Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ГАЗОСТРУЙНОЙ ОТСЕЧКИ ШЛАКА ПРИ ВЫПУСКЕ МЕТАЛЛА ИЗ ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к электрометаллургии стали и может быть использовано при отсечке шлака от металла в период выпуска плавки из дуговой сталеплавильной печи или из другого плавильного агрегата.

Известна дуговая печь для выплавки стали (Черные металлы. №4. 23.02.1981 г. М.: Металлургия, с.8-18) с применением стопорного устройства для отсечки шлака при выпуске металла через отверстие на летку печи, а также известно (UK 200807495, опубл. 27.10.2008) устройство для отчески шлака от металла при выпуске плавки из плавильного агрегата.

Анализ этих (Черные металлы. №4. 23.02.1981 г. М.: Металлургия, с.8-18; UK 200807495, опубл. 27.10.2008) и других (Вести ВУЗ «Черноземья» №2 (20), 2010 г., с.81-86) изобретений по устройствам отсечки шлака от металла при выпуске плавки из дуговых печей и других плавильных агрегатов показывает, что существующие конструктивные решения являются весьма сложными в техническом и технологическом исполнении из-за несовершенства применяемых устройств для создания высокоэффективных методов отсечки жидкого шлака от расплава металла при выпуске его из отверстия на сливной желоб дуговой или другой печи.

Задачей изобретения является создание нового устройства газоструйной отсечки шлака при выпуске металла из отверстия сталеплавильного агрегата. В определенной мере это достигается тем, что навстречу потоку жидкого металла со шлаком при выпуске плавки, например, из кислородно-конвертерного агрегата (UK 200807495, опубл. 27.10.2008) или агрегата «ковш-печь» (Вести ВУЗ «Черноземья» №2 (20), 2010 г., с.81-86) направляют потоки жидкого металла со шлаком таким образом, чтобы на первом этапе выпуска плавки поступало минимальное количество шлака в ковш, т.е. необходимым является максимальное уменьшение контакта окислительного шлака с поверхностью металла. Из многих известных изобретений (Черные металлы. №4. 23.02.1981 г. М.: Металлургия, с.8-18; UK 200807495, опубл. 27.10.2008) при осуществлении на печах газоструйной отсечки шлака от металла, например, в конвертере (Вести ВУЗ «Черноземья» №2 (20), 2010 г., с.81-86) или дуговой печи (Черные металлы. №4. 23.02.1981 г. М.: Металлургия, с.8-18; Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - №7. - С.208-211) установлены наиболее эффективные результаты, т.к. при использовании известных устройств на печах было получено минимальное количество шлака в ковше, т.е. эффект по отсечке шлака от металла был достаточно эффективным, что позволило заметно снизить угар легирующих элементов и повысить качество разливаемой стали в слитки.

Однако, несмотря на достигнутые положительные результаты (UK 200807495, опубл. 27.10.2008; Вести ВУЗ «Черноземья» №2 (20), 2010 г., с.81-86) по отсечке шлака от металла на дуговых и других плавильных печах (Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - №7. - С.208-211), все эти известные решения не нашли пока широкого применения в металлургии из-за высоких издержек при эксплуатации, например, в дуговой сталеплавильной печи (ДСП) вследствие того, что применяемые на ДСП существующие устройства и методы базируются на исполнении и применении громоздких и несовершенных, в конструктивном исполнении, технических средств и неэффективных способов подвода инертных газов во встречный поток движущего металла и шлака из выпускного отверстия дуговой печи или другого агрегата.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является прототип (Современная металлургия начала нового тысячелетия: Сб. научн. труд. Часть 2. Липецк, ЛГТУ, 2008. - С.241), использующий газоструйную отсечку шлака при выпуске металла из дуговой печи. В данном изобретении отсечку шлака от металла осуществляют с использованием принудительного закрытия отверстия летки с помощью пневматического устройства, представляющего чугунное сопло, закрепленное с помощью кронштейна на корпусе печи. В нужный момент окончания выхода металла из отверстия летки подают под давлением азот или аргон, поступающие через сопла устройства в отверстие печи.

Основным недостатком устройства по прототипу (Современная металлургия начала нового тысячелетия: Сб. научн. труд. Часть 2. Липецк, ЛГТУ, 2008. - С.241), как и других известных изобретений, являются их сложность в эксплуатации и низкая степень эффективности использования на дуговых печах (Черные металлы. №4. 23.02.1981 г. М.: Металлургия, с.8-18; Вести ВУЗ «Черноземья» №2 (20), 2010 г., с.81-86) методов отсечки шлака от металла из ДСП и начала поступления шлака в отверстие летки агрегата, что вызвано конструктивным несовершенством всех известных газоструйных устройств. Для решения этой сложной технической задачи требуется для дуговой печи разработка более совершенных устройств и методов по отсечке шлака от металла при выпуске плавки через отверстие на летку печи.

Технический результат изобретения - устранение указанных недостатков, повышение эффективности метода газоструйной отсечки шлака от потока металла при выходе его из печи на летку агрегата, определение момента окончания отсечки жидкого шлака от металла при сливе его в ковш агрегата.

Технический результат достигается тем, что в настоящем изобретении используется новый принцип выпуска металла из дуговой печи (ДСП) с отсечкой шлака перед выпускным отверстием на летке агрегата. Конструктивное новое исполнение на дуговой печи газоструйного устройства (см. чертеж) заключается в том, что оно позволяет создавать более эффективную газоструйную отсечку шлака от металла при выпуске плавки на основе применения подачи в дуговую печь потока инертных газов, например, азот или аргон, который направляется на шлак с помощью фурмы, имеющей на конце огнеупорный наконечник, который закреплен подвижно на станине, имеющей пазы для перемещения фурмы по горизонтали и вертикали с изменением ее угла наклона, причем устройство управляется с помощью пневмоцилиндра, закрепленного на станине дуговой печи.

Предлагаемое устройство для отсечки шлака от металла при выпуске его через отверстие на летку дуговой печи, отличается от всех известных подобных изобретений (UK 200807495, опубл. 27.10.2008; Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - №7. - С.208-211) тем, что применено новое конструктивное решение, позволяющее создать условия «отдува» шлака в сторону рабочего окна, который обеспечивает первоочередной выпуск металла на сливной желоб печи, а уже после выпуска металла осуществлять выпуск требуемого количества шлака в ковш. При этом следует отметить, что организация газоструйного потока инертного газа на шлак и в жидкий металл с помощью подвижной фурмы в летку печи позволяет осуществлять выпуск металла с предварительной отсечкой шлака уже внутри дуговой печи, а затем и в момент выпуска металла из отверстия на летке агрегата до требуемого уровня попадания шлака в ковш. Кроме того, в момент выхода последних порций жидкого металла из отверстия печи с помощью подвижной фурмы, которая позволяет подавать холодные струи инертного газа на шлак, и этот шлак в некоторой степени охлаждается, что моментально фиксируется автоматическим пирометром, и по разности температур между металлом и шлаком фиксируется скачок температур, что служит сигналом на изменение наклона дуговой печи с целью оптимизации выпуска требуемого количества шлака из печи в ковш.

Кроме того, в рабочем пространстве дуговой печи путем изменения расхода инертного газа создаются условия по очищению поверхности жидкого металла от жидкого шлака, что способствует к тому же защите поверхности металла от воздействия окислительной атмосферы в рабочем пространстве печи.

Таким образом, настоящим изобретением решается задача по созданию нового принципа газоструйной отсечки шлака при выпуске металла на летку агрегата, что позволяет, в частности, снизить угар раскислителей и легирующих элементов в ковше и существенно повысить качество металлопродукции. Кроме того, техническим результатом является то, что предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность технологических операций по газоструйной отсечке шлака по ходу выпуска металла из отверстия на летку дуговой печи.

Это достигается тем, что новое конструктивное исполнение устройства позволит осуществлять подачу потока инертного газа на шлак и жидкий металл, т.е. отсекать шлак от металла перед выпускным отверстием и осуществлять первоочередной выпуск металла из дуговой печи, а затем выпуск требуемого количества шлака на летку агрегата, причем момент окончания выпуска металла из печи фиксируется автоматическим пирометром по скачку температур между металлом и шлаком.

Работа предлагаемого устройства на дуговой печи осуществляется (см. чертеж) следующим образом.

В дуговой печи (1) с графитовыми электродами (2) перед выпуском плавки жидкий металл (3) и шлак (4) имеют соответствующую температуру (1600-1700°C). Подвижная фурма позволяет подавать газоструйный поток инертного газа на расплав шлака (4) и на поверхность металла в дуговой печи. Для газоструйной отсечки шлака от металла применено устройство, включающее станину (5), пневмоцилиндр (6), фурму (8) и сопло фурмы со стопором (9). При выпуске металла и шлака из отверстия печи на летке сливного желоба (7) автоматически пирометром измеряется температура металла, а затем и шлака. При этом фурма (8) закреплена на корпусе (10) устройства с пультом управления (11). Учитывается охлаждающее действие струй инертного газа (12) на шлак (4), то на выходе из отверстия (7) печи радиационный пирометр на пульте управления фиксирует разность температур между металлом и шлаком, что служит импульсом начала выхода шлака на летку.

Жидкий металл (3) и расплав шлака (4) по окончании электроплавки стали выпускают через летку и желоб (7) дуговой печи (1). Причем жидкий металл вытекает через сталевыпускное отверстие раньше шлака (4) за счет того, что при работе устройства шлак «отдувается» внутрь рабочего пространства печи, препятствуя, таким образом, сливу шлака и замешиванию его с металлом на выпуске его из печи (1). Результаты моделирования на лабораторной установке по схеме чертежа подтверждают возможность реализации данного изобретения в условиях производства. Эффективность предлагаемого устройства газоструйной отсечки шлака при выпуске металла на дуговой или другой плавильной печи также подтверждается результатами эксплуатации (Черные металлы. №4. 23.02.1981 г. М.: Металлургия, с.8-18; Вести ВУЗ «Черноземья» №2 (20), 2010 г., с.81-86; Современная металлургия начала нового тысячелетия: Сб. научн. труд. Часть 2. Липецк, ЛГТУ, 2008. - С.241) подобных устройств и способов в производственных условиях.

Примером работы дуговой печи (поз.1 на чертеже) с применением предлагаемого газоструйного устройства отсечки шлака при выпуске металла из агрегата могут служить результаты экспериментального исследования (Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - №7. - С.208-211) и опыт работы устройств (UK 200807495, опубл. 27.10.2008; Вести ВУЗ «Черноземья» №2 (20), 2010 г., с.81-86) в производственных условиях.

Использование предлагаемого устройства на дуговой печи обеспечивает по сравнению с существующим изобретением следующие преимущества:

- более точное управление процессами отсечки шлака от металла газоструйным потоком при входе металла на сливной желоб из дуговой печи;

- достижение меньшего контакта шлака с металлом при выпуске плавки в ковш;

- осуществление газоструйной защиты поверхности металла после отсечки шлака от металла.

Это и другие факторы позволяют достигнуть высоких технико-экономических показателей работы агрегата.