Спосіб плавлення металу на сталеплавильних комплексах

Корисна модель відноситься до електротермії, конкретно - стосується способу плавлення спеціальних сталей та різноманітних сплавів підвищеної якості на сталеплавильних комплексах. Відомий спосіб плавлення металу [Металлургические печи /В.М. Миткалинный, В.А. Кривандин, В.А. Морозов и др. -М.: Металлургия, 1987. -с.106; Диомидовский Д.А. Металлургические печи. -М.: Гос. научн. те хн. изд. литерат. по чёрной и цветной металлургии, 1961. -с.39], який включає нагрів, розплавлення та рафінування за допомогою електричної дуги та теплової енергії газокисневих пальників для інтенсифікації нагріву металу. Спільними із запропонованим рішенням ознаками способу є використання: електричної дуги для розплавлення металу. Основними недоліками такого способу плавлення металу є: а) додаткове газове устаткування (паливно-кисневі або газокисневі пальники, які необхідні для інтенсифікації нагріву металу, газові трубопроводи, компресори, насоси, запірна арматура, апаратура керування подачею газу), що погіршує режим енергозбереження за рахунок додаткових витрат газу та підвищує кількість викидів в атмосферу шкідливих речовин. Окрім цього в розплавлений метал потрапляють сполуки, які утворюються при горінні киснево-газових сумішей, це не дає змоги отримати бажану чистоту хімічного складу металу (або сплаву), що значно знижує якість металу та зменшує можливості його використання для важливих деталей машин і механізмів, які працюють у важких умовах експлуатації; б) через електрофізичні особливості процесу горіння електричної дуги, яка виникає між електродами або між електродом та шихтою складне керування процесом плавлення в печі, що не дає змоги вибирати економічні режими роботи печі під час всього періоду плавлення, що призводить до марних витрат електроенергії. Під час горіння електричної дуги виникає велика різниця температур у різних частинах порожнини печі (біля дуги максимальна, по мірі віддалення від дуги температура падає). Це призводить до бурного кипіння металу біля дуги та його викиду у верхню частину печі, що викликає інтенсивний угар металу, ускладнює видалення газів з розплаву, зменшує кількість та якість готового металу та забруднює навколишнє середовище оксидами металів. За прототип прийнято відомий спосіб перетворення електричної енергії в теплову та електромагнітну [Миронов Ю.М., Миронова А.Н., Электрооборудование и электроснабжение электротермических, плазменных и лучевы х установок. -М.: Энергоатомиздат, 1991. -с.200; Окороков Н.В. Электромагнитное перемешивание металла в дуговы х сталеплавильных печах. - М.: Ме таллургиздат, 1961. -с.127]. Спосіб плавлення металу включає нагрів за допомогою газокисневих пальників та електричної дуги, розплавлення за допомогою електричної дуги, а рафінування металу за допомогою сумісної дії електричної дуги та електромагнітного поля, що створює індуктор. Індуктор у процесі рафінування металу використовують тільки для перемішування розплаву у нижній частині печі. Спільними із запропонованим рішенням ознаками способу плавлення металу є: - розплавлення металу за допомогою електричної дуги; - рафінування (перемішування) здійснюють за допомогою електромагнітного поля, що створює індуктор. Основними недоліками такого способу плавлення металу є: Для рафінування металу використовують індуктор, який розташований на поді печі, тільки для перемішування розплаву в нижній частині печі. Такий індуктор не може бути використаний для нагріву ши хти і не забезпечує рівномірне перемішування всього об'єму розплаву та вирівнювання температури в печі, що не дозволяє отримати необхідну однорідність структури всього об'єму виплавленого металу або сплаву, а також не дає змоги суттєво покращити техніко-економічні та екологічні показники роботи печі. Спільними з прототипом ознаками сталеплавильного комплексу є використання: дугової сталеплавильної печі, яка містить: кожух, футер ування, под, електродотримач, електроди графітовані (один або декілька), індуктор; та систему електрообладнання, яка містить силовий трансформатор, коротку мережу, схему живлення пічного трансформатора та автоматичний регулятор режиму роботи печі. В основу корисної моделі поставлено завдання розробити спосіб плавлення металу, який включає нагрів, розплавлення та рафінування металу, причому нагрів та рафінування здійснюють електромагнітним полем індуктора, а розплавлення металу здійснюють за допомогою сумісної дії електричної дуги та електромагнітного поля індуктора. Суттєвими ознаками способу плавлення металу є: - нагрів металу або шихти за допомогою електромагнітного поля, що створює індуктор; - розплавлення металу або ши хти за допомогою електричної дуги та індуктору; - рафінування металу за допомогою електромагнітного поля, що створює індуктор; Відмінними від прототипу ознаками способу є: - нагрів за допомогою електромагнітного поля, що створює індуктор; - розплавлення за допомогою електричної дуги та індуктору; - рафінування металу за допомогою електромагнітного поля, що створює індуктор; Існуючі способи плавлення металу за допомогою електричної дуги або індукційних установок не відповідають сучасним вимогам щодо енергозбереження та якості металу або сплаву, який виплавляється. Тільки поєднання дугового та індукційного способів плавлення металів дозволяє реалізувати енергозберігаючі технології та значно підвищити якість та розширити асортимент готової продукції, що сприяє її конкурентоспроможності. Дуже важливим показником є зменшення шкідливих викидів у до вкілля. На Фіг.1 наведено конструкцію дугової сталеплавильної печі для пояснення роботи способу, що заявляється. Запропонований спосіб працює таким чином: Метал або шихту завантажують в сталеплавильну піч 1, потім подають живлення на індуктор 3, який створює електромагнітне поле, під дією якого здійснюють нагрів металу або шихти до заданої температури. Після чого створюють електричну дугу, яка виникає між електродом 2 та шихтою або між електродами, під сумісною дією індуктора 3 та електричної дуги відбувається розплавлення металу. Подальший технологічний процес плавлення (період металургійної обробки металу - рафінування) не потребує великих витрат електроенергії, тому може відбуватися за допомогою індуктора, який споживає значно менше електроенергії, що сприяє економії електроенергії, а також покращує режими плавлення металу, вирівнює температуру всього об'єму, зменшує вигоряння металу та забезпечує якісне розчинення добавок (домішок) до металу. Під час рафінування дія електричної дуги припиняється. Електромагнітне поле індуктора 3 дозволяє отримати теплову енергію для нагріву, розплавлення та рафінування металу. Розташування індуктора 3 у бічних стінках дугової печі 1 дозволяє попередньо нагріти метал, а потім за рахунок сумісної дії з електричною дугою, яку створюють між електродом і шихтою або між електродами проводять розплавлення металу та постійне рівномірне перемішування маси металу, яку розплавляють. Для рафінування металу достатньо енергії, яку створює індуктор, тому електричну дугу вимикають. Окрім цього постійне перемішування дозволяє механізувати видалення шлаку. Все це задовольняє вимогам отримання високоякісного металу або сплаву та забезпечення сучасних вимог до енергозбереження та зменшити шкідливі викиди у навколишнє середовище. Запропонований спосіб дозволяє інтенсифікувати процес плавлення металу на сталеплавильних комплексах, значно покращити техніко-економічні та екологічні показники металургійних печей. Він може бути використаний як на підприємствах металургійної галузі для отримання спеціальних сталей і різноманітних сплавів з високими вимогами до якості готової продукції, так і в машинобудуванні для отримання фасонних виливків.