RU2420597C1

RU2420597C1 - Procedure for melting steel in arc steel melting furnace of three phase current

Info

Publication number: RU2420597C1
Application number: RU2010105583A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Макаров (RU); Анатолий Николаевич Макаров; Максим Сергеевич Лычагин (RU); Максим Сергеевич Лычагин; Андрей Сергеевич Дюндин (RU); Андрей Сергеевич Дюндин
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-06-10

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: procedure for melting steel in arc steel melting furnace of three-phase current consists in melting scrap and in metallised pellets successive supply and melting. Metal pellets are supplied and melted when consumption of electric power reaches 220-230 KWth/t and temperature of bath is 1615-1625C. ^ EFFECT: reduced specific consumption of electric power at reduced duration of melt, raised efficiency. ^ 10 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, к области электротермической техники, а именно к способам ведения плавки стали в дуговых сталеплавильных печах трехфазного тока.The invention relates to metallurgy, to the field of electrothermal technology, and in particular to methods of conducting steel melting in three-phase current arc steel-smelting furnaces.

Известен способ плавки стали в дуговой сталеплавильной печи трехфазного тока, включающий завалку и плавление металлошихты, на 50-80% состоящей из твердых металлизированных окатышей и на 20-50% - из металлолома. Окатыши загружают в печь непрерывно со скоростью 1,7-1,9 т/ч на 1 МВт установленной мощности (Никольский Л.Е., Зинуров И.Ю. «Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов. М.: Металлургия, 1993. - Стр.27-28).A known method of melting steel in an electric steel furnace of three-phase current, including the filling and melting of a metal charge, 50-80% consisting of solid metallized pellets and 20-50% from scrap metal. Pellets are loaded into the furnace continuously at a speed of 1.7-1.9 t / h per 1 MW of installed capacity (Nikolsky L.E., Zinurov I.Yu. “Equipment and design of electric steel-smelting shops. M: Metallurgy, 1993. - Pp. .27-28).

Однако загрузка окатышей со скоростью 1,7-1,9 т/ч на 1 МВт установленной мощности приводит к скоплению нерасплавившихся окатышей на жидкометаллической ванне в виде горки недалеко от дуг. Это определяется визуально и по режиму горения дуг, который нарушается, идут разряды с сильным шумом при обрушении окатышей с горки под дуги. При скорости подачи окатышей 1,7-1,9 т/ч на 1 МВт установленной мощности вводимой в печь дугами мощности недостаточно, чтобы одновременно расплавлять окатыши и лом, количество нерасплавленных окатышей увеличивается. При такой работе печи процесс плавления лома и окатышей затягивается, увеличивается время плавки и расход электроэнергии.However, the loading of pellets at a speed of 1.7-1.9 t / h per 1 MW of installed capacity leads to the accumulation of unmelted pellets in a liquid metal bath in the form of a slide near arcs. This is determined visually and by the mode of burning of the arcs, which is violated, there are discharges with strong noise when the pellets from the hill collapse under the arcs. At a feed rate of pellets of 1.7-1.9 t / h per 1 MW of installed capacity, the power introduced into the furnace by the arcs is not enough to simultaneously melt the pellets and scrap, the number of unmelted pellets increases. With this operation of the furnace, the melting process of scrap and pellets is delayed, the melting time and energy consumption increase.

Прототипом изобретения является способ плавки стали в дуговой сталеплавильной печи трехфазного тока, включающий завалку и плавление лома до заданного значения расхода электроэнергии 240-300 кВт·ч/т с последующей подачей и плавлением металлизированных окатышей при температуре ванны металла 1540-1610°С (Технологическая инструкция ТИ 129-ЭС-113-92 «Выплавка стали в дуговых электропечах». Введена 15.06.1992. Оскольский металлургический комбинат. Сборник технологических инструкций в 2-х частях. Часть 1. Приложение 1 «Энерготехнологический режим плавления шихты, состоящей из лома и металлизированных окатышей, с продувкой ванны газообразным кислородом. - Стр.13-14).The prototype of the invention is a method of steel melting in a three-phase current electric arc furnace, including filling and melting scrap to a predetermined value of electric energy consumption of 240-300 kW · h / t, followed by feeding and melting of metallized pellets at a metal bath temperature of 1540-1610 ° C (Technological instruction TI 129-ES-113-92 “Steel smelting in electric arc furnaces.” Introduced on 06/15/1992. Oskol Metallurgical Plant. Collection of technological instructions in 2 parts. Part 1. Appendix 1 “Energy-technological mode of melting charge, consisting of scrap and metallized pellets, with the purge of the bath with gaseous oxygen. - Pages 13-14).

Однако по мере расплавления шихты колодцы, т.е. свободное от шихты пространство в печи, расширяются, их глубина уменьшается, стены освобождаются от шихты и водоохлаждаемые панели стен и свода попадают под прямое излучение дуг, КПД дуг снижается. Вследствие того, что при удельном расходе электроэнергии 300 кВт·ч/т 75-80% лома расплавляется, излучение дуг падает на водоохлаждаемые панели стен, увеличивая потери энергии на охлаждение панелей и снижая КПД дуг с 0,93 в начале плавления до 0,65-0,70 при удельном расходе 300 кВт·ч/т. Обработка нескольких сотен паспортов плавок одинаковых марок стали с ломом одинакового состава и металлизированными окатышами одинакового качества показала, что при плавлении лома до удельного расхода электроэнергии 300 кВт·ч/т с последующей загрузкой окатышей приводит к увеличению удельного расхода электроэнергии за плавку на 6-7%. Из обработки паспортов плавок также следует, что режим плавления окатышей при температуре ванны металла 1540°С приводит к увеличению удельного расхода электроэнергии и времени плавки, так как плавление окатышей осуществляется за счет излучения дуг и теплопроводности ванны металла. Из анализа теплообмена (обработаны и проанализированы около трехсот паспортов плавок стали одной марки) при плавлении окатышей следует, что при снижении температуры ванны металла на 100°С с 1600 до 1500°С тепловой поток к окатышам снижается на 6%, на такую же величину снижается скорость плавления окатышей, а время плавления и удельный расход электроэнергии увеличиваются на 6%.However, as the charge melts, the wells, i.e. the space free from the charge in the furnace expands, their depth decreases, the walls are freed from the charge, and the water-cooled panels of the walls and arch fall under the direct emission of the arcs, the efficiency of the arcs decreases. Due to the fact that at a specific energy consumption of 300 kWh / t, 75-80% of the scrap is melted, the radiation of the arcs falls on the water-cooled wall panels, increasing the energy loss for cooling the panels and reducing the efficiency of the arcs from 0.93 at the beginning of melting to 0.65 -0.70 at a specific consumption of 300 kWh / t. Processing several hundred passports of melts of the same steel grades with scrap of the same composition and metallized pellets of the same quality showed that when melting scrap to a specific electric power consumption of 300 kWh / t, followed by loading the pellets, the specific electric power consumption for melting increases by 6-7% . From the processing of melting passports it also follows that the mode of pellet melting at a metal bath temperature of 1540 ° C leads to an increase in the specific energy consumption and melting time, since the pellet is melted by the emission of arcs and the thermal conductivity of the metal bath. From the analysis of heat transfer (about three hundred passports of steel melts of one grade were processed and analyzed) when melting pellets, it follows that when the temperature of the metal bath decreases by 100 ° C from 1600 to 1500 ° C, the heat flux to the pellets decreases by 6%, decreases by the same amount the melting speed of the pellets, and the melting time and specific energy consumption are increased by 6%.

В основу настоящего изобретения положена задача увеличения излучения дуг на металл и снижения излучения дуг на стены и свод, увеличения теплового потока от ванны металла к окатышам.The basis of the present invention is the task of increasing the emission of arcs on the metal and reducing the emission of arcs on the walls and arch, increasing the heat flux from the metal bath to the pellets.

Техническим результатом изобретения является уменьшение удельного расхода электроэнергии и времени плавки, с одновременным повышением производительности.The technical result of the invention is to reduce the specific energy consumption and melting time, while increasing productivity.

Решение поставленной задачи и указанный технический результат достигаются тем, что в способе плавки стали в дуговой сталеплавильной печи трехфазного тока, включающем плавление лома с последующей подачей и плавлением металлизированных окатышей, согласно изобретению при достижении расхода электроэнергии 220-230 кВт·ч/т подачу и плавление металлизированных окатышей осуществляют при температуре ванны металла 1615-1625°С.The solution of the problem and the specified technical result are achieved by the fact that in the method of steel smelting in a three-phase current arc furnace, comprising melting scrap with subsequent feeding and melting of metallized pellets, according to the invention, when the electric power consumption is 220-230 kW · h / t, feeding and melting metallized pellets are carried out at a metal bath temperature of 1615-1625 ° C.

При подаче окатышей при израсходовании менее 220 кВт·ч электроэнергии на тонну шихты расплавление окатышей неустойчивое, так как колодцы неширокие, идут обвалы шихты. Короткие замыкания, и обрывы дуги, и длительность расплавления, удельный расход электроэнергии увеличиваются. При подаче окатышей после израсходования более 240 кВт·ч и расплавления около 70% лома водоохлаждаемые панели стен освобождаются от лома, излучение дуг будет падать не на шихту, а на водоохлаждаемые панели, КПД дуг уменьшится, удельный расход электроэнергии за плавку и длительность плавки увеличиваются.When pellets are supplied at a rate of less than 220 kWh of electricity per tonne of charge, the pellet melting is unstable, since the wells are not wide, and the charges collapse. Short circuits, and arc breaks, and the duration of the melting, specific energy consumption increase. When pellets are fed after having consumed more than 240 kWh and melted about 70% of the scrap, the water-cooled wall panels are freed from scrap, the radiation of the arcs will not fall on the charge, but on the water-cooled panels, the efficiency of the arcs will decrease, the specific energy consumption for melting and the duration of melting will increase.

При плавлении металлизированных окатышей при температуре ванны металла меньше 1615°С удельный расход электроэнергии увеличивается на 1-1,5% на каждое снижение температуры ванны металла на 20°С. Это связано с тем, что плавление металлизированных окатышей осуществляется за счет излучения дуг и теплопроводности от ванны металла к окатышам. По закону Фурье для теплопроводности тепловой поток от одного тела к другому прямо пропорционален разности температур этих тел, чем меньше разность температур, тем меньше тепловой поток от ванны металла к окатышам, тем меньше скорость плавления окатышей, больше время плавки и удельный расход электроэнергии. Увеличение температуры ванны металла выше 1625°С препятствует удалению фосфора. При плавлении металлизированных окатышей при температуре ванны металла больше 1625°С развивается реакция восстановления фосфора, снижение которого возможно при частичном обновлении шлака и увеличении расхода электроэнергии на расплавление шлака. Кроме того, перегрев металла выше температуры 1625°С сопровождается повышением содержания газов азота и водорода в ванне металла и снижением качества металла.When melting metallized pellets at a metal bath temperature of less than 1615 ° C, the specific energy consumption increases by 1-1.5% for each decrease in the temperature of the metal bath by 20 ° C. This is due to the fact that the melting of metallized pellets is due to the emission of arcs and thermal conductivity from the metal bath to the pellets. According to the Fourier law for thermal conductivity, the heat flux from one body to another is directly proportional to the temperature difference of these bodies, the smaller the temperature difference, the lower the heat flux from the metal bath to the pellets, the lower the melting speed of the pellets, the longer the melting time and the specific energy consumption. An increase in the temperature of the metal bath above 1625 ° C prevents the removal of phosphorus. When metallized pellets are melted at a metal bath temperature of more than 1625 ° С, a phosphorus reduction reaction develops, which can be reduced with partial slag renewal and an increase in the energy consumption for slag melting. In addition, overheating of the metal above a temperature of 1625 ° C is accompanied by an increase in the content of nitrogen and hydrogen gases in the metal bath and a decrease in the quality of the metal.

Способ иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг.1 представлен вид сталеплавильной печи в разрезе; на фиг.2 - сталеплавильная печь, вид сверху; на фиг.3 - дуговая сталеплавильная печь с загруженным ломом (шихтой) в разрезе; на фиг.4 - вид сверху; на фиг.5 - прорезка колодцев в шихте дугами, расплавленный металл стекает вниз и накапливается на подине печи в разрезе; на фиг.6 - вид сверху; на фиг.7 - расширение колодцев, увеличение зеркала жидкого металла в разрезе; на фиг.8 - вид сверху; на фиг.9 - погружение дуг в шлак и жидкометаллическую ванну после расплавления лома и открытия водоохлаждаемых панелей стен в разрезе; на фиг.10 - вид сверху.The method is illustrated by the following drawings, in which Fig. 1 shows a sectional view of a steel furnace; figure 2 - steel furnace, top view; figure 3 - arc steel furnace with a loaded crowbar (charge) in the context; figure 4 is a top view; figure 5 - the penetration of wells in the charge by arches, molten metal flows down and accumulates in the section of the furnace bottom; figure 6 is a top view; figure 7 - expansion of wells, an increase in the mirror of liquid metal in the context; on Fig is a top view; figure 9 - immersion of the arcs in the slag and liquid metal bath after melting the scrap and opening the water-cooled wall panels in the section; figure 10 is a top view.

Дуговая сталеплавильная печь трехфазного тока содержит водоохлаждаемый свод 1, в котором выполнено отверстие 2 газоотсоса. Верхняя часть свода 1 снабжена футеровкой 3, через которую пропущены электроды 4 с электродержателем 5. Пространство печи ограничено стенами 6, выполненными водоохлаждаемыми, опорой для стен служат откосы 7. Под 8 выполнен футерованным. В стене 6 установлена кислородная фурма 9.The three-phase current steelmaking furnace contains a water-cooled arch 1, in which a hole 2 of the gas exhaust is made. The upper part of the arch 1 is provided with a lining 3, through which electrodes 4 with an electric holder 5 are passed. The space of the furnace is limited by walls 6 made of water-cooled, slopes 7 serve as a support for the walls. Under 8, it is lined. An oxygen lance 9 is installed in wall 6.

Свод 1, стены 6, откосы 7, под 8 образуют рабочее пространство 10 дуговой сталеплавильной печи, предназначенное для загрузки в него шихты в виде металлолома и через отверстие 11 металлизированных окатышей и извести.Arch 1, walls 6, slopes 7, under 8 form the working space 10 of the arc steelmaking furnace, designed to load charge in the form of scrap metal and through opening 11 of metallized pellets and lime.

Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом. При открытом своде 1 в рабочее пространство 10 печи загружают металлолом 12 (фиг.3). Свод 1 закрывают и опускают электроды 4 до соприкосновения с металлоломом 12. Между электродами 4 и металлом 12 загораются три дуги 13. Дуги 13 прорезают в шихте три колодца 14, расплавленный металл стекает вниз и накапливается на поде 8 в виде жидкометаллической ванны 15 (фиг.5). После прорезки колодцев 14 дуги 13 горят между электродами 4 и жидкометаллической ванной 15, расплавляя шихту и нагревая ванну 15.The proposed method can be implemented as follows. With the open arch 1 in the working space 10 of the furnace is loaded with scrap 12 (figure 3). Arch 1 is closed and the electrodes 4 are lowered until they come into contact with scrap metal 12. Between the electrodes 4 and metal 12 three arcs light up 13. Arcs 13 cut three wells 14 in the charge, molten metal flows down and accumulates on the hearth 8 in the form of a liquid metal bath 15 (Fig. 5). After cutting the wells 14, the arcs 13 burn between the electrodes 4 and the liquid metal bath 15, melting the charge and heating the bath 15.

Расплавление шихты осуществляют на максимальной мощности дуг 13 до образования единого широкого общего колодца 14 (фиг.7), при котором прекращаются обвалы шихты, короткие замыкания и обрывы дуги 13, то есть до удельного расхода электроэнергии 220-230 кВт·ч/т, при этом дисперсия тока резко уменьшается, горение дуг 13 стабилизируется. С этого момента в печь непрерывно через отверстие 11 в своде 1 начинают загружать окатыши 16, одновременно расплавляя и металлолом 12, и окатыши 16. Подача окатышей 16 после израсходования электроэнергии более 240 кВт·ч/т приводит к увеличению потерь мощности излучения дуги 13, так как при удельном расходе электроэнергии 240 кВт·ч/т 75-85% шихты расплавляется, и часть излучения дуги 13 будет попадать на водоохлаждаемые панели стен 6. Подачу окатышей 16 в печь необходимо начинать при удельном расходе электроэнергии 220-230 кВт·ч/т, когда в шихте образуется широкий колодец 14 и часть нерасплавившейся шихты находится на стенах 6 и откосах 7 и можно расплавлять одновременно шихту и окатыши 16, сохраняя высокий КПД дуг 13 на протяжении всего периода расплавления. Ранняя подача окатышей 16, при израсходовании 180-210 кВт·ч/т и наличии в печи 60-65% твердой шихты, влечет за собой уменьшение средней скорости подачи окатышей 16, так как идет одновременное плавление металлолома 12 и окатышей 16, увеличивается время плавки и удельный расход электроэнергии на 5-8%. В процессе плавления окатышей 16 за счет подачи кислорода и экзотермических реакций в ванне 15 металла, а также путем регулирования мощности дуг 13 поддерживается температура ванны 15 в диапазоне температур 1615-1625°С, при которой достигается большая скорость плавления окатышей 16 и производительность печи, по сравнению с температурой ванны 1540°С.The charge is melted at the maximum power of the arcs 13 until a single wide common well 14 is formed (Fig. 7), at which the collapses of the charge, short circuits and breaks of the arc 13, that is, to a specific power consumption of 220-230 kWh / t, are stopped this dispersion of the current decreases sharply, the combustion of the arcs 13 is stabilized. From this moment, pellets 16 are continuously loaded into the furnace through the hole 11 in the vault 1, while melting both the scrap metal 12 and the pellets 16. The supply of pellets 16 after the energy consumption is more than 240 kWh / t leads to an increase in the radiation power loss of the arc 13, so how, at a specific energy consumption of 240 kWh / t, 75-85% of the charge is melted, and part of the radiation of the arc 13 will fall on the water-cooled wall panels 6. The supply of pellets 16 to the furnace must be started with a specific electricity consumption of 220-230 kW · h / t when shea is formed in the mixture a wide well 14 and part of the non-molten mixture is located on the walls 6 and slopes 7 and it is possible to melt the mixture and pellets 16 at the same time, while maintaining high efficiency of the arcs 13 throughout the entire period of melting. The early feeding of pellets 16, with the consumption of 180-210 kW · h / t and the presence of 60-65% solid charge in the furnace, leads to a decrease in the average feed rate of pellets 16, since scrap metal 12 and pellets 16 are simultaneously melted, melting time is increased and specific energy consumption of 5-8%. In the process of melting the pellets 16 due to the supply of oxygen and exothermic reactions in the metal bath 15, as well as by regulating the power of the arcs 13, the temperature of the bath 15 is maintained in the temperature range 1615-1625 ° C, at which a high melting rate of the pellets 16 and the furnace productivity are achieved, compared to a bath temperature of 1540 ° C.

На фиг.3 показано положение шихты при загрузке в печь 75 т (сплошная линия) и 45 т (пунктирная линия) шихты, полученное многократным визуальным обследованием печей ДСП-150 при открытом своде 1. В период расплавления по мере проплавления шихты дуги 13 прорезают под собой три колодца 14 (фиг.5), диаметр которых на две длины, то есть на 60-70 мм, превышает диаметр электрода 4. Расплавленный металл стекает вниз и накапливается на подине печи в виде ванны металла 15. После проплавления шихты за 6-8 минут электроды 4 выходят в нижнее положение и дуги 13 начинают гореть на поверхности жидкометаллической ванны 15. Градиент напряжения в столбе дуг 13 уменьшается в 10 раз, длина дуг 13 увеличивается до 325 мм. Дуги 13 горят в узких колодцах 14 в шихте металла, на поверхность которого они излучают тепловой поток, их КПД составляет η_д=0,94 (фиг.6). По мере расплавления шихты колодцы 14 расширяются, зеркало жидкого металла 15 увеличивается (фиг.7), и расплавление шихты осуществляется в результате лучеиспускания дуг 13 и теплопроводности от перегретых участков под дугами 13 к твердой шихте. Подачу окатышей 16 в печь необходимо начинать при удельном расходе электроэнергии 220-230 кВт·ч/т (фиг.7), когда в шихте образуется широкий колодец 17 и часть нерасплавившейся шихты находится на стенах 6 и откосах 7 и можно расплавлять одновременно шихту и окатыши 16, сохраняя высокий КПД дуг 13 на протяжении всего периода расплавления. К времени расплавления 45-50% окатышей 16 и 90% металлолома лома 12 (фиг.9) ванна металла 15 покрывается толстым слоем вспученного шлака, в который заглублены дуги 13. Погружение дуг 13 в шлак и жидкометаллическую ванну 15 после расплавления лома 12 и открытия водоохлаждаемых панелей стен 6 позволяет работать с высоким КПД дуг 13 на протяжении всего времени плавления. Средний КПД дуг 13 за время работы печи под током составляет η_дср=0,62-0,72.Figure 3 shows the position of the charge when loading into the furnace 75 tons (solid line) and 45 tons (dashed line) of the mixture obtained by multiple visual inspection of the DSP-150 furnaces with open arch 1. During the melting period, as the furnace is melted, the arcs 13 are cut under three wells 14 (Fig. 5), the diameter of which is two lengths, that is, 60-70 mm, exceeds the diameter of the electrode 4. The molten metal flows down and accumulates on the bottom of the furnace in the form of a metal bath 15. After melting the charge for 6- 8 minutes, the electrodes 4 go to the lower position and the arcs 13 start mountains be on the surface of liquid metal bath 15. The gradient of voltage in the arc column 13 is reduced by 10 times, the length of the arc 13 increases to 325 mm. Arcs 13 burn in narrow wells 14 in the charge of the metal, on the surface of which they radiate a heat flux, their efficiency is η _d = 0.94 (Fig.6). As the charge melts, the wells 14 expand, the liquid metal mirror 15 increases (Fig. 7), and the charge is melted as a result of the emission of the arcs 13 and thermal conductivity from the superheated sections under the arcs 13 to the solid charge. The supply of pellets 16 to the furnace must be started with a specific energy consumption of 220-230 kW · h / t (Fig. 7), when a wide well 17 is formed in the charge and part of the non-molten charge is on the walls 6 and slopes 7 and the charge and pellets can be melted at the same time 16, maintaining a high efficiency of arcs 13 throughout the entire period of melting. By the time of the melting of 45-50% of the pellets 16 and 90% of the scrap metal of scrap 12 (Fig. 9), the metal bath 15 is covered with a thick layer of expanded slag, into which the arcs 13 are buried. The arcs 13 are immersed in the slag and the liquid metal bath 15 after the scrap 12 is melted and opened water-cooled wall panels 6 allows you to work with high efficiency arcs 13 throughout the entire melting time. The average efficiency of arcs 13 during the operation of the furnace under current is η _dsr = 0.62-0.72.

В течение всего времени плавления поддерживают температуру ванны металла 15 в диапазоне температур 1615-1625°С за счет большой мощности дуг 13 и протекания в жидкометаллической ванне 15 экзотермических реакций при продувке ванны кислородом.Throughout the entire melting time, the temperature of the metal bath 15 is maintained in the temperature range 1615-1625 ° C due to the high power of the arcs 13 and exothermic reactions occurring in the liquid metal bath 15 when the bath is purged with oxygen.

Изобретение в настоящее время находится на стадии технического предложения.The invention is currently at the stage of a technical proposal.

Claims

Steel melting process in an electric arc furnace three-phase current, comprising melting the scrap melting and then supplying metallized pellets, characterized in that the feeding and melting of the metallized pellets is carried out when the power consumption 220-230 ^kWh / t metal bath temperature 1615-1625 ° C.