способ эксплуатации индукционной тигельной печи для ферроуглеродного процесса

Формула изобретения

СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ФЕРРОУГЛЕРОДНОГО ПРОЦЕССА, включающий непрерывное погружение брикетированного рудоугольного сырья в расплав железа, увеличение уровней жидкого железа и шлака по высоте плавильного тигля, отличающийся тем, что брикетированное рудоугольное сырье подают внутрь защитного кольца, выполненного из материала, обладающего химической стойкостью по отношению к металлу и шлаку и имеющего среднюю плотность меньше плотности жидкого металла и больше средней плотности шлака и расположенного выше допустимого уровня шлака, при этом защитное кольцо устанавливают в тигле с возможностью размещения между ним и футеровкой тигля по крайней мере еще одного дополнительного защитного кольца, не прекращая подачи рудоугольного сырья, а после установки дополнительного кольца одновременно удаляют из тигля основное защитное кольцо с налипшим на него шлаком и остатки брикетированного сырья.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прямому получению железа и может быть использовано в металлургической промышленности для получения стали.

Известен способ эксплуатации индукционной тигельной печи для ферроуглеродного процесса, который заключается в дискретном получении металла при непрерывном погружении брикетированного рудоугольного сырья, состоящего из рудного концентрата (Fe₃O₄) недефицитных углей, связующего и обессеривающего компонентов, в расплав железа, обеспечивая при этом подвод тепла в зону реакции путем теплообмена между металлом, поглощающим электромагнитную энергию и поверхностью брикета, и в изменении уровня жидкого железа и шлака по высоте плавильного тигля.

Однако производительность процесса ограничена сроком службы плавильного тигля. Постоянное изменение уровня жидкого железа и шлака по высоте тигля не позволяет, например, увеличивать толщину футеровки в зоне контакта шлака с материалом тигля из-за снижения электрического КПД печи. Поэтому основным недостатком этого способа является низкая стойкость футеровки в месте контакта ее со шлаком, что приводит к необходимости останавливать процесс и производить замену футеровки, а также относительно низкая температура шлака, что затрудняет его удаление и приводит к необходимости прекращать подачу брикетированного рудоугольного сырья и осуществлять механическое удаление шлака, что часто приводит к повреждению футеровки.

Кроме того, при взаимодействии материала тигля с расплавом вьюстита, находящегося в шлаке, изменяется основность шлака, что не способствует удалению из металла нежелательных примесей (серы, фосфора) и существенно снижает качество металла и приводит к увеличению количества шлака при осуществлении процесса.

Целью изобретения является увеличение производительности печи, повышение качества получаемого металла и уменьшение количества шлака.

В описываемом способе осуществляют постоянную защиту футеровки плавильного тигля от воздействия шлака за счет использования защитного кольца, внутрь которого подают брикетированное рудоугольное сырье. Защитное кольцо выполняют из материала, обладающего химической стойкостью по отношению к металлу и шлаку, и средней плотностью меньше плотности жидкого металла и больше средней плотности шлака. Высоту защитного кольца поддерживают выше допустимого уровня шлака. Защитное кольцо устанавливают в тигле с возможностью размещения между ним и футеровкой тигля по крайней мере еще одного дополнительного кольца, не прекращая подачи рудоугольного сырья. После установки дополнительного защитного кольца одновременно удаляют из тигля основное защитное кольцо с налипшим на него шлаком и остатки брикетированного сырья.

Шлак, образующийся в зоне реакции, накапливается внутри защитного кольца, что исключает его контакт с футеровкой тигля и продлевает срок службы тигля. Уменьшается количество шлака за счет исключения образования шлака в результате химического взаимодействия материала футеровки со шлаком и изменения основности шлака, износа футеровки. Улучшается удаление из металла нежелательных примесей, таких как сера, фосфор.

Продление срока службы плавильного тигля повышает производительность печи, так как существенно сокращается время простоя оборудования, вызванного заменой футеровки плавильного тигля. Стенки тигля выполняются минимально допустимой толщины для получения высокого значения электрического КПД, так как защитное кольцо подвижно и перемещается одновременно с изменением уровня металла и шлака и тем самым осуществляется возможность выполнения футеровки однородной по составу и постоянной толщины, что упрощает технологию изготовления тигля, сокращает время его изготовления и позволяет в зависимости от марки выплавляемого металла, температуры и особенностей технологического процесса применять нужный вид футеровки (кислую, основную или нейтральную).

На чертеже изображена индукционная тигельная печь для прямого получения железа.

Печь для ферроуглеродного процесса представляет собой футеровку, как правило, цилиндрической формы, выполненную из огнеупорного материала и помещенную в полость индуктора 1, подключенного к источнику переменного тока. Футеровка состоит из плавильного тигля 2 со сливным носком 3 и так называемым "воротником" 4. Плавильный тигель 2 установлен на подине 5, снабжен крышкой 6 и окружен слоем тепловой изоляции 7. Защитное кольцо 8 размещено в тигле с зазором по отношению к футеровке. Внутри кольца подают рудоугольные брикеты 9 с помощью устройства 10.

Способ эксплуатации печи для ферроуглеродного процесса осуществляют следующим образом.

Сначала плавильный тигель заполняют наполнителем, которым является расплав 11 железа (сталь 3, армко). В тигле устанавливается уровень 12 расплава. В циркулирующий расплав железа непрерывно погружают брикетированное рудоугольное сырье. Температуру расплава поддерживают в пределах 1590-1700^оС. Индукционный нагрев обеспечивает подвод тепла к расплаву 5-6,2 КДЖ на 1 г получаемого железа, которое передается путем конвективного теплообмена к поверхности погруженной части брикета, обеспечивая при этом тепловой поток 50-200 Вт/см². Сначала происходит процесс восстановления до вьюстита за счет взаимодействия с жидким железом, а затем вьюстит восстанавливается (тощим) углем и получаемую металлическое железо плавится. Образующийся при реализации указанного процесса шлак 13 скапливается между поверхностью брикета 9 и внутренней поверхностью защитного кольца 8, изготовленного из материала, плотность которого меньше плотности расплава 11 железа и больше плотности шлака 13, и обладающего высокой огнеупорностью и термостойкостью, а также химической стойкостью по отношению к расплавленному металлу и шлаку при рабочих температурах, например материалы на основе окислов алюминия или хрома (Аl₂О₃, ВеО и т.д.). Плотность защитного кольца 8 ( = 3,96, _BeO =3,01) меньше плотности расплава 11 железа (_Fe =7,23) и больше плотности шлака 13 (_шл = 3,8-4), что может быть обеспечено, например, выполнением в футеровке защитного кольца герметичной коаксиальной полости, заполненной, например, железом, сталью и т.д. Если, например, объем железного кольца, окруженного со всех сторон оксидом алюминия или оксидом бериллия, составляет половину объема защитного кольца, то средняя плотность кольца будет = 5,54 или = 5,05, т.е. выполнены условия, которые обеспечивают полное погружение кольца в шлак до уровня расплава железа и плавучесть его в расплаве железа с погружением в него нижней части защитного кольца. Это позволяет постоянно осуществлять ферроуглеродный процесс в зоне тигельной печи, ограниченной по периферии защитным кольцом, несмотря на то, что уровни металла и шлака постоянно меняются по мере проведения процесса (например, при введении в расплав брикета, удалении шлака, сливе металла и т.д.). Это препятствует контакту шлака со стенкой тигля при любых режимах эксплуатации индукционной печи, так, например, осуществлять слив металла непрерывно по мере его получения, так и после накопления его в тигле, с последующим сливом через сливной носок 3.

По мере накопления шлака 13 в защитном кольце 8 он удаляется оттуда, например, механическим путем. Так как шлак не взаимодействует со стенкой плавильного тигля 2, то при его механическом удалении стенка тигля не повреждается. Замена защитного кольца 8 может осуществляться непосредственно во время проведения ферроуглеродного процесса путем установки нового кольца, внутренний диаметр которого больше наружного диаметра заменяемого кольца, которое удаляется вместе с налипшим на него шлаком.

Описываемый способ позволяет увеличить коэффициент использования оборудования за счет уменьшения времени и средств на замену или ремонт футеровки, а также дает возможность получать чистый по примесям металл.