Сталеплавильний комплекс

Сталеплавильний комплекс, який включає дугову сталеплавильну піч, що містить кожух, футерівку, під, електродотримач, один або декілька електродів графітованих, індуктор та систему електрообладнання, яка містить силовий трансформатор, коротку мережу, схему живлення пічного трансформатора та автоматичний регулятор режиму роботи печі, який відрізняється тим, що індуктор розташований у бічних стінках дугової сталеплавильної печі, система електрообладнання додатково містить перетворювач частоти та тиристорний компенсатор реактивної потужності. Корисна модель відноситься до електротермії, конкретно - стосується конструкції сталеплавильного комплексу та способу плавлення спеціальних сталей та різноманітних сплавів підвищеної якості. Відомий сталеплавильній комплекс на базі дугової сталеплавильної печі, де для інтенсифікації плавлення металу використовують паливнокисневі або газокисневі пальники, але саме плавлення відбувається за допомогою електричної дуги [Металлургические печи / В.М. Миткалинный, В.А. Кривандин, В.А. Морозов и др. - М.: Металлургия, 1987. -с. 105; Диомидовский Д.А. Металлургические печи. - М.: Гос. научн. техн. изд. литерат. по черной и цветной металлургии, 1961.-c.38]. Дугова сталеплавильна піч складається з: кожуха; поду, футерування; електродотримача; електродів графітованих (одного або декількох); газокисневих пальників та системи електрообладнання, яка містить силовий трансформатор, коротку мережу, схему живлення пічного трансформатора та автоматичний регулятор режиму роботи печі Цей сталеплавильний комплекс дозволяє застосовувати 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. техн. изд. литерат по черной 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 сталеплавильного комплексу є використання: кожуху; футерування; поду; електродотримача; електродів графітованих (одного або декількох); та системи електрообладнання, яка містить силовий трансформатор, коротку мережу, схему живлення пічного трансформатора та автоматичний регулятор режиму роботи печі. Спільними ІЗ запропонованим рішенням ознаками способу є використання: електричної дуги для розплавлення металу. Основними недоліками такого комплексу та способу плавлення металу є: а) додаткове газове устаткування (паливнокисневі 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 (О CD < 6Г 6644 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 дуговий сталеплавильний комплекс (на базі печі ДС-6Н1 з індуктором, розташованим під подом печі, який використовується тільки для перемішування металу в нижній частині печі) [Миронов Ю.М., Миронова А.Н., Электрооборудование и электроснабжение электротермических, плазменных и лучевых установок. -М.: Энергоатомиздат, 1991. -с.200; Окороков Н.В. Электромагнитное перемешивание металла в дуговых сталеплавильных печах. - ML: Металлургиздат, 1961. -с. 127], що складається з дугової сталеплавильної печі та системи електрообладнання. Прототип містить кожух, футерування, под, електродотримач, електроди графітовані (один або декілька), індуктор, що розташований під подом печі. Система електрообладнання містить силовий трансформатор, коротку мережу, схему живлення пічного трансформатора та автоматичний регулятор режиму роботи печі. Цей комплекс використовує відомий спосіб перетворення електричної енергії в теплову та електромагнітну [Миронов Ю.М., Миронова А.Н., Электрооборудование и электроснабжение электротермических, плазменных и лучевых установок. - М.: Энергоатомиздат, 1991. -с.200; Окороков Н.В. Электромагнитное перемешивание металла в дуговых сталеплавильных печах. - М.: Металлургиздат, 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 сталеплавильного комплексу та 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 шихти 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, футерування, 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 задачу розробити сталеплавильний комплекс та спосіб плавлення металу, який шляхом поєднання електродугового способу розплавлення металу з електроіндукційним дозволяє підвищити якість металу, уникнути вигоряння металу, рафінуючих елементів та синтетичних шлаків, зменшити витрати електроенергії, знизити шкідливі викиди у навколишнє середовище. Окрім цього значно розширити можливості використання сталеплавильного комплексу для отримання тугоплавких спеціальних сплавів на основі металів молібдену, вольфраму, ніобію, танталу. Суттєвими ознаками сталеплавильного комплексу є: використання дугової печі, яка містить: - кожух; - футерування; -под; - електродотримач; - електроди графітовані (один або декілька); - індуктор, який розташований у бічних стінках дугової сталеплавильної печі; та систему електрообладнання, яка містить: - силовий трансформатор, - коротку мережу, - схему живлення пічного трансформатора; - автоматичний регулятор режиму роботи печі; - перетворювач частоти; - тиристорний компенсатор реактивної потужності. Суттєвими ознаками способу плавлення металу є: - нагрів металу або шихти за допомогою електромагнітного поля, що створює індуктор; - розплавлення металу або шихти за допомогою електричної дуги та індуктору; - рафінування металу за допомогою електромагнітного поля, що створює індуктор; Відмінними від прототипу ознаками сталеплавильного комплексу є використання: - індуктора, який розташований у бічних стінках дугової сталеплавильної печі; - перетворювача частоти; - тиристорного компенсатора реактивної потужності. Відмінними від прототипу ознаками способу є: - нагрів за допомогою електромагнітного поля, що створює індуктор; - розплавлення за допомогою електричної ду 6644 ги 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 довкілля. Блок-схема запропонованого сталеплавильного комплексу наведена на Фіг.1. На Фіг.2 наведено конструкцію дугової сталеплавильної печі. На Фіг.З - систему електрообладнання. Запропонований сталеплавильний комплекс складається з дугової сталеплавильної печі 1 та системи електрообладнання 2. Дугова сталеплавильна піч 1 містить: кожух 3; футерування 4; под 5; електроди графітовані 6 (один або декілька); електродотримач 7; індуктор 8, який розташований у бічних стінках дугової сталеплавильної печі 1; та систему електрообладнання, яка містить: силовий трансформатор 9; коротку мережу 10, схему живлення пічного трансформатора 11; тиристорний компенсатор реактивної потужності 12; перетворювач частоти 13, автоматичний регулятор режиму роботи печі 14. Сталеплавильний комплекс працює таким чином: Здійснюють попереднє нагрівання шихти або металу за допомогою індуктора 8, який підключений до мережі через перетворювач частоти 13. Індуктор 8 вбудований у бічні стінки дугової сталеплавильної печі при футеруванні. Індуктор 8 виготовлений з мідної труби круглого або прямокутного перерізу, яка електричне ізольована термостійкою стрічкою. Індуктор 8 з'єднаний з системою електрообладнання 2 через перетворювач частоти 13. Керування режимами роботи сталеплавильного комплексу здійснюють за допомогою автоматичного регулятору 14. Для компенсації реактивної потужності, яку споживає індуктор 8, використовують тиристорний компенсатор реактивної потужності 12. Живлення індуктора 8 відбувається від цехової електромережі та перетворювача частоти 13. Для забезпечення оптимального режиму роботи електропечі 1 використовують автоматичний регулятор 14. і Дуття сталеплавильна шч ФІГ. 1 При досягненні заданої температури всередині печі 1 під керуванням автоматичного регулятора 14 вмикають електричну дугу, яка живиться від пічного трансформатора 9. Після розплавлення шихти та досягнення рідкого стану металу електроди 6 піднімають, електрична дуга розривається. Подальший технологічний процес плавлення здійснюють за допомогою індуктора 8. Запропонований спосіб працює таким чином: Метал або шихту завантажують в сталеплавильну піч 1, потім подають живлення на індуктор 8, який створює електромагнітне поле, під дією якого здійснюють нагрів металу або шихти до заданої температури. Після чого створюють електричну дугу, яка виникає між електродом 6 та шихтою або між електродами, під сумісною дією індуктора 8 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 8 дозволяє отримати теплову енергію для нагріву, розплавлення та рафінування металу. Розташування індуктора 8 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 сталеплавильний комплекс дозволяє інтенсифікувати процес плавлення металу, 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. 6644 Електрична схема живлення тчного ФІГ. г Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601