другое неточное отверстие - для выпуска шлака, при этом неточное отверстие для выпуска феррохромового сплава находится ниже неточного отверстия для выпуска шлака,
согласно изобретению, легочные отверстия расположены на различной высоте на боковой стенке печи и имеют диаметр поперечного сечения в диапазоне от 60 мм до 65 мм, при этом легочные отверстия расположены в вертикальной плоскости относительно общей оси на расстоянии между ними, определяемом следующим образом:
А Н - А + (3-3,5) В, где: А Н - расстояние между центрами двух легочных отверстий по высоте, мм;
А - показатель, зависящий от максимального уровня феррохромового сплава в печи, мм;
В - показатель почасового образования шлака в печи, мм, и развернуты относительно друг друга на угол 60°, кроме того, леточное отверстие для выхода феррохромового сплава расположено на расстоянии от 70 мм до 100 мм выше поверхности подины, диаметр внутренней ванны последовательно увеличивается по высоте печи от поверхности подины к верху печи, исходя из удельной мощности на объем загрузки печи, а электроды отдалены между собой на 1/10 диаметра зоны действия и создают три зоны горения электрической дуги, дополнительно, печь содержит водоохлаждающую конструкцию, выполненную из металла с высокой теплопроводностью, представляющую собой систему полых труб, сложенных в виде секций, через которые пропускается под давлением вода, имеющую кольцевую форму и огибающую стальной кожух печи.
Кроме того, диапазон допустимых значений для расстояния между центрами двух легочных отверстий по высоте А Н составляет от 400 мм до 550 мм.
Кроме того, водоохлаждающая конструкция имеет высоту от 1200 мм до 1500 мм, толщину от 50 мм до 100 мм и установлена на 100 мм ниже подины печи.
Кроме того, каждая секция водоохлаждающей конструкции имеет вход и выход для воды и поддерживающие элементы для крепления к стенкам печи.
Кроме того, для увеличения внешней поверхности и усиления теплообмена, водоохлаждающая конструкция имеет ребристые участки.
Кроме того, для увеличения внешней поверхности и усиления теплообмена, водоохлаждающая конструкция имеет желобчатые участки.
Кроме того, для увеличения внешней поверхности и усиления теплообмена, водоохлаждающая конструкция выполнена с неровностями.
Кроме того, в качестве огнеупорного материала боковых стенок печи используется шамотный огнеупорный кирпич.
Кроме того, образуемый в печи шлак имеет основность в пределах от 0,81 до 0,83 и температуру плавления в диапазоне от 1600 до 1700°С, обеспечивающую непрерывную и равномерную текучесть шлака и оптимальное разделение феррохромового сплава и шлака.
Дополнительно, в качестве технических результатов от реализации заявляемого изобретения, рассматриваются:
- уменьшение содержания примесей в составе феррохромового сплава (кремния);
- снижение в процентном соотношении объема мелкой фракции в готовом продукте;
- повышение стабильности работы электрической печи;
- увеличение степени извлечения хрома с 75-85% до 92%;
- дегазация феррохромового сплава;
- снижение общего количества ежедневных плавок (до 3-х плавок феррохрома и 6- ти сливов шлака, по сравнению с 12-ю ежедневными плавками в традиционном методе производства феррохрома);
- сокращение времени выплавки в 2-3 раза по сравнению с традиционным методом производства феррохрома;
- повышение безопасности при эксплуатации печи;
- снижение удельного расхода электроэнергии, за счет оптимального расположения электродов по высоте и легочных отверстий друг относительно друга, что обеспечивает постоянство используемой мощности электропечи.
Использование печи для производства феррохромовых сплавов предложенной конструкции имеет ряд существенных преимуществ:
- во-первых, наличие диаметра поперечного сечения легочных отверстий в диапазоне от 60 мм (минимум) до 65 мм (максимум) необходимо поддерживать в указанном пределе, независимо от мощности печи, поскольку увеличение диаметра до 70 мм (как в прототипе) повлечет неконтролируемое увеличение расхода на выходе, вызывая быстрое заполнение ковша феррохромом спокойной струей, однако разница температур по объему металла в ковше будет гораздо выше, чем в случае слива из легочного отверстия в диапазоне от 60 мм (минимум) до 65 мм (максимум). Таким образом, в результате происходит более равномерное усреднение температуры металла в ковше, по сравнению с прототипом;
- во-вторых, расположение легочного отверстия для выхода феррохромового сплава на расстоянии от 70 мм до 100 мм выше поверхности подины позволяет иметь более постоянную электрическую мощность печи и достичь сокращения времени выплавки (по сравнению с прототипом);
- в-третьих, конструктивное уменьшение (по сравнению с прототипом) вертикального расстояния между легочными отверстиями на расстояние, определяемое вышеуказанной формулой, позволяет варьировать высоту электродов, а именно снизить высоту их расположения относительно падины печи, поддерживая ближе к расплавленному металлу, и тем самым значительно уменьшая разницу температур. Цель заключается в обеспечении оптимального расстояния между двумя неточными отверстиями, поскольку, как обнаружил заявитель, при расстоянии меньше 400 мм между легочными отверстиями, наблюдается большая потеря феррохрома со шлаком, в результате механического замешивания металла и шлака. В итоге получается продукт низкого качества, с частичным вкраплением шлака и небольшими раковинами, а главным образом, увеличиваются потери феррохромового сплава в виде капель,
механически застрявших в шлаке. При этом степень извлечения хрома снижается до 80-85%. Увеличение расстояния более 400 мм возможно в случае использования хромитов с низким или средним процентным содержанием СГ2О3, что позволяет получить больший объем выделяемого шлака и, следовательно, требует пропорционального увеличения этого расстояния, в любом случае поддерживая максимальный предел в 550 мм, что связано с износом леточного отверстия, канала и ковша.
При расстояниях между металлической и шлаковой летками более 600 мм -700 мм -800 мм (заявленных в прототипе) не существует проблем с качеством, однако ухудшается рабочий процесс печи, а именно, электроды находятся в более высоком положении, происходит разогрев больше высоты печи, а температура металла понижается. Это приводит к более высокой вязкости шлака, вследствие чего время выплавки увеличивается, со всеми вытекающими из этого негативными последствиями. Уже при расстоянии более 600 мм между неточными отверстиями, выплавка металла становится очень проблематичной, в силу периодических сбоев в производственном процессе из-за того, что концы электродов отдалены слишком далеко от металла, температура металла в печи снижается и он становится пастообразным и непригодным для разливки.
Кроме того, если расстояние между двумя неточными отверстиями точное и находится в преденах заявденных показатепей (3-3,5), время раздивки составпяет примерно 10-15 минут, в то время как в сдучае большего расстояния время разливки увеличивается до 30-45 минут, замедляя, как правило, процесс производства, образуя металлическую «корку» в ковшах и вызывая производственные потери. Вследствие чего, значительно увеличиваются расходы.
Таким образом, рекомендуемое расстояние между двумя неточными отверстиями находится в пределах двух заявленных показателей, с учетом геометрии печи и доступных хромитов;
- в-четвертых, вышеуказанная формула для определения расстояния по высоте между металлической и шлаковой летками применима для любой мощности печи.
Исключается зависимость между расстоянием по высоте между легочными отверстиями и мощностью печи (как в прототипе), а зависит исключительно от объемов феррохромового расплава и шлака, образующихся в единицу времени, и, главным образом, от количества и состава шлака, образующегося в печи;
- в-пятых, в заявляемой конструкции электрической дуговой печи электроды должны иметь три зоны горения электрической дуги и должны быть отдалены между собой на 1/10 диаметра зоны действия, чтобы иметь возможность увеличить электрическое напряжение, улучшая, как следствие, удельную мощность печи. Вследствие понижения силы тока происходит резкое снижение температуры вблизи печи, и температура отходящих газов в дымовом тракте поддерживается в диапазоне от 150°С до 220°С. Дополнительным преимуществом является то, что, используя более высокие напряжения, также улучшается общезаводской коэффициент мощности.
Повышение электрического сопротивления печи, создаваемое присутствием постоянного объема расплавленного феррохромового сплава в печи, вызывает среднее снижение тока, с последующим увеличением электрического напряжения и, следовательно, увеличение зоны горения электрической дуги. В результате получаем более управляемую печь, с более низкой температурой и с возможностью максимального использования восстановительного газа, который из оксида углерода (СО) становится диоксидом углерода (СО2) с теплоотдачей 68 ккал / моль. Данный процесс характеризуется меньшими потерями мелких фракций сырья в дымовой тракт;
- в-шестых, по сравнению с известными конструкциями электрических дуговых печей, в которых степень извлечения хрома (то есть соотношение между содержанием количества хрома в полученном металле и количеством хрома, введенным в печь) варьируется от 75% до 85%, заявляемая конструкция печи позволяет достичь степени извлечения 92%, что граничит с порогом стехиометрии, за счет конструктивных особенностей расположения неточных отверстий, расстояния между электродами, состава шлака, которые способствуют выравниванию разницы температур между феррохромовым расплавом и шлаком, что, в конечном итоге, приводит к уменьшению количества различных примесей в составе феррохромового сплава и повышению его качества;
- в-седьмых, заявляемая конструкция электрической дуговой печи способствует значительному сокращению потребляемой электроэнергии (в сравнении с прототипом), поскольку исключается перепад электрической мощности печи, удельные расходы электроэнергии и сырья в печи поддерживаются в оптимальных условиях. Данный баланс обеспечивается за счет снижения расстояния по высоте между двумя легочными отверстиями, доли оксида хрома в руде минерала, количества образованного шлака, степени огнеупорности хромита и от правильного режима работы печи;
- в-восьмых, наличие водоохлаждающей конструкции позволяет охлаждать огнеупорный материал боковых стенок печи более удобным способом, чем используемый в настоящее время в большинстве конструкций дуговых печей метод распыления воды, где вода непосредственно подается на внешнюю поверхность боковых стенок, создавая потенциальную пожароопасную ситуацию. При этом, использование водоохлаждающей конструкции в составе элементов печи значительно продлевает средний срок службы огнеупорного материала, избегая достижения слишком высоких температур;
- в-девятых, использование теплопоглощающей конструкции, выполненной из металла с высокой теплопроводностью, в частности меди, и представляющей собой систему полых труб, сложенных в виде секций, через которые пропускается вода под давлением 2-4 атмосферы, позволяет, по сравнению с прототипом и другими известными конструкциями дуговых печей, повысить безопасность устройства для людей и работающего оборудования, поскольку исключает непосредственное воздействие открытых водяных струй на кожух печи и, соответственно, исключает риск попадания воды на раскаленный металл;
- в-десятых, качество продукта улучшается за счет рафинирования, происходящего внутри печи посредством конвективных движений жидкой массы, снижая процент углерода и кремния, присутствующих в феррохроме и выполняя физическое преобразование, с полным удалением остатков шлака, который неизбежно остается при традиционной системе производства феррохрома. Это делает продукт более плотным и прочным, и заметно снижается процент мелочи.
- в-одиннадцатых, образуемый в печи шлак имеет основность в пределах от 0,81 до 0,83 и температуру плавления в диапазоне от 1600 до 1700°С, обеспечивающую непрерывную и равномерную текучесть шлака и оптимальное разделение феррохромового сплава и шлака.
Краткое описание чертежей
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, наиболее полно поясняющими сущность предложенного технического решения.
На фиг.1 (разрез I-I) изображена печь для производства феррохромовых сплавов с леточным отверстием для выпуска феррохромового сплава;
На фиг.2 (разрез П-П) изображена печь для производства феррохромовых сплавов с леточным отверстием для выпуска шлака;
На фиг.З изображен вид А по фиг.1 и фиг.2 (горизонтальное сечение);
На фиг.4 изображен вид сбоку водоохлаждающей конструкции печи для производства феррохромовых сплавов;
На фиг.5 изображен вид В по фиг. 4
Осуществление изобретения
Согласно фиг.1-3, печь для производства феррохромовых сплавов содержит подину 1, боковые стенки 2, футерованные огнеупорным материалом, стальной кожух 3, внутреннюю ванну 4, сформированную подиной 1 и боковыми стенками 2, в которой накапливается расплавленный феррохромовый сплав с поверхностью 5 подины 1, три электрода 6, выполненные из графита для образования электрической дуги и установленные во внутренней ванне 4 с возможностью вертикального перемещения, расположение которых относительно центра в горизонтальной плоскости образует равносторонний треугольник (согласно фиг.З), два неточных отверстия круглого сечения: одно неточное отверстие 7 а служит для выпуска расплавленного феррохромового сплава, а другое неточное отверстие 7Ь - для выпуска шлака, при этом
леточное отверстие для выпуска феррохромового сплава 7а находится ниже леточного отверстия для выпуска шлака 7Ь, при этом, леточные отверстия 7а и 7Ь расположены на различной высоте на боковой стенке 2 печи и имеют диаметр поперечного сечения в диапазоне от 60 мм (минимум) до 65 мм (максимум); при этом леточные отверстия 7а и 7Ь расположены в вертикальной плоскости относительно общей оси на расстоянии между ними, рассчитываемом по вышеуказанной формуле, причем, диапазон допустимых значений для расстояния между центрами двух неточных отверстий по высоте составляет от 400 мм до 550 мм и леточные отверстия развернуты относительно друг друга на угол 60°, кроме того, леточное отверстие для выхода феррохромового сплава 7а расположено на расстоянии от 70 мм до 100 мм выше поверхности 5 подины 1, диаметр внутренней ванны 4 последовательно увеличивается по высоте печи от поверхности 5 подины 1 к верху печи, исходя из удельной мощности на объем загрузки печи, а электроды 6 отдалены между собой на 1/10 диаметра зоны действия, создавая три зоны горения электрической дуги, кроме того, в качестве огнеупорного материала боковых стенок 2 печи используется шамотный огнеупорный кирпич, с помощью которого выкладывается стенка толщиной от 400 мм до 800 мм; дополнительно, печь содержит водоохлаждающую конструкцию 8, выполненную из металла с высокой теплопроводностью, в частности меди и представляющую собой систему полых труб 9, сложенных в виде секций, через которые под давлением 2-4 атмосферы пропускается вода. Данная конструкция имеет кольцевую форму и огибает стальной кожух 3 печи, при этом, водоохлаждающая конструкция 8 имеет высоту от 1200 мм до 1500 мм, толщину от 50 мм до 100 мм, и установлена на 100 мм ниже поверхности 5 подины 1 печи.
Согласно фиг.4 и фиг.5, каждая секция водоохлаждающей конструкции 8 имеет вход 10 и выход 11 для воды, а также поддерживающие элементы 12 для их крепления к стенкам печи.
Для установления наиболее однородной температуры в надлежащем секторе, водоохлаждающая конструкция 8 снабжена регулирующими клапанами для каждой отдельной секции и терморегулирующими датчиками контроля (на чертежах не показаны).
При этом для увеличения внешней поверхности и усиления теплообмена, водоохлаждающая конструкция 8 имеет ребристые участки (согласно фиг.4).
При этом для увеличения внешней поверхности и усиления теплообмена, водоохлаждающая конструкция 8 имеет желобчатые участки (согласно фиг.4).
При этом для увеличения внешней поверхности и усиления теплообмена, водоохлаждающая конструкция 8 выполнена с неровностями (согласно фиг.4).
Образуемый в печи шлак имеет основность в пределах от 0,81 до 0,83 и температуру плавления в диапазоне от 1600 до 1700°С, обеспечивающую непрерывную и равномерную текучесть шлака и оптимальное разделение феррохромового сплава и шлака.
Феррохром обычно производится из хромитов, которые в зависимости от происхождения, характеризуются следующим составом: СГ2О3 - 40 - 55%, FeO - 10 - 13%, SiO2 - 10-15%, AI2O3 - 7 - 12%, MgO - 15 -25%.
Таким образом, в зависимости от типа используемых хромитов, наилучшее рабочее состояние достигается за счет разжижения шлака, полученного естественным путем из пустой породы хромовой руды и золы восстановителей с кварцем, вязкость расплава становится равной 1,2 П, а температура плавления составляет 1600 - 1700 °C.
Помимо хромитов, используются восстановители в виде металлургического кокса или каменного угля, а также добавляются СаО или SiCb, в зависимости от типа получаемого шлака.
Производственный процесс представляет собой карботермическое восстановление, которое происходит при высоких температурах, близких к 2700°С, при которых хромовая руда восстанавливается из кокса с образованием феррохромового сплава.
Тепло для этой реакции обеспечивается за счет создания электрической дуги между графитовыми электродами 6, установленными для образования электрической дуги с возможностью вертикального перемещения во внутренней ванне 4, при этом
электроды 6 должны быть отдалены между собой на 1/10 диаметра зоны действия, создавая три зоны горения электрической дуги.
Создаваемая дугой температура (около 2700°С), вызывает плавление руды во внутренней ванне 4, что создает жидкую ванну феррохрома, поверх которой образуется слой шлака. Когда через определенный интервал времени, в реакционной зоне печи накапливается достаточное количество феррохромового расплава, осуществляется открытие неточных каналов: 7а - для феррохромового расплава и 7Ь - для расплавленного шлака, которые далее попадают в отдельные приемные резервуары (ковшы, не показаны на чертежах). Феррохромовый расплав затем отливают в изложницы и отправляют к конечному потребителю (например, в виде слитков на металлургический комбинат), при этом шлак, после остывания, можно использовать в качестве сырья на цементных заводах, редактируя его химический состав, например, для производства клинкера.
Избыточное тепло, возникающее в электрической дуговой печи в процессе химической реакции плавления руды, поглощается водоохлаждающей конструкцией 8, выполненной из металла с высокой теплопроводностью, в частности меди, представляющей собой полые трубы 9 сложенные в виде секций, имеющих вход 10 и выход 11 для воды и поддерживающие элементы 12 для их крепления к стенкам печи. Водоохлаждающая конструкция 8 имеет кольцевую форму и огибает стальной кожух 3 печи, за исключением угловых участков, где расположены леточные отверстия 7а и 7Ь.
Для улучшения процесса теплообмена, водоохлаждающая конструкция 8 выполнена с ребристыми или желобчатыми участками или неровностями.
При разработке элементов конструкции электрической дуговой печи были проведены испытания, показавшие следующие результаты.
Пример 1.
Определение расстояния между двумя неточными отверстиями.
В данном примере определим расстояние между двумя леточными отверстиями для двух печей с одинаковыми электрическими характеристиками, но с разным сырьем.
Оптимальный расчет данного показателя следует определять, точно анализируя задействованные объемы, удельный вес двух компонентов - ферросплава и шлака, размер рассматриваемой печи, удельную мощность, сменяемые в течение суточного цикла. Этот расчет необходим при капитальном ремонте печи и является частично эмпирическим, учитывая результаты проведенных испытаний. Точное определение данного показателя играет фундаментальную роль в достижении значительных преимуществ, представляемых технологией производства, с использованием двух неточных отверстий.
Печь № 1 : полная мощность - 16 MBA; реальная активная мощность -13,5 МВт; удельный расход -3450 кВт/т; почасовая производительность FeCr, т/ч: 13500/3450 = 3,91 т/ч.
Средний состав ШЛАКА: Сг2О3 - 10 %; SiO2 - 28 %; А12О3 - 24 %; СаО - 11 %; MgO - 25 %; FeO - 2 %.
Определим удельный вес. Из вышеуказанного шлака получим количество шлака, равное: 1,6 т на 1 т FeCr.
Анализ FeCr: Сг - 57 %; Si - 3,5%; С - 8,5%. Остальное - железо.
Удельный вес шлака: 1,85 кг/дм3.
Удельный вес FeCr: 7,1 кг/дм3.
Печь № 2: полная мощность - 16 MBA; реальная активная мощность - 13,5 МВт; удельный расход -3600 кВт/т; почасовая производительность FeCr, т/ч: 13500/ 3600 = 3,75 т/ч.
Средний состав ШЛАКА: Сг2О3 - 3,5 %; SiO2 - 44 %; А12О3 - 13 %; СаО - 2 %; MgO - 36 %; FeO -0 1,5 %.
Определим удельный вес. Из вышеуказанного шлака получим количество шлака, равное: 1,7 т на 1 т FeCr.
Анализ FeCr: Сг - 64 %; Si - 2%; С - 6%. Остальное - железо.
Удельный вес шлака: 1,75 кг/дм3.
Удельный вес FeCr: 7,3 кг/дм3.
Размеры печи: внутренний диаметр печи составляет:
- в зоне металла: это усеченный конус со средним диаметром - 6150 мм;
- в зоне шлака: это усеченный конус со средним диаметром - 6300 мм.
Установим суточное время выплавок при использовании двух легочных отверстий: суточный график выплавок металла: 07:00 ч; 15:00 ч; 23:00 ч. Суточный график слива шлака: 01 :00 ч; 05:00 ч; 09:00 ч; 13:00 ч; 17:00 ч; 21 :00 ч.
Произведем расчет почасовой производительности, соотнесенный по высоте кожуха (для FeCr).
Для Печи № 1 :
Расчет почасовой производительности, соотнесенный по высоте кожуха (для FeCr), т/ч: 13500/ 3450 = 3,91 т/ч.
Удельный вес FeCr: 7,1 кг/дм3.
Объем: 3,91/ 7,1 = 0,55 м3/ч FeCr
Площадь: лс!2/4 = 29,69 м2 .
Высота: h = 0,55/29,69 = 0,0185 мт , 18,5 мм/ч FeCr
Для Печи № 2:
Расчет почасовой производительности, соотнесенный по высоте кожуха (для FeCr), т/ч: 13500/3600 = 3,75 т/ч.
Удельный вес FeCr: 7,3 кг/дм3.
Объем: 3,75/ 7,3 = 0,51 м3/ч РеСгПлощадь: 7td2/4 = 29,69 м2 .
Высота: h= 0,51/ 29,69 = 0,0171 мт , 17,1 мм/ч FeCr
Произведем расчет почасового образования шлака, соотнесенного по высоте кожуха, т/ч.
Для Печи № 1 :
Расчет почасового образования шлака, соотнесенного по высоте кожуха, т/ч: 3,91 х 1,6 = 6,256 т шлака при удельном весе: 1,85 = 3,38 м3/ч шлака.
Площадь: лб2/4 = 31 , 15 м2’
Высота: h= 3,38/ 31,15 = 0,108 мт, = 108 мм/ч шлака
Для Печи № 2:
Расчет почасового образования шлака, соотнесенного по высоте кожуха, т/ч: 3,75 х 1,7 = 6,375 т шлака при удельном весе: 1,75 = 3,64 м3/ч шлака.
Площадь: 7id2/4= 31,15 м2
Высота: h = 3 ,64/31,15 = 0,117 мт. = 117 мм/ч шлака
Произведем расчет количества накопленного металла и шлака в печи.
Принимая во внимание график разливки металла: 07:00 ч; 15:00 ч; 23:00 ч, количество накопленного металла и шлака в печи будет соответствовать:
- для Печи № 1 : 18,5 мм х 8 часов = 148 мм произведенного FeCr и 108 мм х 2 часа = 216 мм шлака.
Таким образом, за 8-часовой интервал между плавками FeCr, создается уровень феррохромового сплава в печи равный 148 мм и за 2 часа - 216 мм шлака. Общее количество металла и шлака составляет 364 мм.
- для Печи № 2: 17,1 мм х 8 часов =137 мм произведенного FeCr и 117 мм х 2 часа = 234 мм шлака.
Таким образом, за 8-часовой интервал между плавками FeCr, создается уровень феррохромового сплава в печи равный 137 мм и за 2 часа - 234 мм шлака. Общее количество металла и шлака составляет 371 мм.
Между одним сливом шлака и последующим, количество накопленных металла и шлака составляет:
- для Печи № 1 :
Шлак: 108 мм х 4 часа = 432 мм.
FeCr: 18,5 мм х 2 часа =37 мм - в случае разливок в: 01 :00 ч; 09:00 ч; 17:00 ч.
FeCr: 18,5 мм х 6 часов =111 мм - в случае разливок в: 05:00 ч; 13:00 ч; 21:00 ч.
- для Печи № 2:
Шлак: 117 мм х 4 часа = 468 мм.
FeCr: 17,1 мм х 2 часа =34 мм - в случае разливок в: 01 :00 ч; 09:00 ч; 17:00 ч.
FeCr: 17,1 мм х 6 часов = 103 мм - в случае разливок в: 05:00 ч; 13:00 ч; 21 :00 ч
Максимальное количество металла накапливается в печи после 6 часовой работы, непосредственно перед скачиванием шлака.
Следовательно, график выплавки в 05:00 ч; 13:00 ч; и 21 :00 ч является временем, когда присутствуют выплавки в течение дня, при которых присутствуют условия максимального объема металла и шлака:
- Для Печи № 1 : 432 мм шлака + 111 мм FeCr = 543 мм общего объема металла и шлака;
- Для Печи № 2: 468 мм шлака + 103 мм FeCr = 571 мм общего объема металла и шлака.
Проведенные испытания показали, что для обеспечения оптимального разделения металла и шлака и исправного рабочего состояния печи, расстояние между двумя легочными отверстиями А Н должно учитывать вышеописанные расчеты, а именно:
А Н= А + (3-3,5) х В, где А Н - расстояние между центрами двух неточных отверстий по высоте, мм;
А - показатель, зависящий от максимального уровня феррохромового сплава в печи, мм;
В - показатель почасового образования шлака в печи, мм.
В нашем случае получаем, что А Н будет:
- Для Печи № 1 : при минимальном А: 18,5 х 8 + 3 х 108 = 148 + 324 = 472 мм и при максимальном А: 18,5 х 8 + 3,5 х 108 = 148 + 378 = 526 мм;
- Для Печи № 2: при минимальном А: 17,1 х 8 +3 х 117 = 137+ 351 = 488 мм и при максимальном А: 17,1 х 8 + 3,5 х 117 = 137 +409,5 = 546,5 мм;
Вывод: сравнение работы двух печей показывает, что высота между двумя неточными отверстиями соответствует высоте FeCr, набранного между одной плавкой и последующей. В этом случае высота шлака, полученного за 1 час, составляет от 3 до 3,5 раз выше, в сравнении с высотой металла. Это - оптимальный расчет для безупречного разделения металла и шлака, при котором отсутствуют проблемы, вызванные большим расстоянием между электродами.
Кроме того, как видно из примеров, приведенные выше расчеты могут быть использованы для любой мощности печи, поскольку ее мощность не учитывается в расчетах и отсутствует соотношение между А Н и мощностью печи, а данная высота между легочными отверстиями зависит исключительно от объемов металла и шлака, образующихся в единицу времени, и, главным образом, зависит от количества и состава шлака, образующегося в процессе.
Пример 2.
Определение высоты водоохлаждающей конструкции для печи с указанными данными.
Из расчетов, приведенных в предыдущем примере, можно определить оптимальную высоту водоохлаждающей конструкции.
Высота определяется расстоянием между подиной печи и максимальным уровнем феррохромового сплава и шлака в печи, плюс погрешность в несколько миллиметров.
В нашем примере высота водоохлаждающей конструкции составляет 1250 мм, которая определяется следующим образом:
Hd = А +В + С - D + Е + F+ G + Н, где:
Hd - высота водоохлаждающей конструкции;
А - расстояние между началом размещения водоохлаждающей конструкции и подиной печи;
В - расстояние от подины печи до нижнего уровня металлического леточного отверстия;
С - радиус леточного отверстия для выхода металла;
D - расстояние между осями двух неточных отверстий;
Е - радиус шлакового леточного отверстия;
F - количество шлака, выработанное за 4 часа (преобразованного в мм);
G - количество феррохрома, произведенного за 4 часа (преобразованного в мм);
Н - погрешность, зависящая от несостоявшихся полных выпусков.
Например, определим высоту водоохлаждающей конструкции, взяв исходные данные из предыдущего примера: D = 148 + 3,5 х 108 = 526 мм - расстояние между двумя легочными отверстиями.
Предположим, что Н равно 68 мм.
Таким образом, имеем:
Hd =100 +50 +35 + 526 - 35 + (108 х 4) + (18,5 х 4) + 68 = 1250 мм.
Пример 3.
Пример увеличения расстояния между электродами
Причины необходимости увеличения расстояния между электродами:
Изменения, внесенные в заявляемую феррохромовую печь, оснащенную двумя неточными отверстиями (по сравнению с прототипом), направлены на достижение вышеуказанной цели: отдалить реакционные зоны отдельных электродов, увеличивая расстояние между ними, повысить рабочее напряжение печи, и, следовательно, объем реакционной зоны. Данные изменения, продиктованы исключительно практическим опытом. Это достигается за счет постоянного наличия определенного объема расплавленного феррохромового сплава в печи, что полностью меняет характеристики электрического сопротивления шихты.
Печь № 1 : пример печи с частичным совмещением зон горения электрической дуги электродов (как в прототипе). Реальная мощность: 10 МВт; удельный расход электроэнергии: 3900 кВт ч/т; удельный расход хромовой руды на 1 т FeCr - 2450 кг хромовой руды на 1 т готового FeCr
Печь № 2: пример заявляемой печи, с расстоянием между зонами горения электрической дуги электродов в 1/10 диаметра зоны действия. Реальная мощность: 10 МВт; удельный расход электроэнергии: 3650 кВт ч/т; удельный расход хромовой руды на 1 т FeCr - 2350 кг хромовой руды на 1 т готового FeCr
Вывод: пример показывает, что при отдалении электродов друг от друга, увеличивая электрическое напряжение и уменьшая силу тока (как в Печи № 2), мы добились снижения удельного расхода электроэнергии и удельного расхода хромовой руды.
Пример 4.
Из примера, приведенного в прототипе, получается, что для печи мощностью 10 МВт предлагается сила тока 45 000 А. Из известных электротехнических расчетов можно получить используемое напряжение, которое соответствует:
Р 10 000000 W 10 00000
I cos <р 3 ~ 45 000 А Х 0,8 X 1,73 62 280 где: 0,8 - типичный коэффициент мощности для печи такого размера.
Как обнаружил заявитель, для печи данной мощности оптимальное напряжение составляет около 190 В, поэтому сила тока будет:
10 000000 W - = 38000 А 190 X 0,8 X 1,73
Таким образом, печь мощностью 10 МВт должна иметь напряжение 190 В и силу тока, равную 38 000 А (вместо 160 В и 45 000 В, указанных в прототипе).
Эти расчеты показывают, что заявляемая конструкция печи для производства феррохромовых сплавов должна иметь, по сравнению с традиционной конструкцией, более отдаленные электроды и большую площадь реакционной зоны, чтобы иметь предлагаемые заявителем преимущества.
Промышленная применимость
Заявляемое техническое решение может быть использовано в металлургическом производстве, а именно в конструкциях электрических дуговых печей для получения феррохромовых сплавов, в частности сплавов, состоящих в основном из хрома в процентах (по массе) предпочтительно от 50% до 70% и железа в процентах (по массе) предпочтительно от 25% до 40%, использующихся для легирования сплавов.
Claims
Формула изобретения
Пункт 1. Печь для производства феррохромовых сплавов, содержащая подину (1), боковые стенки (2), футерованные огнеупорным материалом, стальной кожух (3), внутреннюю ванну (4), сформированную подиной (1) и боковыми стенками (2), в которой накапливается расплавленный феррохромовый сплав, три электрода (6), выполненные из графита для образования электрической дуги и установленные во внутренней ванне (4) с возможностью перемещения в вертикальном направлении, расположение которых относительно центра в горизонтальной плоскости образует равносторонний треугольник, два неточных отверстия круглого сечения: одно неточное отверстие (7а) служит для выпуска расплавленного феррохромового сплава, а другое леточное отверстие (7Ь) - для выпуска шлака, при этом леточное отверстие (7а) для выпуска феррохромового сплава находится ниже неточного отверстия (7Ь) для выпуска шлака, отличающаяся тем, что, неточные отверстия (7а), (7Ь) расположены на различной высоте на боковой стенке (2) печи и имеют диаметр поперечного сечения в диапазоне от 60 мм до 65 мм, при этом неточные отверстия (7а), (7Ь) расположены в вертикальной плоскости относительно общей оси на расстоянии между ними, определяемом следующим образом: А Н = А + (3-3,5) В, где: А Н - расстояние между центрами двух неточных отверстий по высоте, мм;
А - показатель, зависящий от максимального уровня феррохромового сплава в печи, мм;
В - показатель почасового образования шлака в печи, мм, и развернуты относительно друг друга на угол 60°, кроме того, леточное отверстие (7а) для выхода феррохромового сплава расположено на расстоянии от 70 мм до 100 мм выше поверхности (5) подины (1), диаметр внутренней ванны (4) последовательно увеличивается по высоте печи от поверхности (5) подины (1) к верху печи, исходя из удельной мощности на объем загрузки печи, а электроды (6) отдалены между собой на 1/10 диаметра зоны действия и создают три зоны горения электрической дуги, дополнительно, печь содержит водоохлаждающую конструкцию (8), выполненную из металла с высокой теплопроводностью, представляющую собой систему полых труб (9), сложенных в виде секций, через которые пропускается под давлением вода, имеющую кольцевую форму и огибающую стальной кожух (3) печи.
Пункт 2. Печь для производства феррохромовых сплавов по п.1, отличающаяся тем, что диапазон допустимых значений для расстояния между центрами двух легочных отверстий (7а), (7Ь) по высоте Д Н составляет от 400 мм до 550 мм.
Пункт 3. Печь для производства феррохромовых сплавов по п.1, отличающаяся тем, что водоохлаждающая конструкция (8) имеет высоту от 1200 мм до 1500 мм, толщину от 50 мм до 100 мм и установлена на 100 мм ниже подины (1) печи.
Пункт 4. Печь для производства феррохромовых сплавов по п.1, отличающаяся тем, что каждая секция водоохлаждающей конструкции (8) имеет вход (10) и выход (11) для воды и поддерживающие элементы (12) для крепления к стенкам печи.
Пункт 5. Печь для производства феррохромовых сплавов по п.1, отличающаяся тем, что для увеличения внешней поверхности и усиления теплообмена, водоохлаждающая конструкция (8) имеет ребристые участки.
Пункт 6. Печь для производства феррохромовых сплавов по п.1, отличающаяся тем, что для увеличения внешней поверхности и усиления теплообмена, водоохлаждающая конструкция (8) имеет желобчатые участки.
Пункт 7. Печь для производства феррохромовых сплавов по п.1, отличающаяся тем, что для увеличения внешней поверхности и усиления теплообмена, водоохлаждающая конструкция (8) выполнена с неровностями.
Пункт 8. Печь для производства феррохромовых сплавов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного материала боковых стенок (2) печи используется шамотный огнеупорный кирпич.
Пункт 9. Печь для производства феррохромовых сплавов по п.1, отличающаяся тем, что образуемый в печи шлак имеет основность в пределах от 0,81 до 0,83 и температуру плавления в диапазоне от 1600 до 1700°С, обеспечивающую непрерывную и равномерную текучесть шлака и оптимальное разделение феррохромового сплава и шлака.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021134748 | 2021-11-28 | ||
| RU2021134748A RU2772053C1 (ru) | 2021-11-28 | Печь для производства феррохромовых сплавов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2023096525A1 true WO2023096525A1 (ru) | 2023-06-01 |
Family
ID=86540054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2022/000258 WO2023096525A1 (ru) | 2021-11-28 | 2022-08-22 | Печь для производства феррохромовых сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2023096525A1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4119454A (en) * | 1976-02-28 | 1978-10-10 | Demag Ag | Smelting method |
| US5641336A (en) * | 1993-05-27 | 1997-06-24 | Sollac | Process for draining overflow foam slag |
| RU2380633C1 (ru) * | 2008-05-27 | 2010-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Дуплекс-печь для выплавки марганцевых сплавов из железомарганцевых бедных руд и концентратов и техногенных отходов металлургии |
| WO2011013151A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Paolo Appolonia | Advanced technology for iron-krom alloys production and related plant |
| RU2418864C1 (ru) * | 2007-02-09 | 2011-05-20 | Смс Зимаг Аг | Способ восстановления высокохромистого шлака в электродуговой печи |
| RU2639741C2 (ru) * | 2013-06-03 | 2017-12-22 | Мидрэкс Текнолоджиз, Инк. | Способ получения продукта на основе расплавленного хрома с высоким содержанием углерода из содержащего хром и углерод материала |
| EA029428B1 (ru) * | 2013-03-25 | 2018-03-30 | Оутотек (Финлэнд) Ой | Способ и устройство для получения металлов платиновой группы (мпг) и феррохрома из содержащей мпг хромитовой руды |
-
2022
- 2022-08-22 WO PCT/RU2022/000258 patent/WO2023096525A1/ru active Application Filing
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4119454A (en) * | 1976-02-28 | 1978-10-10 | Demag Ag | Smelting method |
| US5641336A (en) * | 1993-05-27 | 1997-06-24 | Sollac | Process for draining overflow foam slag |
| RU2418864C1 (ru) * | 2007-02-09 | 2011-05-20 | Смс Зимаг Аг | Способ восстановления высокохромистого шлака в электродуговой печи |
| RU2380633C1 (ru) * | 2008-05-27 | 2010-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Дуплекс-печь для выплавки марганцевых сплавов из железомарганцевых бедных руд и концентратов и техногенных отходов металлургии |
| WO2011013151A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Paolo Appolonia | Advanced technology for iron-krom alloys production and related plant |
| EA029428B1 (ru) * | 2013-03-25 | 2018-03-30 | Оутотек (Финлэнд) Ой | Способ и устройство для получения металлов платиновой группы (мпг) и феррохрома из содержащей мпг хромитовой руды |
| RU2639741C2 (ru) * | 2013-06-03 | 2017-12-22 | Мидрэкс Текнолоджиз, Инк. | Способ получения продукта на основе расплавленного хрома с высоким содержанием углерода из содержащего хром и углерод материала |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DK2409101T3 (en) | FACILITY FOR STEEL PRODUCTION | |
| AU571109B2 (en) | Method and apparatus for continuous steelmaking | |
| US4456476A (en) | Continuous steelmaking and casting | |
| US4615511A (en) | Continuous steelmaking and casting | |
| AU2007204927B2 (en) | Use of an induction furnace for the production of iron from ore | |
| CN109913662A (zh) | 提高高钛型高炉渣碳化电炉炉衬使用寿命的方法 | |
| US6693947B1 (en) | Method to protect the anode bottoms in batch DC electric arc furnace steel production | |
| JP4745731B2 (ja) | キュポラによる溶銑の溶製方法 | |
| RU2772053C1 (ru) | Печь для производства феррохромовых сплавов | |
| JPS5839214B2 (ja) | 非鉄金属の製錬法 | |
| WO2023096525A1 (ru) | Печь для производства феррохромовых сплавов | |
| CN113710820B (zh) | 含铬铁水的制造方法 | |
| US3499755A (en) | Method for the production of pig iron and steel | |
| EP0116405A1 (en) | Steel production using channel induction furnace | |
| CN114905033A (zh) | 一种带加热功能的铁水罐结构 | |
| WO2020217890A1 (ja) | 含クロム溶鉄の製造方法 | |
| EP0083702A1 (en) | Water cooled refractory lined furnaces | |
| Krass | World production of steel and magnesia refractories: State of the art and trends of development | |
| Thyssen Edelstahlwerke et al. | The Bottom Pouring Combined Process Arc | |
| CN114934194A (zh) | 一种用氧气旋转转炉进行镍合金硫化熔炼工艺 | |
| Duncan et al. | Furnaces | |
| Kimberly et al. | Cupola Oxygen Steelmaking at Acme Steel | |
| JPH10306303A (ja) | 竪型溶解炉の操業方法 | |
| WO2020099910A1 (en) | Furnace for the production of ferrochromium alloys | |
| Flavell-While | Man of steel. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22896850 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2023/0691.1 Country of ref document: KZ |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 202447015852 Country of ref document: IN |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |