RU2796917C1

RU2796917C1 - Способ производства расплавленного чугуна в электродуговой печи

Info

Publication number: RU2796917C1
Application number: RU2022112227A
Authority: RU
Inventors: Ёсихиро МИВА; Коити ЦУЦУМИ; Икухиро СУМИ
Original assignee: ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2023-05-29

Abstract

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для плавления сырья в виде холодного чугуна в электродуговой печи. В способе углеродсодержащий материал нагнетают с транспортирующим газом через центральный участок устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, топливо и поддерживающий горение газ нагнетают через соответствующие наружные периферийные участки упомянутого устройства. Углеродсодержащий материал, нагнетаемый через центральный участок, проходит через цилиндрическое пламя горения, которое образуется в результате реакции горения между топливом и поддерживающим горение газом, отделяется от транспортирующего газа с поддержанием высокой силы инерции и нагнетается в расплавленный шлак и расплавленный чугун. Изобретение позволяет с помощью устройства для нагнетания углеродсодержащего материала эффективно нагнетать углеродсодержащий материал в находящийся электродуговой печи расплавленный шлак и расплавленный чугун без ухудшения безопасности. 6 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу производства расплавленного чугуна посредством плавления сырья в виде холодного чугуна в электродуговой печи.

Уровень техники

В электродуговой печи расплавленный чугун (расплавленный доменный чугун и расплавленную сталь) изготавливают посредством плавления сырья в виде холодного чугуна, такого как скрап, с помощью тепла дуги и, в общем, нагнетание кислорода и нагнетание углеродсодержащего материала выполняются для способствования плавлению сырья в виде холодного чугуна. Нагнетание углеродсодержащего материала в расплавленный чугун и расплавленный шлак выполняется для уменьшения содержания окиси железа (FeO), которая образуется в результате нагнетания кислорода, и способствования плавлению сырья в виде холодного чугуна с помощью тепла сгорания углеродсодержащего материала. Кроме того, это способствует так называемому «вспениванию шлака», в котором расплавленный шлак вспенивается под воздействием газа CO, образующегося в результате восстановления окиси железа при нагнетании углеродсодержащего материала и в результате сгорания углеродсодержащего материала. Благодаря такому вспениванию шлака, поскольку наблюдается уменьшение количества теплоты излучения дуги, имеет место увеличение эффективности плавления сырья в виде холодного чугуна.

Несмотря на то, что примеры способа нагнетания углеродсодержащего материала по предшествующему уровню техники включают в себя операцию, во время которой оператор удерживает расходную трубу (стальную трубу), и углеродсодержащий материал нагнетается в печь через указанную трубу, в настоящее время, к примеру, используется способ, в котором используется подвижная нерасходуемая фурма с водяным охлаждением, как описано в Патентной литературе 1 и Патентной литературе 2. С помощью этого способа, поскольку оператор не должен заменять трубу (подсоединение новой трубы из-за расхода трубы), можно уменьшить нагрузку на оператора.

Кроме того, другие примеры способа нагнетания углеродсодержащего материала включают в себя способ, в котором, как описано в Патентной литературе 3, углеродсодержащий материал нагнетается в печь через инжектор углеродсодержащих материалов, прикрепленный к корпусу печи.

Перечень цитированных документов

Патентная литература

PTL 1: Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии № 7-145422

PTL 2: Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии № 11-304372

PTL 3: Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии (перевод заявки PCT) № 2016-509624

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

В случае способов, описанных в Патентной литературе 1 и Патентной литературе 2, поскольку используется подвижная нерасходуемая фурма с водяным охлаждением, существует возможность эффективного нагнетания углеродсодержащего материала в расплавленный чугун и расплавленный шлак. Однако, поскольку необходимо, чтобы фурма с водяным охлаждением была расположена близко к расплавленному чугуну и расплавленному шлаку, требуется система управления, с помощью которой можно точно регулировать высоту фурмы. Кроме того, поскольку фурма с водяным охлаждением располагается близко к расплавленному чугуну и расплавленному шлаку, брызги расплавленного чугуна и расплавленного шлака могут прилипать к наконечнику сопла фурмы с водяным охлаждением, что может привести к забиванию сопла. Кроме того, поскольку наконечник сопла и корпус сопла могут быть повреждены брызгами, существует риск взрыва паров из-за утечки воды, охлаждающей фурму. Кроме того, поскольку необходимо предусмотреть отверстие для вставления фурмы с водяным охлаждением в поверхности корпуса, наблюдается увеличение количества воздуха, поступающего через отверстие, образованное в качестве отверстия для вставления, что также создает проблему ухудшения расхода электроэнергии из-за понижения температуры в электродуговой печи.

С другой стороны, в случае, когда устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, прикрепленное к корпусу печи, используется, как описано в Патентной литературе 3, не возникает никаких проблем с забиванием сопла из-за брызг или увеличения количества воздуха, поступающего через отверстие. Однако существуют проблемы, состоящие в том, что (i) расстояние между наконечником сопла и жидкостной поверхностью расплавленного чугуна сравнительно большое, (ii) скорость течения нагнетаемых углеродсодержащего материала и транспортирующего газа снижается из-за влияния окружающих газовых потоков (газовых потоков, возникающих в результате нагнетания газообразного кислорода через кислородную фурму, образования газов из расплавленного шлака и расплавленного чугуна, поступления воздуха снаружи печи и т.п.) и т.д. В результате отсутствует возможность эффективного нагнетания углеродсодержащего материала в расплавленный чугун и расплавленный шлак. Кроме того, поскольку углеродсодержащий материал, имеющий сравнительно небольшой размер частиц, стремится следовать за потоком транспортирующего газа, углеродсодержащий материал не отделяется от транспортирующего газа в зависимости от условий нагнетания и перемещается над жидкостными поверхностями расплавленного чугуна и расплавленного шлака по траектории транспортирующего газа, что, в конечном счете, ведет к разбрасыванию углеродсодержащего материала снаружи печи. С учетом этих проблем ухудшается выход углеродсодержащего материала, нагнетаемого в расплавленный чугун и расплавленный шлак.

Кроме того, несмотря на то, что существует возможность нагнетания углеродсодержащего материала и транспортирующего газа с высокой скоростью потока нагнетания посредством простого уменьшения диаметра канала нагнетательного сопла для течения углеродсодержащего материала (например, за счет формирования конструкции сопла Лаваля и т.п.), существует риск забивания сопла углеродсодержащим материалом в случае, когда диаметр канала нагнетательного сопла для течения углеродсодержащего материала уменьшается. В случае, когда сопло забито углеродсодержащим материалом, как описано выше, поскольку нагнетание углеродсодержащего материала должно быть остановлено, снижается производительность. Кроме того, существует риск, что эксплуатация печи должна быть остановлена в зависимости от условий.

Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить проблемы с техническими решениями по существующему уровню техники, описанные выше, и предложить способ производства расплавленного чугуна посредством плавления сырья в виде холодного чугуна в электродуговой печи, содержащей устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, с помощью которого можно эффективно нагнетать углеродсодержащий материал в расплавленный шлак и расплавленный чугун без ухудшения безопасности.

Решение проблемы

Авторы настоящего изобретения должным образом выполнили исследования для решения вышеописанных проблем. В результате было установлено следующее.

В то время как углеродсодержащий материал нагнетается с транспортирующим газом через центральный участок устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, топливо и поддерживающий горение газ нагнетаются через соответствующие наружные периферийные участки устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, так что углеродсодержащий материал, нагнетаемый через центральный участок, проходит через цилиндрическое пламя горения, которое образуется в результате реакции горения между топливом и поддерживающим горение газом. В результате было установлено, что, поскольку скорость течения нагнетаемых углеродсодержащего материала и транспортирующего газа не уменьшается, углеродсодержащий материал отделяется от транспортирующего газа, в то время как углеродсодержащий материал сохраняет высокую силу инерции, в результате чего углеродсодержащий материал достигает расплавленного шлака и расплавленного чугуна и поступает в расплавленный шлак и расплавленный чугун.

Кроме того, также было установлено, что с помощью регулирования скоростей течения топлива и поддерживающего горение газа при нагнетании, которые должны быть выше скорости течения транспортирующего газа углеродсодержащего материала при нагнетании, увеличивается скорость течения углеродсодержащего материала и транспортирующего газа, проходящих через цилиндрическое пламя горения, что дополнительно увеличивает вышеописанные эффекты.

Настоящее изобретение было разработано на основании вышеописанных сведений, и объект настоящего изобретения описан ниже.

[1] Способ производства расплавленного чугуна в электродуговой печи, в котором сырье в виде холодного чугуна плавится для производства расплавленного чугуна, причем электродуговая печь содержит устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, и в котором

в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала, в то время как углеродсодержащий материал (a) нагнетается с транспортирующим газом через центральный участок устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, топливо (b) и поддерживающий горение газ (c) нагнетаются через соответствующие наружные периферийные участки устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, и

углеродсодержащий материал (a), нагнетаемый через центральный участок, проходит через цилиндрическое пламя горения, образующееся в результате реакции горения между топливом (b) и поддерживающим горение газом (c), и нагнетается в расплавленный шлак и расплавленный чугун.

[2] Способ производства расплавленного чугуна в электродуговой печи по вышеприведенному пункту [1], в котором скорости течения топлива (b) и поддерживающего горение газа (c) при нагнетании в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала выше скорости течения транспортирующего газа углеродсодержащего материала (a) при нагнетании в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала.

[3] Способ производства расплавленного чугуна в электродуговой печи по вышеприведенному пункту [1] или [2], в котором поддерживающий горение газ (c) подается таким образом, что относительное содержание кислорода относительно количества топлива (b), подаваемого в устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, составляет 1,0 – 1,1.

[4] Способ производства расплавленного чугуна в электродуговой печи по любому из вышеприведенных пунктов [1] – [3], в котором устройство для нагнетания углеродсодержащего материала имеет конструкцию, в которой труба (1) для нагнетания углеродсодержащего материала, труба (2) для нагнетания топлива и труба (3) для нагнетания поддерживающего горение газа расположены в указанном порядке соосно от центрального участка устройства для нагнетания углеродсодержащего материала.

[5] Способ производства расплавленного чугуна в электродуговой печи по любому из вышеприведенных пунктов [1] – [4], в котором скорости течения топлива (b) и поддерживающего горение газа (c) в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала составляют 100 – 500 м/с.

[6] Способ производства расплавленного чугуна в электродуговой печи по любому из вышеприведенных пунктов [1] – [5], в котором скорость горения топлива (b) в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала составляет 400 Мкал/ч или более на устройство для нагнетания углеродсодержащего материала.

[7] Способ производства расплавленного чугуна в электродуговой печи по любому из вышеприведенных пунктов [1] – [6], в котором отношение скорости горения топлива (b) к скорости нагнетания углеродсодержащего материала (a) в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала составляет 0,1 Мкал/кг или более.

Преимущественные эффекты изобретения

Согласно настоящему изобретению, когда сырье в виде холодного чугуна плавится для производства расплавленного чугуна в электродуговой печи, содержащей устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, существует возможность эффективного нагнетания углеродсодержащего материала в расплавленный шлак и расплавленный чугун. Соответственно, преимущества состоят в том, что (1) существует возможность уменьшения расхода электроэнергии из-за увеличения эффективности плавления сырья в виде холодного чугуна, поскольку наблюдается увеличение выхода углеродсодержащего материала, нагнетаемого в расплавленный шлак и расплавленный чугун, и (2) увеличивается выпуск продукции из печи в результате эффективного уменьшения количества окиси железа с помощью углеродсодержащего материала.

Кроме того, преимущества состоят в том, что (3) также существует возможность уменьшения расхода электроэнергии из-за увеличения эффективности плавления сырья в виде холодного чугуна, поскольку тепло, генерируемое пламенем сгорания, образующимся в результате реакции горения между топливом и поддерживающим горение газом, поглощается расплавленным чугуном и расплавленным шлаком, (4) отсутствует риск забивания сопла, поскольку нет необходимости уменьшать диаметр канала для течения в нагнетательном сопле для углеродсодержащего материала, (5) улучшается удобство в эксплуатации, поскольку в результате крепления устройства для нагнетания углеродсодержащего материала к корпусу электродуговой печи воздух не поступает через участок, на котором крепится устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, (6) повышается безопасность благодаря уменьшению эффекта возникновения брызг от расплавленного чугуна и расплавленного шлака, поскольку нет необходимости располагать наконечник сопла вблизи расплавленного шлака или расплавленного чугуна, (7) также улучшаются условия труда благодаря уменьшению количества взвешенной пыли, присутствующей вокруг электродуговой печи, поскольку уменьшается количество углеродсодержащего материала, распыляемого снаружи печи, и т.д.

Кроме того, когда за счет регулирования скоростей течения топлива и поддерживающего горение газа при нагнетании, которые должны быть выше скорости транспортирующего газа углеродсодержащего материала, имеет место увеличение скорости течения углеродсодержащего материала и транспортирующего газа в ходе процесса, в котором углеродсодержащий материал и транспортирующий газ проходят через цилиндрическое пламя горения, и, таким образом, существует возможность более эффективного нагнетания углеродсодержащего материала в расплавленный шлак и расплавленный чугун.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – схематическое изображение принципа нагнетания углеродсодержащего материала с помощью устройства для нагнетания углеродсодержащего материала по настоящему изобретению в отличие от способа по предшествующему уровню техники, где на фиг. 1(A) и фиг. 1(B) показаны способ по настоящему изобретению и способ по предшествующему уровню техники, соответственно;

фиг. 2 – вид в продольном разрезе, на котором схематично показан пример варианта выполнения устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, используемого в настоящем изобретении;

фиг. 3 – вид в разрезе по линии III-III из фиг. 2;

фиг. 4 – схематический вид, на котором показан пример варианта выполнения (вид в продольном разрезе в радиальном направлении электродуговой печи);

фиг. 5 – схематическое изображение, на котором показаны положения установки устройств для нагнетания углеродсодержащего материала в электродуговой печи, используемых в образцах;

фиг. 6 – график, на котором показан пример взаимосвязи между расходом нагнетаемого углеродсодержащего материала и расходом электроэнергии в образцах.

Осуществление изобретения

Способ производства расплавленного чугуна в электродуговой печи по настоящему изобретению представляет собой способ, в котором сырье в виде холодного чугуна плавится в электродуговой печи, содержащей устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, и в котором в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала, в то время как углеродсодержащий материал «a» (порошкообразный сыпучий углеродсодержащий материал) нагнетается с помощью транспортирующего газа через центральный участок устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, топливо «b» и поддерживающий горение газ «c» нагнетаются через соответствующие наружные периферийные участки устройства для нагнетания углеродсодержащего материала. Соответственно, углеродсодержащий материал «a», нагнетаемый через центральный участок, проходит через цилиндрическое пламя горения, создаваемое реакцией горения между топливом «b» и поддерживающим горение газом «c», и нагнетается в расплавленный шлак и расплавленный чугун. Здесь выражение «расплавленный чугун» означает расплавленный доменный чугун или расплавленную сталь, и в некоторых случаях расплавленный доменный чугун и расплавленная сталь могут содержать такие легирующие элементы, как хром и никель.

На фиг. 1 схематически показан принцип нагнетания углеродсодержащего материала с помощью устройства для нагнетания углеродсодержащего материала по настоящему изобретению в отличие от способа по предшествующему уровню техники, где на фиг. 1(A) и фиг. 1(B) показаны способ по настоящему изобретению и способ по предшествующему уровню техники, соответственно.

В способе по предшествующему уровню техники на фиг. 1(B) устройство для нагнетания углеродсодержащего материала образовано из однотрубного сопла, и углеродсодержащий материал переносится транспортирующим газом и нагнетается в печь по направлению к расплавленному шлаку и расплавленному чугуну. В это время, поскольку скорость течения углеродсодержащего материала и транспортирующего газа, которые нагнетаются через однотрубное сопло, быстро снижается из-за течения окружающего газа, углеродсодержащий материал и транспортирующий газ свободно диффундируют, что ведет к уменьшению длины потенциальной сердцевины (область, в которой поддерживается начальная скорость). Кроме того, поскольку углеродсодержащий материал, имеющий сравнительно небольшой диаметр частиц, имеет тенденцию следовать за течением транспортирующего газа, углеродсодержащий материал не отделяется от транспортирующего газа в зависимости от условий и перемещается над жидкостными поверхностями расплавленного чугуна и расплавленного шлака по траектории транспортирующего газа, что, в конечном счете, ведет к разбрасыванию углеродсодержащего материала снаружи печи.

С другой стороны, в способе по настоящему изобретению, показанному на фиг. 1(A), за счет реакции горения между топливом «b» (газообразным топливом и/или жидким топливом) и поддерживающим горение топливом «c» образуется цилиндрическое пламя горения, и углеродсодержащий материал «a» и транспортирующий газ проходят через цилиндрическое пламя горения и нагнетаются в расплавленный шлак и расплавленный чугун. В это время, поскольку течение окружающего газа не влияет на скорость течения углеродсодержащего материала «a» и транспортирующего газа, которые проходят через цилиндрическое пламя горения, скорость течения не уменьшается, что ведет к поддержанию высокой скорости течения. Другими словами, имеет место увеличение длины потенциальной сердцевины. Таким образом, углеродсодержащий материал «a» отделяется от транспортирующего газа с высокой силой инерции, достигает расплавленного шлака и расплавленного чугуна и проникает в расплавленный шлак и расплавленный чугун. Соответственно, углеродсодержащий материал «a» эффективно нагнетается в расплавленный шлак и расплавленный чугун.

Кроме того, за счет регулирования скоростей течения топлива «b» и поддерживающего горение газа «c» при нагнетании, которые должны быть выше скорости транспортирующего газа углеродсодержащего материала «a», имеет место увеличение скорости течения углеродсодержащего материала «a» и транспортирующего газа в ходе процесса, в котором углеродсодержащий материал и транспортирующий газ проходят через цилиндрическое пламя горения. Соответственно, поскольку имеет место увеличение вышеописанного эффекта, существует возможность более эффективного нагнетания углеродсодержащего материала «a» в расплавленный шлак и расплавленный чугун.

Углеродсодержащий материал «a» является порошкообразным сыпучим материалом. Примеры углеродсодержащего материала «a» включают в себя порошкообразный кокс, который является побочным продуктом производства кокса, уголь (мелкая угольная пыль), пластик (сыпучий или порошкообразный, включая сюда пластиковые отходы) и т.п., причем могут использоваться один или несколько из указанных материалов.

В качестве топлива «b» может использоваться газообразное топливо и/или жидкое топливо. Примеры газообразного топлива включают в себя LPG (сжиженный нефтяной газ), LNG (сжиженный природный газ), водород, побочный газ, образующийся во время выполнения производственных процессов на сталелитейном заводе (C-газ, B-газ и т.п.), и смесь двух или нескольких из указанных газообразных топлив, причем могут использоваться два или несколько из указанных газообразных топлив. Примеры жидкого топлива включают в себя мазут (бункерное топливо A, бункерное топливо B или бункерное топливо C), газойль, нефтяной керосин, отработанное масло и т.п., причем могут использоваться два или несколько из указанных жидких топлив. Кроме того, вышеуказанные газообразные топлива и жидкие топлива могут использоваться совместно. Однако предпочтительно, чтобы в качестве топлива «b» использовалось газообразное топливо, например, с учетом простоты сжигания (температура воспламенения топлива, в общем, уменьшается в следующем порядке: твердое топливо, жидкое топливо и газообразное топливо). По этой причине в нижеприведенном описании описан случай, когда в качестве топлива «b» используется газообразное топливо.

В качестве поддерживающего горение газа «c» может использоваться чистый кислород (технический чистый кислород), обогащенный кислородом воздух или воздух.

Примеры газа, который может использоваться в качестве транспортирующего газа углеродсодержащего материала, включают в себя один или несколько инертных газов, например, азот или аргон, воздух и т.п., и в случае, когда в качестве транспортирующего газа используется воздух, предпочтительно обеспечить снижение риска воспламенения или взрыва углеродсодержащего материала и т.п. посредством установки клапана, предупреждающего обратное движение пламени, и т.п. Кроме того, благодаря использованию инертного газа, такого как азот или аргон, можно снизить риск самовоспламенения углеродсодержащего материала.

Устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, используемое в настоящем изобретении, содержит нагнетательные трубы, так что каждое из веществ, к которым относятся углеродсодержащий материал «a», топливо «b» и поддерживающий горение газ «c», нагнетается через соответствующие трубы. В этом устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала нагнетательная труба для порошка в виде углеродсодержащего материала расположена в центральном участке устройства, и нагнетательные трубы для топлива и поддерживающего горение газа расположены в наружных периферийных участках устройства.

На фиг. 2 и фиг. 3 показан пример устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, используемого в настоящем изобретении, где фиг. 2 – вид в продольном разрезе, и фиг. 3 – вид в разрезе по линии III-III из фиг. 2. В этом устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала корпус для подачи топлива «b» (газообразного топлива в настоящем варианте выполнения), поддерживающего горение газа «c» углеродсодержащего материала «a» имеет трехтрубную конструкцию, в которой три трубы расположены соосно. Другими словами, указанная трехтрубная конструкция образована из трубы 1 для нагнетания углеродсодержащего материала, которая расположена в центральном участке, трубы 2 для нагнетания топлива, которая расположена снаружи трубы 1, и трубы 3 для нагнетания поддерживающего горение газа, которая расположена снаружи трубы 2. Между нагнетательными трубами, образующими трехтрубную конструкцию, расположены проставочные элементы для поддержания заданного расстояния между нагнетательными трубами.

Внутреннее пространство трубы 1 для нагнетания углеродсодержащего материала образует канал 10 для течения углеродсодержащего материала, пространство между трубой 2 для нагнетания топлива и трубой 1 для нагнетания углеродсодержащего материала образует канал 20 для течения топлива, и пространство между трубой 3 для нагнетания поддерживающего горение газа и между трубой 2 для нагнетания топлива образует канал 30 для течения поддерживающего горение газа. Передние концы трубы 1 для нагнетания углеродсодержащего материала, трубы 2 для нагнетания топлива и трубы 3 для нагнетания поддерживающего горение газа открыты и образуют отверстие 11 для подачи углеродсодержащего материала (отверстие нагнетания), кольцеобразное отверстие 21 для подачи топлива (отверстие нагнетания) и кольцеобразное отверстие 31 для подачи поддерживающего горение газа (отверстие нагнетания), соответственно.

Кроме того, на заднем конце устройства для нагнетания углеродсодержащего материала впуск 32 поддерживающего горение газа для подачи поддерживающего горение газа в канал 30 для течения поддерживающего горение газа соединен с трубой 3 для нагнетания поддерживающего горение газа. Аналогичным образом впуск 22 топлива для подачи топлива в канал 20 для течения топлива соединен с трубой 2 для нагнетания топлива. Аналогичным образом впуск 12 углеродсодержащего материала для подачи углеродсодержащего материала с помощью транспортирующего газа в канал 10 для течения углеродсодержащего материала соединен с трубой 1 для нагнетания углеродсодержащего материала.

Кроме того, хотя это не показано на чертежах, снаружи трубы 3 для нагнетания поддерживающего горение газа соосно расположены внутренняя труба и наружная труба, и между наружной трубой и внутренней трубой и между внутренней трубой и трубой 3 для нагнетания поддерживающего горение газа образованы каналы для течения охлаждающей среды (наружный канал и внутренний канал для охлаждающей среды), которые сообщаются друг с другом.

Несмотря на то, что в настоящем варианте выполнения отверстие 21 для подачи топлива и отверстие 31 для подачи поддерживающего горение газа имеют форму кольца, каждое из указанных отверстий для подачи может быть образовано, например, из множества газовых отверстий, расположенных с заданными интервалами в окружном направлении на конце нагнетательной трубы.

В таком устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала во время нагнетания углеродсодержащего материала, углеродсодержащий материал «a», например, порошкообразный кокс, и транспортирующий газ нагнетаются через трубу 1 для нагнетания углеродсодержащего материала, топливо «b» (газообразное топливо), например, LNG, нагнетается через трубу 2 для нагнетания топлива, и поддерживающий горение газ «c», например, кислород, нагнетается через трубу 3 для нагнетания поддерживающего горение газа. Цилиндрическое пламя горения образуется топливом «b» (газообразным топливом) и поддерживающим горение газом «c», и углеродсодержащий материал «a» и транспортирующий газ проходят через цилиндрическое пламя горения и нагнетаются в расплавленный шлак и расплавленный чугун.

Примеры устройства, имеющего конструкцию, сходную с конструкцией устройства для нагнетания углеродсодержащего материала по настоящему варианту выполнения, содержат вспомогательную горелку для электродуговой печи. Однако в такой вспомогательной горелке углеродсодержащий материал используется в виде твердого топлива. Другими словами, углеродсодержащий материал (твердое топливо) сгорает (полностью сгорает) вместе с газообразным топливом, таким как LNG, что позволяет сырью в виде холодного чугуна поглощать тепло пламени горения и исключает возникновение холодного пятна (которое удалено от электрода и в котором имеет место неравномерное плавление). Таким образом, упомянутое устройство отличается от устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, используемого в настоящем изобретении в отношении цели использования, функции и способа использования углеродсодержащего материала.

В настоящем изобретении углеродсодержащий материал «a», нагнетаемый через центральный участок устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, проходит через цилиндрическое пламя горения, образующееся между топливом «b» и поддерживающим горение газом «c», и нагнетается в расплавленный шлак и расплавленный чугун. Другими словами, основная часть углеродсодержащего материала «a» проходит через цилиндрическое пламя горения без сгорания, достигает расплавленного шлака и расплавленного чугуна и проникает в расплавленный шлак и расплавленный чугун.

Факторы, необходимые для сгорания включают в себя три фактора, а именно, горючий материал, кислород и температуру (очаг возгорания). Кроме того, способность к горению горючего материала уменьшается в следующем порядке: газ, жидкость и твердое вещество. Это связано с тем, что в газообразном состоянии горючий материал и кислород легко смешиваются друг с другом, и наблюдается тенденция к продолжению горения (цепная реакция). Кроме того, в случае твердого вещества, которое имеет наименьшую способность к горению, горение начинается после того, как температура достигнет температуры воспламенения.

С учетом вышесказанного факторы, которые сдерживают сгорание углеродсодержащего материала, являются следующими: (1) подача поддерживающего горение газа «c» в количестве, которое является достаточным для горения только топлива «b», (2) увеличение скорости течения углеродсодержащего материала «a» (транспортирующего газа) для препятствования достижению температуры возгорания углеродсодержащим материалом, (3) препятствование чрезмерному уменьшению диаметра частиц углеродсодержащего материала, поскольку время, необходимое для достижения углеродсодержащим материалом температуры возгорания и начала горения уменьшается с уменьшением диаметра частиц и т.д.

Что касается вышеприведенного пункта (1), в настоящем изобретении, поскольку топливо «b» приходит в контакт с поддерживающим горение газом «c» и горит сразу же после нагнетания через сопло, предпочтительно, чтобы скорость течения поддерживающего горение газа была эквивалентна или приблизительно эквивалентна относительному содержанию кислорода, которое является достаточным для сгорания только топлива «b». В частности, предпочтительно, чтобы количество подаваемого поддерживающего горения газа «c» регулировалось таким образом, чтобы относительное содержание кислорода по отношению к количеству подаваемого топлива «b» составляло от 1,0 до 1,1. Здесь выражение «относительное содержание кислорода» означает «(количество кислорода, по существу, подаваемое поддерживающим горение газом) / теоретическая потребность в кислороде для полного сгорания топлива)».

Что касается вышеприведенного пункта (2), например, в случае, когда в качестве углеродсодержащего материала «a» используется уголь, поскольку температура возгорания углеродсодержащего материала составляет несколько сот градусов Цельсия (1000°C или выше в случае кокса), предпочтительно, чтобы скорость течения углеродсодержащего материала «a» (транспортирующего газа) увеличивалась для препятствования достижению температуры возгорания углеродсодержащим материалом «a». В общем, считается, что скорость нагрева частиц углеродсодержащего материала в области горения составляет приблизительно 10°C/мс. В случае, когда расстояние между отверстием нагнетания устройства для нагнетания углеродсодержащего материала и расплавленным шлаком составляет приблизительно 1 – 2 м, когда скорость течения углеродсодержащего материала «a» (транспортирующего газа) составляет, например, приблизительно от 20 – 100 м/с, время, необходимое для углеродсодержащего материала «a», нагнетаемого через отверстие нагнетания, чтобы достичь расплавленного шлака и расплавленного чугуна, составляет всего 10 – 100 мс. Считается, что за такое короткое время температура углеродсодержащего материала «a» не увеличивается до температуры возгорания, другими словами, углеродсодержащий материал «a» достигает расплавленного шлака и расплавленного чугуна без горения. По этой причине предпочтительно, чтобы скорость течения углеродсодержащего материала «a» (транспортирующего газа) составляла 20 – 100 м/с.

В случае, когда диаметр частиц углеродсодержащего материала «a» излишне мал, в добавление к вышеприведенному пункту (3) существует риск, что углеродсодержащий материал «a» будет с меньшей вероятностью отделяться от транспортирующего газа в результате следования за потоком транспортирующего газа. Следовательно, предпочтительно, чтобы средний диаметр (D50) углеродсодержащего материала «a» составлял 20 мкм или более. Существует возможность определения среднего диаметра (D50) на основании, например, распределения диаметров частиц углеродсодержащего материала «a», которое обеспечивается с помощью лазерного измерительного устройства для измерения размеров частиц при дифракционном рассеянии.

Предпочтительно, чтобы углеродсодержащий материал «a», топливо «b» и поддерживающий горение газ «c» нагнетались с помощью устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, принимая во внимание вышеприведенные пункты (1) – (3).

Предпочтительно, чтобы скорости топлива «b» и поддерживающего горение газа «c» при нагнетании были максимально большими с точки зрения эффективного нагнетания углеродсодержащего материала «a». Однако в случае, когда скорости течения при нагнетании являются излишне большими, в результате потери пламени существует риск отсутствия возможности генерирования устойчивого цилиндрического пламени горения. С другой стороны, в случае, когда скорости топлива «b» и поддерживающего горение газа «c» при нагнетании являются излишне низкими, из-за уменьшения длины потенциальной сердцевины вследствие относительно уменьшенной длины пламени горения имеет место снижение эффекта настоящего изобретения. Кроме того, в случае, когда длина пламени горения слишком малая, в результате потери пламени из-за его срыва вследствие нарушения нормальной работы печи также существует риск отсутствия возможности генерирования устойчивого пламени горения. По этой причине предпочтительно, чтобы скорости течения топлива «b» и поддерживающего горение газа «c» при нагнетании составляли приблизительно 100 – 500 м/с.

Кроме того, в случае, когда скорость горения топлива «b» слишком низкая, пламя горения имеет тенденцию к неустойчивости из-за нарушения нормальной работы печи. По этой причине предпочтительно, чтобы скорость горения топлива «b» составляла 400 Мкал/ч или более в расчете на одно устройство для нагнетания углеродсодержащего материала.

Также предусмотрены предпочтительные условия, применимые к скорости течения транспортирующего газа «a», и предпочтительно, чтобы отношение количества углеродсодержащего материала к скорости течения транспортирующего газа составляло приблизительно 0,5 – 15 кг/нм³. В случае, когда отношение количества углеродсодержащего материала к скорости течения транспортирующего газа превышает 15 кг/нм³, из-за ухудшения транспортируемости углеродсодержащего материала «a» могут возникать проблемы эксплуатации, например, забивание канала течения углеродсодержащим материалом «a». С другой стороны, в случае, когда отношение количества углеродсодержащего материала к скорости течения транспортирующего газа составляет меньше 0,5 кг/нм³, по причине понижения температуры печи из-за транспортирующего газа существует риск ухудшения эксплуатационной годности.

Существует возможность вычисления скорости течения поддерживающего горение газа «c» с помощью нижеприведенной формулы (1) из скорости течения топлива «b» (газообразного топлива), теоретической потребности топлива в кислороде (теоретическая количество кислорода, необходимое для полного сгорания топлива) и относительного содержания кислорода.

Скорость течения поддерживающего горение газа = (показатель концентрации кислорода в поддерживающем горение газе) × (относительное содержание кислорода) (коэффициент) × [(скорость течения топлива) × (теоретическая потребность топлива в кислороде)] (1)

Таким образом, к примеру, в случае, когда поддерживающий горение газ «c» является чистым кислородом (имеющим концентрацию кислорода 100%), топливо «b» представляет собой LNG, и скорость течения LNG составляет 100 нм³/ч, скорость течения поддерживающего горение газа «c» вычисляется, как указано ниже. Теоретическая потребность топлива в кислороде вычисляется из содержания углерода и содержания водорода или т.п. в топливе, и теоретическая потребность LNG в кислороде составляет приблизительно 2,2 нм³-кислород/нм³- LNG. В случае, когда относительное содержание кислорода составляет 1,1, скорость течения поддерживающего горение газа вычисляется как 242 нм³/ч (= 1 × 1,1 × [100 × 2,2]) с помощью вышеприведенной формулы (1).

Кроме того, также предусмотрены предпочтительные условия, применимые к отношению скорости горения топлива «b» к скорости нагнетания углеродсодержащего материала «a» (Мкал/кг) в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала, и предпочтительно, чтобы отношение скорости горения топлива «b» к скорости нагнетания углеродсодержащего материала «a» составляло 0,1 Мкал/кг или более. Это связано с тем, что в случае, когда скорость горения топлива «b» небольшая относительно скорости нагнетания углеродсодержащего материала, из-за срыва пламени на наконечнике газовой горелки нагнетаемым углеродсодержащим материалом пламя горения является нестабильным, что ведет к недостаточному эффекту внедрения изобретения.

На фиг. 4 схематически показан пример варианта выполнения настоящего изобретения (вид в продольном разрезе в радиальном направлении электродуговой печи), где номер позиции 4 обозначает корпус печи, номер позиции 5 обозначает электрод, номер позиции 6 обозначает устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, номер позиции 7 обозначает расплавленный чугун, и номер позиции 8 обозначает расплавленный шлак. Устройство 6 для нагнетания углеродсодержащего материала установлено в корпусе 4 печи с соответствующим наклоном относительно корпуса 4 печи. В корпусе 4 печи могут быть установлены одно, два или больше устройств 6 для нагнетания углеродсодержащего материала.

Как указано в вышеприведенном описании, согласно способу производства расплавленного чугуна в электродуговой печи по настоящему изобретению, когда сырье в виде холодного чугуна плавится в электродуговой печи, содержащей устройство 6 для нагнетания углеродсодержащего материала, для производства расплавленного чугуна 7, может обеспечиваться эффективное нагнетание углеродсодержащего материала «a» в расплавленный шлак и расплавленный чугун. Соответственно, могут быть достигнуты результаты, описанные ниже в пунктах (1) и (2).

(1) Поскольку достигается увеличение выхода углеродсодержащего материала «a», нагнетаемого в расплавленный шлак и расплавленный чугун, существует возможность уменьшения расхода электроэнергии за счет повышения эффективности плавления сырья в виде холодного чугуна.

(2) Поскольку с помощью углеродсодержащего материала «a» эффективно уменьшается количество окиси железа, достигается увеличение выпуска продукции из печи.

Кроме того, согласно способу производства расплавленного чугуна в электродуговой печи по настоящему изобретению достигаются следующие эффекты.

(3) Поскольку тепло, генерируемое пламенем горения, образующимся в результате реакции горения между топливом «b» и поддерживающим горение газом «c», поглощается расплавленным чугуном и расплавленным шлаком, также существует возможность уменьшения расхода электроэнергии за счет повышения эффективности плавления сырья в виде холодного чугуна.

(4) Поскольку отсутствует необходимость уменьшения диаметра канала течения в сопле устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, отсутствует риск забивания сопла.

(5) Поскольку в результате крепления устройства для нагнетания углеродсодержащего материала к корпусу электродуговой печи воздух не поступает через участок, где прикреплено устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, повышаются эксплуатационные качества.

(6) Поскольку отсутствует необходимость размещать наконечник горелки близко к расплавленному шлаку и расплавленному чугуну, повышается безопасность благодаря уменьшению брызг от расплавленного чугуна и расплавленного шлака.

(7) Поскольку уменьшается количество углеродсодержащего материала, распыляемого снаружи печи, также улучшаются условия труда благодаря уменьшению количества взвешенной пыли, присутствующей вокруг электродуговой печи.

Кроме того, когда за счет регулирования скоростей течения топлива «b» и поддерживающего горение газа «c» при нагнетании, которые должны быть выше скорости транспортирующего газа углеродсодержащего материала «a», имеет место увеличение скорости течения углеродсодержащего материала «a» и транспортирующего газа в ходе процесса, в котором углеродсодержащий материал и транспортирующий газ проходят через цилиндрическое пламя горения, и, соответственно, имеет место увеличение вышеописанного эффекта. В результате существует возможность более эффективного нагнетания углеродсодержащего материала «a» в расплавленный шлак и расплавленный чугун.

Примеры

Были выполнены испытания (образцы 1 – 9) в электродуговой печи, содержащей устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, имеющее конструкцию, показанную на фиг. 2 и фиг. 3. Помимо этого, для сравнения было выполнено испытание (сравнительный образец) в электродуговой печи, содержащей устройство для нагнетания углеродсодержащего материала с однотрубным соплом по существующему уровню техники (см. фиг. 1(B)). На фиг. 5 показан схематический вид в горизонтальном разрезе электродуговой печи, используемой для испытаний. Указанная электродуговая печь является электродуговой печью постоянного тока, имеющей диаметр приблизительно 6,3 м, высоту приблизительно 4,1 м, выпуск приблизительно 120 тонн, и содержит кислородную фурму с водяным охлаждением и один электрод в ее центральном участке. В случае образцов 1 – 9, как показано на фиг. 5, три устройства для нагнетания углеродсодержащего материала были расположены в окружном направлении корпуса печи. Кроме того, в случае сравнительного образца три устройства для нагнетания углеродсодержащего материала с однотрубным соплом по существующему уровню техники были расположены в окружном направлении корпуса печи.

Условия эксплуатации электродуговой печи применительно к настоящим образцам приведены в таблице 1.

Таблица 1

Количество загружаемого скрапа	Примерно 130 тонн
Тип скрапа	Тяжеловесный H2
Выпуск	Примерно 120 тонн
Расход в кислородной фурме	3000нм³/ч
Количество загруженного кускового кокса	1000кг
Количество загруженной обожженной извести	500кг

Типом скрапа был тяжеловесный скрап H2 (согласно предписанию «Единых стандартов на скрап черных металлов», выпущенных Японской ассоциацией черных сырьевых материалов). После загрузки скрапа в бадью скрап был выгружен в электродуговую печь в два этапа, другими словами, перед началом эксплуатации и в середине эксплуатации, в общем количестве примерно 130 тонн. Кроме того, перед началом эксплуатации в качестве вспомогательных сырьевых материалов в электродуговую печь через вспомогательный загрузочный желоб (не показан) были загружены кусковой кокс (1000 кг), который была вспомогательным топливом, и обожженная известь (500 кг), которая была материалом для образования шлака. Нагнетание углеродсодержащего материала было выполнено в период от промежуточного этапа эксплуатации до позднего этапа эксплуатации, когда в определенной степени были получены расплавленный чугун и расплавленный шлак.

Условия использования устройства для нагнетания углеродсодержащего материала применительно к образцам 1 – 9 приведены в таблице 2.

Таблица 2

Скорость нагнетания углеродсодержащего материала		От 60кг/мин до 80кг/мин
Транспортирующий газ	Тип газа	Воздух
Транспортирующий газ	Расход	360нм³/ч
Газообразное топливо	Тип газа	LNG
Газообразное топливо	Расход	От 20 нм³/ч до 220нм³/ч
Поддерживающий горение газ	Тип газа	Чистый кислород
Поддерживающий горение газ	Расход	От 48нм³/ч до 532нм³/ч

В качестве транспортирующего газа углеродсодержащего материала использовался воздух, в качестве газообразного топлива использовался LNG, и в качестве поддерживающего горение газа использовался чистый кислород (технический чистый кислород). В случае образцов 1 – 8 скорость нагнетания углеродсодержащего материала составляла 60 кг/мин, и расход воздуха, который был транспортирующим газом углеродсодержащего материала, составлял 360 нм³/ч. Кроме того, в случае образца 9 скорость нагнетания углеродсодержащего материала составляла 80 кг/мин, и расход воздуха, который был транспортирующим газом углеродсодержащего материала, составлял 360 нм³/ч. В случае образцов 1 – 9 расход LNG варьировался в диапазоне 20 – 220 нм³/ч, и расход чистого кислорода, который был поддерживающим горение газом, варьировался в диапазоне 48 – 532 нм³/ч в соответствии с расходом LNG, так чтобы относительное содержание кислорода постоянно составляло 1,1. Кроме того, в случае сравнительного образца скорость нагнетания углеродсодержащего материала составляла 60 кг/мин, и в качестве транспортирующего газа углеродсодержащего материала использовался воздух (расход воздуха составлял 360 нм³/ч). В качестве углеродсодержащего материала использовался один из порошковых коксов, к которым относятся порошковый кокс A, порошковый кокс B и порошковый кокс C, указанные в таблице 3.

Таблица 3

Тип порошкового кокса	Порошковый кокс A	Порошковый кокс B	Порошковый кокс C
Связанный углерод (% масс.)	88,9	87,3	88,1
Летучее вещество (% масс.	0,35	0,57	0,46
Зольное вещество (% масс.)	10,8	12,2	11,5
Средний диаметр D50 (мкм)	126	15	22

Применительно к настоящим образцам для каждого из образцов 1 – 9 были выполнены десять загрузок при нагнетании углеродсодержащего материала таким образом, что загрузки с первой по десятую выполнялись с расходом нагнетаемого углеродсодержащего материала 1 кг/т, 2 кг/т, 3 кг/т, 4 кг/т, 5 кг/т, 6 кг/т, 7 кг/т, 8 кг/т, 9 кг/т и 10 кг/т, соответственно, посредством регулирования времени нагнетания углеродсодержащего материала для регулирования расхода нагнетаемого углеродсодержащего материала. Для каждого из образцов средняя величина расхода нагнетаемого углеродсодержащего материала в десяти загрузках и средняя величина расхода электроэнергии в десяти загрузках были вычислены из расхода нагнетаемого углеродсодержащего материала и расхода электроэнергии, соответственно, в каждой из десяти загрузок.

Кроме того, применительно к каждому из образцов посредством составления простого уравнения регрессии из величин расхода нагнетаемого углеродсодержащего материала и величин расхода электроэнергии в десяти загрузках был определен наклон «a» (простое уравнение регрессии: y = -ax + b) в качестве эффективности углеродсодержащего материала (кВт⋅ч/т/(кг/т)), который использовался для оценки. Например, на фиг. 6 показана взаимосвязь между расходом нагнетаемого углеродсодержащего материала и величиной расхода электроэнергии для образца 2. В этом случае эффективность углеродсодержащего материала составила 4,3 (кВт⋅ч/т/(кг/т).

Чем больше величина эффективности углеродсодержащего материала, тем выше эффективность. Критерии оценки являются следующими: случай эффективности углеродсодержащего материала меньше 1,0 оценивался как «×», случай эффективности углеродсодержащего материала 1,0 или выше и ниже 2,0 оценивался как «Δ», случай эффективности углеродсодержащего материала 2,0 или выше и ниже 4,0 оценивался как «

», и случай эффективности углеродсодержащего материала 4,0 или выше оценивался как «

».

Кроме того, для оценки выхода углеродсодержащего материала, перенесенного в расплавленный чугун, в печи из расплавленного чугуна была взята проба для анализа после расплавления скрапа, и был выполнен анализ концентрации углерода в расплавленном чугуне. Чем больше величина концентрация углерода в расплавленном чугуне, тем выше эффективность. Критерии оценки являются следующими: случай концентрации углерода в расплавленном чугуне меньше 0,050% оценивался как «×», случай концентрации углерода в расплавленном чугуне 0,050% или выше и меньше 0,055% оценивался как «Δ», случай концентрации углерода в расплавленном чугуне 0,055% или выше и меньше 0,060% оценивался как «

», и случай концентрации углерода в расплавленном чугуне 0,060% или выше оценивался как «

».

Кроме того, посредством открывания крышки электродуговой печи между загрузками состояние пламени горения, образующегося в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала, было проверено с помощью визуального наблюдения. В текущий момент случай, когда пламя горения образовывалось устойчивым образом, оценивался как «

», случай, когда пламя горения было неустойчивым, так что, например, пламя было колеблющимся или пульсирующим, оценивался как «Δ», и случай, когда пламя было полностью потерянным, оценивался как «×».

Кроме того, состояние пламени и пыли (включая сюда углеродсодержащий материал), выдуваемых через отверстия в корпусе электродуговой печи, было проверено с помощью визуального наблюдения. В этот момент, случай, когда наблюдалось уменьшение степени выдувания пламени и пыли через отверстия в корпусе печи, сравниваемый со сравнительным образцом, оценивался как «

», случай, когда отсутствовали отличия в степени выдувания пламени и пыли через отверстия в корпусе печи от случая со сравнительным образцом, оценивался как «Δ», и случай, когда имело место увеличение степени выдувания пламени и пыли через отверстия в корпусе печи, сравниваемый со сравнительным образцом, оценивался как «×».

Кроме того, что касается общей оценки, случай, который оценивался как «×» в отношении, по меньшей мере, одного из вышеописанных факторов, к которым относятся эффективность углеродсодержащего материала, концентрация углерода в расплавленном чугуне, состояние образующегося пламени горения и состояние выдувания пламени и пыли через отверстия в корпусе электродуговой печи, оценивался как «×», случай, который оценивался как «Δ» в отношении, по меньшей мере, одного из указанных факторов, оценивался как «Δ», и другие случаи оценивались как «

».

Результаты вышеописанных оценок приведены в табл. 4 совместно с условиями нагнетания в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала.

В таблице 4 в случае сравнительного образца, когда углеродсодержащий материал просто нагнетался с помощью транспортирующего газа через устройство для нагнетания углеродсодержащего материала с однотрубным соплом, поскольку имело место уменьшение скорости течения нагнетаемых углеродсодержащего материала и транспортирующего газа, значительная часть углеродсодержащего материала могла бы разбрасываться наружу печи без достижения расплавленного шлака или расплавленного чугуна. При нагнетании углеродсодержащего материала пламя выдувалось через отверстия, например, через отверстие для электрода, что, как считается, соответствует потерянному количеству нагнетаемого углеродсодержащего материала. Расход электроэнергии составлял 395,8 кВт⋅ч/т, и эффективность углеродсодержащего материала составляла 0,9 кВт⋅ч/т/(кг/т). Другими словами, оба показателя были очень низкими, и по указанной причине этот случай был оценен как «×» в отношении эффективности углеродсодержащего материала. Кроме того, поскольку концентрация углерода в расплавленном чугуне составляла 0,049% масс., этот случай также был оценен как «×» в отношении концентрации углерода. Таким образом, сравнительный образец был оценен как «×» в отношении общей оценки.

В отличие от этого в случае образцов настоящего изобретения, поскольку углеродсодержащий материал проходит через цилиндрическое пламя горения, образующееся в результате реакции между LNG и кислородом, и эффективно нагнетается в расплавленный шлак и расплавленный чугун, имеет место увеличение расхода электроэнергии и эффективности углеродсодержащего материала, и также увеличивается концентрация углерода в расплавленном чугуне.

В случае образца 1, поскольку имело место повышение расхода электроэнергии до 390,0 кВт⋅ч/т и эффективности углеродсодержащего материала до 2,2 кВт⋅ч/т/(кг/т), образец 1 был оценен как «

» в отношении эффективности углеродсодержащего материала. Кроме того, поскольку концентрация углерода в расплавленном чугуне составляла 0,053% масс., образец 1 был оценен как «Δ» в отношении этого показателя. Помимо этого, в случае образца 2, поскольку имело место повышение расхода электроэнергии до 377 кВт⋅ч и эффективности углеродсодержащего материала до 4,3 кВт⋅ч/т/(кг/т), образец 2 был оценен как «

» в отношении эффективности углеродсодержащего материала. Кроме того, поскольку концентрация углерода в расплавленном чугуне составляла 0,059% масс., образец 2 был оценен как «

» в отношении этого показателя. Кроме того, в случае образца 3, поскольку имело место повышение расхода электроэнергии до 371,4 кВт⋅ч и эффективности углеродсодержащего материала до 4,8 кВт⋅ч/т/(кг/т), образец 3 был оценен как «

» в отношении эффективности углеродсодержащего материала. Кроме того, поскольку концентрация углерода в расплавленном чугуне составляла 0,061% масс., образец 3 был оценен как «

» в отношении этого показателя.

Кроме того, в случае образцов 1 – 3, поскольку образование устойчивого пламени горения было подтверждено визуальным наблюдением, эти образцы были оценены как «

» в отношении состояния образованного пламени горения. Аналогичным образом, поскольку имело место значительное снижение степени выдувания пламени и пыли через отверстия, например, отверстие для электрода, при нагнетании углеродсодержащего материала по сравнению со случаем сравнительного образца, эти случаи были оценены как «

» в отношении указанного показателя.

Согласно вышеприведенным результатам образец 1 был оценен как «Δ» в отношении общей оценки. Образцы 2 и 3 были оценены как «

» в отношении общей оценки.

В случае образца 4, поскольку расход LNG составлял только 30 нм³/ч, скорость течения LNG при нагнетании составляла 72 м/с, другими словами, они была ниже скоростей для образцов 1 – 3, что привело к снижению устойчивости пламени горения. Кроме того, считается, что также имело место снижение степени ускорения углеродсодержащего материала и транспортирующего газа по сравнению со случаем с образцами 1 – 3. Кроме того, считается, что, поскольку отношение скорости горения LNG к скорости нагнетания углеродсодержащего материала составляло 0,08 Мкал/кг, скорость горения была чрезмерно низкой, что привело к эффекту недостаточного внедрения изобретения. Соответственно, расход электроэнергии составил 391,0 кВт⋅ч и эффективности углеродсодержащего материала составила 1,3 кВт⋅ч/т/(кг/т). Таким образом, образец 4 был оценен как «Δ» в отношении эффективности углеродсодержащего материала. Кроме того, поскольку концентрация углерода в расплавленном чугуне составляла 0,053% масс., образец 4 был оценен как «Δ» в отношении этого показателя. Кроме того, поскольку пламя горения иногда было колеблющимся, т.е. неустойчивым в зависимости состояния печи, образец 4 был оценен как «Δ» в отношении состояния образующегося пламени горения. Кроме того, поскольку отсутствовали отличия в степени выдувания пламени и пыли через отверстия в корпусе печи, например, отверстие для электрода, во время нагнетания углеродсодержащего материала, от случая со сравнительным образцом, образец 4 был оценен как «Δ» в отношении этого показателя. Согласно вышеописанным результатам образец 4 был оценен как «Δ» в отношении общей оценки.

В отношении образца 5 использовались такие же условия, как и условия в отношении образца 2 за исключением того, что в качестве углеродсодержащего материала использовался порошковый кокс B. В случае образца 5 расход электроэнергии составил 385,5 кВт⋅ч и эффективность углеродсодержащего материала составила 2,4 кВт⋅ч/т/(кг/т). Таким образом, образец 5 был оценен как «

» в отношении эффективности углеродсодержащего материала. Кроме того, поскольку концентрация углерода в расплавленном чугуне составляла 0,055% масс., образец 5 был оценен как «

» в отношении этого показателя. Кроме того, поскольку было подтверждено образование устойчивого пламени горения посредством визуального наблюдения, образец 5 был оценен как «

» в отношении состояния образующегося пламени горения. Кроме того, поскольку отсутствовали отличия в степени выдувания пламени и пыли через отверстия в корпусе печи, например, отверстие для электрода, во время нагнетания углеродсодержащего материала, от случая со сравнительным образцом, образец 5 был оценен как «Δ» в отношении этого показателя. Согласно вышеописанным результатам образец 5 был оценен как «Δ» в отношении общей оценки.

В случае образца 5 было отмечено уменьшение эффективности углеродсодержащего материала по сравнению со случаем с образцом 2. Считается, что это связано с отличием в диаметре частиц порошкового кокса между образцами 2 и 5. Другими словами, считается, что, поскольку диаметр частиц порошкового кокса B, который использовался в образце 5, был меньше диаметра частиц порошкового кокса A, который использовался в образце 2, порошковый кокс B с меньшей вероятностью отделяется от транспортирующего газа, что ведет к снижению эффективности углеродсодержащего материала.

В случае образца 6, поскольку расход LNG составлял 220 нм³/ч, наблюдалось ухудшение устойчивости пламени горения из-за увеличения скорости течения LNG при нагнетании до 527 м/с, которая была больше указанной скорости для примеров 1 – 3, что ведет к снижению эффекта увеличения выхода углеродсодержащего материала. Соответственно, расход электроэнергии составил 381,0 кВт⋅ч, и эффективность углеродсодержащего материала составила 3,2 кВт⋅ч/т/(кг/т). Таким образом, образец 6 был оценен как «

» в отношении эффективности углеродсодержащего материала. Кроме того, поскольку концентрация углерода в расплавленном чугуне составляла 0,057% масс., образец 6 был оценен как «

» в отношении этого показателя. Кроме того, поскольку пламя горения иногда было пульсирующим, образец 6 был оценен как «Δ» в отношении состояния образующегося пламени горения. Кроме того, поскольку имело место значительное снижение степени выдувания пламени и пыли через отверстия, например, отверстие для электрода, при нагнетании углеродсодержащего материала по сравнению со случаем сравнительного образца, образец 6 был оценен как «

» в отношении указанного показателя. Согласно вышеприведенным результатам образец 6 был оценен как «Δ» в отношении общей оценки.

В случае образца 7 считается, что поскольку расход LNG составлял 20 нм³/ч, скорость течения LNG при нагнетании составляла только 48 м/с, что было ниже скорости течения транспортирующего газа, наблюдалось снижение устойчивости пламени горения, и отсутствовала возможность реализации эффекта увеличения скорости течения углеродсодержащего материала транспортирующего газа из-за горения пламени. Кроме того, считается, что поскольку отношение скорости горения LNG к скорости нагнетания углеродсодержащего материала составляло 0,05 Мкал/кг, т.е. скорость горения была чрезмерно низкой, отсутствовала возможность достаточной реализации эффекта настоящего изобретения. Соответственно, расход электроэнергии составил 392,5 кВт⋅ч, и эффективность углеродсодержащего материала составила 1,1 кВт⋅ч/т/(кг/т). Таким образом, образец 7 был оценен как «Δ» в отношении эффективности углеродсодержащего материала. Кроме того, поскольку концентрация углерода в расплавленном чугуне составляла 0,052% масс., образец 7 был оценен как «Δ» в отношении этого показателя. Кроме того, поскольку пламя горения иногда было колеблющимся, т.е. неустойчивым в зависимости состояния печи, образец 7 был оценен как «Δ» в отношении состояния образующегося пламени горения. Кроме того, поскольку отсутствовали отличия в степени выдувания пламени и пыли через отверстия в корпусе печи, например, отверстие для электрода, во время нагнетания углеродсодержащего материала, от случая со сравнительным образцом, образец 7 был оценен как «Δ» в отношении этого показателя. Согласно вышеописанным результатам образец 7 был оценен как «Δ» в отношении общей оценки.

В отношении образца 8 использовались такие же условия, как и условия в отношении образца 2 и образца 5, за исключением того, что в качестве углеродсодержащего материала использовался порошковый кокс C. В случае образца 8 расход электроэнергии составил 381,0 кВт⋅ч и эффективность углеродсодержащего материала составила 3,1 кВт⋅ч/т/(кг/т). Таким образом, образец 8 был оценен как «

» в отношении эффективности углеродсодержащего материала. Кроме того, поскольку концентрация углерода в расплавленном чугуне составляла 0,056% масс., образец 8 был оценен как «

» в отношении этого показателя. Кроме того, поскольку было подтверждено образование устойчивого пламени горения посредством визуального наблюдения, образец 8 был оценен как «

» в отношении состояния образующегося пламени горения. Кроме того, поскольку отсутствовало значительное уменьшение в степени выдувания пламени и пыли через отверстия в корпусе печи, например, отверстие для электрода, во время нагнетания углеродсодержащего материала, от случая со сравнительным образцом, образец 8 был оценен как «

» в отношении этого показателя. Согласно вышеописанным результатам образец 8 был оценен как «

» в отношении общей оценки.

Считается, что причина, по которой результаты для образца 8 были лучше результатов для образца 5, состоит в том, что, поскольку диаметр частиц порошкового кокса для образца 8 был больше, чем для образца 5, наблюдалось увеличение возможности отделения от транспортирующего газа.

В отношении образца 9 использовались такие же условия, как и условия в отношении образца 1, за исключением того, что скорость нагнетания углеродсодержащего материала составляла 80 кг/мин. Считается, что поскольку отношение скорости горения LNG к скорости нагнетания углеродсодержащего материала составляло 0,09 Мкал/кг, т.е. скорость горения была чрезмерно низкой, отсутствовала возможность достаточной реализации эффекта настоящего изобретения. Соответственно, расход электроэнергии составил 391,8 кВт⋅ч, и эффективность углеродсодержащего материала составила 1,7 кВт⋅ч/т/(кг/т). Таким образом, образец 9 был оценен как «Δ» в отношении эффективности углеродсодержащего материала. Кроме того, поскольку концентрация углерода в расплавленном чугуне составляла 0,053% масс., образец 9 был оценен как «Δ» в отношении этого показателя. Кроме того, поскольку пламя горения иногда было колеблющимся, т.е. неустойчивым при нагнетании углеродсодержащего материала, образец 9 был оценен как «Δ» в отношении состояния образующегося пламени горения. Кроме того, поскольку отсутствовали отличия в степени выдувания пламени и пыли через отверстия в корпусе печи, например, отверстие для электрода, во время нагнетания углеродсодержащего материала, от случая со сравнительным образцом, образец 9 был оценен как «Δ» в отношении этого показателя. Согласно вышеописанным результатам образец 9 был оценен как «Δ» в отношении общей оценки.

Перечень номеров позиций

1 – труба для нагнетания углеродсодержащего материала

2 – труба для нагнетания топлива

3 – труба для нагнетания поддерживающего горение газа

4 – корпус печи

5 – электрод

6 – устройство для нагнетания углеродсодержащего материала

7 – расплавленный чугун

8 – расплавленный шлак

10 – канал для течения углеродсодержащего материала

11 – отверстие для подачи углеродсодержащего материала

12 – впуск углеродсодержащего материала

20 – канал для течения топлива

21 – отверстие для подачи топлива

22 – впуск топлива

30 – канал для течения поддерживающего горение газа

31 – отверстие для подачи поддерживающего горение газа

32 – впуск 32 поддерживающего горение газа

a – углеродсодержащий материал

b – топливо

c – поддерживающий горение газ.

Claims

1. Способ производства расплавленного чугуна в электродуговой печи, в котором сырье в виде холодного чугуна плавится для производства расплавленного чугуна, причем электродуговая печь содержит устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, при этом

в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала, в то время как углеродсодержащий материал (a) нагнетается с транспортирующим газом через центральный участок устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, топливо (b) и поддерживающий горение газ (c) нагнетаются через соответствующие наружные периферийные участки устройства для нагнетания углеродсодержащего материала, при этом

углеродсодержащий материал (a) нагнетаемый через центральный участок, проходит через цилиндрическое пламя горения, образующееся в результате реакции горения между топливом (b) и поддерживающим горение газом (c), и нагнетается в расплавленный шлак и расплавленный чугун.

2. Способ по п. 1, в котором скорости течения топлива (b) и поддерживающего горение газа (c) при нагнетании в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала выше скорости течения транспортирующего газа углеродсодержащего материала (a) при нагнетании в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором поддерживающий горение газ (c) подается таким образом, что относительное содержание кислорода относительно количества топлива (b), подаваемого в устройство для нагнетания углеродсодержащего материала, составляет 1,0-1,1.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором устройство для нагнетания углеродсодержащего материала имеет конструкцию, в которой труба (1) для нагнетания углеродсодержащего материала, труба (2) для нагнетания топлива и труба (3) для нагнетания поддерживающего горение газа расположены в указанном порядке соосно от центрального участка устройства для нагнетания углеродсодержащего материала.

5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором скорости течения топлива (b) и поддерживающего горение газа (c) в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала составляют 100-500 м/с.

6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором скорость горения топлива (b) в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала составляет 400 Мкал/ч или более на устройство для нагнетания углеродсодержащего материала.

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором отношение скорости горения топлива (b) к скорости нагнетания углеродсодержащего материала (a) в устройстве для нагнетания углеродсодержащего материала составляет 0,1 Мкал/кг или более.