Спосіб виплавки металу

Винахід відноситься до металургії сталі і призначений для використання в агрегатах із продувкою розплаву технологічними газами через верхні фурми. Відомий спосіб виплавки металу [1], що включає завантаження шихти , продувку ванни киснем через верхню фурму і створення різниці потенціалів між фурмою і ванною на рівні 0,5-2,5 В з метою більш повного видалення домішок з розплаву і зниження витрат електроенергії. Недоліком даного способу є те, що в промислових агрегатах використання різниці потенціалів на рівні 0,5-2,5 В, хоча і сприяє поліпшенню протікання рафініровочних процесів і економії електричної енергії, але в силу малої величини різниці потенціалів і великих об'ємів робочого простору печі недостатньо для вирішення завдання підвищення рівня тепломісткості ванни перед випуском металу, що особливо важливо для реалізації безперервного розливання металу. Крім того, рафініровочний і екологічний ефекти плавки виражені недостатньо для промислового використання. Відомий спосіб виплавки металу [2], обраний як прототип, що включає продувку ванни киснем через верхню фурму, присадку шлакоутворюючих матеріалів, накладення за допомогою постійного струму різниці потенціалів між корпусом фурми і рідким металом у межах 12-60 В зі зміненням полярності потенціалу на фурмі з негативної на позитивну в проміжку 0,30-0,40 тривалості продувки. Недоліком даного способу з погляду енергетичних витрат є те, що значення напруги на джерелі струму протягом усієї продувки плавки підтримують на постійному рівні, що не узгоджується з характером фізико-хімічних процесів у ході конвертерної плавки, і не забезпечує підвищення тепломісткості ванни та інтенсифікації рафініровочного і екологічного ефектів плавки. Завданням винаходу є підвищення тепломісткості рідкої ванни при одночасній інтенсифікації рафініровочного і екологічного ефектів плавки. Вирішується завдання винаходу тим, що в процесі виплавки металу, що включає продувку ванни киснем через верхню фурму, присадку шлакоутворюючих матеріалів, накладення на розплав електричного потенціалу величиною 12-60 В, величину електричного потенціалу змінюють за ходом продувки, при цьому протягом перших 5% її тривалості величину електричного потенціалу підтримують на рівні 12-15 В; потім, протягом наступних 25% її рівномірно збільшують до 24-60 В; після чого протягом наступних 50% тривалості продувки величину електричного потенціалу витримують постійною і далі, аж до закінчення продувки, величину електричного потенціалу знижують до 15-20 В. Технічний результат, одержуваний при використанні винаходу полягає в підвищенні ефективності електричних впливів на розплавлений метал, що приводить до інтенсифікації ресурсозберігаючих, рафініровочних і екологічних процесів, які проходять у розплаві при прикладенні до нього електричного потенціалу. Порівняння способу, що заявляється, із прототипом показало, що він відрізняється від прототипу тим, що величину електричного потенціалу змінюють за ходом продувки, при цьому протягом перших 5% її тривалості величину електричного потенціалу підтримують на рівні 12-15 В; потім, протягом наступних 25% її рівномірно збільшують до 24-60 В, після чого протягом наступних 50% тривалості продувки величину електричного потенціалу витримують постійною і далі, аж до закінчення продувки, величину електричного потенціалу знижують до 15-20 В. Отже спосіб, що заявляється, відповідає критерієві «новизна». Порівняння способу, що заявляється, з іншими способами, відомими в даній галузі техніки, не дозволило виявити в них ознаки, що відрізняють винахід від прототипу, отже спосіб, що заявляється, відповідає критерієві «винахідницький рівень». Спосіб, що заявляється, здійснюють таким чином. Продувають ванну киснем через верхню фурму, присаджують шлакоутворюючі матеріали і накладають на розплав електричний потенціал. За ходом продувки величину електричного потенціалу змінюють у межах 12-60 В, причому протягом перших 5% її тривалості величину електричного потенціалу підтримують на рівні 12-15 В, потім, протягом наступних 25%, її рівномірно збільшують до 24-60 В, після чого протягом наступних 50% тривалості продувки величину електричного потенціалу витримують постійною і далі, аж до закінчення продувки, величину електричного потенціалу знижують до 15-20 В. Сутність способу, що заявляється, полягає в наступному. У початковий період плавки (перші 5% її тривалості), коли, відбувається інтенсивне окислювання заліза і кремнію з виділенням тепла для розплавлювання металевого брухту і розчинення вапна, з погляду термодинаміки плавки достатній рівень напруги між фурмою і ванною в межах 12-15 В, тим більше, що в цей період плавки шлак, через який здійснюється передача електричної енергії ще недостатньо сформований. У період продувки, починаючи від 5% її тривалості для формування рідкорухомого шлаку і забезпечення протікання реакції окислювання вуглецю, варто здійснювати рівномірне підвищення напруги між фурмою і ванною таким чином, щоб до часу, який складає 30% тривалості продувки, воно досягло рівня 24-60 В. Підвищення напруги сприятливо позначається на збільшенні спалювання СО, інтенсивність виділення якого з ванни вже досить висока. Завдяки цьому, а також тому, що температура розплаву в цей період відносно невисока, має місце інтенсивне нагрівання ванни. Далі протягом наступних 50% часу продувки підтримують напругу на постійному рівні з метою забезпечення балансу в реакціях окислювання вуглецю і заліза (надлишкове окислювання заліза супроводжується викидами і швидким зносом футеровки, недостатнє окислювання заліза супроводжується «згортанням» шлаку і погіршенням його рафініровочних властивостей і уповільненням вигоряння вуглецю, причому останнє особливо небажано при виробництві низьковуглецеви х сталей, які є основним сортаментом конвертерного виробництва). У цей період плавка набирає додатковий температурний потенціал за рахунок інтенсифікації екзотермічних реакцій у робочому об'ємі конвертера. Підвищена напруга в цей період сприятливо сприймається ванною, що підвищує коефіцієнт використання електричної енергії. Останні 20% часу продувки плавки, коли завершується процес окислювання вуглецю з розплаву, для забезпечення видалення інших домішок з розплаву (сірки, фосфору) достатнє підведення напруги на рівні 15-20 В. У цей період підтримування напруги на високому рівні не є доцільним. Це зв'язано з тим, що, хоча в цей період виділення СО знову збільшується, кількість тепла переданого розплавові від його спалювання істотно не підвищується, тому що зменшується ступінь його засвоєння ванною через високу температуру останньої. Накопичений у другому і третьому періодах плавки температурний запас дозволяє зберегти температуру розплаву на рівні, раціональному для реалізації безперервного розливання металу. Граничні значення величини напруги в усі періоди визначені в результаті спеціальних досліджень, і прямо залежать від садки конвертера. Так, для 60-100 т конвертерів напруга повинна підтримуватися на рівні нижньої межі, а для 250-350 т конвертерів -на рівні верхньої межі, причому особливо велике значення ця умова має для 2го і 3-го періодів плавки. Приклад конкретної реалізації способу. Спосіб випробували на 60-т конвертері Дніпропетровського металургійного заводу ім. Г.І. Петровського. Конвертер з подачею кисню зверху попередньо обладнаний пристроєм для накладення низьковольтних електричних потенціалів на рідку ванну. Перед плавкою в конвертер завантажують металевий брухт, заливають чавун і, після установки конвертера у вертикальне положення, через горловину агрегату вводять продувальну фурму і здійснюють подачу кисню через неї. Витрати кисню через фурму в процесі продувки склали 180-200 м 3/хв. Подачу шлакоутворюючи х добавок у конвертер за ходом продувки плавки робили відповідно до діючої технологічної інструкції. Продувку проводили з регулюванням величини напруги за ходом плавки за схемою, зазначеною в описі винаходу. Хід плавки, енергетичні і хімічні параметри процесу контролювалися, хімсклад і температура отриманого металу досліджувалися. Аналіз результатів проведених дослідів показав, що в порівнянні з прототипом [2] досягнуто: - підвищення тепломісткості металу на першій повалці конвертера в середньому на 15-30 °С без погіршення рафініровочних і кінцевих показників плавки, а також без додаткових енерговитрат. - крім того, додаткова економія електроенергії за плавку склала 2,0 Квт х годин. Отже поставлене завдання вирішено, технічний результат досягнуто. Джерела інформації, прийняті до уваги при складанні заявки 1. Патент України № 1253 від 30.06.1993 р. М кл5 С21С 5/28, опубл. 30.12.93. Бюл. № 3, Сємикін C.I., Поживанов A.M., Зражевський О.Д., Приходько Е.В., Лапицький В.В., Вишиваний А.Г., Смоктій В.В. 2. Патент Российской Федерации № 2069706, М кл6 С21С 5/48 от 01.09.092 р. опубл. 27.11.96 р. Бюл. № 33, Семыкин С.И., Поляков В.Ф., Борисов Ю.Н., Учитель Л.М., Бродский С.С., Семыкина Е.В.