PL171415B1

PL171415B1 - Sposób wytwarzania stali i piec elektryczny lukowy do wytwarzania stali PL PL

Info

Publication number: PL171415B1
Application number: PL92296650A
Authority: PL
Inventors: Harald Berger; Peter Mittag; Johannes Steins; Gert Pfeiffer
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen
Priority date: 1991-11-18
Filing date: 1992-11-18
Publication date: 1997-04-30
Also published as: KR930010512A; CN1028115C; EP0548041A3; CN1072459A; SK341992A3; RU2096706C1; JPH05223457A; JP2875120B2; CZ341992A3; US5471495A; US5573573A; PL296650A1; CA2083129A1; KR960004796B1; CA2083129C; EP0548041A2

Abstract

1 Sposób wytwarzania stali ze zlomu i/lub zelaza gabczastego i/lub surówki przy uzyciu pieca elektrycznego lukowego, w którym w przestrzeni ro- boczej tkwi co najmniej jedna elektroda przesuwna w kierunku jej dlugosci, i w którym stapia sie w sposób ciagly material wsadowy, znamienny tym, ze mate- rial wsadowy stapia sie w sposób ciagly w przestrzeni roboczej (30) w postaci szybu po czym ciekly stop gromadzi sie kolejno partiami w przestrzeni trzonowej (31) pieca 1 tu przerabia sie na stal, nagrzewa 1 doko- nuje spustu Fig. 1 a PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania stali w piecu elektrycznym łukowym przez stapnianie złomu, zwłaszcza złomu żelaznego, i/lub żelaza gąbczastego i/lub surówki, jak również dodatków w przestrzeni roboczej pieca, w której tkwi co najmniej jedna elektroda grafitowa przesuwna w kierunku jej długości, przy czym łuk elektryczny powstaje między elektrodą grafitową a materiałem wsadowym.

Przedmiotem wynalazku jest także piec elektryczny łukowy do wytwarzania stali.

Tradycyjne piece łukowe na prąd stały do stapiania złomu, które umożliwiają wprowadzanie nieco większej ilości energii, posiadająjednąjedyną środkową elektrodę grafitową, umieszczoną pionowo w przestrzeni roboczej pieca. Możliwy wkład energii, który jest żalezny od prądu wtórnego, jest ograniczony przez maksymalnie możliwą do stosowania średnicę elektrody grafitowej. Maksymalny wkład energii jest obecnie możliwy w piecach tego rodzaju z elektrodami, których średnia wynosi 700 mm.

Elektrody o tak dużych średnicach i elektrody o przewidywanych jeszcze większych średnicach wymagają jednak ze względu na występowanie baidzo dużych mas, sił i momentów sił, nadzwyczaj kosztownych rozwiązań konstrukcyjnych, powodują kłopoty występujące w pracy urządzenia zaciskowego elektrody, ramienia nośnego elektrody, urządzenia do podnoszenia elektrody i prowadzenia jej kabli wielkoprądowych itp.

Ponadto tak duże średnice elektrod powodują trudności w ich wytwarzaniu o dostatecznej jakości. Poza tym wkład energii jest skoncentrowany za pomocą jedynego łuku elektrycznego w jednym miejscu, mniej więcej w środku pieca, i zostaje utrudniony wpływami magnetycznymi, które przy dużych mocach działają na łuk elektryczny.

W konwencjonalnych trójfazowych piecach łukowych, jak np. według opisów patentowych DE-C-29 44 269, FR-B-2 218 397 oraz DE-A-32 41 981, wytapia się za pomocą trzech elektrod, umieszczonych w środku na kole podziałowym, pionowy krater w złomie, a następnie rozpuszcza pozostały złom. Nie wykorzystana energia gorących spalin, unoszących się w pustym kraterze ku górze, w zwiększonym stopniu ogrzewa pokrywę i tak samo jak w konwencjonalnych piecach łukowych na prąd stały - wywołuje żarzenie się elektrody na dużej długości, co powoduje silne wypalanie jej boków. Poza tym dla elektrod są potrzebne bardzo masywne ramiona nośne, słupy podnośnikowe z ciężkimi prowadnicami, aby móc przeciwdziałać siłom i drganiom powodowanym przez używanie prądów o dużym natężeniu. Te urządzenia stanowią ważny składnik kosztów inwestycyjnych, który w coraz większym stopniu podraża trójfazowe piece łukowe i utrudnia ich eksploatację.

Ponadto z europejskiego opisu patentowego nr EP-B-0 240 485 wiadomo, że do wytwarzania stali ze złomu w piecu z szybem i połączonym z nim piecem trzonowym, jako urządzenie ogrzewające, stosuje się kilka palników plazmowych, które są umieszczone skośnie w stosunku do osi pieca i na obwodzie wchodzą z zewnątrz do jego wnętrza. Palniki plazmowe mająjednak ograniczoną moc ze względu na ich katodę wolframową a do tego istnieje stałe niebezpieczeństwo przecieku wody.

Piec do wytwarzania ciekłego metalu z rudy jest znany z opisu patentowego US-A1,542,562 Ten piec posiada szyb tworzący część górną pieca, jak również rozszerzoną promieniowo w stosunku do niego część dolną, do której wchodzą elektrody Ponadto, piec ten posiada na środku trzonu przestrzeni roboczej pieca stożkowe wzniesienie, które służy do tego, aby słup rudy przemienić w stosunkowo cienką warstwę płaszczową, w celu umożliwienia korzystniejszego redukowania i stapiania rudy.

Elektrody skierowane ku słupowi rudy ogrzewają ją wskutek oporności elektrycznej czynnej lub działaniem promieniowania łuku elektrycznego płonącego między każdymi dwiema sąsiaduiącymi z sobą i pochylonymi ku sobie elektrodami. W tym znanym piecu chodzi o piec redukc^m' o bardzo małej wydajności ograniczonej zużywaniem się stożkowego wzniesienia. Poza tym nie jest możliwa obróbka metalurgiczna fazy ciekłej przy dostarczaniu energii przez skośne elektrody.

Zadaniem wynalazku jest usunięcie tych wad i niedogodności sposobem wytarzania stali opisanego na wstępie rodzaju oraz przez zastosowanie pieca elektrycznego łukowego, w którym możliwe będzie doprowadzanie do pieca szczególnie dużej ilości energii przy niskich kosztach inwestycyjnych, eksploatacyjnych i konserwacyjnych, i który odznacza! się będzie dużą niezawodnością pracy i dyspozycyjnością.

Zadanie to rozwiązano zgodnie z wynalazkiem w zakresie sposobu dzięki temu, ze w piecu elektrycznym łukowym materiał wsadowy stapia się w sposób ciągły w przestrzeni roboczej pieca w postaci szybu, po czym ciekły stop gromadzi się partiami w trzonowej przestrzeni roboczej pieca i tu przerabia się na stal, nagrzewa i dokonuje spustu.

Według dalszego sposobu według wynalazku w sposobie wytwarzania stali, po załadowaniu złomu do pieca i zapłonie łuku elektrycznego doprowadza się do łuku elektrycznego przez puste przestrzenie wydrążonych elektrod grafitowych substancje organiczne. Jako substancje organiczne wprowadza się do łuku elektrycznego węglowodory w postaci stałej, ciekłej i/lub gazowej, rozkłada się je chłodząc koniec elektrody i następnie spala się produkty rozkładu. Korzystnie, jako węglowodory w postaci stałej wprowadza się odpadkowe tworzywa sztuczne, które transportuje się do łuku elektrycznego pneumatycznie za pomocą gazu nośnego.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku, jako węglowodory ciekłe wprowadza się zużyte oleje.

Mieszaninę gazową (CO+H2) tworzącą się w łuku elektrycznym przez doprowadzenie gazu ziemnego podnosi się ku górze i na poziomie powyżej wnęk wypalonych przez łuk elektryczny dopala się, przy czym dopalanie mieszaniny gazowej (CO+H2) wykonuje się przez spalanie mieszaniny paliwa gazowego z tlenem.

W odniesieniu do pieca elektrycznego łukowego do wytwarzania stali zadanie to rozwiązano przez to, ze piec elektryczny łukowy do wy twarzania stali, przez stapianie złomu, zwłaszcza złomu żelaznego, i/lub żelaza gąbczastego i/lub surówki, jak również dodatków, w przestrzeni roboczej pieca, w której jest osadzona co najmniej jedna elektroda grafitowa przesuwna w kierunku jej długości, przy czym łuk elektryczny powstaje między elektrodą grafitową a materiałem wsadowym, a piec jest wyposażony w otwór wsadowy i spustowy i urządzenia do podtrzymywania i prowadzenia elektrod oraz urządzenia ogrzewające, elektroda grafitowa wprowadzona jest z boku do części dolnej przestrzeni roboczej pieca, przy czym część dolna przestrzeni roboczej posiada w obszarze elektrody grafitowej rozszerzenie wystające promieniowo na zewnątrz w stosunku do części górnej.

Korzystnie, rozszerzenie rozciąga się pierścieniowo wokół części górnej - przy czym rozszerzenie to nie musi koniecznie tworzyć zamkniętego pierścienia, lecz przy urządzeniu spustowym może być przerwane - lub znajdować się tylko w obszarze wejścia elektrody grafitowej w części dolną. Według tej ostatniej cechy rozszerzenie tworzy tak zwaną komorę elektrodową, w której leży koniec elektrody, zabezpieczony podczas ładowania wsadu. Komora elektrodowa ma przy tym rozciągającą się w kierunku obwodu szerokość większą od 3 do 7 razy od średnicy elektrody. Zapewnia to efektywniejszy przepływ gazu przez słup złomu znajduj ący się we wnętrzu pieca jak również optymalną ochronę elektrod grafitowych.

Według kolejnej cechy wynalazku, elektrody grafitowe są skierowane skośnie do dołu w kierunku trzonu przestrzeni roboczej pieca, dzięki czemu można łuk elektryczny kierować w przybliżeniu prostopadle do powierzchni stożka nasypowego materiału wsadowego. Skośne umieszczenie elektrod umożliwia także po całkowitym stopieniu złomu efektywne przegrzanie ciekłego metalu jak również wykonanie praktykowanych w tradycyjnych piecach łukowych operacji metalurgicznych, jak świeżenia, odtleniania, wprowadzania składników stopowych itp.

171 415

Będący przedmiotem wynalazku piec łukowy prądu przemiennego trójfazowego ma trzy lub wielokrotność trzech elektrod grafitowych, a piec prądu stałego ma kilka elektrod grafitowych.

Diar< t -t-woi otolarrp, mn λ! V tt-rsH VJ rtł-nfi tO.”'o -rsrsrłln-ł ηl/Piec łukowy prądu, staiego rnu elektrody graiitowe podłączone jako tr ιίΙγιγΙλ i kuiuu y _v * trzonie przestrzeni roboczej pieca jest umieszczona anoda.

Według innej korzystnej cechy co najmniej jedna elektroda grafitowa podłączona jest jako katoda i co najmniej jedna jako anoda. Przy takim wykonaniu unika się występującego w tradycyjnych piecach łukowych z elektrodą grafitową włączoną anodowo zwiększonego zuzycia się jej. które moze być do trzech razy większe od zuzycia elektrody grafitowej włączone] katodowo, gdyz w sposobie według wynalazku elektrodę grafitową poddaje się specjalnym zabiegom chłodniczym. Dzięki temu praca pieca łukowego na prąd stały jest możliwa częściowo lub całkowicie bez anody a więc i bez ciekłej warstwy na trzonie pieca.

Elektrody grafitowe są połączone elektrycznie niezależnie od siebie a rozmieszczenie elektrod grafitowych jest takie, że wymiana elektrody lub uzupełnianie jej długości moze odbywać się niezależnie od pracy innych elektrod, dzięki czemu jest mozliwa ciągła praca pieca łukowego bez przerywania dopływu prądu do innych elektrod. Powoduje to znaczne zwiększenie dyspozycyjności pieca łukowego.

Elektrody grafitowe korzystnie są umieszczone w przybliżeniu na jednym poziomie i w przybliżeniu promieniowo-symetrycznie w stosunku do osi pionowej pieca.

Według wynalazku, na co najmniej jednym poziomie powyżej poziomu, na którym są umieszczone elektrody grafitowe, zostały osadzone w szybie pieca gazowo-tlenowe lance palnikowe, służące do doprowadzania energii z paliw kopalnych i do wprowadzania tlenu z boku do przestrzeni roboczej pieca. Przy tym gazowo-tlenowe lance palnikowe są umieszczone promieniowo-symetrycznie w stosunku do osi pionowej pieca, a patrząc w kierunku tej osi pionowej są położone między elektrodami grafitowymi.

W celu umożliwienia szczególnie efektywnego stapiania każda z elektrod grafitowych jest podparta skośnie na urządzeniu podporowym 'elektrody, na którym jest ona ułożyskowana poosiowo przesuwnie i wychylnie wokół osi pionowej i poziomej Dzięki temu, także w przypadku ładowania wsadu do pieca z jednej strony, zawsze udaje się wytwarzanie optymalnie działającego łuku elektrycznego.

Elektroda grafitowa korzystnie jest podparta na urządzeniu podporowym elektrody za pomocą wałków podpierających przesuwnie w kierunku jej osi podłużnej naurządzeniu podporowym elektrody.

W celu umożliwienia wypływania ciekłego metalu z pieca łukowego przez przechylanie go, urządzenie podporowe elektrody jest korzystnie przejezdne na platformie roboczej otaczającej przestrzeń roboczą w kierunku promieniowym względem tej przestrzeni roboczej zarówno w jej stronę jak i w stronę przeciwną.

Elektrody grafitowe są drążone, a ich przestrzeń pusta jest połączona z rurociągiem doprowadzającym gaz i z rurociągiem do doprowadzaniapyłów zawierających metal i/lub tlenek metalu i/lub substancje organiczne.

Zgodnie z wynalazkiem piec łukowy ma przestrzeń roboczą w postaci szybu, przy czym szyb posiada na końcu górnym jeden lub kilka zamykanych bocznych otworów wsadowych. Dzięki temu zbędne jest stosowanie mechanizmu do podnoszenia i obracania pokrywy jak również przerywania procesu stapiania przez usuwanie pokrywy stosowanej w tradycyjnych piecach łukowych jak również elektrod wprowadzanych przez pokrywę do wnętrza pizestrzeni roboczej pieca Ponadto podczas operacji załadowywania pieca nie musi być przerywany proces stapiania, co zwiększa także dyspozycyjność pieca.

Według dalszej cechy wynalazku bezpośrednio obok przestrzeni roboczej w postaci szybu piec ma trzonową przestrzeń roboczą oddzieloną przez zaporę przelewową.

W dnie przestrzeni roboczej w postaci szybu znajduje się okrągłe lub owalne, nieckowate wgłębienie, które jest oddzielone od wgłębienia w dnie trzonowej przestrzeni roboczej przez zaporę przelewową a wgłębienia przestrzeni roboczej w postaci szybu i trzonowej przestrzeni

171 415 roboczej są w przybliżeniu styczne. Dno trzonowej przestrzeni roboczej ma wgłębienie w kształcie wanny.

Korzystnie, przestrzeń robocza w postaci szybu ma w górnej części urządzenie odsysające spalin.

Przestrzenie robocze pieca są przechylne za pomocą napędów.

W piecu łukowym będącym przedmiotem wynalazku, łuk elektryczny pali się w przybliżeniu na przedłużeniu osi elektrody ku materiałowi wsadowemu, wskutek czego wypala on wnękę w stożku nasypowym materiału wsadowego. Do tej wnęki spada leżący nad nią materiał wsadowy, który dostaje się w strefę działania łuku elektrycznego i stapia się.

Dzięki temu, że elektroda grafitowa jest wprowadzona z boku do części dolnej zbiornika iozszerzonej promieniowo w stosunku do części górnej przestizeni roboczej, jest ona dobrze chroniona przed spadającym materiałem wsadowym Tylko w celu zapłonu łuku elektrycznego lub przegrzania wytworzonej ze złomu kąpieli stalowej po całkowitym stopieniu złomu przesuwa się elektrodę grafitową dalej do przed. Podczas stapiania złomu koniec elektrody trzyma się odpowiednio na zewnątrz obrysu części górnej przestrzeni roboczej pieca.

Gorące gazy, powstające podczas stapiania, są zasysane poprzez słup złomu ku górze i ogrzewają złom. Wprowadzane z boku elektrody są w większej części chronione przed tymi gorącymi gazami, tak, że żarzą się one tylko na małej długości jak również ulegają odpowiednio małemu wypalaniu bocznemu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia piec elektryczny łukowy w przekroju pionowym; fig. 2a - piec elektryczny łukowy prądu stałego według pierwszego i drugiego przykładu wykonania, w widoku z góry, fig. 1b i 2b dalszy przykład wykonania pieca z oddzielnymi rozszerzeniami w dolnej części przestrzeni roboczej, w obszarze umieszczonych po bokach elektrod; fig. 3 i 4 - trzeci przykład wykonania pieca łukowego prądu stałego pokazany analogicznie jak na fig. la i 2a; fig. 5, 6 i 7 - piec prądu przemiennego trójfazowego pokazany analogicznie jak na fig. 2a, 3 i 4; fig. 8 urządzenie łącznikowe dla elektrody pieca według wynalazku w widoku z boku i fig. 9 urządzenie łącznikowe z fig 8 w widoku z góry.

Według przykładu wykonania przestawionego na fig. la i 2a przestrzeń robocza 1 pieca elektrycznego prądu stałego posiada wgłębiony nieckowato trzon 2, który jest wyłożony materiałem ogniotrwałym. Powyżej trzonu 2 znajduje się szyb 4, który jest wykonany w postaci chłodzonego wodą lub wyłożonego materiałem ogniotrwałym płaszcza metalowego 5, przy czym szyb ten jest zamknięty przez pokrywę 6 usuwaną przez odchylanie lub także przez podnoszenie.

Jak pokazano na fig. 2a trzon 2 posiada w rzucie poziomym zasadniczo okrągły kształt Z jednej strony przechylnego pieca elektrycznego jest usytuowana rynna spustowa 7 Przestrzeń' robocza 1 pieca może także posiadać umieszczony mimośrodowo denny otwór spustowy. Szyb 4 ciągnie się od trzonu 2 najpierw na małą wysokość jako dolna część cylindryczna 8, na której średnica jest równa średnicy trzonu 2, następnie zwęża się w części 9 do postaci stożka ściętego a powyżej części 9 stanowiącej stożek ścięty zwęża się ponownie do postaci górnej części cylindrycznej 10 o średnicy zmniejszonej w stosunku do średnicy trzonu.

Według dalszego przykładu wykonania wynalazku (fig. 1b i 2b) szyb 4 posiada od góry do dołu jednakową średnicę (pomijając ewentualną stożkowatość) i w obszarze umieszczonych z boku elektrod grafitowych posiada oddzielne rozszerzenia 9' do wprowadzania elektrod grafitowych 11 do przestrzeni roboczej pieca.

Szerokość rozszerzeń 9' rozciągających się w kierunku obwodu części dolnej 8 pieca łukowego jest większa od 3 do 7 razy od średnicy elektrody, tak, że rozszerzenia 9' tworzą komory elektrodowe otaczające wolną przestrzenią elektrody grafitowe 11, gdy tkwią one we wnętrzu pieca.

Stwarza to możliwość lepszego przepływu gazu przez słup złomu, lepszą ochronę elektrod przed opadającym złomem i możliwość przebudowy istniejących pieców łukowych z pionowymi elektrodami grafitowymi na piece z elektrodami umieszczonymi z boku.

171 415

Wokół pieca jest umieszczonych na jego obwodzie kilka elektrod grafitowych 11 na prąd stały. W przedstawionym przykładzie wykonania są cztery elektrody grafitowe 11 rozmieszczone w odstępach co 90°. Elektrody grafitowe 11 są podparte na otaczającej przestrzeń roboczą 1 pieca platformie roboczej 12 za pomocą przejezdnego na tej platformie 12 wagonika 13. Każdy z tych wagoników 13 posiada podnoszone i opuszczane jak również odchylane wokół w przybliżeniu pionowej osi i wokół w przybliżeniu poziomej osi urządzenie podporowe 14 elektrody, które jest wyposażone w wałki 15 podpierając elektrodę grafitową 11 i urządzenie zaciskowe 16 elektrody. Każda elektroda grafitowa jest prowadzona bezpośrednio na wałkach 15 i poruszana w przód i w tył przez cylinder hydrauliczny, który działa bezpośrednio na urządzenie podporowe elektrody lub na oddzielne urządzenie, przy czym ruch ten jest regulowany przez układ regulacyjny elektrod. Do wykonywania ruchów odchylających jak również do przesuwania podłużnego służą przede wszystkim urządzenia napędowe hydrauliczne, które nie są jednak bliżej pokazane na rysunku.

Elektrody grafitowe 11 wchodzą przez otwory 17 w części 9 w postaci stożka ściętego lub w rozszerzeniach 9' do części dolnej przestrzeni wewnętrznej 18 pieca, przy czym można nastawiać nachylenie elektrod grafitowych 11 i odległość promieniową od osi środkowej 19 przestrzeni roboczej 1 pieca zależnie od warunków eksploatacyjnych, to znaczy od ilości materiału ładowanego do pieca, stopnia stopienia wsadu lub wysokości zwierciadła kąpieli ciekłego stopu podczas przegrzewania ciekłego stopu. W trzonie 2 pieca jest usytuowana centralnie jednajedyna anoda 20, ku której skierowane umieszczone promieniowo-symetrycznie elektrody grafitowe 11. Końce 21 wszystkich elektrod grafitowych 11 lezą w przybliżeniu na jednakowym poziomie i podczas normalnej pracy, na zewnątrz średnicy części górnej 10, chyba, że stopień stopienia materiału wsadowego pozwala na głębsze wprowadzanie elektrod grafitowych 11 do przestrzeni wewnętrznej 18 pieca.

Na kilku poziomach powyżej poziomu końców 21 elektrod są umieszczone gazowo-tlenowe lance palnikowe 22, które są wprowadzone przez otwory 23 w cylindrycznej części górnej do przestrzeni wewnętrznej 18 pieca. Jak pokazano na fig. 2a umieszcza się zwłaszcza po dwie takie gazowo-tlenowe lance palnikowe 22 między każdymi dwiema sąsiadującymi z sobą elektrodami grafitowymi 11.

Elektrody grafitowe 11 są drążone i posiadają centralną, przelotową przestrzeń pustą 24. Ta przestrzeń pusta 24 jest połączona z rurociągiem 25, przez który są doprowadzane substancje organiczne, korzystnie gaz ziemny i/lub stałe i/lub ciekłe węglowodory i/lub pyły zawierające metale i/lub tlenki metali.

W przeciwieństwie do tradycyjnych pieców na prąd stały całą moc elektryczną doprowadza się nie centralnie poprzez jedną jedyną bardzo grubą elektrodę grafitową lecz przez cztery lub więcej elektrod grafitowych 11 o mniejszej średnicy umieszczonych w piecu łukowym na prąd stały w czterech promieniowo-symetrycznych miejscach. Dzięki temu widmo mocy doprowadzanej przesuwa się tak wysoko do góry, że ograniczenie mocy pieca łukowego na prąd stały nie wynikajuż z obciążalności prądowej elektrod. Zbędne są ramiona nośne i słupy podnośnikowe.

Podczas przechylania pieca elektrycznego w czasie wykonywania operacji spuszczania ciekłego metalu w przypadku tradycyjnych pieców z centralną elektrodą grafitową wchodzącą do pieca przez pokrywę, zasilające kable wysokoprądowe, byłyby bardzo obciążone ze względu na ich długość i skręcenie. Według wynalazku mogą one być cieńsze z uwagi na przewodzenie mniejszego prądu dla jednej elektrody, a elektrody grafitowe 11 mogą być wycofywane z pieca na platformie roboczej 12, a więc umożliwiają stosowanie krótkich, bardzo mało obciążonych mechanicznie kabli wysokoprądowych. Ta zaleta w stosunku do konwencjonalnych pieców na prąd stały zostaje jeszcze wzmocniona przez fakt, że według wynalazku kable wysokoprądowe nic biorą udziału w odchylaniu pokrywy.

Wprowadzanie elektrod do pieca na każdym z czterech stanowisk dla elektrod grafitowych odbywa się oddzielnie i niezależnie, bez konieczności przerywania pracy innych elektrod grafitowych 11. Dzięki temu wzrasta znacznie dyspozycyjność pieca elektrycznego w porów171 415 namu z tradycyjnym piecem łukowym prądu stałego z jedną jedyną centralną elektrodą grafitową, którego praca musi być przerwana w razie wymiany elektrody lub uzupełniania jej długości.

Gdy poprzez drążenie elektrody grafitowe i 1, wprowadza się do pieca stałe, ciekłe lub pi i rf ri ni Λ /ΜΊΎπη I-ΊΓ,νι A AU, ru 7I Λνίι 4-/·\ /4' substancjo organiczne. wywiera o d

....łntPlO /-λΙλ ł·/-»/4 r» <-» ziatauie ciiivuzqn na ziemny np. po dostaniu się z elektrody grafitowej do łuku elektrycznego 26 rozkłada się na składniki C i H2, które w wysokiej temperaturze łuku elektrycznego 26 w procesie stapiania nie mogą spalać się w tlenie. Ten proces rozkładu przebiega ze zużyciem energii. Mieszaninę gazową CO+H2 powstającą w wyniku rozkładu CH4 we wnętrzu pieca dopala się za pomocą gazowotlenowych lancy palnikowych 22 na CO2 i H2O. Powstające przy tym ciepło doprowadza się we wnętrzu pieca do zimnego jeszcze złomu 27 przed stopieniem go.

Dzięki skośnym elektrodom grafitowym 11 ze skośnym łukiem elektrycznym 26 wytapia się w złomie wnęki 28, do których złom ten opada nie trafiając przy tym w elektrody grafitowe umieszczone bezpiecznie w części dolnej 8 lub w rozszerzeniach 9' i nie uszkadzając ich. Gorące gazy z procesu stapiania, które w konwencjonalnym piecu łukowym prądu stałego z pionową elektrodą grafitową płyną w wytopionym kraterze bez oporów bezpośrednio do góry i są odciągane, w będącym przedmiotem wynalazku piecu elektrycznym z kilkoma skośnymi elektrodami grafitowymi unoszą poprzez znajdujący się nad wnęką złom i ogrzewają go wstępnie.

Dołącza się do tego dodatkowo zachodzące wewnątrz pieca wstępne ogrzewanie złomu przez wyżej opisane dopalanie. Dzieje się to tak długo, aż złom stopi się do postaci ciekłej kąpieli i łuki elektryczne 26 palą się i ogrzewają lub przegrzewają ją.

Po wytopieniu ciekłego metalu wyciąga się elektrody grafitowe wagonikami z przestrzeni wewnętrznej 18 pieca i przechyla piec łukowy w celu wykonania spustu. Po spuście cofa się piec do położenia pionowego, otwiera pokrywę 6, ładuje złom 27 do pieca i zamyka pokrywę 6. Ładowanie złomu może się odbywać także przez boczne otwory zamykane klapami w cylindrycznej części górnej 10, które na rysunku nie są pokazane. Po wsunięciu elektrod grafitowych 11 do pieca przez jego boki ponownie zaczynać stapianie.

Istotne są korzyści osiągane z będącego przedmiotem wynalazku pieca łukowego na prąd stały a mianowicie, możliwość wykonania pieca łukowego prądu stałego o bardzo dużej wydajności, gdyż wydajność ta jest rozdzielona na kilka elektrod grafitowych 1 nie ma żadnych ograniczeń powodowanych przez średnicę elektrody (>150 t/h). Wydajności tradycyjnego pieca ,łukowego na prąd stały z centralną elektrodą grafitową jest ograniczona ze względu na wymiary tej jedynej elektrody (<100 t/h). Znacznie zwiększona jest dyspozycyjność pieca. W razie zakłóceń w pracy jednej z elektrod grafitowych 11 (np. pęknięcia lub uzupełniania jej długości ltp.) dalsza praca pieca elektrycznego jest możliwa, podczas gdy w pracy jednoelektrodowego pieca łukowego musi nastąpić przerywa. Piec elektryczny może mieć także większą wysokość, np. może być wykonany jako piec szybowy, jak to pokazano na fig 1 a linią przerywaną. Dzięki temu cała ilość złomu 27 dla jednego wsadu może być załadowana z góry za pomocą kosza lub rynny zsypowej jednorazowo lub w kilku porcjach, bez przerywania odbywającego się niżej procesu stapiania. Powoduje to zwiększenie produkcji o około 10% W piecu wykonanym jako piec szybowy można zastosować boczny otwór załadunkowy do ciągłego ładowania (z odpowiednią śluzą do zapobieżenia wydostawaniu się pyłu), tak, że może być wówczas zbędny mechanizm do podnoszenia i odchylania pokrywy. Uproszczone 1 tańsze są urządzenia pomocnicze pieca o około 20%, dzięki rezygnacji z ramion nośnych elektrod, słupa podnośnikowego elektrod, prowadnic słupa podnośnikowego 1 znacznemu zmniejszeniu transformatora, urządzenia hydraulicznego do przemieszczania elektrod itd. Dzięki temu osiąga się znacznie korzyści w zakresie konserwacji urządzeń pieca. Osiąga się lepsze doprowadzanie energii do materiału poddawanego stapianiu przez optymalne rozmieszczenie doprowadzanej energii we wnętrzu pieca, lepsze możliwości regulowania dzięki zmniejszeniu elementów ruchomych w układzie elektrodowym, lepsze ogrzewanie wstępne złomu we wnętrzu pieca przez gorące spaliny z wytopionych przez skośne elektrody grafitowe 11 wnęk 26. Dzięki temu zmniejszone zostaje zużycie energii .0 około 50 kW h/t, to jest o około 15% oraz zwiększenie wydajności o około 10%. Zmniejszone jest zużycie elektrod o około 25% dzięki skośnemu

171 415 umieszczeniu elektrod w piecu: żarzący się odcinek elektrody jest krótszy, gorące spaliny nie unoszą się wzdłuż elektrody grafitowej, co powoduje zmniejszenie wypalania boków. Zbędne iest stosowanie nadzwyczaj dużych elektrod natomiast można używać elektrody o małych

J---~--~ — ---- - - J J J , J J J średnich (około 200 do 450 mm), których małe wymiary zostają usprawnione przez większe przewodnictwo właściwe (A/cm²) przy małych średnicach. Uniknięto odchylania łuku elektrycznego przez pola magnetyczne, występujące w piecach łukowych na prąd stały przy dużym natężeniu prądu, gdyż dzięki podzieleniu na kilka elektrod grafitowych występują o wiele mniejsze prądy oddzielne a tym samym i słabsze pola magnetyczne.

Według przykładu wykonania przedstawionego na fig. 3 i 4 piec posiada przestrzeń roboczą 30 w postaci szybu i oddzieloną od niej, samodzielną ale połączoną z nią trzonową przestrzeń roboczą 31, przy czym te przestrzenie robocze są wsparte na fundamencie za pomocą urządzeń przechylnych 32

Trzon 33 pieca tworzy pancerz blaszany 34, który jest zaopatrzony od wewnątrz w wykładzinę ogniotrwałą 35. Posiada ona w przestrzeni roboczej 30 w postaci szybu okrągłe lub owalne nieckowate wgłębienie denne 36, które jest oddzielone od wgłębienia 37 trzonu 33, przyporządkowanego przestrzeni roboczej 31, przez zaporę przelewową 72. Do opróżniania wgłębienia dennego 36, w celu umożliwienia przebadania, naprawienia lub wymiany anody dennej 20 jest wykonany w trzonie 33 otwór spustowy 73, któryjest umieszczony mimośrodowo. Wykładzina ogniotrwała ciągnie się w obszarze przestrzeni roboczej 31 wyżej i tworzy połączone trzonem ściany boczne 38, które jednak także mogą być wykonane jako ściany chłodzone wodą.

W rzucie poziomym, jako pokazano na fig. 4, zarówno przestrzeń robocza 30 w postaci szybu jak i trzonowa przestrzeń robocza 31 są w przeważającej mierze okrągłe; ich trzonowe wgłębienia 36, 37 stykają się z sobą w przybliżeniu stycznie. Obydwie przestrzenie wewnętrzne 18 i 18' pieca łączą się z sobą w miejscu zetknięcia, przy czym wgłębienia 36 i 37 w trzonach są oddzielone od siebie przez zaporę przelewową 72. Przestrzeń robocza 31 może przyjąć cały wsad, przy czym nie zostaje wtedy osiągnięta wysokość zapory przelewowej 72.

Jak wynika z fig. 3 i 4 piec jest przechylny w pionie w stosunku do osi poziomej łączącej środek 39 przestrzeni roboczej 30 ze środkiem 40 przestrzeni roboczej 31.

Przestrzeń robocza szybu ma płaszcz metalowy w postaci części cylindrycznej 41 szybu o średnicy mniejszej od średnicy dna pieca. Na końcu górnym części cylindrycznej 41 szybu jest umieszczony podnoszony i opuszczany za pomocą cylindra 42 ze środkiem ciśnieniowym, kołpak 43, który z jednej strony posiada wyjęcie 44, tak że przy podniesionym kołpaku 43, pokazanym na fig. 3 linią kreska-kropka, odkrywa się otwór załadunkowy, przez który ładuje się do pieca złom 27 za pomocą rynny załadunkowej 45 złomu. Ładowanie złomu może się odbywać także przez boczne otwory zamykane klapami w części cylindrycznej 41 szybu, które nie są pokazane na rysunku. Podczas ładowania może być włączona w układ ładunkowy śluza zabezpieczająca przed wydostawaniem się spalin z pieca do otoczenia. Środek kołpaka 44 jest połączony z rurą wyciągową 46 spalin, która wchodzi do współŚrodkowej, nieruchomej rury wyciągowej 48, połączonej z ciągiem ssącym 47.

Przestrzeń robocza 30 w postaci szybu jest zaopatrzona na swoim końcu dolnym w rozszerzającą się do dołu część dolną 50, wytworzoną przez płaszcz 49 chłodzony wodą Ta rozszerzająca się do dołu część dolna 50 posiada lezące na płaszczu 49 w kształcie stożka ściętego otwory 51, przez które wchodzą do wnętrza przestrzeni roboczej 30 elektrody grafitowe 11, skierowane skośnie ku środkowi dna. Elektrody grafitowe 11 są ułożyskowane we wspornikach 52 i są przesuwne poosiowo w kierunku dna 33 lub w kierunku przeciwnym jak również odchylane za pomocą urządzenia odchylającego 53. W przedstawionym przykładzie wykonania nachylenie osi elektrody w stosunku do poziomu można zmieniać w granicach od 20 do 80°. W Środku 39 przestrzeni roboczej 30 jest umieszczona anoda denna 20.

W przejściu między przestrzenią roboczą 30 w postaci szybu a trzonową przestrzenią roboczą 31 jest dalsza elektroda grafitowa 11', która jest umieszczona bardziej stromo niż pozostałe elektrody grafitowe 11, odchylne w płaszczu rozszerzającej się części dolnej 50. Ta elektroda grafitowa 11' jest przesuwana tylko wzdłużnie, gdyż nie jest podparta odchylnie. Jej nachylenie w stosunku do poziomu wynosi 50 do 80°, zwłaszcza 70°.

171 415

Trzonowa przestrzeń robocza 31 jest wyposażona w elektryczne urządzenie grzewcze 54, które w przedstawionym przykładzie wykonania ma postać trójfazowego ogrzewania lukowego na prąd stały. Zamiast ogrzewania łukowego można zastosować także indukcyjne urządzenie są podnoszone i opuszczone oraz przemieszczane obrotowo ;ze. El w bok wokół osi obrotów 60 na wystającym w bok od pieca uchwycie elektrodowym 57, który za pomocą urządzenia podnoszącego 58 jest ułożyskowany na slupie 59. Możliwe jest także ogrzewanie za pomocą elektrod umieszczonych w piecu trzonowym skośnie. Elektryczny piec trzonowy posiada jeden denny otwór spustowy 61, który jest umieszczony mimośrodowo w stosunku do środka 40 trzonowej przestrzeni roboczej 31. W ścianie bocznej 38 są w pewnej odległości od wgłębienia dennego drzwi robocze 62 do wygarniania żużla. Przez te drzwi robocze 62 wprowadza się tlenową lancę wdmuchową 63 do wdmuchiwania tlenu świeżego do trzonowej przestrzeni roboczej 31 pieca. Do wprowadzania dodatków stopowych służy lejek 64-, umieszczony w chłodzącej wodą pokrywie 56 elektrycznego pieca trzonowego

Według przedstawionej na fig. 3 i 4 postaci wykonania elektrody grafitowe są również elektrodami drążonymi i połączone są z rurociągiem doprowadzającym gaz ziemny. Ponadto w celu efektywniejszego ogrzewania wstępnego złomu są w przestrzeni roboczej 30 w postaci szybu, na kilku poziomach powyżej czubków elektrod, gazowo-tlenowe lance palnikowe 22 do dopalania.

Na figurze 5 do 7 przedstawiono piece elektryczne, wykonane jako piece prądu trójfazowego, pokazane analogicznie jak na fig. 2a i 3 do 4. Fig. 5 pokazuje piec elektryczny takiego rodzaju, jak piec przedstawiony na fig. 2a lecz z dziobem spustowym 7', zaś fig. 6 i 7 takiego rodzaju jak fig. 3 i 4. Każdy z tych pieców posiada trzy (lub wielokrotność trzech) rozmieszczone równomiernie na obwodzie elektrody grafitowe, które również wchodzą do wnętrza pieca z boku a nie jak w tradycyjnych piecach łukowych z góry przez pokrywę. Dla pieców łukowych prądu trójfazowego wynikają takie same korzyści, jak dla pieców łukowych na prąd stały będących przedmiotem wynalazku.

Figury 8 i 9 przedstawiają przejezdne na platformie roboczej 12 w kierunku urządzenia podporowego 14 elektrody, urządzenie łącznikowe 65 elektrody, które służy do tego, aby do używanej elektrody grafitowej dołączyć lub przymocować nowy kawałek 66 elektrody grafitowej, i to całkowicie mechanicznie a zwłaszcza automatycznie.

W tym celu po cofnięciu wagonika 13 przechyla się urządzenie podporowe 14 elektrody do położenia poziomego (porównaj pozycję pokazaną linią kreskowaną), tak ze elektroda grafitowa 11 ustawia się osiowo w jednej płaszczyźnie z kawałkiem 66 elektrody grafitowej, który jest umocowany poziomo w urządzeniu łącznikowym 65. Urządzenie łącznikowe 65 elektrody posiada poziomy, podnoszony i opuszczany za pomocą urządzenia podnoszącego 67 pomost 68, służący do umieszczenia nowego kawałka 66 elektrody na wysokości usytuowanej poziomo elektrody 11. Nowy kawałek 66 elektrody zaciska się w urządzeniu zaciskowym 69, które jest ułożyskowane obrotowo na pomoście 68 i za pomocą silnika 70 może być wprawione w ruch obrotowy. Przez przystawienie nowego kawałka 66 elektrody jego ukształtowanym stożkowo i zaopatrzonym w gwint łącznikiem 71 do dopasowanego kształtem elektrody 11 z gwintem wewnętrznym i wkręcenie kawałka 66 elektrody otrzymuje się stabilne połączenie bez użycia żurawia i bez potrzeby wykonywania manipulacji.

171 415

Fig. 5

Fig. 9 gg 69 70

171 415 a bl

171 415

9'

171 415 _F(g, _1α

L^19 ί 27

22

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1 Sposób wytwarzania stali ze złomu i/lub żelaza gąbczastego i/lub surówki przy użyciu pieca elektrycznego łukowego, w którym w przestrzeni roboczej tkwi co najmniej jedna elektroda przesuwna w kierunku jej długości, i w którym stapia się w sposób ciągły materiał wsadowy, znamienny tym, że materiał wsadowy stapia się w sposób ciągły w przestrzeni roboczej (30) w postaci szybu po czym ciekły stop gromadzi się kolejno partiami w przestrzeni trzonowej (31) pieca i tu przerabia się na stal, nagrzewa i dokonuje spustu.
2. Sposób wytwarzania stali ze złomu i/lub żelaza gąbczastego i/lub surówki przy użyciu pieca elektrycznego łukowego, w którym w przestrzeni roboczej tkwi co najmniej jedna elektroda przesuwna w kierunku jej długości, i w którym w przestrzeni roboczej stapia się w sposób ciągły materiał wsadowy, znamienny tym, że po załadowaniu złomu do pieca i zapłonie luku elektrycznego doprowadza się do łuku elektrycznego przez przestrzenie puste (24) drążonych elektrod grafitowych (11) substancje organiczne.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, ze jako substancje organiczne wprowadza się do łuku elektrycznego węglowodory w postaci stałej, ciekłej i/lub gazowej, rozkłada się je chodząc koniec (21) elektrody i następnie spala się produkty rozkładu.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jako węglowodory w postaci stałej wprowadza się odpadkowe tworzywa sztuczne.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, ze odpadkowe tworzywa sztuczne transportuje się do łuku elektrycznego pneumatycznie za pomocą gazu nośnego.
6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jako węglowodory ciekłe wprowadza się zużyte oleje.
7. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że mieszaninę gazową (CO+H?) tworzącą się w łuku elektrycznym przez doprowadzenie gazu ziemnego podnosi się ku górze i na poziomic powyżej wnęk wypalonych przez łuk elektryczny dopala się.
8 Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, ze dopalanie mieszaniny gazowej (CO+H?) wykonuje się pizez spalanie mieszaniny paliwa gazowego z tlenem.
9. Piec elektryczny łukowy do wytwarzania stali, przez stapianie złomu, zwłaszcza złomu żelaznego, i/lub żelaza gąbczastego i/lub surówki, jak również dodatków, w przestrzeni roboczej pieca, w której jest osadzona co najmniej jedna elektroda grafitowa przesuwna w kierunku jej długości, przy czym łuk elektryczny powstaje między elektrodą grafitową a materiałem wsadowym, a piec jest wyposażony w otwór wsadowy i spustowy, urządzenia do podtrzymywania i prowadzenia elektrod oraz urządzenia ogrzewające, znamienny tym, ze elektroda grafitowa (11) jest wprowadzona z boku do części dolnej (8) przestrzeni roboczej (1, 30) pieca oraz, ze część dolna (8) posiada w obszarze elektrody grafitowej (11) rozszerzenie (9, 9') wystające promieniowo na zewnątrz względem części górnej (10).
10 Piec łukowy według zastrz. 9, znamienny tym, że rozszerzenie (9) części dolnej (8) rozciąga się pierścieniowo wokół części górnej (10).
11. Piec łukowy według zastrz. 9, znamienny tym, że rozszerzenie (9') znajduje się tylko w obszarze wejścia elektrody grafitowej (11) w części dolnej (8).
12. Piec według zastrz. 9, znamienny tym, że elektrody grafitowej (11) są skierowane korzystnie skośnie do dołu w kierunku trzonu (2, 33) przestrzeni roboczej (1, 30) pieca.
13. Piec według zastrz. 9, znamienny tym, że piec prądu przemiennego trójfazowego ma trzy lub wielokrotność trzech elektrod grafitowych (11).
14. Piec według zastrz. 9, znamienny tym, że piec prądu stałego ma kilka elektrod grafitowych (11).

171 415
15. Piec według zastrz. 14, znamienny tym, że elektrody grafitowe (11) są katodami a w trzonie przestrzeni roboczej jest umieszczona anoda denna (20).
16 Piec według zastrz. 14, znamienny tym, że posiada co najmniej jedną elektrodę (11) podłączoną jako katodę i co najmniej jedną elektrodę grafitową (11) podłączoną jako anodę.
17. Piec według zastrz. 14, znamienny tym, że elektrody grafitowe (11) są połączone elektrycznie niezależnie od siebie.
18. Piec według zastrz. 17, znamienny tym, że elektrody grafitowe (11) są umieszczone na jednym poziomie i promieniowo-symetrycznie w stosunku do osi pionowej (19, 39) przestrzeni roboczej (1, 30) pieca
19. Piec według zastrz. 18, znamienny tym, że powyżej poziomu, na którym są umieszczone elektrody grafitowe (11), na co najmniej jednym poziomie zamocowane są w przestrzeni roboczej (1, 30) pieca, gazowo-tlenowe lance palnikowe (22), z boku tej przestrzeni roboczej.
20 Piec według zastrz. 19, znamienny tym, że gazowo-tlenowe lance palnikowe (22) są zamocowane promieniowo-symetrycznie w stosunku do osi pionowej (19) przestrzeni roboczej (1, 30) pieca a patrząc w kierunku tej osi pionowej (19) są położone między elektrodami grafitowymi (11).
21. Piec według zastrz. 9, znamienny tym, że każda z elektrod grafitowych (11) jest podparta skośnie na urządzeniu podporowym (14) elektrody, w którym jest ona ułożyskowana osiowo przesuwnie i wychylnie wokół osi pionowej i poziomej.
22. Piec według zastrz. 21, znamienny tym, że elektroda grafitowa (11) jest podparta na urządzeniu podporowym (14) elektrody za pomocą wałków podpierających (15) przesuwnie w kierunku jej osi wzdłużnej.
23. Piec według zastrz. 21 albo 22, znamienny tym, że elektrody (11) są napędzane za pomocą napędów hydraulicznych.
24. Piec według zastrz. 22, znamienny tym, że urządzenie podporowe (14) elektrody usytuowane na platformie roboczej (12) otaczającej przestrzeń roboczą, jest przejezdne w kierunku promieniowym w stosunku do przestrzeni roboczej (1, 30) pieca, zarówno w stronę pieca i w stronę przeciwną.
25. Piec według zastrz. 9, znamienny tym, że za urządzeniem podporowym (14) zamocowane jest urządzenie łącznikowe (65) elektrody (11) z ułożyskowanym obiotowo za pomocą urządzenia zaciskowego (69) odcinkiem (66) elektrody, przy czym urządzenie podporowe (14) i urządzenie zaciskowe (69) są przesuwne w stosunku do siebie w jednej płaszczyźnie.
26. Piec według zastrz. 9, znamienny tym, że elektrody grafitowe (11) są wewnątrz wydrążone, a ich przestrzeń pusta (24) jest połączona z rurociągiem doprowadzającym gaz i z rurociągiem do doprowadzania pyłów zawierających metale i/lub tlenki metali i/lub substancje organiczne (25)
27. Piec według zastrz. 9, znamienny tym, że w przestrzeni roboczej (1) pieca znajduje się mimośrodowy denny otwór spustowy lub rynna spustowa.
28. Piec według zastrz. 9, znamienny tym, że przestrzeń robocza (1,30) ma postać szybu, przy czym szyb ten posiada na końcu górnym co najmniej jeden zamykany boczny otwór wsadowy.
29. Piec według zastrz. 28, znamienny tym, że przestrzeń robocza (30) w postaci szybu zwęża się ku górze.
30. Piec według zastrz. 28 albo 29, znamienny tym, że ma bezpośrednio obok przestrzeni roboczej (30) w postaci szybu, trzonową przestrzeń roboczą (31), oddzieloną przez zaporę przelewową (72).
31. Piec według zastrz. 30, znamienny tym, że w dnie przestrzeni roboczej (30) w postaci szybu znajduje się okrągłe lub owalne, nieckowate wgłębienie (36), które jest oddzielone od wgłębienia (37) w dnie trzonowej przestrzeni roboczej (31) przez zaporę przelewową (72).
32. Piec według zastrz. 31, znamienny tym, że wgłębienia przestrzeni roboczej (30) w postaci szybu i trzonowej przestrzeni roboczej (31) są styczne.
33. Piec według zastrz. 32, znamienny tym, ze dno trzonowej przestrzeni roboczej (31) ma wgłębienie (37) w kształcie wanny.

171 415
34. Piec według zastrz. 28, znamienny tym, że przestrzeń robocza (30) w postaci szybu ma w górnej części urządzenie odsysające spalin.
35. Piec według zastrz. 9 albo 30, znamienny tym że przestrzenie robocze (1, 30, 31) c n T-Ał·-/ o/* bi χ 11 n nrsofł v ιννα pq. pi cą vnj mv znu pvi uwtj liupyuu w .