PL180143B1

PL180143B1 - Sposób i urzadzenie do wytwarzania cieklych stopów zelaza, zwlaszcza cieklej stali PL PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL180143B1
Application number: PL96322871A
Authority: PL
Inventors: Stefan Dimitrov; Norbert Ramaseder; Wilfried Pirklbauer; Ernst Fritz; Heinz Mueller
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen; Voest Alpine Industrieanlagenbau Gmbh
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 2000-12-29
Also published as: TW301674B; AU698067B2; KR19980703744A; ATE186332T1; EP0820528B1; US6241798B1; CZ323397A3; CN1046554C; CN1181113A; JPH11503204A; EP0820528A1; CA2217896A1; DE59603568D1; BR9604922A; ATA62695A; RU2147039C1; PL322871A1; ZA962631B; AT404841B; WO1996032505A1

Abstract

1 . Sposób wytwarzania cieklych stopów zelaza, zwlaszcza cieklej stali, jak cieklej stali nie ulepszonej, za pom oca elektryczne- go urzadzenia do wytwarzania cieklych stopów zelaza, znam ienny rym, ze do komory topienia (1) doprowadza sie ciekla surówke (20) w ilosci 20% do 70% calego wsadu nosników zelaza, roztapia sie w komorze topienia (1) zlom (7) i/lub inne stale nosniki zelaza (12) z udzialem tlenków zelaza takich jak bezposrednio zredukowana zelgruda, brykietowana na goraco zelgruda, ruda wstepnie reduko- wana, brykiety pylu oraz weglika zelaza zasadniczo w ilosci uzu- pelniajacych caly wsad surówki, przy czym zlom (7) laduje sie najpierw do szybu podgrzew czego (5) i podgrzew a sie przez odciaganie goracych gazów odlotowych (19) powstajacych przy wytwarzaniu cieklego metalu (24) i wprowadzanie ich do szybu podgrzewczego (5) mieszczacego podgrzewany zlom (7) i wreszcie zaladowuje sie komore topienia (1), a nastepnie stale nosniki zelaza (12) w kawalkach laduje sie najpierw do szybu wsadowego (10) i stad bez podgrzewania, ale ewentualnie w stanie goracym , laduje sie do komory topienia ( 1), podczas gdy drobnoziarniste nosniki zelaza (12’ ) doprowadza sie do komory topienia (1) i/lub komory rafinacyj- nej (3) przez lance (32, 35) i/lub dysze (33, 36) i/lub elektrody drazone (16), przy czym nosniki zelaza ( 7 ,1 2 i/lub 12') zaladowane do komory topienia (1) topi sie z wykorzystaniem energii ladunku elektrycznego i miesza sie z plynna surówka (20), a otrzymywany ciekly metal (24) plynie przez próg (34) i komore (3) do spustu (41) cieklego metalu 1 zarówno w komorze topienia (1) jak i w komorze rafinacyjnej (3) jest ciagle swiezony i jednoczesnie na- grzewany i zuzel (25) przeplywa do jego spustu (43) w kierunku (42) przeciwnym do kierunku (38) przeplywu cieklego metalu (24), przy czym w sposób ciagly nastepuje redukcja zawartosci FeO i odbywa sie jednoczesnie ochladzanie FIG. 1 P L 180143 B 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ciekłych stopów żelaza, zwłaszcza ciekłej stali, a zwłaszcza ciekłej stali nie ulepszonej, która stosuje się jako materiał wyjściowy do dalszej obróbki rafinacyjnej, i z której w następujących procesach wytwarza się stale o określonym składzie chemicznym.

Przedmiotem wynalazku jest także urządzenie do wytwarzania ciekłych stopów żelaza, zwłaszcza ciekłej stali nie ulepszonej, którą stosuje sięjako materiał wyjściowy do dalszej obróbki rafinacyjnej.

Obecnie stal najczęściej wytwarza się za pomocą elektrycznych pieców łukowych na prąd zmienny lub stały. Sposób wytwarzania stali za pomocą tych pieców polega na tym, że ładuje się do pieca nośniki żelaza w postaci od 70 do 100% złomu stalowego, zredukowanego bezpośrednio żelaza, żelgrudy w różnych proporcjach, a czasem także węglika żelaza (obecnie do około 10-15% całego wsadu) oraz od 0 do 30% ciekłej lub stałej surówki, wsad ten roztapia się za pomocąjednego lub kilku łuków elektrycznych z użyciem lanc tlenowych albo palników, dysz i/lub z zastosowaniem płukania gazem obojętnym, a także z dodaniem nośników węgla i składników żużlotwórczych. Potem kąpiel metalową, w okresie gdy jej powierzchnia ulega tylko nieznacznym ruchom i j est prawie płaska (5-10 minut), doprowadza się w piecu łukowym do temperatury i składu chemicznego wymaganych przy spuście i uspokaja się ją w czasie spustu do kadzi.

Zużycie energii i materiałów a także wydajność urządzenia różnią się w zależności od proporcji danego wsadu i techniki wytopu.

Dzięki szerokiemu wdrożeniu na świecie wtórnych procesów metalurgicznych tj. takich, które prowadzi się po spuście z pieca ciekłego metalu. Sąto takie procesy jak: świeżenie, odgazowywanie, odsiarczanie itp. oraz dzięki wprowadzeniu szeregu nowych rozwiązań konstrukcyjnych, technologicznych i dotyczących zasilania prądem samego pieca łukowego, w tym dotyczących np. chłodzenia płyt okładzinowych i sklepień, poprawy jakości elektrod i zastosowanie chłodzenia elektrod, wprowadzenia pieców łukowych na prąd stały, oprócz pieców na prąd zmienny, podwyższenia mocy transformatorów, zastosowania palników, lanc, dysz i/lub kształtek gazoprzepuszczalnych do roztapiania, nagrzewania, świeżenia, wdmuchiwania substancji stałych i/lub płukania gazem obojętnym, zastosowania przewodzących wsporników elektrod oraz regulacji elektrod, optymalizacji kształtu i wielkości pieca (włącznie z otworem spustowym), sposobów regulacji żużla pienistego, podgrzewania złomu prowadzonego różnymi sposobami, wsadu żelgrudy, ewentualnie jako wsadu gorącego, proces wytapiania w elektrycznym piecu łukowym stał się w ostatnich dwudziestu latach uniwersalną i wydajną metodą pod względem stosowanego wsadu i jakości otrzymywanej stali, przy czym metoda ta wykazuje coraz częściej swoje istotne zalety w porównaniu z metalurgią konwertorową i konkuruje z niąskutecznie. Przede wszystkim dzięki zastosowaniu zintegrowanego podgrzewania złomu i/lub gorącego wsadu zredukowanego bezpośrednio żelaza w postaci brykietowanej żelgrudy, ciągłemu dodawaniu dużej części materiałów wsadowych (nośniki żelaza, nośniki węgla, dodatki itd.) i minimalizacji czasu wstrzymania pracy elektrod celem wykonania operacji wsadowych, optymalnego postępowania z żużlem pienistym, tańszej energii pierwotnej (węgiel, gaz ziemny itd.) zastępującej energię elektryczną wraz z częściowym dopalaniem CO/H₂ w obrębie i powyżej żużla pienistego w nowych opracowaniach technologicznych znacząco skrócono czas wytopu

180 143 i obniżono jednostkowe zużycie energii elektrycznej, co pozwoliło na dalsząredukcję jednostkowych kosztów eksploatacyjnych i inwestycyjnych związanych z wytwarzaniem stali w elektrycznym piecu łukowym.

W znanych sposobach wytwarzania stali w elektrycznych piecach łukowych służących jako agregat do wytapiania wykorzystuje się jednak tylko w ograniczonym zakresie potencjalne zalety wymienionych wyżej opracowań technologicznych. Poza tym, mimo rosnącego zapotrzebowania, w elektrycznym piecu łukowym nie udało się jeszcze wydajnie i efektywnie wytworzyć stali ciekłej z wsadu o dużym udziale (około 30 do 70%) ciekłej surówki i/lub innych bogatych w węgiel nośników żelaza (żelgruda, węglik żelaza itp) i złomu stwarzającego problemy w przetwórstwie (wraki samochodowe), a w przypadku złomu samochodowego ponadto bez niedopuszczalnego zagrożenia dla środowiska. Nie ma jeszcze efektywnej w takich warunkach technologii i instalacji na bazie pieca łukowego do realizacji tej metody.

Wspomniane ograniczenia w konwencjonalnym piecu łukowym są spowodowane wyłącznie konfiguracją tego pieca, która uniemożliwia quasi-stacjonamy, ciągły przebieg procesu. Operacje ładowania wsadu, wytapiania, świeżenia, podgrzewania i spustu odbywają się w jednym miejscu, z mniejszym lub większym przesunięciem w czasie i z przerywanym ładowaniem oraz zasilaniem elektrycznym - co najmniej przed i podczas spustu - żeby uzyskać potrzebny skład i temperaturę ciekłej stali nie ulepszonej (jednorodność i przegrzanie odnośnie temperatury likwidusu). Proces technologiczny przebiegający obecnie w piecu łukowym jest przerywany, co powoduje ograniczenie jego sprawności. W związku złym należałoby wspomnieć co następuje:

1) W przypadku uzyskiwanych już czasów między jednym a drugim spustem 55 do 60 minut przy masie spustu 70 do 1501 możliwość dalszego skrócenia czasu nieaktywności elektrod jest bardzo ograniczona. Dotyczy to również czas aktywnego działania elektrod, a więc i ogólnego czasu wytopu, ponieważ w tych warunkach zbliżono się do granicy ekonomicznego zużycia energii na tonę wsadu i jednostkę czasu.

2) Począwszy od pewnej wielkości kawałków złomu trudno jest ładować złom w sposób ciągły. Ciężki i trudny do przemieszczania złom ładuje się z koszem w czasie, gdy dopływ energii elektrycznej do elektrod jest wyłączony i elektrody są nieaktywne.

3) Podczas ciągłego ładowania wsadu oraz przy świeżeniu i nagrzewaniu w okresie, gdy ruchy kąpieli metalowej nie są burzliwe i gdy jej powierzchnia jest prawie płaska, co trwa znacznie dłużej przy dużym udziale żelgrudy we wsadzie, a zwłaszcza płynnej surówki i węglika żelaza (około 6,1 % C), z reguły nie wykorzystuje się w pełni mocy transformatora istniejącego przy piecach łukowych.

Z austriackiego opisu patentowego nr AT-B-295 566 jest znany sposób ciągłego wytwarzania stali przez roztapianie wstępnie redukowanej rudy i następujące po tym świeżenie roztopionego metalu z wytworzeniem stali, w łukowym piecu do wytapiania z trzonem wytopowym, z którym łączy się strefa świeżenia i co najmniej jeden komorowy odstojnik żużla, w którym to piecu wstępnie zredukowaną rudę żelaza wprowadza się w postaci kawałków lub ziaren w strefę łuku elektrycznego komory topienia, miesza się ciągle ciekły metal w komorze topienia i wprowadza się go w ruch cyrkulacyjny i wdmuchując gaz zawierający tlen podczas przepływu ciekłego metalu przez strefę świeżenia świeży się go do otrzymania stali, natomiast żużel spływa w przeciwprądzie do przepływu ciekłego metalu co najmniej na części długości strefy świeżenia. W komorowym odstojniku żużla bez intensywnego mieszania kąpieli metalowej żużel uspokaja się i następnie jest spuszczany z tej komory.

W tym znanym sposobie można ładować jako wsad własny złom i ciekłą surówkę, jednak tylko w bardzo ograniczonych ilościach. Gazy odlotowe odprowadza się wprost do strefy świeżenia, a więc nie przez wytopowy piec łukowy. Żeby uniknąć krzepnięcia w strefie świeżenia, potrzebny jest w tej znanej metodzie duży dodatek koksu/węgla. Dlatego ten znany sposób nadaj e się do stosowania tylko w ograniczonym zakresie i służy przede wszystkim do wytwarzania stali nie ulepszonej ze wstępnie zredukowanej rudy.

Z opisu patentowego nr DE-C 3 609 923 znane są sposób i urządzenie do ciągłego przetapiania złomu na stal nie ulepszoną. W sposobie tym, ograniczającym się głównie do przetapiania

180 143 złomu (nie wspomina się o wsadzie ciekłej surówki lub bezpośrednio zredukowanej żelgrudy), wykorzystuje się ciepło gazu piecowego do podgrzewania złomu. Złom podgrzewa się w szybie ustawionym koncentrycznie na komorze topienia i wprowadza się centralnie do pieca, przy czym powstaje stos złomu wspierający się na trzonie komory topienia z utworzeniem stożka nasypowego i mogący sięgać aż do otworu wsadowego złomu w górnej części szybu podgrzewającego złom. Wokół stosu złomu w piecu łukowym rozmieszczono symetrycznie odchylne elektrody (korzystnie cztery elektrody), za pomocą których topi się złom. Kąt nachylenia między osią elektrody i pionem podczas roztapiania złomu wynosi dla każdej elektrody ponad 20°. W tym przypadku komora topienia jest narażona na bardzo duże obciążenia cieplne, ponieważ łuki elektryczne wytwarzają energię cieplną między centralnie ułożonym stosem złomu i ścianami lub sklepieniem komory topienia. Powoduje to z jednej strony zwiększone zużycie ogniotrwałej wykładziny, czego skutkiem jest zwiększenie kosztów materiałowych i czasu napraw. Poza tym traci się dużączęść wprowadzanej energii promieniowanej na ściany i sklepienie pieca. Poza tym elektrody wypalają w stosie złomu pokaźnych rozmiarów puste przestrzenie, przez co stos złomu staje się niestabilny i może się gwałtownie obsunąć, co może być przyczyną złamania elektrod.

Celem wynalazku było uniknięcie tych wad i trudności oraz dostarczenie urządzenia i sposobu wytwarzania ciekłych stopów żelaza, które umożliwiają w zasadzie ładowanie wszystkich spotykanych w praktyce hutnicznej nośników żelaza o różnych właściwościach fizyko-chemicznych, jak złom żelazny, ciekła i/lub stała surówka, węglik żelaza, żelgrudą ruda żelaza o różnym stopniu redukcji wstępnej, spiek, zgorzelina, pył hutniczy, wysuszone szlamy, itd., i to w różnych składach ilościowych, tak że na przykład po wystąpieniu wąskiego gardła w dostawie danego nośnika żelaza można przejść na inny wsad bez ograniczenia zdolności wytwórczych. Jednocześnie doprowadza się też przygotowaną lekką frakcję organiczną np. lekką frakcję z rozdrabniacza złomu, wykorzystując jąjako nośnik ciepła w procesie metalurgicznym i jednocześnie usuwając jąjako odpad.

Istota wynalazku w zakresie sposobu polega na połączeniu następujących cech i środków, takich jak ładowanie do komory topienia ciekłej surówki w ilości 20% do 70% całego wsadu nośników żelaza, roztapianie w komorze topienia złomu i/lub innych stałych nośników żelaza z udziałem utlenionego żelaza (bezpośrednio redukowana żelgruda, brykietowana na gorąco żelgruda, węglik żelaza, ruda wstępnie redukowana, brykiety pyłu itd.) w zasadzie w ilości uzupełniającej cały wsad surówki, przy czym złom ładuje się najpierw do szybu podgrzewczego i podgrzewa się przez odciąganie gorących gazów powstających przy wytopie stopu żelaza i wprowadzanie ich do szybu podgrzewczego mieszczącego podgrzewany złom i wreszcie ładuje się komory topienia, a następnie stałe nośniki żelaza w kawałkach ładuje się najpierw do szybu wsadowego i stąd bez podgrzewania, jednak ewentualnie w stanie gorącym, ładuje się do komory topienia, podczas gdy drobnoziarniste nośniki żelaza doprowadza się do komory topienia i/lub komory rafinacyjnej przez lance i/lub dysze i/lub elektrody drążone, nośniki żelaza załadowane do komory topienia topi się energią łuku elektrycznego i miesza się z ciekłą surówką ciekły metal płynie przez próg poprzez komorę rafinacyjnądo spustu, przy czym ciekły metal zarówno w komorze topienia jak i w komorze rafinacyjnej jest ciągle świeżony i jednocześnie nagrzewany, przy czym żużel przepływa do jego spustu w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu ciekłego metalu, przy czym następuje ciągłe redukcja zawartości FeO i odbywa się jednocześnie ochładzanie.

Gazy procesowe są przy tym korzystnie dopalane poprzez doprowadzanie gazu zawierającego tlen do i/lub na żużel, i/lub nad żużlem w komorze rafinacyjnej, w komorze topienia, i/lub szybie podgrzewczym.

Celowo wspomaga się roztapianie złomu wdmuchując gaz zawierający tlen.

Sposób według wynalazku daje szerokie możliwości zastosowań. Korzystnie następuje doprowadzanie materiałów wsadowych (nośniki żelaza, nośniki węgla, dodatki, przygotowana lekka frakcja organiczna i gazy), roztapianie, świeżenie i nagrzewanie i odprowadzanie produktów procesu (stal nie ulepszona, żużel i gazy odlotowe) w szybie podgrzewczym i/lub szybach wsadowych, i/lub komorze topienia, i/lub w komorowym odstojniku żużla, i/lub komorze rafina

180 143 cyjnej w sposób ciągły lub półciągły z nieciągłym spustem ciekłej stali nie ulepszonej z komory rafmacyjnej i bez zakłóceń/przerywania procesu w części urządzenia dołączonej bezpośrednio przed/za tą częścią.

Celem uniknięcia powtórnego mieszania lustro kąpieli metalu w komorze rafmacyjnej jest utrzymywane korzystnie niżej niż w komorze topienia.

Istota wynalazku odnośnie urządzenia do wytwarzania ciekłych stopów żelaza polega na tym, że urządzenie to zostało wyposażone w komorę topienia, łączącą się z komorą topienia poprzez próg komorę rafinacyjnąz trzonem spadzistym co najmniej częściowo od progu i urządzeniem doprowadzającym tlen a także ze spustem ciekłego żelaza umieszczonym na obrzeżu oddalonym od komory topienia, łączy się z komorą topienia i mający z nim wspólny trzon, komorowy odstojnik żużla, wyposażony w spust żużla na jego obrzeżu oddalonym od komory topienia, łączącą się z komorą topienia rynnę do doprowadzania ciekłej surówki, doprowadzający stałe nośniki żelaza szyb podgrzewczy, który umieszczono nad komorą topienia i który jest połączony z tą komorą topienia przez jej sklepienie za pośrednictwem gazoprzepuszczalnego, chłodzonego urządzenia odcinającego, i szyb wsadowy umieszczony nad komorą topienia i łączący się z nią przez nie przepuszczające gazu, chłodzone urządzenie odcinające.

Korzystnie szyb podgrzewczy umieszczono koncentrycznie nad komorą topienia, a sklepienie tej komory otacza pierścieniowo szyb podgrzewczy łącząc go ze ściankami bocznymi komory topienia, przy czym elektrody, korzystnie elektrody grafitowe, wchodzą skośnie, poprzez sklepienie do wnętrza komory topienia. Dzięki temu uzyskuje się krótki czas następstwa w wytapianiu, tzn. można dodawać w krótkich odstępach czasu stałe nośniki żelaza, jak złom, przy czym zapewnia się efektywne podgrzewanie stałych nośników żelaza kontrolując i regulując ich temperaturę podgrzewania oraz prędkość doprowadzania.

Korzystnie elektrody są odchylne i ewentualnie osadzone z możliwością przesuwu wzdłużnego w kierunku ich osi wzdłużnej, przy czym istniej e możliwość zmiany kąta nachylenia między pionem i osią elektrod, korzystnie w zakresie od 0 do 30° w kierunku środka komory topienia oraz do 10° w kierunku odwrotnym ku ścianie komory topienia.

Celowo elektrody zostały połączone jako katody, a w trzonie komory topienia umieszczono środkowo anodę denną.

Szczególną uniwersalność urządzenia uzyskuje się wówczas, gdy elektrody są ukształtowane jako drążone i są przyłączone do urządzenia doprowadzającego nośniki żelaza i/lub urządzenia doprowadzającego węgiel lub nośniki węgla, i/lub urządzenia doprowadzającego przygotowaną lekką frakcję organiczną, i/lub urządzenia doprowadzającego składnik żużlotwórczy, i/lub urządzenia doprowadzającego węglowodór, i/lub urządzenia doprowadzającego gaz obojętny.

Korzystnie można także zastosować dysze i/lub lance sięgające do wnętrza naczynia piecowego, które połączone są z urządzeniem doprowadzającym nośniki żelaza, i/lub urządzeniem doprowadzającym węgiel lub nośniki węgla, i/lub urządzeniem doprowadzającym przygotowaną lekką frakcję organiczną, i/lub urządzeniem doprowadzającym składniki żużlotwórcze, i/lub urządzeniem doprowadzającym tlen lub gaz zawierający tlen, i/lub urządzeniem doprowadzającym węglowodory, i/lub urządzeniem doprowadzającym gaz obojętny, przy czym celowo lance umieszczono ruchomo, w szczególności odchylnie, i/lub z możliwością przesuwu wzdłużnego.

Według korzystnego przykładu wykonania w komorze rafmacyjnej umieszczono dysze i/lub lance, które połączone są z urządzeniem doprowadzającym nośniki żelaza i/lub urządzeniem doprowadzającym węgiel lub nośniki węgla, i/lub urządzeniem doprowadzającym przygotowaną lekką frakcję organiczną, i/lub urządzeniem doprowadzającym żużlotwórcze, i/lub urządzeniem doprowadzającym tlen lub gaz zawierający tlen, i/lub urządzeniem doprowadzającym węglowodory, i/lub urządzeniem doprowadzającym gaz obojętny, przy czym dysze ukształtowano celowo jako dysze wgłębne, i/lub kształtki gazoprzepuszczalne.

Przy tym lance umieszczono korzystnie ruchomo, w szczególności odchylnie i/lub z możliwością przesuwu wzdłużnego.

180 143

Dla umożliwienia całkowitego opróżnienia komory topienia nawet przy środkowym umieszczeniu anody dennej, wyposażono celowo tę komorę w trzon spadzisty w kierunku komorowego odstojnika żużla, które przechodzi w przybliżeniu poziomą część komorowego odstojnika żużla, przy czym najniższe miejsce trzonu znajduje się w komorowym odstojniku żużla i w tym najniższym miejscu komorowego odstojnika żużla przewidziano korzystnie otwór spustowy.

Dla umożliwienia łatwej kontroli przebiegu procesu w urządzeniu także przy dłuższych komorach rafinacyjnych, komorę rafinacyjnązaopatrzono korzystnie w co najmniej jeden otwór kontrolny kontrolny i/lub otwór remontowy.

Ponieważ wymurówka komory rafinacyjnej podlega silnemu chemicznemu oddziaływaniu żużla bogatego w tlenek żelaza, a także jest ona narażona na większe obciążenie termiczne i większe zużycie niż wymurówka komory topienia, celowe jest ukształtowanie komory rafinacyjnej jako wymiennego zespołu konstrukcyjnego oddzielonego od komory topienia.

Poziom kąpieli metalu w komorze topienia i w komorze rafinacyjnej może być jednakowy lub różny (np. niższy w komorze rafinacyjnej, w którym to przypadku urządzenie pracuje bez przepływu kąpieli między komorą topienia i komorą rafinacyjną).

Według innego korzystnego przykładu wykonania, komorę rafinacyjną ukształtowano w postaci kadzi, która w strefie pokrywy ma próg przewidziany między komorą topienia i komorą rafinacyjną.

Żeby umożliwić efektywne prowadzenie żużla, w strefie przejścia od komory topienia do komory rafinacyjnej przewidziano korzystnie następny spust żużla oraz usuwalnątamę żużla.

Celem ułatwienia napraw wykonano korzystnie szyb podgrzewczy i/lub szyb wsadowy jako wymienny zespół oddzielany od komory topienia.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do wytwarzania ciekłych stopów żelaza w przekroju pionowym, fig. 2 - urządzenie w przekroju według linii II-II na fig. 1, fig. 3 - urządzenie z fig. 1 w widoku z góry i częściowym przekroju poziomym, fig. od 4 do 6 - inne przykłady wykonania urządzenia z fig. 1 w ujęciu schematycznym.

Komora topienia 1 pieca łukowego na prąd stały jest połączona z jednej strony z komorowym odstojnikiem żużla 2 i z przeciwległej strony komorą rafinacyjną. Dzięki połączeniu ze sobą tych komór powstało zespolone urządzenie z trzema strefami fUnkcyjnymi. Komora topienia 1 pieca łukowego służy jako strefa wytapiania lub redukcji wytopu, komora rafinacyjna 3 jako strefa świeżenia i nagrzewania, a komoro wy odstojnik żużla 2 jako strefa oddzielania żużla od ciekłego metalu. W środku, tzn. koncentrycznie względem komory topienia 1 na jej sklepienie 4 jest osadzony szyb podgrzewczy 5 z gazoprzepuszczalnym i chłodzonym wodą urządzeniem odcinającym 6, który to szyb można ładować metalowymi materiałami wsadowymi 7 - przede wszystkim złomem stalowym, ewentualnie także surówką w stanie stałym - korzystnie za pomocą przenośnika taśmowego 8 przez otwór załadowczy 9. Równolegle do szybu podgrzewczego 5 przewidziano co najmniej jeden sąsiadujący z boku i uchodzący również do komory topienia 1 szyb wsadowy 10 (korzystnie kilka szybów wsadowych) z nie przepuszczającym gazu i chłodzonym wodą urządzeniem odcinającym 11 wnętrze pieca, który to szyb (lub szyby) może być ładowany stałymi nośnikami żelaza 12 w kawałkach (redukowane bezpośrednio zelazo, wstępnie redukowana ruda żelazna, spiek, zgorzelina, brykiety pyłu filtrowego i/lub szlamu itd.) i/lub nośnikami 13 węgla (koks, wypraski z lekkiej frakcji organicznej itd), i/lub składnikami żużlotwórczymi 14 (wapno, fluoryt, piasek kwarcowy, boksyt itd) za pośrednictwem przenośnika taśmowego 15 lub przenośników taśmowych. Zespół złożony z komory topienia 1, komory rafinacyjnej 3 komorowego odstojnika żużla 2, szybu podgrzewczego 5 i bocznych szybów wsadowych 10 stanowi zasadniczą część urządzenia według wynalazku.

Komora topienia 1 ma kilka połączonych jako katody, skośnych elektrod grafitowych 16, ewentualnie wykonanych jako elektrody drążone, korzystnie rozmieszczonych symetrycznie względem komory topienia i szybu podgrzewczego 5. Elektrody 16 mają możliwość przechylania pod kątem od 0 do 30° do pionu ku środkowi komory topienia 1 i do 10° w odwrotnym kierunku ku ścianie komory topienia 1. Kąt nachylenia dla poszczególnych elektrod 16 można

180 143 różnie nastawić lub wyregulować. Podczas wytapiania kąt ten wynosi najczęściej około 15 do 20°. W pewnych okolicznościach można zrezygnować z przechylania elektrod 16. Jako przeciwelektrodę 17 zastosowano anodę dennąumieszczonąkoncentrycznie w trzonie 18 komory topienia 1.

Metalowe materiały wsadowe 7 podgrzewane w szybie 5 unoszącymi się, gorącymi gazami odlotowymi 19 ładuje się w sposób ciągły lub porcjami do komory topienia 1 wyłącznie pod zasilaniem elektrycznym. Jeżeli występuje przy tym niebezpieczeństwo złamania elektrody, odchyla się na krótko elektrody 16 w kierunku ściany komory topienia 1 przy włączonym zasilaniu albo wyciąga się je do góry. Złom 8 w kawałkach o dużej masie (reszty kęsisk albo kęsów, pakiety itd.) ładuje się przerywając na krótko dopływ prądu i unosząc elektrody 16.

Stałe nośniki 12 żelaza udziałem utlenionego żelaza (żelgruda, wstępnie redukowana ruda, brykiety pyłu itd.) i w razie potrzeby nośniki 13 węgla, jak koks, wypraski z lekkiej frakcji organicznej itd. oraz składniki żużlotwórcze 14 (wapno, fluoryt, piasek kwarcowy, boksyt itd.) ładuj e się do pieca łukowego przez boczne szyby wsadowe 10 w sposób ciągły i/lub porcjami/w sposób nieciągły, a więc niezależnie od operacji ładowania wsadu, które odbywają się przez szyb podgrzewczy 5.

Niezależnie od tego doprowadza się także do pieca łukowego płynną surówkę 20 w sposób ciągły lub porcjami/w sposób nieciągły za pomocą wchodzącego do komory topienia 1 urządzenia zasilającego 21 w surówkę ukształtowanego w postaci rynny. Po przeciwległej do rynny stronie komory topienia 1 sąusytuowane drzwiczki 22 do kontroli procesu, wprowadzania dodatkowego manipulatora lancowego 23 i wykonywania czynności konserwacyjnych w obrębie komory topienia 1.

Dzięki takiemu ukształtowaniu urządzenia ładowanie i wytapianie w komorze topienia 1 odbywa się zawsze z płynną masą 24. Umożliwia to niemal ciągłe, quasi-stacjoname wytapianie z żużlem spienionym 25 i pokrytymi przez niego niemal całkowicie łukami elektrycznymi 26, dzięki czemu proces odbywa się przy wysokiej sprawności transformatora i efektywności cieplnej oraz z małą emisją hałasu.

Ponadto celem spełnienia następujących wymagań, takich jak przeróbka drobnoziarnistych nośników 12' żelaza (np. węglik żelaza, żelgruda - odsiew, pyły filtrowe itd.), wytwarzanie lub regulacja żużla pienistego 25, przyspieszenie wytapiania materiałów wsadowych 7,12,13, 14 przez zwiększenie ilości doprowadzanej energii do pieca łukowego (łącznie z dopalaniem CO i H₂ w gazie odlotowym 19 w obrębie lub ponad żużlem pienistym 25) i wyrównanie gradientów stężenia i temperatury w kąpieli 24 oraz zastąpienie części potrzebnej energii elektrycznej przez tańszą energię pierwotną w komorze topienia 1, doprowadzanie drobnoziarnistych nośników 12' żelaza i/lub drobnoziarnistego węgla 13' lub innych nośników węgla (przygotowana lekka frakcja organiczna, np. lekka frakcja z rozdrabniacza złomu) i/lub drobnoziarnistych składników żużlotwórczych 14' (wapno, fluoryt, itd.) i/lub gazowego tlenu i/lub innych gazów utleniających 27 (CO₂, H₂O itd.) oraz powietrza wtórnego 28 i/lub CH₄ lub innych węglowodorów 29 i/lub gazów obojętnych 30 (N₂, Ar) w regulowanych ilościach dostosowanych do miejscowych i czasowych potrzeb poprzez jedną lub kilka elektrod drążonych 16 do wdmuchiwania co najmniej jednej z wymienionych wyżej substancji 12', 13', 14', 29, 30 z wyjątkiem tlenu i gazów zawierających tlen i/lub chronionych, i/lub nie chronionych dysz, i/lub lanc 32 (lance ruchome, i/lub zamontowane na stałe, ewentualnie jako kombinacja lanc i palników) w różnych miejscach w obszarze pokrywy i ściany pieca łukowego nad i/lub pod powierzchnią żużla do wdmuchiwania co najmniej jednej z wyżej wymienionych substancji 12', 13', 14', 27, 28, 29, 30 i/lub chronionych dysz wgłębnych 33 (korzystnie dysz wysokociśnieniowych) i/lub kształtek gazoprzepuszczalnych albo dysz wgłębnych do wdmuchiwania co najmniej jednej z podanych wyżej substancji 12', 13', 14', 27 do 30, lub też kształtek do gazów obojętnych 30. Ze względu na przejrzystość rysunku nie zaznaczono wszystkich tych urządzeń na fig. 1.

W zależności do określonej ilości ciekłego metalu w komorze topienia 1 metal ten przepływa przez próg 34 do komory rafinacyjnej 3, w której zostaje poddany świeżeniu i jednocześnie nagrzewaniu aż do spustu. W tym celu komora rafinacyjna 3 jest wyposażona w co najmniej jedną, a korzystnie kilka dysz, mianowicie dysz chronionych (chronionych gazem

180 143 ziemnym, ale też można jako gaz ochronny zastosować Ar, CO₂ i wyższe węglowodory) i/lub nie chronionych dysz (dysze nadkąpielowe (dopalanie) lub dysze wysokociśnieniowe (wgłębne) i/lub lance 35 (dysze ruchome i/lub zamontowane na stałe ewentualnie)ako kombinacja lanc i palników) w różnych miej scach w obszarze pokrywy i ściany komory rafinacyjnej nad i/lub pod powierzchnią żużla do wdmuchiwania co najmniej jednej z substancji 12', 13', 14', 27 do 30 i/lub chronionych dysz wgłębnych 36 (korzystnie wysokociśnieniowych) i/lub kształtek gazoprzepuszczalnych do wdmuchiwania co najmniej jednej z substancji 12', 13', 14', 27, 28, 29, 30 oraz kształtek do gazów obojętnych 30, i/lub otworów do dodawania nośników 12 żelaza w kawałkach, nośników 13 węgla i składników żużlotwórczych 14 - oddzielnie lub razem, przy czym korzystny przykład wykonania komory rafinacyjnej 3 przewiduje co następuje: przez kilka lanc 35 wdmuchuje się wyłącznie gazowy tlen 27. Lance 35 rozmieszczone środkowo na sklepieniu 37 komory rafinacyjnej 3 w niemal równych odstępach na długości komory rafinacyjnej mogąporuszać się pionowo i mogą jednocześnie odchylać się pod kątem od około 0 do 30° względem zgodnie lub przeciwnie do kierunku 38 płynięcia roztopionego metalu 24 oraz przez kilka rozmieszczonych między lancami 35, chronionych dysz wgłębnych 36 i/lub kształtek gazoprzepuszczalnych doprowadza się wyłącznie gaz obojętny 30 (N₂ i/lub Ar zmieszane w dowolnych proporcjach). Dysze wgłębne 36 i/lub kształtki gazoprzepuszczalne są rozmieszczone centralnie pojedynczo lub parami na trzonie i/lub na ścianach bocznych na długości komory rafinacyjnej 3. Ponadto do komory rafinacyjnej 3 doprowadza się składniki żużlotwórcze 14 wyłącznie w kawałkach (wapno, fluoryt, piasek kwarcowy, boksyt itd.) i tylko przez otwór 39 w sklepieniu za pomocą przenośnika 40, na każdym z dwóch długich boków komory rafinacyjnej 3 umieszczono po jednym otworze kontrolno-naprawczym 50, przy czym oba te kontrolne otwory 50 sąrozmieszczone względem siebie w kierunku wzdłużnym komory rafinacyjnej 3.

Dodanie składników żużlotwórczych 14 w kawałkach przez otwór 39 w ostatnim przedziale między lancami w kierunku płynięcia metalu 24 w komorze rafinacyjnej 3 - nieco powyżej otworu spustowego 41 ciekłego metalu - przyspiesza rozpuszczanie wapna lub też tworzenie się reakcyjnego żużla świeżego 25, ponieważ w tej części komory rafinacyjnej 3 za pomocą sąsiedniej, ostatniej lancy tlenowej 35 utrzymuje się zawsze wysoką zawartość tlenku żelaza w żużlu 25.

Pod działaniem własnego ciężaru i przenoszonego przez lance 35 impulsu żużel świeży 25 przemieszcza się wzdłuż komory rafinacyjnej 3 przeciwnie do ciekłego metalu 24 w kierunku strzałki 42 do komory topienia 1, przy czym natrafia on na wytop 24 o stale zmniejszającej się temperaturze lub wzrastającej zawartości pierwiastków towarzyszących (C, Si, Mn, P, S itd.) podgrzewając i świeżąc ciekły metal lub też ulegając ochłodzeniu i redukcji pod działaniem tego metalu. W przypadku pracy ciągłej z kąpieląprzemieszczającąsię przez całą długość urządzenia (jak pokazano na fig. 1) spuszcza się żużel 25 drzwiczkami 43 na swobodnym końcu komorowego odstojnika żużla 2. Można przy tym dodatkowo regulować ilość żużla 25 w komorze topienia 1 i w komorowym odstojniku żużla 2 oddzielając część żużla 25 tuż przed wejściem do pieca łukowego za pomocą tamy 44 i odprowadzając przez jedne lub dwoje umieszczonych z boku drzwiczek 45 w komorze rafinacyjnej.

Zalety takiego „przeciwstawnego ruchu ciekłego metalu i żużla” są następujące:

1) Małe straty ciepła i żelaza z żużlem 25 przy opuszczaniu komorowego odstojnika żużla 2 przez drzwiczki 43, ponieważ z jednej strony żużel 25 wychodzi z urządzenia po „zimnej stronie”, a z drugiej strony oprócz odbywającej się przede wszystkim w komorze topienia 1 redukcji tlenku żelaza, następuje tak zwane „wykapywanie” kropli metalu z żużla 25 w komorowym odstojniku żużla 2.

2) Uzyskanie pożądanej jakości stali przy zasadniczo mniejszym zużyciu składników żużlotwórczych 14 lub mniejszej jednostkowej ilości żużla 25 (możliwe jest ewentualnie „niskożużlowe świeżenie”) i w strefie przy mniejszym zużyciu wykładziny ognioodpornej.

W przypadku półciągłej pracy urządzenia z okresowym spustem ciekłego metalu 24 z komory rafinacyjnej 3 ogranicza się lub eliminuje przelewanie żużla 25 z komory topienia 1 do komory rafinacyjnej 3 dzięki wsuwanej z boku tamie żużlowej 44.

180 143

Tworzące się w komorze rafinacyjnej 3 gorące gazy odlotowe 19 trafiają najpierw do komory topienia 1 i mieszają się z powstającymi tam gazami odlotowymi, zanim uniosą się przez szyb podgrzewczy 5 i opuszczą urządzenie przewodem odprowadzającym 46 w górnej strefie szybu 5. Po drodze, w zależności od miejscowego zapotrzebowania ciepła w różnych częściach urządzenia, następuje korzystnie częściowe, ale narastające dopalanie gazów odlotowych z tlenem 27, ewentualnie z powietrzem 28 łub mieszanką powietrza i tlenu, które doprowadza się lancami 32,35 i/lub dyszami 47. Przy tym wpewnych warunkach eksploatacyjnych i technologicznych można zrealizować technicznie dopalanie w stopniu przewyższającym 60%. Tak więc według tej koncepcji technologii i urządzenia przeważającą część chemicznego i odczuwalnego ciepła gazów odlotowych 19 przenosi się na ciekły metal 24 albo bezpośrednio w komorze rafinacyjnej 3 i komorze topienia 1 albo pośrednio poprzez podgrzewanie materiałów wsadowych 7 w szybie podgrzewczym 5 oraz wykorzystuje się bezpośrednio w procesie.

Dzięki sposobowi i urządzeniu według wynalazku zmniejsza się zużycie energii elektrycznej w porównaniu ze znanym piecem łukowym bez podgrzewania złomu (o około 25 do 3 0%) i z pracującym w sposób nieciągły piecem łukowym zespolonym z układem podgrzewania złomu (o około 10 do 15%) przy zawsze takich samych materiałach wsadowych. Przy tym wzrasta wydajność o około 50% w porównaniu ze znanym piecem łukowym bez podgrzewania złomu przy prawie takiej samej wielkości i identycznym wyposażeniu pieca łukowego (moc transformatora, lance, palniki itd.).

Poszczególne części urządzenia, takie jak komora topienia 1, szyb podgrzewczy 5 i boczne szyby wsadowe 10, komora rafmacyjna 3 i komorowy odstojnik żużla 2 projektuje się w zależności od wykorzystywanych materiałów wsadowych, w szczególności nośników 7 żelaza (kształt, wielkość, skład, temperatura i stan skupienia), pożądanej wydajności produkcji, wymagań odnośnie jakości stali, wymaganego sposobu pracy urządzenia (praca ciągła lub półciągła - z okresowym spustem), także z punktu widzenia pożądanego zespolenia z urządzeniami poprzedzającymi i/lub dołączonymi (np., do uzyskiwania surówki, bezpośredniej redukcji ulepszających ciekłą stal procesów metalurgicznych, odlewania ciągłego itd.) oraz rodzaju i kosztu dostępnych źródeł energii.

Głównym celem w projektowaniu jest jednoczesna realizacja w urządzeniu operacji technologicznych podgrzewania, załadunku, wytapiania lub redukcji wytopu, świeżenia, nagrzewania i spuszczania, jednak z ich przemieszczeniem miejscowym, a więc wykonywanie tych operacji możliwie niezależnie do siebie w różnych częściach urządzenia, z kontrolą ich przebiegu, w korzystnych warunkach fizyko-chemicznych, reakcyjno-kinetycznych i cieplnych, tzn. zestawienie całego urządzenia z pracujących niemal idealnie (z wysoką efektywnością) reaktorów częściowych przeznaczonych do konkretnego zastosowania.

Konfiguracja urządzenia według wynalazku umożliwia niezależne od siebie opróżnianie strefy urządzenia składającej się z komory topienia 1 i komorowego odstojnika żużla 2 (przez otwór spustowy 43) i komory rafinacyjnej 3 przez otwór spustowy 41 bez potrzeby przechylania całego urządzenia, co pozwala wykonywać czynności kontrolne i naprawcze w stanie gorącym jednej z tych dwóch stref bez przerywania procesu w sąsiedniej strefie. Zgodnie z wynalazkiem wszystkie części urządzenia podczas pracy są złączone ze sobąjako jeden zespół lub też nie mają możliwości ruchu albo przechylania. Dzięki korzystnemu rozwiązaniu układu sekcji zarówno naczynia dolnego j ak też pokrywy 4 i 3 7 urządzenia można - po wysunięciu w bok (dotyczy także szybu podgrzewczego 5 i szybów wsadowych 10) - dokonać wymiany poszczególnych komór wymagaj ących naprawy, j ak komora rafinacyj na 3, komora topienia 1 i/lub komorowy odstoj nik żużla 2 lub tez innych części urządzenia.

Urządzenie w konfiguracji przedstawionej na fig. 1 jest przeznaczone według wynalazku korzystnie do pracy ciągłej z kąpielą przepływową, która rozprzestrzenia się na całej długości urządzenia.Taką kąpiel przepływową można ustawić przy dużym udziale we wsadzie bogatych w węgiel nośników żelaza (np. wsad złożony z 30% złomu stalowego + 30% żelgrudy + 40% płynnej surówki). Jest także możliwe zróżnicowanie poziomów kąpieli metalu w komorze topienia i komorze rafinacyjnej.

180 143

Niektóre korzystne według wynalazku konfiguracje urządzenia dla alternatywnych proporcji wsadu przedstawiono na fig. 4 do 6, przy czym

- przewidziano konfigurację według fig. 4 alternatywną do fig. 1 - dla pracy ciągłej z kąpielą przepływową przy co najmniej 30% udziale płynnej surówki we wsadzie;

- konfigurację urządzenia według fig. 5 przeznaczono do pracy ciągłej lub półciągłej przy udziale aż do około 30% płynnej surówki we wsadzie; przy pracy półciągłej spuszcza się okresowo wsad z komory rafmacyjnej 3; w przypadku udziału <15% płynnej surówki i bez dodatkowego doprowadzania stałych nośników 13,13' węgla do komory rafmacyjnej 3 przewidziano jako opcję ogrzewane, dołączone za komorą rafinacyjną 3 kolejne naczynie, np. piec kadziowy 29;

- konfigurację według fig. 6 przewidziano dla granicznego przypadku ciągłego procesu wytapiania bez wsadu płynnej surówki 20, przy czym z powodu wyeliminowania dużej części świeżenia wykorzystano jako naczynie rafinacyjne 3 ogrzewane naczynie, np. piec kadziowy 49.

Jak można się zorientować z fig. 4 do 6, proporcje wsadu wywierają wpływ przede wszystkim na kształt i wielkość komory rafmacyjnej 3 i komorowego odstojnika żużla 2, ale też wielkość szybu podgrzewczego 5, ilość, wielkość, rozmieszczenie i wykorzystanie bocznych szybów wsadowych 10, a także potrzebną dla pieca łukowego moc transformatora. W miarę wzrostu zawartości węgla w ładowanych nośnikach 7 żelaza i jego płynnego udziału komora rafinacyjna 3 i komoro wy odstojnik żużla 2 ulegająz zasady zwężeniu i wydłużeniu (kształt kanału), przy czym zmniejsza się moc właściwa transformatora pieca łukowego, i odwrotnie. Przy dużym, rosnącym udziale we wsadzie stałych nośników 7 żelaza (np. w materiałach wsadowych od 70 do 100% złomu i/lub bezpośrednio redukowanego żelaza) komora rafinacyjna 3 przyjmuje stopniowo kształt pokazanego na fig. 5 skróconego pojemnika lub też - jak pokazano na fig. 6 - pieca kadziowego 49. Zwiększa się moc transformatora pieca łukowego. W skrajnym przypadku 100% udziału stałych materiałów wsadowych można znacznie skrócić komorowy odstojnik żużla.

Przykład realizacji wynalazku:

Wsad składa się z 40% płynnej surówki 20, 30% mieszanego złomu 7 i 30% granulek żelgrudy 12. Skład chemiczny tych materiałów wsadowych przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1

Skład i temperatura materiałów wsadowych

Płynna surówka	Złom mieszany	Zelgruda	Wapno	Wymurówka
4,3% C	0,20% C	85,50 % Fe(met)	92,8% CaO	Cegła MgO-C
0,50% Si	0,20% Si	5,9% FeO	2,8% MgO
0,50% Mn	0,50% Mn	2,00% Fe₂O₃	2,7% SiO₂
0,100% P	0,020% P	1,80% C	1,5%A1₂O₃
0,030% S	0,020% S	0,70% CaO	0,030% S
	1,4% popiołu	0,40% MgO
		2,30% SiO₂
		1,40% A1₂O₃
1330°C	25°C	25°C	25°C	1550°C (komora 1)
				1625°C (komora rafinacyjna 3)

Do realizacji sposobu służy urządzenie według fig. 1, które zaprojektowano na wydajność godzinową około 150 t stali nie ulepszonej w sposób następujący:

a) Komora topienia 1:

- średnica około 6 m

- moc transformatora 55 MVA

180 143

- 4 elektrody grafitowe 16 (0 350 mm, odchylane pod kątem od 0 do 30° w odpowiedniej płaszczyźnie pionowej)

- anoda denna 17

- rynna surówki 21 do ciągłego doprowadzania płynnej surówki 20

- drzwiczki kontrolno-naprawcze 22

- 1 manipulator lancowy 23 (przez drzwiczki 22)

- 4 lance tlenowe 32 z samo zużywających się rurek przechodzących przez ściany boczne komory topienia 1 (0 lanc 1”, ciśnienie telnu na wejściu > 5 barów)

- 4 denne gazoprzepuszczalne kształtki 33 dla gazu obojętnego 30 (N₂/Ar z możliwością ustawienia dowolnych proporcji ilościowych), maksymalny przepływ gazu około 200 Nl/min. na każdą kształtkę 33 (maksymalny przepływ gazu obojętnego w komorze topienia 1 około 800 Nl/min.)

- nachylenie trzonu około 5 do 6° w kierunku rezerwowego otworu spustowego 48 w komoro wym odstojniku żużla 2.

b) Szyb podgrze wczy 5 do podgrzewania i potem ładowania mieszanego złomu 7 do komory topienia 1

- ośmioboczny, stały przekrój szybu (rozpiętość około 2,5 m)

- wysokość szybu około 4 m

- całkowita objętość około 25 m³, z tego około 17,5 m³ objętość użytkowa (pojemność około 121 mieszanego złomu 7)

- z taśmą załadowczą 8, gazoprzepuszczalnymi, chłodzonymi wodą elementami odcinającymi 6 (urządzenie zatrzymujące dla złomu) i przewodem gazów odlotowych 46, jednak bez dysz do dopalania 47.

c) 3 boczne szyby wsadowe 10 na granulowaną żelgrudę 12 i zbrylone wapno 14 w kawałkach (brak bocznego szybu 10 po stronie komorowego odstojnika żużla 2 lub też otworu 9 do napełniania szybu podgrzewczego 5 mieszanym złomem 7)

- prostokątny przekrój 1200 x 600 mm

- wysokość 3,5 m

- objętość użytkowa szybu 10 około 2,2 m³ (pojemność trzech szybów 10 około 121 granulowanej żelgrudy 12)

- chłodzone wodąi gazoszczelne elementy odcinające 11 na wlocie do komory topienia 1

- zasilanie trzech szybów 10 ze wspólnego przenośnika taśmowego 15 poprzez zsuwnię rozdzielczą (na fig. 1 nie pokazano tej zsuwni)

d) Komora rafmacyjna 3

- szerokość około 1,9 m długość około 6,0 m nachylenie trzonu około 8 do 9° w kieruku spustu 41 ciekłego metalu (przeciętny, kątowy przekrój komory rafmacyjnej 3 odnośnie wymurówki wynosi około 3 m²)

- 4 chłodzone wodą lance tlenowe 35 (zawsze 1-otworowe, średnica dyszy lanc około 1”, ciśnienie tlenu na wejściu około 10 barów), rozmieszczone symetrycznie na sklepieniu 37 komory rafmacyjnej 3 w odstępach około 1,5 od siebie lub też około 0,75 m od wąskich boków komory rafmacyjnej, ruchome oddzielnie w kierunku pionowym i także oddzielnie odchylne pod kątem od 0 do około 30° w kierunku lub przeciwnie do kierunku płynięcia ciekłego metalu 24

- 6 kształtek 36 gazoprzepuszczalnych dla gazu obojętnego 30 (N₂/Ar mieszane w dowolnych proporcjach), rozmieszczonych parami (3 pary) w odstępach między lancami 35 w strefie płaskiego trzonu komory rafmacyjnej 3

- maksymalny przepływ gazu około 200 Nl/min na każdą kształtkę 36 (maksymalny przepływ gazu obojętnego w komorze rafmacyjnej 3 około 2200 Nl/min)

- otwór spustowy 41 stali surowej

- dwoje drzwiczek 45 żużla

- tama 44 żużla

- dwoje drzwiczek kontrolnych-naprawczych 50

180 143

e) Komorowy odstojnik żużla 2

- szerokość około 1,9 m, długość około 0,9 m, o w zasadzie stałym przekroju kątowym około 2,5 m² odnośnie wymurówki

- 2 denne kształtki gazoprzepuszczalne 33(1 para) w strefie płaskiego trzonu komorowego odstojnika żużla 2, maksymalny przepływ gazu około 200 Nl/min na kształtkę 33 (maksymalny przepływ gazu obojętnego w komoiowym odstojniku żużla 2 około 400 Nl/min)

- otwór spustowy 48 (wykorzystywany do opróżniania komory topienia 1 i komorowego odstojnika żużla 2)

- drzwiczki 43 do spustu żużla 12.

W niniejszym przypadku proces według wynalazku przebiega

- z przepływem kąpieli przez całą długość urządzenia

- przy przeciwnym ruchu metalu 24 i żużla 25

- ze spienionym żużlem 25 w komorze topienia 1 lub komorowym odstojniku żużla 2

- z ciągłym spustem nie ulepszonej ciekłej stali przez otwór spustowy 41 i żużla 25 przez drzwiczki 43 w ąuasi-stacjonamych warunkach procesu odnośnie

- rozkładu stężenia i temperatury

- przepływu materiałów i ciepła oraz

- stopnia napełnienia lub też wysokości lustra kąpieli w każdej oddzielnej części urządzenia.

Taki proces ciągłego wytwarzania w urządzeniu około 150 t/h (około 2,5 t/min) stali surowej zapewnia się dzięki następującemu sposobowi kierowania procesem:

W pierwszej fazie przygotowawczej w strefach 1 do 3 urządzenia wytwarza się przepływowy ciekły metal 24 jako niezbędny warunek początkowy do następnej pracy ciągłej. W tym celu do komory topienia 1 ładuje się około 901 płynnej surówki 20 przez rynnę 21 i około 451 mieszanego złomu 7 przez szyb podgrzewczy 5 (złom 7 w czterech porcjach po 11 do 121), przy czym około dwie trzecie płynnej surówki 20 przepływa z tylko nielicznymi kawałkami złomu do sąsiedniej komory rafinacyjnej 3 przy zamkniętym otworze spustowym 41. W ciągu następnych około 40 do 45 minut świeży się lub nagrzewa kąpiel w komorze rafinacyjnej 3 poprzez lance tlenowe 35, podczas gdy w komorze topienia 1 odbywa się wytapianie, świeżenie i także nagrzewanie przy włączonym prądzie i użyciu lanc tlenowych 32. Tworzący się w komorze rafinacyjnej 3 świeży żużel 25 spuszcza się w sposób ciągły ciągle za pomocą tamy 44 wyłącznie przez dwoje drzwiczek 45. Żużel 25 powstający w komorze topienia 1 i komorowym odstojniku żużla 2 spływa przez drzwiczki 43.

Faza przygotowawcza kończy się, gdy kąpiel metalowa ustali się w dwóch głównych strefach wzdłuż urządzenia, z w przybliżeniu następującymi właściwościami:

a) w strefie komory topienia 1 i komorowego odstojnika żużla 2

- około 60 t żeliwa stalistego (z tego około 50 t w komorze topienia 1 i około lOt w komorowym odstojniku żużla 2)

- z następującym składem chemicznym i temperaturą około 1,40% C około 1550°C około 0,12% Mn ślady Si

b) w strefie komory rafinacyjnej 3

- około 60 t żeliwa stalistego

- z następującym składem chemicznym i temperaturą około 0,05% C około 1650°C około 0,13% Mn ślady Si

Od tej chwili następuje przełączenie urządzenia na pracę ciągłą. Z komory rafinacyjnej 3 wyciąga się całkowicie tamę żużlową44 i blokuje się dwoje drzwiczek 45 żużla. Rozpoczyna się ciągłe i/lub półciągłe doprowadzanie substancji i energii w następujących ilościach na minutę;

180 143

Przeciętna dawka na minutę

a) Do komory topienia 1

- około 823 kg mieszanego złomu 7

- około 823 kg granulowanej żelgrudy 12 i około 37,8 kg bryłowego wapna 14

- około 1097 kg ciekłej surówki 10

- około 49 Nm³ O₂ 13 i około 8,3 kg koksu 51 (żużel spieniony)

- około 580 kWh (około 35 MW)

- około 0,7 Nm³ gazu obojętnego (N₂/Ar) wprowadzana przez:

szyb podgrzewczy 5*) trzy szyby wsadowe 10**) rynnę 21 dla surówki cztery lance tlenowe 32 lancę manipulacyjną 23 energia elektryczna cztery denne kształtki gazoprzepuszczalne 33 * ) doprowadzanie porcjami (półciągłe): co 12 minut porcja około 101 mieszanego złomu 7 (5 porcji x około 10 t = około 501 złomu/godz.);

* *) Opróżnianie i ponowne ładowanie w określonej kolejności tak, że gdy opróżniane sądwa szyby wsadowe 10, trzeci szyb 10 napełnia się granulowaną żelgrudą 12 i wapnem 14 w kawałkach

b) Do komorowego odstojnika żużla 2

- około 0,3 Nm³ gazu obojętnego 30 (N₂/Ar)

c) Do komory rafmacyjnej 3

- około 52 Nm³ O₂27

- około 41 kg wapna i około 15 kg piasku kwarcowego*) (obie pozycje 14)

- około 1 Nm³ gazu obojętnego 30 (N^Ar) dwie denne kształtki gazoprzepuszczalne 33 cztery lance tlenowe 35 otwór 39 w sklepieniu sześć dennych kształtek gazoprzepuszczalnych 36

*) do upłynniania żużla w komorze rafmacyjnej 3

Po fazie rozruchu około 30 minut ustala się w urządzeniu quasi-stacjonama, ciągła praca z wytwarzaniem i odprowadzaniem następujących produktów na minutę:

Przeciętna ilość (na min.) Odprowadzanie przez/kierunek

Skład chemiczny i temperatura

a) w lub z komory rafmacyjnej 3 otwór spustowy 41/dołąaone urządzenie

- 2,5 t ciekłej stali nie ulepszonej 1650°C około 0,05% 0,7% Mn ślady Si

0,006% P 0,010% S

0,0025% N 0,0500% O

- około 86,5 kg żużla 25, około 1600°C około 21% FeO_n 44% CaO

10,4% MgO 18%SiO₂

1,6%A1₂O₃ 3%MnO

0,6% P₂O₅ 0,11% S

- około 74 Nm³ gazu odlotowego, około 1650°C przelew do komory topienia 1 przejście do komory topienia 1 około 52% obj. CO 35% obj. CO₂ ll%obj.N₂ 1,3% obj. O₂

0,7% obj. Ar

Przeciętna ilość (na min.) Odprowadzanie przez/kierunek

Skład chemiczny i temperatura

a) w lub z komory topienia 1, komorowego odstojnika żużla 2 i szybu podgrzewczego 5

- 2,57 t żeliwa stalistego, około 1550°C przelew do komory rafmacyjnej 3

180 143 około 1,40% C 0,13% Mn ślady Si

0,015% P 0,015% S

0,0030% N 0,0030% O

- około 203 kg żużla, około 1550°C drzwiczki żużla 43 /poza urządzenie około: 9% FeO_n 39% CaO ll%MgO 25% SiO₂

7% A1₂O₃ 5% MnO

1,3 P₂O₅ 0,11% S, około 2% Fe(met)

- około 162 Nm³ gazu odlotowego, około 800°C przewód odlotowy 46/poza urządzenie (po podgrzaniu złomu 7 w szybie 5 do około 500°C) około: 41,0% obj. CO 41% obj. CO₂

16,5% obj. N₂ < 1% obj. O₂

0,5% obj. Ar

Niektóre ważne parametry procesu na lt stali nieulepszonej:

a) Materiały wsadowe (komora topienia 1 + komora rafmacyjna 3)

- płynna surówka 438 kg/t

- złom mieszany 329 kg/t

- granulowana żelgruda 329 kg/t

- tlen (lance) 40,5 Nm³/t

- gaz obojętny (N₂/Ar) 0,8 Nm³/t

- wymurówka (zużycie) 7,0 kg/t

- wapno (92,8% CaO) 31,5 kg/t

- piasek kwarcowy 5,9 kg/t

- koks (żużel pienisty) 3,3 kg/t

- elektrody grafitowe 1,0 kg/t

b) Żużel (% CaO/% SiO₂ = 1,55) 81 kg/t

c) Gaz odlotowy (gaz surowy łącznie ze szkodliwym powietrzem) 66 Nm³/t

d) Stopień dopalenia w gazie odlotowym (gaz surowy około 800°C)

CO w CO₂ 0,50

H₂ w H₂O 0,54

e) Energia elektryczna 230 kWh/t

180 143

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania ciekłych stopów żelaza, zwłaszcza ciekłej stali, jak ciekłej stali nie ulepszonej, za pomocą elektrycznego urządzenia do wytwarzania ciekłych stopów żelaza, znamienny tym, że do komory topienia (1) doprowadza się ciekłą surówkę (20) w ilości 20% do 70% całego wsadu nośników żelaza, roztapia się w komorze topienia (1) złom (7) i/lub inne stałe nośniki żelaza (12) z udziałem tlenków żelaza takich jak bezpośrednio zredukowana żelgruda, brykietowana na gorąco żelgruda, ruda wstępnie redukowana, brykiety pyłu oraz węglika żelaza zasadniczo w ilości uzupełniających cały wsad surówki, przy czym złom (7) ładuje się najpierw do szybu podgrzewczego (5) i podgrzewa się przez odciąganie gorących gazów odlotowych (19) powstających przy wytwarzaniu ciekłego metalu (24) i wprowadzanie ich do szybu podgrzewczego (5) mieszczącego podgrzewany złom (7) i wreszcie załadowuje się komorę topienia (1), a następnie stałe nośniki żelaza (12) w kawałkach ładuje się najpierw do szybu wsadowego (10) i stąd bez podgrzewania, ale ewentualnie w stanie gorącym, ładuje się do komory topienia (1), podczas gdy drobnoziarniste nośniki żelaza (12^ doprowadza się do komory topienia (1) i/lub komory rafinacyjnej (3) przez lance (32,35) i/lub dysze (33,36) i/lub elektrody drążone (16), przy czym nośniki żelaza (7,12 i/lub 12') załadowane do komory topienia (1) topi się z wykorzystaniem energii ładunku elektrycznego i miesza się z płynną surówką (20), a otrzymywany ciekły metal (24) płynie przez próg (34) i komorę rafinacyjną(3) do spustu (41) ciekłego metalu i zarówno w komorze topienia (1) jak i w komorze rafinacyjnej (3) jest ciągle świeżony i jednocześnie nagrzewany i żużel (25) przepływa do jego spustu (43) w kierunku (42) przeciwnym do kierunku (38) przepływu ciekłego metalu (24), przy czym w sposób ciągły następuje redukcja zawartości FeO i odbywa się jednocześnie ochładzanie.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gazy procesowe korzystnie dopala się poprzez doprowadzanie gazu (27) zawierającego tlen do żużla (25) i/lub nań, i/lub powyżej niego w komorze rafinacyjnej (3), w komorze topienia (1) i/lub szybie podgrzewczym (5).
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że roztapianie złomu (7) wspomaga się wdmuchiwaniem gazu (27) zawierającego tlen.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że doprowadzanie materiałów wsadowych takich jak nośniki żelaza, nośniki węgla, dodatki, lekka frakcja organiczna, korzystnie frakcja z rozdrabniacza złomu i gazy, stapianie, świeżenie i nagrzewanie oraz odprowadzanie produktów procesu jak ciekła stal nie ulepszona, żużel i gazy odlotowe odbywa się w szybie podgrzewczym (5) i/lub szybach wsadowych (10), i/lub komorze topienia (1), i/lub w komorowym odstojniku żużla (2), i/lub komorze rafinacyjnej (3) w sposób ciągły lub półciągły z nieciągłym spustem ciekłej stali nie ulepszonej z komory rafinacyjnej (3) i bez zakłóceń/przerywania procesu w części urządzenia dołączonej bezpośrednio przed/za tą częścią.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że lustro kąpieli metalowej w komorze rafinacyjnej (3) utrzymuj e się na niższym poziomie niż w komorze topienia (1).
6. Urządzenie do wytwarzania ciekłych stopów żelaza, zwłaszcza ciekłej stali, a zwłaszcza ciekłej stali nie ulepszonej, znamienne tym, że zawiera komorę topienia (1) pieca łukowego, komorę rafinacyjną(3) połączoną z komorą topienia (1) poprzez próg (34) mającą trzon spadzisty co najmniej częściowo od progu (34) i urządzenie doprowadzające (35,36) tlen oraz spust (41) ciekłego metalu umieszczony na obrzeżu oddalonym od komory topienia (1), komorowy odstojnik żużla (2) połączony z komorą topienia (1) i mający z nim wspólny trzon (18) oraz mający drzwiczki (43) do spustu żużla na obrzeżu oddalonym od komory topienia (1), rynnę (21) doprowadzającą ciekłą surówkę (20) i dołączoną do komory topienia (1), doprowadzający stałe nośniki (7) zelaza szyb podgrzewczy (5) umieszczony nad komorą topienia (1), który łączy się z komorą

180 143 topienia (1) poprzez sklepienie (4) za pośrednictwem gazoprzepuszczalnego, chłodzonego urządzenia odcinającego (6), oraz szyb wsadowy (10) umieszczony nad komorą topienia (1) i łączący się z komorą topienia (1) poprzez nie przepuszczające gazu, chłodzone urządzenie odcinające (11).
7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że szyb podgrzewczy (5) jest umieszczony koncentrycznie nad komorą topienia (1), a sklepienie (4) komory topienia (1) otacza pierścieniowo szyb podgrzewczy (5) i łączy go ze ścianami bocznymi komory topienia (1), przy czym elektrody (16), korzystnie elektrody grafitowe, wchodzą skośnie poprzez sklepienie (4) do wnętrza komory topienia (1).
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że elektrody (16) są ułoży skowane odchylnie i korzystnie sąone przesuwne wzdłużnie w kierunku ich osi wzdłużnej, przy czym korzystnie są one odchylne ze zmianą kąta nachylenia między pionem i osią elektrod (16), korzystnie od 0 do 3 0° w kierunku środka komory topienia (1) oraz do 10° w kierunku odwrotnym ku ścianie komory topienia (1).
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że elektrody (16) są połączone jako katody, a w trzonie (18) komory topienia (1) jest umieszczona koncentrycznie anoda denna (17).
10. Urządzenie według zastrz. 8 albo 9, znamienne tym, że elektrody (16) są ukształtowane jako drążone i są przyłączone do urządzenia doprowadzającego nośniki żelaza i/lub do urządzenia doprowadzającego węgiel lub nośniki węgla, i/lub do urządzenia doprowadzającego przygotowaną lekką frakcję organiczną, i/lub do urządzenia doprowadzającego składnik zużlotwórczy, i/lub do urządzenia doprowadzającego węglowodory, i/lub urządzenia doprowadzającego gaz obojętny.
11. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że ma sięgające do wnętrza komory topienia (1) dysze (33) i/lub lance (32), które są połączone z urządzeniem doprowadzającym nośniki żelaza i/lub urządzeniem doprowadzającym węgiel lub nośniki węgla, i/lub urządzeniem doprowadzającym przygotowaną lekką frakcję organiczną, i/lub urządzeniem doprowadzającym składniki zużlotwórcze, i/lub urządzeniem doprowadzającym tlen lub gaz zawierający tlen, i/lub urządzeniem doprowadzającym węglowodory, i/lub urządzeniem doprowadzającym gaz obojętny.
12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że lance (32) są umieszczone ruchomo, w szczególności odchylnie i/lub przesuwnie w kierunku wzdłużnym.
13. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, ze w komorze rafmacyjnej (3) są umieszczone dysze (36) i/lub lance (35), które są połączone z urządzeniem doprowadzającym nośniki żelaza i/lub urządzeniem doprowadzającym węgiel lub nośniki węgla i/lub urządzeniem doprowadzającym przygotowaną lekką frakcję organiczną, i/lub urządzeniem doprowadzającym składniki żużlotwórcze, i/lub urządzeniem doprowadzającym tlen lub gaz zawierający tlen i/lub urządzeniem doprowadzającym węglowodory, i/lub urządzeniem doprowadzającym gaz obojętny.
14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że dysze (36) stanowią dysze wgłębne i/lub denne kształtki gazoprzepuszczalne.
15. Urządzenie według zastrz. 13 albo 14, znamienne tym, ze lance (35) są umieszczone ruchomo, w szczególności odchylnie i/lub przesuwnie w kierunku wzdłużnym.
16. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że komora topienia (1) ma trzon (18), który jest spadzisty w kierunku komorowego odstojnika żużla (2) i który przechodzi zasadniczo w poziomą część trzonu komorowego odstojnika żużla (2), przy czym najniższe miejsce trzonu znajduje się w komorowym odstojniku żużla (2).
17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że w najniższym miejscu trzonu (18) komorowego odstojnika żużla (2) znajduje się otwór spustowy (48).
18. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że komora rafinacyjna (3) jest wyposażona w co najmniej jeden otwór kontrolny i/lub naprawczy (50).
19. Urządzenie według zastrz. 6 albo 18, znamienne tym, że komorę rafmacyjną(3) stanowi oddzielany od komory topienia (1) i wymienny zespół konstrukcyjny.

180 143
20. Urządzenie według zastrz. 6 albo 18, znamienne tym, że komora rafinacyjna (3) ma postać kadzi (49), która w obszarze pokrywy ma próg (34) usytuowany między komorątopienia (1) i komorą rafmacyjną (3).
21. Urządzenie według zastrz. 6 albo 20, znamienne tym, że w strefie przejścia od komory topienia (1) do komory rafinacyjnej (3) znajduje się korzystnie następny spust (45) żużla oraz usuwalna tama (44) żużla.
22. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że szyb podgrzewczy (5) i/lub szyb wsadowy (10) stanowi wymienny zespół oddzielany od komory topienia (1).

* * *