RU2233891C1

RU2233891C1 - Method of a gas side feeding under the molten metal bath of an arc electric furnace

Info

Publication number: RU2233891C1
Application number: RU2003118195/02A
Authority: RU
Inventors: Эвальд А. ШУМАХЕР (DE); Эвальд А. Шумахер; В.Н. Хлопонин (RU); В.Н. Хлопонин; Эдгар Э. ШУМАХЕР (DE); Эдгар Э. ШУМАХЕР; И.В. Зинковский (RU); И.В. Зинковский
Original assignee: Хлопонин Виктор Николаевич; Шумахер Эвальд Антонович
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2004-08-10

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy.

SUBSTANCE: the invention is dealt with a steel production in the arc electric furnaces. The technical result is homogenization of the volume of the molten metal by temperature and chemical composition, reduction of a melt duration. The method provides for a side feeding of a gas stream under a level of molten metal at least through one lance mounted in a side wall of the furnace. The gas feeding into the electric arc furnace, that contains a central and an oriel window parts, is exercised into a remote from the oriel window part of the furnace. A gas stream is directed horizontally in direction coinciding with a tangent drawn from the point the gas exit to the molten bath to circumference of a radius R_ydrawn from the center of the cylindrical part of the furnace. R_y = (R-r)/2, where "R" - radius of the cylindrical part of the furnace in mm, "r"- radius of the circumference of location of electrodes, in mm. Gas streams from different points of its exit to metal are direct into one direction, clockwise or counter-clockwise, excluding a possibility of a gas stream directed to the furnace working opening. The method provides for feeding of gas in metal of the molten bath through two and four lances located on the different sides from the longitudinal axis of the furnace at different in height location of lances in respect to a level of the metal.

EFFECT: the invention ensures homogenization of the volume of the molten metal by temperature and chemical composition and reduction of a melt duration.

6 cl, 7 dwg, 6 ex

Description

Изобретение относится к производству металла, точнее к выплавке стали в электродуговых печах в черной металлургии.The invention relates to the production of metal, more specifically to the smelting of steel in electric arc furnaces in the steel industry.

Известно, что с целью существенной интенсификации процесса плавки в электродуговых печах осуществляют продувку жидкого металла газом, в том числе кислородсодержащим газом.It is known that in order to significantly intensify the smelting process in electric arc furnaces, liquid metal is purged with gas, including oxygen-containing gas.

Известен способ продувки жидкого металла в ванне электродуговой печи, включающий подачу газа сверху в сторону ванны печи, в том числе с направлением потока газа в кольцевую зону, расположенную внутри окружности, по которой располагаются электроды, и стенкой печи, при этом поток направляют под углом 30-60° к горизонту вниз (см., например, патент РФ №2025499, С 21 С 5/52; F 27 B 3/14).A known method of purging liquid metal in a bath of an electric arc furnace, comprising supplying gas from above to the side of the furnace bath, including with the direction of gas flow into the annular zone located inside the circle along which the electrodes are located, and the furnace wall, while the flow is directed at an angle of 30 -60 ° to the horizon down (see, for example, RF patent No. 2025499, C 21 C 5/52; F 27 B 3/14).

Существенным недостатком известного способа является недостаточно активное взаимодействие газа и металла, что значительно снижает эффективность способа в сокращении продолжительности плавки, т.к. не позволяет осуществить полноценное вращательное движение всей массы жидкого металла ванны печи.A significant disadvantage of this method is the insufficiently active interaction of gas and metal, which significantly reduces the effectiveness of the method in reducing the duration of melting, because does not allow for full-fledged rotational motion of the entire mass of liquid metal in the furnace bath.

Известен способ продувки жидкого металла в ванне электродуговой печи, включающий подачу газа непосредственно в жидкий металл через пробки в днище печи (см., например, М.П. Гуляев и др. Первые в СНГ системы донной продувки металла инертными газами в дуговой сталеплавильной печи. Бюллетень “Черная металлургия”, №8, 2001 г., с.49-52).A known method of blowing liquid metal in the bath of an electric arc furnace, comprising supplying gas directly to the liquid metal through plugs in the bottom of the furnace (see, for example, M.P. Gulyaev and others. The first in the CIS systems of bottom blowing metal with inert gases in an arc steel furnace. Bulletin “Ferrous metallurgy”, No. 8, 2001, p. 49-52).

Существенными недостатками известного способа являются следующие: возрастает износ днища печи, имеет место повышенное разрушение фурм-пробок из-за ударов лома, при скоростных плавках применение известного способа становится негибким, мешает ведению плавки и, что наиболее существенно, исключена возможность вращательного движения металла ванны печи, необходимое для его температурной и химической гомогенизации.Significant disadvantages of the known method are the following: increased wear of the furnace bottom, there is an increased destruction of tuyere tubes due to scrap shocks, during high-speed melting, the application of the known method becomes inflexible, interferes with the smelting and, most significantly, the possibility of rotational movement of the metal of the furnace bath necessary for its temperature and chemical homogenization.

Известен способ боковой подачи газа под уровень жидкого металла ванны сталеплавильного агрегата, включающий подачу потока газа, в том числе кислородсодержащего, через фурму, проходящую через боковую стенку печи с выходом подаваемого газа в жидкий металл (см., например, патент USA №4023676 от 17 мая 1977 г., класс С 21 С 5/48; национальный класс 266/222, 266/268 и 266/47).A known method of lateral gas supply under the liquid metal level of a bathtub of a steelmaking unit, comprising supplying a gas stream, including oxygen-containing, through a lance passing through the side wall of the furnace with the gas being supplied to the liquid metal (see, for example, US patent No. 4023676 from 17 May 1977, class C 21 C 5/48; national class 266/222, 266/268 and 266/47).

Этот известный способ боковой продувки по существенным признакам наиболее близок предлагаемому, поэтому принят за прототип.This known method of side purging by essential features is the closest to the proposed, therefore, adopted as a prototype.

Существенный недостаток способа состоит в отсутствии какой-либо закономерности в организации потоков подаваемого газа, направленного на вращение всего объема жидкого металла ванны. В то же время вращательное движение жидкого металла ванны печи очень важно для всех видов электродуговых печей (с эркерами и без них, постоянного и переменного тока), так как позволяет наиболее полно перемешивать металл по всему объему ванны и на этой основе сократить время проведения плавки благодаря наилучшей химической и температурной гомогенизации.A significant drawback of the method is the absence of any regularity in the organization of the flows of the supplied gas, aimed at the rotation of the entire volume of the liquid metal of the bath. At the same time, the rotational movement of the molten metal of the furnace bath is very important for all types of electric arc furnaces (with bay windows and without them, direct and alternating current), as it allows the most complete mixing of the metal throughout the volume of the bath and on this basis to reduce the time of melting due to best chemical and temperature homogenization.

Предлагаемый способ боковой подачи газа под уровень жидкого металла свободен от указанного недостатка известного способа. В предлагаемом способе путем оптимальной организации потоков подаваемого под уровень металла газа обеспечивают вращательное движение всего объема жидкого металла, включая район эркера. Тем самым обеспечивают полную гомогенизацию всего объема металла по температуре и химсоставу и сокращение продолжительности плавки, используя все экономические достоинства такого решения проблемы.The proposed method of lateral gas supply under the liquid metal level is free from the indicated disadvantage of the known method. In the proposed method, by optimally organizing the flows of gas supplied under the metal level, the rotational movement of the entire volume of liquid metal is provided, including the bay window area. This ensures complete homogenization of the entire metal volume in temperature and chemical composition and a reduction in the melting time, using all the economic advantages of such a solution to the problem.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что в способе боковой подачи газа под уровень жидкого металла в ванну электродуговой печи, включающем подачу, по меньшей мере, одного потока газа, в том числе кислородсодержащего, через фурму, установленную в боковой стенке печи, в ванну под уровень жидкого металла, согласно изобретению используют электродуговую печь, разделенную на центральную цилиндрическую и эркерную части, при этом поток газа подают под уровень жидкого металла в дальней от эркерной части половине печи горизонтально в направлении, совпадающем с направлением касательной, проведенной из места выхода газа в жидкий металл в ванну печи к окружности радиуса R_у, проведенной из центра цилиндрической части печи, причем R_у вычисляется по формуле:

где R - радиус центральной цилиндрической части электродуговой печи, мм; r - радиус окружности расположения электродов для электродуговой печи переменного тока, мм или радиус электрода для электродуговой печи постоянного тока, мм, при этом газ из разных мест выхода газа в жидкий металл подают в одном направлении, по или против часовой стрелки, и исключают подачу газа в створ рабочего окна печи. Кроме того, поток газа под уровень жидкого металла подают через фурму, расположенную в боковой стенке, посередине между уровнем металла и днищем печи в районе установки фурмы. Помимо этого, под уровень жидкого металла подают потоки газа через две фурмы, расположенные по разные стороны от продольной оси печи.These technical results are achieved due to the fact that in the method of lateral gas supply under a liquid metal level into a bath of an electric arc furnace, comprising supplying at least one gas stream, including oxygen-containing, through a lance installed in the side wall of the furnace to the bath under the liquid metal level, according to the invention, an electric arc furnace is used, divided into a central cylindrical and bay window part, while the gas flow is fed under the liquid metal level in the horizontal experimentally in a direction similar to the direction of a tangent space of the gas outlet into the molten metal bath in the furnace to a circle _at radius R drawn from the center of the cylindrical part of the furnace, wherein R _y is calculated by the formula:

where R is the radius of the Central cylindrical part of the electric arc furnace, mm; r is the radius of the circumference of the location of the electrodes for an alternating current electric arc furnace, mm or the radius of the electrode for a direct current electric arc furnace, mm, while gas from different places of gas exit into the liquid metal is supplied in one direction, clockwise or counterclockwise, and gas supply is excluded on the target of the working window of the furnace. In addition, a gas stream below the liquid metal level is fed through a lance located in the side wall, in the middle between the metal level and the bottom of the furnace in the area of the lance installation. In addition, gas flows through two tuyeres located on different sides of the longitudinal axis of the furnace under the liquid metal level.

При этом под уровень жидкого металла подают потоки газа одновременно через две фурмы, расположенные у днища печи и посередине между уровнем металла и днищем печи в районе установки фурм, при этом фурмы расположены друг над другом. Кроме того, под уровень жидкого металла подают потоки газа через четыре фурмы, расположенные по разные стороны от продольной оси печи. При этом, по меньшей мере, одну фурму для подачи потока газа под уровень металла смещают от поперечной оси печи.Moreover, gas flows under the liquid metal level simultaneously through two tuyeres located at the bottom of the furnace and in the middle between the metal level and the bottom of the furnace in the area of the tuyeres, while the tuyeres are located one above the other. In addition, gas flows through four tuyeres located on different sides of the longitudinal axis of the furnace under the liquid metal level. At the same time, at least one tuyere for supplying a gas stream below the metal level is offset from the transverse axis of the furnace.

Способ боковой подачи газа под уровень жидкого металла ванны электродуговой печи пояснен схематическими чертежами.The method of lateral gas supply under the liquid metal level of a bath of an electric arc furnace is illustrated by schematic drawings.

На фиг.1 показана в плане дуговая электропечь переменного тока с эркером; на фиг.2 - продольный разрез А-А печи на фиг.1 по ее продольной оси, на фиг.3 и 4 - пример подачи воздуха под уровень воды в холодной модели дуговой электрической печи через две фурмы, установленные на половине глубины воды (фиг.4 - разрез А-А на фиг.3); на фиг.5 и 6 - пример подачи воздуха под уровень воды в холодной модели дуговой электрической печи через четыре фурмы, попарно установленные на разной глубине воды (фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.5); на фиг.7 - пример подачи воздуха под уровень воды в холодной модели дуговой электропечи через четыре фурмы, установленные по разные стороны поперечной оси печи.Figure 1 shows in plan an arc electric furnace with alternating current bay; figure 2 is a longitudinal section aa of the furnace in figure 1 along its longitudinal axis, figure 3 and 4 is an example of air supply under the water level in a cold model of an electric arc furnace through two lances installed at half the depth of water (figure .4 - section AA in figure 3); 5 and 6 are an example of air supply under a water level in a cold model of an electric arc furnace through four lances installed in pairs at different water depths (FIG. 6 is a section B-B in FIG. 5); 7 is an example of air supply under the water level in a cold model of an electric arc furnace through four tuyeres installed on opposite sides of the transverse axis of the furnace.

Дуговая электрическая печь содержит стенку 1 ванны печи (фиг.1) и днище 2 (фиг.1 и 2), расположенные в корпусе печи. Печь имеет эркер 3 с выпускным отверстием 4 и три электрода (не показаны), расположенные на окружности 5 радиуса r, очерченной из центра О печи. Ванна печи по ее стенке 1 очерчена радиусом R из центра печи О, сопряженным прямыми линиями с радиусом R_э, очерчивающим район эркера 3. Дуговая печь имеет продольную ось 6 и поперечную ось 7 (фиг.1). Рекомендуемая зона подачи газа под уровень жидкого металла заштрихована на фиг.1. Уровень жидкого металла 8 в ванне печи (фиг.2, верхний уровень), уровень металла 9 у кромки днища 2 печи (фиг.2, нижний уровень у стенки ванны печи). Газ (кислород, CH₄, аргон или азот) подают под уровень жидкого металла через фурмы 10 и 11 на фиг.1 (число фурм в печи может быть больше и меньше двух, но предпочтительным (см. ниже) является подача газа через две и четыре фурмы) по направлениям 12 и 13 соответственно. Направления 12 и 13 на фиг.1 совпадают с направлением касательных, проведенных из мест выхода газа в металл к условной окружности радиуса R_у, очерченной из центра печи О и делящей пополам зазор между стенкой 1 печи (радиус R) и окружностью 5 расположения электродов (радиус r), т.е.

. Для случая дуговой электропечи постоянного тока в качестве r принимают радиус верхнего электрода. Печь снабжена рабочим окном 14 шириной В. По условиям техники безопасности должно быть исключено направление подачи потока газа в жидкий металл в направлении створа рабочего окна 14 печи (на фиг.1 такой вариант показан пунктиром 15). Ванна печи наполнена жидким металлом 16.The electric arc furnace comprises a wall 1 of the furnace bath (Fig. 1) and a bottom 2 (Figs. 1 and 2) located in the furnace body. The furnace has a bay window 3 with an outlet 4 and three electrodes (not shown) located on a circle 5 of radius r, outlined from the center O of the furnace. The furnace bath along its wall 1 is defined by a radius R from the center of the furnace O, paired with straight lines with a radius R _e , outlining the bay window 3. The arc furnace has a longitudinal axis 6 and a transverse axis 7 (Fig. 1). The recommended gas supply zone below the liquid metal level is shaded in FIG. 1. The level of liquid metal 8 in the furnace bath (figure 2, the upper level), the level of metal 9 at the edge of the bottom 2 of the furnace (figure 2, the lower level at the wall of the furnace bath). Gas (oxygen, CH ₄ , argon or nitrogen) is supplied under the liquid metal level through

lances

10 and 11 in FIG. 1 (the number of lances in the furnace can be more and less than two, but it is preferable (see below) to supply gas through two and four tuyeres) in

directions

12 and 13, respectively.

Directions

12 and 13 in FIG. 1 coincide with the direction of the tangents drawn from the gas outlet into the metal to a conditional circle of radius R _y , drawn from the center of the furnace O and bisecting the gap between the furnace wall 1 (radius R) and the circumference 5 of the electrode arrangement ( radius r), i.e.

. For the case of a DC electric arc furnace, the radius of the upper electrode is taken as r. The furnace is equipped with a working window 14 of a width B. According to safety regulations, the direction of the gas flow into the liquid metal in the direction of the alignment of the working window 14 of the furnace should be excluded (in figure 1 this option is shown by dotted line 15). The furnace bath is filled with liquid metal 16.

Способ боковой подачи газа под уровень жидкого металла ванны электродуговой печи осуществляют следующим образом.The method of lateral gas supply under the liquid metal level of the bath of an electric arc furnace is as follows.

Используют две фурмы 10 и 11 (как уже отмечалось число фурм может быть больше двух и меньше и это зависит от размеров ванны печи и решаемой задачи). Обе фурмы расположены в дальней от района эркера 3 половине ванны печи (эта половина заштрихована на фиг.1). Выход потока газа из фурм могут располагать посередине между 8 и нижним 9 (у днища 2) уровнями металла, т.е.

, где Н - высота металла у стенки 1 печи в районе установки фурмы. Выход потока газа из фурм могут осуществлять, расположив фурмы друг над другом (см. фиг.6) так, что нижняя фурма расположена у кромки 9 днища 2 печи, в то время как верхняя фурма расположена на высоте

. В этом случае в печи может быть 4 фурмы.Two

tuyeres

10 and 11 are used (as already noted, the number of tuyeres can be more than two and less, and this depends on the size of the furnace bath and the problem to be solved). Both lances are located in the farthest half of the bathtub of the furnace farthest from the bay window region (this half is shaded in FIG. The gas flow exit from the tuyeres may be located in the middle between 8 and lower 9 (at the bottom 2) metal levels, i.e.

where H is the height of the metal at the wall 1 of the furnace in the area of the installation of the lance. The gas flow from the tuyeres can be exited by placing the tuyeres one above the other (see Fig. 6) so that the lower tuyere is located at the edge 9 of the furnace bottom 2, while the upper tuyere is located at a height

. In this case, there may be 4 tuyeres in the furnace.

В случае расположения подачи газа под уровень металла ближе к верхнему уровню 8 металла значительная часть газа поднимается вверх и, таким образом, не в полной мере используется кинетическая энергия выходящего из фурмы потока газа.If the gas supply is located below the metal level closer to the upper metal level 8, a significant part of the gas rises and, therefore, the kinetic energy of the gas stream leaving the lance is not fully used.

В случае расположения подачи газа под уровень металла только у нижнего уровня 9 заметная часть кинетической энергии выходящего из фурмы потока газа теряется из-за трения слоев металла о днище 2 печи.If the gas supply is located below the metal level only at the lower level 9, a noticeable part of the kinetic energy of the gas stream leaving the tuyere is lost due to friction of the metal layers on the furnace bottom 2.

Осуществляют горизонтальное направление выхода потока газа из фурм под уровень жидкого металла. При отклонении потока газа вверх основная часть кинетической энергии выходящего потока газа теряется на перемешивание металла в районе выхода газа, а не на создание момента вращения металла. При отклонении потока газа вниз основная часть кинетической энергии выходящего потока газа теряется на местное перемешивание металла, в том числе у днища 2 ванны печи, но не на вращение металла.Carry out the horizontal direction of the gas flow exit from the tuyeres under the level of liquid metal. When the gas flow deviates upward, the main part of the kinetic energy of the outgoing gas stream is lost on mixing the metal in the region of the gas outlet, and not on creating the moment of rotation of the metal. When the gas flow deviates downward, the main part of the kinetic energy of the outgoing gas stream is lost on local mixing of the metal, including at the bottom of the 2 furnace baths, but not on the rotation of the metal.

Осуществляют подачу потока газа из фурм в направлении, совпадающем с направлением касательной, проведенной из места выхода газа в металл к условной окружности, очерченной радиусом R_у из центра О печи и делящей пополам зазор между окружностью 5 радиусом r установки электродов и окружностью радиусом R внутренней стенки 1 ванны печи. Таким направлением подачи потока газа под уровень металла максимально исключают повышенный износ стенки 1 печи. Благодаря выбору этого направления подачи потока газа уменьшают также износ электродов, обусловленный контактом с поднимающимся газом (особенно в случае применения кислорода в качестве подаваемого газа). В то же время благодаря указанному направлению подачи потока газа из фурм в ванну печи создают наибольший в этом случае крутящий момент для вращательного движения металла ванны печи.A gas stream is supplied from the tuyeres in the direction coinciding with the direction of the tangent drawn from the gas outlet into the metal to the conditional circle defined by the radius R _y from the center О of the furnace and bisecting the gap between the circle 5 of the electrode installation radius r and the circle of the inner wall radius R 1 bath furnace. This direction of gas flow under the metal level eliminates the maximum wear of the wall 1 of the furnace. By choosing this direction of supply of the gas stream, the wear of the electrodes due to contact with rising gas is also reduced (especially when using oxygen as the feed gas). At the same time, due to the indicated direction of the gas flow from the tuyeres to the furnace bath, the greatest torque in this case is created for the rotational movement of the metal of the furnace bath.

Осуществляют подачу потока газа из фурм, расположенных в дальней от эркера 3 половине ванны печи (заштрихована, включая поперечную ось 7, на фиг.1). Таким образом используют круглую форму стенки 1 ванны печи в этой ее части (по радиусу R) для лучшей организации начального вращательного движения жидкого металла относительно центра печи О, без каких-либо преград, завихрений и срывов потока.A gas stream is supplied from the tuyeres located in the farther half of the furnace bath (shaded, including the transverse axis 7, in FIG. 1). Thus, the circular shape of the wall 1 of the furnace bath in this part (along the radius R) is used to better organize the initial rotational movement of the molten metal relative to the center of the furnace O, without any obstruction, turbulence and stall.

Осуществляют подачу потока газа из двух 10 и 11 (и более, в случае необходимости вращения объема металла в большой ванне и др., см. пример 6) фурм в одном направлении (в плане по часовой или против часовой стрелки). Тем самым исключают пересечение потоков газа и потерю его кинетической энергии, предназначенной для вращения жидкого металла 16.A gas stream is supplied from two 10 and 11 (or more, if necessary, rotation of the metal volume in a large bath, etc., see example 6) of the tuyeres in one direction (clockwise or counterclockwise in plan). This eliminates the intersection of gas flows and the loss of its kinetic energy intended for rotation of the liquid metal 16.

Предпочтительно осуществляют подачу потока газа в жидкий металл 16 через две фурмы 10 и 11, расположенные по разные стороны от продольной оси 6. Такое расположение фурм уменьшает частичное снижение кинетической энергии вращения, полученной металлом 16, от одной фурмы (в нашем случае 10), противопотоком металла 16, обусловленного подъемом газа вверх от большего числа фурм или от близко расположенной к фурме 10 другой фурмы.It is preferable to supply a gas stream to the liquid metal 16 through two tuyeres 10 and 11 located on opposite sides of the longitudinal axis 6. This arrangement of tuyeres reduces the partial decrease in the kinetic energy of rotation received by the metal 16 from one tuyere (in our case 10), counterflow metal 16, due to the rise of gas upwards from a larger number of tuyeres or from another tuyere located close to tuyere 10.

Так как при указанном расположении фурм 10 и 11 появляется вероятность нежелательного движения потока подаваемого газа в сторону створа рабочего окна печи 14 (например, по направлению 15 вместо 12 из фурмы 10 на фиг.1), по меньшей мере, одну из фурм (в нашем случае 10) смещают от поперечной оси 7 в сторону рабочего окна 14. Значение "а" на фиг.1 определяется необходимым из условий безопасности обслуживания печи смещением потока газа от рабочего окна печи (см. "а" в месте касания потоков газа в стенку 1 печи при движении газа по направлению 15 в отличие от направления 12).Since at the indicated location of the tuyeres 10 and 11, there is a likelihood of an undesirable movement of the feed gas stream towards the alignment of the working window of the furnace 14 (for example, in the direction 15 instead of 12 from the tuyere 10 in figure 1), at least one of the tuyeres (in our case 10) is shifted from the transverse axis 7 to the side of the working window 14. The value "a" in figure 1 is determined by the necessary conditions for the maintenance of the furnace by shifting the gas flow from the working window of the furnace (see "a" at the point where the gas flows into the wall 1 the furnace when the gas moves in the direction of 15 in contrast to equation 12).

Предпочтительно (но не обязательно) в этом же направлении смещают вторую фурму 11. Величина указанного смещения фурмы 11 может быть равна отмеченному значению "а", но может от него отличаться. Отличие может быть обусловлено параметрами печи, точнее сочленением ее центральной цилиндрической части радиусом R и эркерной части радиуса R_э. Подачу потока газа в жидкий металл 16 из фурмы 11 в сторону эркера 3 обеспечивают по направлению 13 (фиг.1), близкому к параллельному стене 1 в этой части печи. В соблюдении строгой параллельности в этом случае нет необходимости. Последнее определяется конкретной конструкцией печи. При этом учитывают, что при строгой параллельности направления 13 потока газа стене 1 в этой части печи произойдет снижение вращения жидкого металла 16 в центральной части печи, но в то же время вращательное движение жидкого металла 16 в лучшей мере охватывает эркерную 3 часть печи. При отклонении направления 13 в сторону центра печи (расположении фурмы 11 ближе к поперечной оси 7 печи) несколько возрастает вращательное движение жидкого металла 16 относительно центра О печи, но снижается охват этим движением эркерной части 3 печи. Однако в любом случае расположения фурмы 11 исключают движение потока газа по направлению 13 с ударом в кладку 1 печи на участке перехода цилиндрической части печи в эркер, при этом располагают фурму 11 в дальней от эркера 3 половине печи. Подача потока газа из фурмы (в обозначении на фиг.1 фурма 11), расположенной в ближней к эркеру части печи (на фиг.1 не заштрихована), приводит к появлению на пути вращения металла, обусловленного подачей потока газа фурмы 10, противопотока металла, обусловленного поднимающимся вверх газом, исходящим из фурмы 11. Отмеченная встреча указанных потока и противопотока металла существенно снижает вращение металла относительно центра О печи, не позволяет основному потоку металла достигать эркерной части 3 печи (см. пример 7).Preferably (but not necessarily) in the same direction the second tuyere is displaced 11. The magnitude of the indicated displacement of the tuyere 11 may be equal to the marked value “a”, but may differ from it. The difference may be due to the parameters of the furnace, more precisely, the articulation of its central cylindrical part of radius R and the bay window part of radius R _e . The flow of gas into the molten metal 16 from the lance 11 in the direction of the bay window 3 is provided in the direction 13 (Fig. 1), close to the parallel wall 1 in this part of the furnace. In this case, strict parallelism is not necessary. The latter is determined by the specific design of the furnace. At the same time, it is taken into account that with strict parallelism of the gas flow direction 13 to the wall 1 in this part of the furnace, the rotation of the liquid metal 16 in the central part of the furnace will decrease, but at the same time, the rotational movement of the liquid metal 16 to the best covers the bay window 3 of the furnace. When the direction 13 deviates toward the center of the furnace (the tuyere 11 is closer to the transverse axis 7 of the furnace), the rotational movement of the molten metal 16 slightly increases relative to the center O of the furnace, but the coverage of this bay window of the furnace 3 decreases. However, in any case, the location of the lance 11 excludes the movement of the gas flow in direction 13 with a blow to the masonry 1 of the furnace at the section of the transition of the cylindrical part of the furnace to the bay window, while the lance 11 is located in the far half of the furnace from the bay window 3. The flow of gas from the lance (in the designation in FIG. 1 lance 11), located in the part of the furnace closest to the bay window (not shaded in FIG. 1), leads to the appearance of a metal counterflow on the path of rotation of the metal, due to the supply of the gas stream of the lance 10, due to rising gas coming from the tuyere 11. The marked meeting of the indicated metal flow and counterflow significantly reduces the rotation of the metal relative to the center O of the furnace, does not allow the main metal stream to reach the bay window of the furnace 3 (see example 7).

Для реализации указанных положений достаточно прорисовать ванну печи в плане и рассмотреть на нем движение потока газов по направлению 13 с учетом конкретных очертаний ванны печи.To implement these provisions, it is enough to draw a furnace bath in the plan and consider on it the movement of the gas flow in direction 13, taking into account the specific shape of the furnace bath.

Слив готового металла 16 из ванны печи осуществляют через выпускное отверстие 4.The finished metal 16 is drained from the furnace bath through the outlet 4.

Таким образом реализация предлагаемого способа позволяет охватить вращательным движением весь объем металла в ванне электродуговой печи, в том числе в районе эркера, тем самым ускорить процесс гомогенизации металла ванны по температуре и химсоставу и на этой основе уменьшить продолжительность плавки.Thus, the implementation of the proposed method allows you to cover the entire volume of the metal in the bath of the electric arc furnace, including in the bay window area, thereby accelerating the process of homogenization of the bath metal in temperature and chemical composition and on this basis to reduce the melting time.

Пример 1.Example 1

На холодной модели дуговой электрической печи (масштаб 1:7; объем ванны печи 138 т жидкого металла) исследовали процесс вращательного движения в ванне модели воды в зависимости от условий нормированной подачи в воду потока воздуха. Учитывая близость кинематической вязкости воды и жидкой стали, такое моделирование движения металла правомерно.On a cold model of an electric arc furnace (scale 1: 7; furnace bath volume 138 tons of molten metal), the process of rotational motion in the water model bath was studied depending on the conditions of the normalized air flow into the water. Given the proximity of the kinematic viscosity of water and liquid steel, such a simulation of the motion of a metal is valid.

На фиг.3 и 4 приведены параметры модели дуговой электропечи и расположение в ней фурм 10 и 11. Ванну модели наполняли холодной водой, моделируя уровень при 138 т жидкого металла в реальной печи. Поток воздуха из фурмы 10 подавали в направлении, совпадающем с направлением 12, поток воздуха из фурмы 11 - с направлением 13. Направления 12 и 13 являются направлением касательной, проведенной из места выхода воздуха в воду к окружности R_у=263,5 мм, проведенной из центра О модели печи и делящей пополам зазор между окружностью 5 радиусом r=100 мм установки электродов-нагревателей и радиусом R=427 мм расположения стенки 1 печи (фиг.3). Электроды-нагреватели при этом были сняты с модели печи, т.к. рассматривали вращательное движение воды без ее подогрева. Из каждой фурмы подавали 150 литров в минуту воздуха. Подачу воздуха осуществляли горизонтально. Фурмы 10 и 11 располагали на половине глубины воды у стенки их размещения, т.е. половины высоты между верхним 8 и нижним (у кромки дна 2) 9 уровнями воды на фиг.4.Figures 3 and 4 show the parameters of the model of an electric arc furnace and the location of lances 10 and 11 in it. The model bath was filled with cold water, simulating the level at 138 tons of molten metal in a real furnace. The air flow from the lance 10 was supplied in the direction coinciding with the direction 12, the air flow from the lance 11 to the direction 13. Directions 12 and 13 are the tangent direction drawn from the air outlet into the water to the circle R _y = 263.5 mm, drawn from the center On the model of the furnace and dividing in half the gap between the circle 5 with a radius r = 100 mm of the installation of the electrode-heaters and a radius R = 427 mm of the location of the wall 1 of the furnace (figure 3). In this case, the heating electrodes were removed from the furnace model, since considered the rotational movement of water without heating it. 150 liters per minute of air were supplied from each lance. Air supply was carried out horizontally. The lances 10 and 11 were located at half the depth of the water near the wall of their placement, i.e. half the height between the upper 8 and lower (at the bottom edge 2) 9 water levels in figure 4.

Для оценки вращательного движения воды в ванну по центру на оси диаметром 5 мм подвешивали плоский пропеллер с размахом крыльев 750 мм, из них по краям на длине 175 мм высота крыльев 55 мм, далее на длине 200 мм высота крыльев 45 мм. Пропеллер был изготовлен из Аl листа толщиной 1,5 мм. Расстояние от днища модели до нижнего уровня пропеллера было переменным (из-за формы днища печи, см. фиг.2 и 4), но в центре модели печи О это расстояние было равно ≈120 мм, так что весь пропеллер находился в воде. Над пропеллером располагали с возможностью свободного вращения относительно оси, на которой вращался пропеллер, круг из пенопласта. Круг R=250 мм из пенопласта использовали для оценки процессов вращения всей массы воды и затухания этого процесса с постепенным переходом к вращению только поверхностных слоев воды.To evaluate the rotational movement of water, a flat propeller with a wingspan of 750 mm was suspended in the center on a axis with a diameter of 5 mm from the center, with a wingspan of 750 mm, of which wings had a height of 55 mm along the edges of a length of 175 mm and 45 mm of wings at a length of 200 mm. The propeller was made of Al sheet 1.5 mm thick. The distance from the bottom of the model to the lower level of the propeller was variable (due to the shape of the bottom of the furnace, see Figs. 2 and 4), but in the center of the furnace model O this distance was ≈120 mm, so the entire propeller was in water. A foam circle was placed above the propeller with the possibility of free rotation relative to the axis on which the propeller rotated. A foam circle R = 250 mm was used to evaluate the processes of rotation of the entire mass of water and the attenuation of this process with a gradual transition to rotation of only the surface water layers.

Кроме того, через минуту после начала подачи воздуха в район эркера подавали цветные шарики, плотность которых была близка к плотности воды. По движению шариков оценивали степень охвата вращательным движением воды в районе эркера 3.In addition, a minute after the start of air supply, colored balls were fed into the bay window, the density of which was close to the density of water. By the movement of the balls, the degree of coverage by the rotational movement of water in the bay area 3 was estimated.

Процесс подачи воздуха осуществляли в течение 2 минут, после чего подачу воздуха прекращали и по вращению пропеллера и пенопластового круга оценивали начальную скорость вращения воды ванны модели печи после прекращения подачи воздуха и процесс затухания этого вращения.The air supply process was carried out for 2 minutes, after which the air supply was stopped and the initial speed of the bath water of the furnace model after stopping the air supply and the attenuation of this rotation were estimated by the rotation of the propeller and the foam circle.

Получено, что при указанных параметрах модели печи (фиг.3 и 4), налитого в нее количества воды, размещения в модели фурм для подачи 150 литров в минуту воздуха из каждой фурмы в течение 2 минут, после прекращения указанной подачи воздуха первый оборот (2π) пропеллер совершает в течение 24", постепенно вращение воды затухает и через 2’52" пропеллер останавливался, совершив 7,25π оборотов. Пенопластовый круг в начале вращается практически со скоростью вращения пропеллера, затем постепенно опережает пропеллер и его вращение затухало примерно после равного π поворота, дополнительного к 7,25π повороту пропеллера.It was found that with the indicated parameters of the furnace model (Figs. 3 and 4), the amount of water poured into it, placement of tuyeres in the model to supply 150 liters per minute of air from each tuyere for 2 minutes, after the indicated air supply ceased, the first revolution (2π ) the propeller completes within 24 ", the rotation of the water gradually decays, and after 2'52" the propeller stops, making 7.25π revolutions. The foam circle at the beginning rotates almost at the speed of rotation of the propeller, then gradually outpaces the propeller and its rotation decays after approximately equal π rotation, additional to 7.25π rotation of the propeller.

При указанных условиях и параметрах по движению шариков по поверхности воды и по днищу печи в районе 3 эркера отмечается охват существенным вращательным движением воды эркерной части модели.Under the indicated conditions and parameters on the movement of balls on the surface of the water and on the bottom of the furnace in the area of the bay window 3, coverage by the substantial rotational movement of water of the bay window of the model is noted.

Пример 2.Example 2

При указанных в примере 1 условиях фурмы размещали ближе к дну модели, на расстоянии

высоты воды в месте установки фурм.Under the conditions indicated in Example 1, the tuyeres were placed closer to the bottom of the model, at a distance

water heights at the lance installation site.

Получено, что после прекращения подачи воздуха первый оборот (2π) пропеллер совершает в течение 26". Постепенно вращение воды затухло и через 2’16" пропеллер останавливался, совершив 5,05π оборотов.It was found that after the air supply was cut off, the propeller makes its first revolution (2π) within 26 ". Gradually, the water rotation died out and after 2’16" the propeller stopped, making 5.05π revolutions.

Таким образом при реализации этого примера в сравнении с примером 1 отмечается ослабление вращательного движения всего объема воды ванны модели печи.Thus, when implementing this example, in comparison with example 1, a weakening of the rotational motion of the entire volume of bath water of the furnace model is noted.

При реализации этого примера продувки воздухом воды ванны модели печи сохраняется охват вращательным движением воды в эркерной части модели.When implementing this example of air purging the bath water of a furnace model, coverage by rotational movement of water in the bay window of the model is maintained.

Пример 3.Example 3

При указанных в примере 1 условиях продувку воздухом воды ванны модели печи осуществляли из одной фурмы 10. Поток воздуха был совпадающим с направлением 12. Подачу воздуха также осуществляли горизонтально в количестве 150 литров в минуту на фурму.Under the conditions indicated in Example 1, air purging of the bath water of the furnace model was carried out from one lance 10. Air flow was the same as direction 12. Air was also supplied horizontally in the amount of 150 liters per minute per lance.

Получено, что после прекращения подачи воздуха первый оборот (2π) пропеллер совершает в течение 18". Постепенно вращение воды затухало и через 3’03" пропеллер останавливался, совершив 6,75π оборотов.It was found that after the air supply was cut off, the propeller makes its first revolution (2π) within 18 ". Gradually, the water rotation faded and after 3’03" the propeller stopped, making 6.75π revolutions.

При реализации этого примера продувки воздухом воды ванны модели печи отсутствовало вращательное движение воды в эркерной части модели (этот объем воды как бы “отрезался” от основной массы воды, вращающейся относительно центра О печи).When implementing this example of air purging of the bath water of the furnace model, there was no rotational movement of water in the bay window of the model (this volume of water was “cut off” from the bulk of the water rotating relative to the center О of the furnace).

Таким образом вращением охватывался только объем воды в центральной части модели (только относительно центра О модели) и вращательное движение не распространялось на эркерную часть модели печи.Thus, rotation covered only the volume of water in the central part of the model (only relative to the center О of the model) and the rotational movement did not extend to the bay window of the furnace model.

Пример 4.Example 4

При указанных в примере 1 условиях продувку воздухом воды ванны модели печи осуществляли из одной фурмы 11. Поток воздуха был совпадающим с направлением 13. Подачу воздуха осуществляли горизонтально в количестве 150 литров в минуту на фурму.Under the conditions indicated in Example 1, the air was purged with bath water from the furnace model from one lance 11. The air flow coincided with direction 13. Air was supplied horizontally in the amount of 150 liters per minute per lance.

Получено, что после прекращения подачи воздуха первый оборот (2π) пропеллер совершает в течение 40". Постепенно вращение воды затухало и через 2’40" пропеллер останавливался, совершив 5π оборотов.It was found that after the air supply was shut off, the propeller makes its first revolution (2π) within 40 ". Gradually, the water rotation faded and after 2’40" the propeller stopped, making 5π revolutions.

При реализации этого примера продувки воздухом воды ванны модели печи имеет место охват вращательным движением воды в эркерной части модели, однако оно заметно слабее, чем в примере 1.When implementing this example of air purging of the bath water of the furnace model, the rotational movement of the water encompasses the bay window of the model, but it is noticeably weaker than in Example 1.

Пример 5.Example 5

При указанных в примере 1 условиях и параметрах модели печи фурмы размещали в виде двойных фурм (фиг.5 и 6): 10 - одну у кромки 9 дна (10’ - 75 л/мин), вторую - на половине глубины воды (10" - 75 л/мин) и 11 - одну у кромки 9 дна (11’ - 75 л/мин), вторую - на половине глубины воды (11" - 75 л/мин).Under the conditions and parameters of the furnace model specified in Example 1, the tuyeres were placed in the form of double tuyeres (Figs. 5 and 6): 10 — one at the bottom edge 9 (10 ′ - 75 l / min), the second at half the water depth (10 " - 75 l / min) and 11 - one at the edge of the bottom 9 (11 '- 75 l / min), the second - at half the depth of the water (11 "- 75 l / min).

После 2-минутной подачи воздуха прекращали подачу воздуха и первый оборот (2π) пропеллер совершил в течение 35", вращением охватывался весь объем воды ванны, поэтому в сравнении с примером 1 вращение пропеллера было более длительное, хотя пропеллер совершил меньший общий угол поворота до полной остановки: 4’16" при общем повороте пропеллера 5,25π.After a 2-minute air supply, the air supply was stopped and the first rotation (2π) the propeller made for 35 ", the rotation covered the entire volume of bath water, therefore, in comparison with example 1, the rotation of the propeller was longer, although the propeller made a smaller total rotation angle to full stops: 4'16 "with a total propeller rotation of 5.25π.

Пример 6.Example 6

При указанных в примере 1 параметрах модели и условиях расположения фурм по высоте (т.е. подачу воздуха осуществляли на глубине

) использовали 4 фурмы, из которых в течение 2 минут осуществляли подачу воздуха в количестве 75 л/мин на каждую фурму в направлениях, совпадающих с направлениями касательных, проведенных из мест выхода воздуха в воду для каждой фурмы к указанной в примере 1 условной окружности радиуса R_у (фиг.7).With the model parameters specified in Example 1 and the conditions for the height of the tuyeres (i.e., air was supplied at a depth

) used 4 tuyeres, of which within 2 minutes air was supplied in an amount of 75 l / min for each tuyere in the directions coinciding with the directions of tangents drawn from the places of air outlet into the water for each tuyere to the conditional circle of radius R specified in example 1 _y (Fig.7).

При этом две фурмы были расположены в части печи, где расположен эркер (см. фиг.7), фурму 10 оставили на месте, фурму 11 приблизили к створу рабочего окна (фиг.7).In this case, two tuyeres were located in the part of the furnace where the bay window is located (see Fig. 7), tuyere 10 was left in place, tuyere 11 was brought closer to the alignment of the working window (Fig. 7).

После окончания подачи воздуха первый оборот (2π) пропеллер совершил в течение 1’10". Постепенно вращение воды затухало и через 2’30" пропеллер останавливался, совершив 3,3π оборота.After the air supply ended, the propeller made its first revolution (2π) within 1’10 ”. Gradually, the water rotation faded and after 2’30” the propeller stopped, making 3.3π revolutions.

Вращательное движение воды в районе эркера отсутствовало.Rotational movement of water in the bay window was absent.

Claims

1. A method of laterally supplying gas under a liquid metal level to a bath of an electric arc furnace, comprising supplying at least one gas stream, including oxygen-containing, through a lance installed in a side wall of a furnace to a bath under a liquid metal level, characterized in that the gas supply is carried out in an electric arc furnace containing a central cylindrical and bay window parts, while the gas flow is fed under the liquid metal level in the farthest from the bay window of the furnace horizontally in the direction coinciding with the direction of the tangent drawn from the exit point of the gas into liquid metal into the furnace bath to a circle of radius R _Y drawn from the center of the cylindrical part of the furnace, wherein R _{Y is} calculated by the formula

where R is the radius of the Central cylindrical part of the electric arc furnace, mm;

r is the radius of the circumference of the location of the electrodes for an alternating current electric arc furnace, mm, or the radius of the electrode for a direct current electric arc furnace, mm,

in this case, gas flows from different places of gas exit into the liquid metal are supplied in one direction clockwise or counterclockwise, excluding the direction of gas flow to the target of the furnace working window.

2. The method according to claim 1, characterized in that the gas flow under the liquid metal level is fed through a lance located in the side wall in the middle between the metal level and the bottom of the furnace in the area of the lance installation.

3. The method according to claim 1, characterized in that under the level of the liquid metal serves gas flows through two tuyeres located in the side walls on opposite sides of the longitudinal axis of the furnace.

4. The method according to claim 1, characterized in that gas flows under the liquid metal level simultaneously through two tuyeres located at the bottom of the furnace and in the middle between the metal level and the bottom of the furnace in the area of the tuyeres, while the tuyeres are placed one above the other.

5. The method according to claim 1, characterized in that under the level of the molten metal serves gas flows through four tuyeres located on different sides from the longitudinal axis of the furnace.

6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that at least one tuyere for supplying a gas stream below the level of the liquid metal is offset from the transverse axis of the furnace.