RS56789B1 - Uređaj i postupak za pretapanje elektrozgure - Google Patents

Description

Pozadina

[0001] Pronalazak se odnosi na uređaj za proizvodnju metalnih blokova procesom pretapanja elektrozgure, sa metalurški aktivnim kupatilom zgure i pred-zagrevanjem u peći za predzagrevanje makar vrha potrošne elektrode kako bi dostavila kupatilu za zguru. Pronalazak se dalje odnosi na odgovarajući postupak.

[0002] Kada se apsorpcijske potrošne elektrode pretapanja elektrozgure (ESU) potope u otporno zagrejanu, metalurški aktivnu zguru, koja se nalazi u normalno ohlađenom vodenom kalupu, zgura se pred-zagreva (1700°C do 2000°C) i kapljice metala se tope od potrošne elektrode. Kapljice tonu kroz zguru, gde se oslobađaju od nemetalnih zagađivača hemijskom ekstrakcijom i konačno se sakupljaju u tečnom, već rafiniranom čeličnom kupatilu. Postoji gusta i usmerena čvrstoća istopljenog metala odozdo prema vrhu. Kvalitet gotovog ESU bloka zavisi ne samo od kvaliteta potrošnih elektroda i od tačnosti kontrole sistema, već pre svega od kvaliteta korišćene zgure. Prethodno istopljena zgura pruža sigurnu polaznu tačku. Ona pružaju pouzdan sastav sa dobrom homogenošću za uniformnu i reproducibilnu kontrolu procesa u postupku pretapanja. Kako bi se sprečio negativni uticaj ambijentalnog vazduha na zguru i istopljenom metalu, proces ESU danas se obično odvija pod zaštitnim gasom, kako je to opisano na primer u DE 10128 168 C1 ili EP 0727 500 B1.

[0003] Za pripremu velikih blokova metala se topi nekoliko potrošnih elektroda u nizu, svaka se uklanja se uklanja tokom procesa ESU na ostatak elektrode uklonjene iz zgure i menja novom potrošnom elektrodom. Kako bi se prekid procesa topljenja održao što je kraće moguće, naizmenične elektrode su pred-zagrejane pre nego što se isporučuje kupatilu zgure, čak i kad je elektroda prethodno korišćena u procesu topljenja, pri čemu je najmanje regija (nazvana u nastavku kao „vrh“) pred-zagrejane potrošne elektrode kasnije potopljena u zguru. Ovakav pristup je opisan na primer u DE 2124 960 A2. Pred-zagrevanje potrošne elektrode za pretapanje u aparatu ESU danas se vrši obično u električno zagrejanim pećima, koje su organizovane odvojene od peći za pretapanje. Na primer, DE 2755 478 A1 otkriva ESU aparat u kome je vrh potrošne elektrode pred-zagrejan uz pomoć induktora i naknadno isporučen u protok. U električnoj peći koja se danas koristi, postoji grejanje između 300°C i 900°C.

[0004] Poznati ESU sistemi sa električnim pred-zagrevanjem su povezani sa nizom nedostataka. Sa jedne strane, efikasnost ovih peći je veoma niska, što se odražava u postizanju daleko ispod odgovarajućih temperatura topljenja, temperatura pred-zagrevanje, velikoj potrošnji energije i nižem kvalitetu proizvoda; Na kraju, ali ne i najmanje važno, nizak kvalitet proizvoda je takođe zahvaljujući velikom vremenu potrebnom za promenu elektrode, odnosno između uklanjanja stare elektrode i grejanja nove elektrode na tačku topljenja. Osim toga, grejanje električnim otporom je veoma teško za održavanje, što se manifestuje u visokim troškovima održavanja i čestim zaustavljanjem.

[0005] Iz US 3546 349 A1 je poznat ESU uređaj u kom je vrh potrošne elektrode predzagrejan pomoću plinskih gorionika, koji su usmereni direktno na vrh elektrode. Iako ovaj sistem izbegava nedostatke električnih ESU sistema, ipak dovodi do nejednakog zagrevanja elektrode.

[0006] Prema tome, cilj pronalaska je da poboljša efikasnost rada sa alternativnim ESU sistemima i smanji potreba za održavanjem.

[0007] Ovaj cilj se postiže uređajem koji ima karakteristike prema patentnom zahtevu 1 i postupkom koja ima karakteristike iz zahteva 8. Predložene varijante pronalaska su navedene u ostalim zahtevima.

[0008] Postupak pronalaska se odlikuje time što se zagrevanje vrha potrošne elektrode odvija u peći za pred-zagrevanje sagorevanjem goriva sa oksidansom. U ovom slučaju, peć za predzagrevanje funkcioniše na način ciklonske peći, tj. gorivo i/ili oksidans su - gledano u ravni upravnoj na uzdužnu osu pred-zagrevanja - tangentno usmereni na komponentu u regiji sagorevanja peći. Ovo dovodi do vrtložnog toka u kom se gorivo i oksidans sprovode kroz vrh elektrode za pred-zagrevanje koju treba pred-zagrejati. Nakon paljenja smeše goriva i oksidansa tako formirani plamen ciklon obuhvata vrh potrošne elektrode i ravnomerno je zagreva na ovaj način. Vrh potrošne elektrode se tako može zagrejati do temperature koja je blizu temperature topljenja materijala koji treba pretopiti u svakom slučaju; kao rezultat, posebno se menja trajanje prekida pretapanja tokom zamene elektroda, čime je vremenski period između prestanka procesa topljenja stare i početka procesa topljenja nove elektrode značajno skraćen.

[0009] Kako su goriva gasovita goriva poput prirodnog gasa, kao i tečna goriva pogodna za formiranje aerosola ili fluidizovanih čvrstih čestica (prašine). Posebno se mogu koristiti goriva koja sadrže ugljenik, vodonik, sumpor ili smešu dve ili tri od ovih supstanci ili jedinjenja koja sadrži jednu ili više ovih supstanci. Korišćeni oksidansi mogu biti vazduh ili gas koji obogaćuje kiseonik (sa sadržajem kiseonika većim od 21% po zapremini); čist kiseonik je poželjno pogodan sa koncentracijom kiseonika većom od 90% zapremine, posebno poželjno sa koncentracijom kiseonika većom od 95% zapremine.

[0010] U aksijalnom pravcu, ulazni uređaj je raspoređen ili upravno na uzdužnu osu predzagrevanje peći ili je pod uglom, sa otvorom naviše, odnosno u pravcu potrošne elektrode kako bi se favorizovalo formiranje spiralnog protoka. Međutim, direktno delovanje gorionika plamena na potrošne elektrode treba izbegavati, jer to može dovesti do lokalnog predzagrevanja potrošne elektrode.

[0011] Kao ulazni uređaj, na primer, može se dati aranžman cevi, za uvođenje goriva i oksidansa na odgovarajuće različite lokacije u regiji sagorevanja, zatim se meša i zapali. Međutim prednost se daje korišćenju jednog ili više gorionika, od kojih svaki ima najmanje jedan ulaz za gorivo i najmanje jedan ulaz za oksidans i gde mešanje i paljenje smeše goriva i oksidansa prethodi otvoru odgovarajućeg gorionika.

[0012] Poželjno, bar na krajnjem delu peći za pred-zagrevanje, mnoštvo tangentnih cevi ili gorionika je složeno poželjno pri jednakim ugaonim rastojanjima kako bi se osiguralo jedinstveno zagrevanje na površini elektrode.

[0013] Drugi korisni aspekt pronalaska je karakterisan time što su ulazni uređaj ili ulazni uređaji raspoređeni po svojoj dužini i/ili ugaonim položajima prilagodljivim na zidu peći za pred-zagrevanje. Položaj ulaznog uređaja može se na taj način prilagoditi geometriji odgovarajuće zagrejane elektrode. Takođe je moguće i u okviru pronalaska da se promeni položaj ulaznog uređaja u odnosu na elektrodu tokom tekuće operacije zagrevanja kako bi se postiglo optimalno grejanje sa minimumom energije, na primer, elektroda može biti suprotna peći za pred-zagrevanje ili suprotna oko svoje dužinske ose kako bi se rotacioni montirala da omogući uniformnu primenu toplote na vrh elektrode čak i sa malim brojem ulaznih uređaja.

[0014] U još jednom poželjnom otelotvorenju pronalaska, krajnji deo peći za pred-zagrevanje je opremljen poklopcem koji treba da spreči prodiranje ambijentalne atmosfere. U slučaju duge potrošnog elektrode, preporučljivo je da se opremiti sa zaklonom za elektrode, tako da kad je u funkciji potrošna elektroda viri samo sa vrhom oblasti sagorevanja ograđena svojim zaklonom. U ovom otelotvorenju pronalaska, prema tome, samo površina vrha elektrode se intenzivno podvrgava toploti gorionika gasova, pri čemu zaklon velikim delom sprečava gasove iz ambijentalne atmosfere, posebno kiseonik, da se unose u zagrejanu regiju peći za pred-zagrevanje i da dovode do neželjenih reakcija na površini elektrode. Alternativno, takođe je moguće, na primer, koristiti poklopac koji potpuno obuhvata elektrodu, na primer kao što je struktura poklopca koji je opisan u EP 0727500 B1.

[0015] Poželjno je da je peć za pred-zagrevanje opremljena izduvnim sistemom za kontrolu pritiska peći. Primer izduvnog sistema sadrži uređaj za regulisanje pritisaka ili sastava atmosfere u komori peći, kao što je vakuumski i uređaj ili za uređaj za recirkulaciju dimnih gasova.

[0016] Postupak pronalaska za izradu metalnih blokova elektrozgura pretapanjem metala, gde se potrošna elektroda zagreva a zatim spušta barem sa vrhom u metalurški aktivnu zguru, karakterisan je time što se pred-zagrevanje potrošne elektrode pre njenog dostavljanja u kupatilo zgure vrši primenom barem vrha potrošne elektrode u međusobno reaktivnu mešavinu goriva oksidansa.

[0017] Prema pronalasku, postoji pred-zagrevanje vrha potrošne elektrode formiranjem vrha koji okružuje ciklona plamena. Ciklon plamena stvara se tangencijalnim ulaskom goriva i/ili oksidansa pomoću cevi ili gorionika. Supstance koje reaguju jedna sa drugom se dovode u vrtložni tok oko vrha potrošne elektrode i zagrevaju ga ravnomerno, sa znatnim eliminisanje rizika od lokalnog pred-zagrevanja.

[0018] Otkriveno je da trajanje promene elektroda ima značajan uticaj na proces kristalizacije pa time i kvalitet metalnog bloka koju generiše ESU. Što je duži vremenski period između promene ostatka stare elektrode i početka pretapanja novom elektrodom, veći je rizik formiranja neispravne kristalizacije u graničnoj regiji između uzastopnih potrošnih elektroda kojima se dodeljuju delovi materijala pretopljene metalne blokove. Kako bi trajanje vremenu prekida pretapanje tokom promena elektroda bilo što kraće, tokom pred-zagrevanja, barem vrh potrošne elektrode se zagreva do temperature između 100°C i temperature topljenja materijala svake zagrejane potrošne elektrode u pred-zagrevanju je poželjno između 900°C i 1400°C. Zagrevanjem potrošnih elektroda takvim visokim temperaturama koje su blizu tačke topljenja svaki metala koji se pretapa, pruža se da potrošna elektroda tokom narednog kupatila zgare mora biti zagrejana kratko ili samo dok se proces pretapanje ponovo ne počinje.

[0019] Prednosti razvoja pronalaska pružaju kontrolu pomoću koje se može izmeniti odnos goriva i oksidansa gorionika tokom pred-zagrevanja. Na ovaj način, paljenje u predzagrevanje može biti optimizovano, i posebno temperatura plamena gorionika može da se precizno podesi. Isto tako, moguće je promeniti ili regulisati sadržaj kiseonika u oksidansu koji koristi tokom rada peći pred-zagrevanja.

[0020] Još jedno poželjno otelotvorenje pronalaska je naznačeno time da su preduzete mere koje omogućavaju recirkulaciju zapaljivih gasova u regiji pre izlaza gorionika gde se stoga odvija sagorevanje bez plamena – koje je naročito čisto i energetski efikasno.

[0021] U vezi sa crtežima, otelotvorenje pronalaska će biti objašnjeno u nastavku. Jedan crtež (Slika 1) pokazuje šematsku strukturu peći za pred-zagrevanje prema pronalasku za ESU sistema u uzdužnom preseku.

[0022] Peć za pred-zagrevanje 1 prikazana na Slici 1 sadrži konstrukciju školjke peći od refraktornog materijala 2, krajnji deo okrenut na dole 3 i konusno je oblikovana. Ploča za poklapanje 4, koja je opremljena centralnim otvorom 5. zatvara školjku peći 2 nagore i time definiše, zajedno sa zidovima školjke peći 2, regiju za sagorevanje 6. Površina krajnjeg delu 3 su u zidu školjke peći 2 data je sa prolazima 7, 8, gde je mnoštvo gorionika raspoređeno u pravilnim ugaonim razmacima u primernom otelotvorenju dva gorionika 9, 10. Gorionici 9 i 10 su gorionici u ilustrovanom otelotvorenju pomoću kojih se pale gasovito gorivo, na primer, prirodni gas, i kiseonik u regiji za sagorevanje; međutim, unutar opsega pronalaska, mogu se koristiti drugi gorionici, kao što su gorionici koji rade sa čvrstim ili tečnim gorivom i/ili gorionici koji koriste vazduh, kiseonikom obogaćen vazduh ili gas koji ima promenljiv sadržaj kiseonika tokom rada oksidansa. Gorionici 9, 10 štrče tangentno u peći za predzagrevanje 1 i raspoređeni su u aksijalnom smeru u odnosu na ravan upravnu dužinskoj osi peći za pred-zagrevanje 1 pod uglom, uz otvor koji je okrenut na gore. U gornjoj regiji školjke peći 2, odmah ispod ploče za poklapanje 4, dalji prolaz 11 je raspoređen, u koji je izlazna cev 12 postavljena za otpuštanje dimnog gasa.

[0023] U radu peći za pred-zagrevanje 1, potrošna elektroda za pred-zagrevanje 13 se usmerava vrhom 14 kroz otvor 5 ploče za poklapanje 4 i postavlja se tako da je vrh 14 raspoređen u predelu krajnjeg dela 3, ali bez dodirivanja zidova školjke peći 2, Alternativno, ploča za poklapanje 4 može se napraviti iz dva dela i tad se može primeniti pozicioniranje potrošnih elektroda 13 sa obe strane u suštini nepropustljivo za gasove. U svakom slučaju, centralni otvor 5 ploče za poklapanje 4 je prilagođen spoljnom prečniku potrošne diode 13 i idealno ne dozvoljava, ili obično dozvoljava samo malu razmenu gasova između regije sagorevanja 6 i ambijentalne atmosfere.

[0024] Pozicioniranje potrošne elektrode 13 vrši se, na primer, pomoću sklopa krana 15, koji takođe omogućava vertikalno procesuiranje potrošne elektrode 13 u peć za pred-zagrevanje . Gorivo ili kiseonik se daju gorionicima 9, 10 preko cevi za dovod goriva 16 i cevi za dovod kiseonika 17, i mešavina oksidansa goriva formira u svakom slučaju pre nego što se pale gorionici 9, 10. Ulazak mešavine goriva-oksidansa je u svakom slučaju tangentno regiji sagorevanja, pri čemu je aksijalna tendencija gorionika 9, 10 u pravcu vrha 14 potrošne elektrode 13 i konusni oblik krajnjeg dela 3 je u celini spiralni tok efekta protoka u regiji sagorevanja 6. Nakon paljenja mešavine goriva i oksidansa došlo je do formiranja plamenskog ciklona, koji okružuje vrh 14 potrošne elektrode 13 dok se ravnomerno zagreva i na temperaturi je blizu temperature topljenja materijala potrošne elektrode 13, na primer do vrednosti između 900°C i 1400°C. Temperatura se može podesiti ili regulisati kontrolom, koji nije prikazan ovde, koji kontroliše priliv goriva i/ili oksidansa. Kako bi se omogućila optimalna primena gasova za gorivo na različita otelotvorenja vrha elektrode, gorionici 9, 10 su ugaoni i/ili su podesivi po dužini i smešteni u školjku peći 2. Rezultujući izduvni gasovi se povlače preko izduvne cevi 12. Usisni uređaj 18 koji je istovremeno postavljen u izduvnu cev 12 omogućava regulaciju ili podešavanje pritiska u regiji sagorevanja 6.

[0025] Posebno poželjni gorionici 9, 10 su dizajnirani tako da spadaju unutar regije sagorevanja 6 do bezplamenog sagorevanja, i samim tim uniformno zagrevaju vrh 14 potrošne elektrode 13 i ujedno smanjuju emisije zagađujućih materija.

[0026] Nakon što se vrh 14 potrošne elektrode 13 zagreje na unapred određenu temperaturnu vrednost, napajanje goriva i kiseonika preko cevi za dovod 16, 17 je blokirano. Potrošne elektrode 13 se povlači iz peći za pred-zagrevanje 13 i daju se kalupu elektrode zgure peći za pretapanje, koja nije prikazana ovde. Peć za pred-zagrevanje 1 je tad spremna da primi dodatne potrošne elektrode.

[0027] Sa ovim pronalaskom, rad sagorevanja goriva za pred-zagrevanje potrošnih elektroda može se učiniti mnogo ekonomičnijim i može da radi na višim temperaturama nego što je slučaj sa konvencionalnim, električnim pećima.

Referentni brojevi

[0028]

1. peć za zagrevanje

2. školjka peći

3. kraj

4. poklopac

5. otvor

6. regija sagorevanja

7. prolaz

8. prolaz

9. gorionik

10. gorionik

11. implementacija

12. odvodna cev

13. potrošnih elektroda

14. vrh (potrošne elektroda)

15. sklop krana

16. cev za snabdevanje goriva

17. cev za snabdevanje kiseonika

18. usisni uređaj

Claims (11)

Patentni zahtevi

1. Uređaj za proizvodnju metalnih blokova koristeći postupak pretapanja elektrozgure, koji ima metalurški aktivno kupatilo zgure i peć za pred-zagrevanje (1) za pred-zagrevanje barem jednog vrha (14) potrošne elektrode (13) koja se dostavlja kupatilu zgure, naznačen time da je peć za pred-zagrevanje (1) opremljena, u regiji sagorevanja (6) koja, u radnom stanju peći za pred-zagrevanje (1), prima vrh (14) potrošne elektrode (13), sa barem jednim uređajem za uvođenje (9, 10) za gorivo i oksidans, gde je uređaj za uvođenje postavljen tako da se gorivo i/ili oksidans uvode tangentno u regiju sagorevanja (6) peći za pred-zagrevanje (1).

2. Uređaj prema patentnom zahtevu 1, naznačen time da su uređaji za uvođenje (9, 10) raspoređeni pod uglom, gledano iz aksijalnog smera, tako je da njihov otvor za otpuštanje okrenut ka vrhu (14) potrošne elektrode (13).

3. Uređaj prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačen time da, kao uređaji za uvođenje, dati su gorionici (9, 10) od kojih svaki ima barem jedan dovod za gorivo i barem jedan dovod za oksidans.

4. Uređaj prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time da su višestruki gorionici (9, 10) raspoređeni u krajnjem delu (3) peći za pred-zagrevanje (1), poželjno pod ravnomernim ugaonim intervalima.

5. Uređaj prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time da su gorionik ili gorionici (9, 10) raspoređeni u zidu peći za pred-zagrevanje (1) tako da budu prilagodljivi u smislu dužine i/ili ugaonog položaja.

6. Uređaj prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time da je krajnji deo (3) peći za pred-zagrevanje (1) opremljen sa poklopcem (4) kako bi se sprečio ulazak ambijentalne atmosfere.

7. Uređaj prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen sistemom za odvod gasa (12, 18) za regulisanje pritiska peći.

8. Postupak za proizvodnju metalnih blokova elektrozgura pretapanjem metala, gde se potrošna elektroda (13) pred-zagreva i zatim spušta sa vrhom (14) u metalurški aktivno kupatilo zgure, gde je pred-zagrevanje potrošne elektrode (13), pre njenog spuštanja u kupatilo zgure, pod uticajem delovanjem barem na vrh (14) potrošne elektrode (13) koristeći mešavinu goriva i oksidansa koji reaguju jedan sa drugim, naznačen time da je vrh (14) potrošne elektrode (13) pred-zagrejan formiranjem plamenskog ciklona koji okružuje vrh (14).

9. Postupak prema patentnom zahtevu 8, naznačen time da, tokom pred-zagrevanja, vrh (14) potrošne elektrode (13) se zagreva do temperature između 100°C i tačke ključanja materijala potrošne elektrode, poželjno između 900°C i 1400°C.

10. Postupak prema patentnom zahtevu 8 ili 9, naznačen time da se odnos goriva i oksidans i/ili sadržaja kiseonika u oksidansu menja ili reguliše tokom pred-zagrevanja.

11. Postupak prema jednom od patentnih zahteva 8-10, naznačen time da je sagorevanje goriva bezplameno.