UA120548C2

UA120548C2 - INSTALLATION FOR REFINING METAL

Info

Publication number: UA120548C2
Application number: UAA201801802A
Authority: UA
Inventors: Олег Леонідович Беспалов; Володимир Гаврилович Машьянов; Володимир Кузьмич Солоха; Костянтин Дмитрович Соколов; Константин Дмитриевич Соколов; Сергій Володимирович Приходько; Сергій Олександрович Мельник; Сергей Александрович Мельник; Анатолій Миколайович Овчарук; Анатолій Володимирович Безуглий; Олег Володимирович Замковий; Ігор Валерійович Цвітков; Игорь Валерьевич Цветков
Original assignee: Національна Металургійна Академія України
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2019-12-26

Abstract

Винахід належить до галузі металургія. Установка для рафінування металу містить ківш, який має закріплений в його дні шиберний затвор, оснащений пористими пробками, що з'єднані трубопроводами з джерелом газу через регулюючі клапани з приводами, кришкою з трьома ущільненими отворами, через які за допомогою електродоутримувачів і механізмів переміщення з приводами пропущені три графітових електроди, що складаються з окремих фрагментів з різьбовими ніпельними отворами на кінцях і з'єднаних за допомогою різьбових проміжних ніпелів, причому кожен з електродів має коротку мережу, підключену до електродоутримувачів від окремої фази вторинної обмотки трифазного трансформатора, на первинній обмотці якого розташований перемикач ступенів напруги і вузол кріплення, причому вторинна обмотка трифазного трансформатора оснащена перетворювачем змінного струму ультранизької частоти, до якого через коротку мережу підключені електродоутримувачі, а ківш обладнаний апаратом для електромагнітного перемішування металу в робочому просторі, що приєднаний силовими лініями до перетворювача змінного струму ультранизької частоти. Винахід підвищує продуктивність нагрівання і обробки розплаву, та підвищує ефективність рафінування металу від домішок з перемішуванням металу без втрати температури.The invention relates to the field of metallurgy. The metal refining plant comprises a bucket having a gate valve fixed in its bottom, equipped with porous plugs connected by pipelines to the gas source through control valves with actuators, a cover with three sealed openings through which by means of electroholders and mechanisms of movement from the actuator missed three graphite electrodes, consisting of individual fragments with threaded nipple holes at the ends and connected by threaded intermediate nipples, and each of the electrodes has a short network connected to the electrode holders from a separate phase of the secondary winding of the three-phase transformer, which is located on the primary voltage switch and mounting unit, and the secondary winding of the three-phase transformer is equipped with an ultra-low frequency AC converter, to which through a short network are connected electrode holders, and the bucket is equipped with a device for electromagnetic mixing of metal in the working space. power lines to the ultra-low frequency AC converter. The invention increases the productivity of heating and processing of the melt, and increases the efficiency of refining the metal from impurities with mixing of the metal without losing temperature.

Description

обладнаний апаратом для електромагнітного перемішування металу в робочому просторі, що приєднаний силовими лініями до перетворювача змінного струму ультранизької частоти.equipped with an apparatus for electromagnetic mixing of metal in the working space, which is connected by power lines to an ultra-low frequency alternating current converter.

Винахід підвищує продуктивність нагрівання і обробки розплаву, та підвищує ефективність рафінування металу від домішок з перемішуванням металу без втрати температури. я шия - Я її се ши ше а 16 їх ; Де а ЙThe invention increases the performance of heating and processing of the melt, and increases the efficiency of metal refining from impurities with metal mixing without loss of temperature. I'm a neck - I'm her se shi she and 16 of them; Where is Y

ГЕ ше С Е ше ше т ше шщ ше : І: ! й щ ' що : | ра ші і т ши х м 18 ; ЇїГЕ ше С E ше ше т ше шще : И: ! and what: | ra shi and t shi x m 18 ; her

М, х. К. м ї я мо іM, h. K. m i i mo i

Ток уфлкткклжажжжлал ЖАЛА АКА АХ ТАНКА ЖАКА КАК ек вжвжажу оф юю жж кю юю ж юежиюєВ, іч т Ша хх се: шк х спдлкжнюю ж -ї ! НTok uflktkkljazhzhzhlal ŽALA AKA AH TANKA ŽAKA KAK ek vzhvzhazh of yuyu zhzh kyu yuyu zh yuezhiyuyeV, ich t Sha xx se: shk kh spdlkzhnuyu zh -yi ! N

ЩЕ -єя А б оSCHE -yeya A b o

І! и: А Мн ННЯ | і і жиє ШАЯН : і зе й шини нен ше ШИ | і я ИЙ ши НН 2 аа шен. прю рв я ВН і шина! 'AND! and: A Mn NNYA | and the SHAYAN lives: and ze and tires nen she SHY | and I IY shi NN 2 aa shen. pryu rv I VN and tire! '

І зни - М й ХооюнююютетсюсойAnd you know - M y Khooyunyuyuyutsyusoy

Винахід "Установка для рафінування металу", що заявляється на патент України, належить до галузі металургії, а саме до обробки рідкого металу в ковшах з позапічними засобами нагріву і рафінування розплаву в електричних дугах, і може бути використано для нагріву і обробки розплавлених феросплавів наприклад феронікелю газами, шлаками та флюсами.The invention "Installation for metal refining", which is applied for a patent of Ukraine, belongs to the field of metallurgy, namely to the processing of liquid metal in ladles with non-furnace means of heating and refining of the melt in electric arcs, and can be used for heating and processing of molten ferroalloys, such as ferronickel gases, slags and fluxes.

Відома установка піч-ківш, що містить ківш з кришкою, через яку проходять три електроди, підключених до трансформатора, ківш оснащений пористою пробкою для подачі газу для перемішування, що встановлена в днище по осі ковша, пристрій для підведення газу уздовж електродів у верхній частині ковша і бункер для завантаження реагентів (ФРН Ме36024989, Е 27A ladle furnace installation is known, comprising a ladle with a lid through which three electrodes connected to a transformer pass, the ladle is equipped with a porous plug for the supply of gas for mixing, which is installed in the bottom along the axis of the ladle, a device for supplying gas along the electrodes in the upper part of the ladle and a hopper for loading reagents (FRG Me36024989, E 27

В 3/08, В 22 О 41/00, опубл. 1986).In 3/08, In 22 O 41/00, publ. 1986).

В даній установці піч-ківш газ, що подається вздовж електродів, служить тільки для захисту поверхні електродів від випалу і дзеркала металу від окислення, і не бере участі в перемішуванні розплаву, що знижує продуктивність нагрівання і обробки. При цьому подача газу що перемішує метал між електродами через пористу пробку, встановлену по осі ковша, призводить до значних коливань рівня металу.In this furnace-bucket installation, the gas supplied along the electrodes serves only to protect the surface of the electrodes from burning and the metal mirror from oxidation, and does not participate in the mixing of the melt, which reduces the productivity of heating and processing. At the same time, the supply of gas that mixes the metal between the electrodes through a porous plug installed along the axis of the ladle leads to significant fluctuations in the metal level.

Тому в процесі експлуатації спостерігається нерівномірний випал електродів і виникає різниця в довжинах дуг. В результаті коливань рівня металу в ковші, обумовлених продувкою аргоном через пористі пробки, електрод, що має меншу довжину дуги і, відповідно, меншою фазною напругою, періодично торкається металу що приводить до підвищення в ньому вмісту вуглецю і виникнення струмів короткого замикання, що знижує продуктивність нагрівання і обробки за рахунок необхідності в додатковій операції видалення вуглецю і зниження енергетичної потужності установки.Therefore, in the process of operation, there is an uneven burning of the electrodes and a difference in the lengths of the arcs. As a result of fluctuations in the metal level in the ladle, caused by argon blowing through porous plugs, the electrode, which has a shorter arc length and, accordingly, a lower phase voltage, periodically touches the metal, which leads to an increase in its carbon content and the occurrence of short-circuit currents, which reduces productivity heating and processing due to the need for an additional carbon removal operation and a reduction in the energy capacity of the installation.

Для електродів з більшою довжиною дуги коливання рівня металу призводять до обриву дуги, що також знижує продуктивність нагрівання і обробки в даній установці піч-ківш, більш інтенсивна подача газу що перемішує метал через пористу пробку, обмежена утворенням на поверхні розплаву газометалевого буруна з підвищеним бризковиносом і вторинним окисленням металу незахищеного шлаком.For electrodes with a longer arc length, fluctuations in the metal level lead to arc interruption, which also reduces the heating and processing performance in this furnace-bucket installation, a more intensive supply of gas that stirs the metal through a porous plug is limited by the formation of a gas-metal drill with increased spatter on the surface of the melt and secondary oxidation of metal unprotected by slag.

Так як підведення тепла від дуг здійснюється локально, то в центральній зоні ковша на поверхні металу, що знаходиться між електродами, температура набагато вище, ніж близько до стінок ковша. Тому на усереднення температури, при лімітованому витраті газу, що переміщуєSince the heat supply from the arcs is carried out locally, the temperature in the central zone of the ladle on the surface of the metal located between the electrodes is much higher than near the walls of the ladle. Therefore, to average the temperature, with a limited flow of the moving gas

Зо потрібні значні витрати часу, що знижує продуктивність нагрівання.It requires considerable time, which reduces the heating performance.

Перемішування металу в ковші тільки за допомогою холодного газу що продувають через пористу пробку призводить до нагрівання газу до температури металу і виносу його з дзеркала розплаву. При цьому спостерігаються значні теплові втрати, і зниження температури розплаву із середньою швидкістю в залежності від маси металу від 4-5 "С/хв (для порівняння швидкість зниження температури розплаву в ковші без продувки 2-3 "С/хв), що вимагає для компенсації падіння температури підведення додаткової потужності і знижує продуктивність нагрівання.Mixing the metal in the ladle only with the help of cold gas blowing through the porous plug leads to the heating of the gas to the temperature of the metal and its removal from the melt mirror. At the same time, there are significant heat losses and a decrease in the temperature of the melt at an average rate depending on the weight of the metal of 4-5 "C/min (for comparison, the rate of decrease in the temperature of the melt in a ladle without purging is 2-3 "C/min), which requires compensation for the drop in the temperature of the supply of additional power and reduces the heating performance.

Найбільш близьким аналогом до винаходу "Установка для рафінування металу", що заявляється на патент України, є установка піч-ківш, що містить ківш, забезпечений закріпленими в його днище шиберним затвором і пористими пробками, з'єднаними трубопроводами з джерелом газу через регулюючі клапани з приводами, і кришкою з трьома ущільненими отворами, через які за допомогою електродотримачів і механізмів переміщення з приводами пропущені три порожнистих графітових електроди з осьовими каналами, що складаються з окремих фрагментів з різьбовими ніпельними отворами на кінцях і з'єднаних за допомогою пустотілих різьбових проміжних ніпелів, причому кожен з порожнистих електродів має коротку мережу, підключену до електродотримачів від окремої фази вторинної обмотки трифазного трансформатора, на первинній обмотці якого розташований перемикач ступенів напруги, і вузол кріплення, угвинчений у верхній різьбовий ніпельний отвір і оснащений трубкою, що підводить газ, з'єднаної з джерелом газу через другий регулюючий клапан, і трубкою, що проходить по осі порожнистого електрода і з'єднаний трубопроводом з пневматичним живильником, що з'єднаний з бункерами порошкоподібних шлакоутворюючих і легуючих матеріалів з джерелом газу, через третій регулюючий клапан з приводом керування (ЕПВ Мо 0203533, С21 С7/00, 7/072, 5/52, опубл. 1986).The closest analogue to the invention "Installation for metal refining", which is applied for a patent of Ukraine, is a ladle-furnace installation containing a ladle equipped with a gate valve fixed in its bottom and porous plugs connected by pipelines to a gas source through regulating valves with drives, and a cover with three sealed holes, through which three hollow graphite electrodes with axial channels, consisting of separate fragments with threaded nipple holes at the ends and connected by means of hollow threaded intermediate nipples, are passed with the help of electrode holders and mechanisms of movement with drives, and each of the hollow electrodes has a short network connected to the electrodes from a separate phase of the secondary winding of a three-phase transformer, on the primary winding of which there is a switch of voltage stages, and a fastening assembly screwed into the upper threaded nipple hole and equipped with a gas supply tube connected with a gas source through others and the control valve, and the tube passing along the axis of the hollow electrode and connected by a pipeline to the pneumatic feeder, which is connected to the hoppers of powdered slag-forming and alloying materials with a gas source, through the third control valve with a control drive (EPV Mo 0203533, C21 C7/00, 7/072, 5/52, publ. 1986).

В даній установці піч-ківш стабільність процесу електродугового підігріву металу підвищується зі збільшенням сили струму і напруги на дугах, однак це призводить до значного випалу електродів і потребує більш частої їх заміни, що знижує продуктивність нагрівання і обробки металу. При цьому "кипіння" металу при продувці аргоном через пористі пробки викликає необхідність збільшення відстані між поверхнею металу і порожніми електродами і, відповідно, довжини дуги.In this furnace-bucket installation, the stability of the process of electric arc heating of metal increases with an increase in the current and voltage on the arcs, however, this leads to significant burnout of the electrodes and requires more frequent replacement, which reduces the productivity of heating and metal processing. At the same time, the "boiling" of the metal during argon blowing through the porous plugs causes the need to increase the distance between the metal surface and the empty electrodes and, accordingly, the length of the arc.

В результаті підвищується тепловипромінювання дуг на вогнетривкі елементи футерування бо ковша і кришки, зі зменшенням кількості тепла переданого металу і зниженням ККД нагріву, що вимагає збільшення тривалості підведення потужності і призводить до зниження продуктивності нагрівання. В даних печах-ковшах в період нагріву металу дугами продування аргоном через пористі пробки не здійснюють або обмежують, так кипіння порушує стабільність нагріву.As a result, the heat radiation of the arcs on the refractory lining elements of the ladle and lid increases, with a decrease in the amount of heat transferred from the metal and a decrease in the heating efficiency, which requires an increase in the duration of the power supply and leads to a decrease in the heating productivity. In these ladle furnaces, during the period of metal heating with arcs, argon blowing through porous plugs is not carried out or limited, so boiling disrupts the stability of heating.

При цьому оптимальна витрата аргону через пористі пробки, з точки зору мінімального бризковиносу і викиду спіненого шлаку з поверхні металу в ковші, а також умов стабільного горіння дуг, є недостатнім для того, щоб забезпечити ефективне перемішування розплаву для винесення всіх об'єктів з поверхні реагування та для вирівнювання складу і температури по висоті розплаву в ковші.At the same time, the optimal consumption of argon through porous plugs, from the point of view of minimal spattering and emission of foamed slag from the metal surface into the ladle, as well as the conditions of stable arc combustion, is insufficient to ensure effective mixing of the melt to remove all objects from the reaction surface and to equalize the composition and temperature by the height of the melt in the ladle.

Тому підвищення продуктивності нагрівання і обробки в даній установці піч-ківш лімітовано критичною інтенсивністю продувки перемішуючим газом через пористі пробки, при якому відбувається розрив суцільності шлаку плаваючого на дзеркалі металу, що призводить до вторинного окислення металу і до часткового покриття металевими та шлаковими бризками порожнистих електродів і кришки.Therefore, the increase in the productivity of heating and processing in this furnace-bucket installation is limited by the critical intensity of blowing with the stirring gas through the porous plugs, during which the integrity of the slag floating on the metal mirror is broken, which leads to secondary oxidation of the metal and partial coverage of the hollow electrodes with metal and slag sprays and lids

Додаткове перемішування металу здійснюється подачею газу через порожнисті електроди.Additional mixing of the metal is carried out by supplying gas through hollow electrodes.

Це призводить до зниження продуктивності нагрівання і обробки металу за рахунок порушення стабільності горіння дуг при видуванні на бічну стінку порожнистих електродів, неконтрольованого скипання і збільшення бризквиносу шлаку.This leads to a decrease in the productivity of heating and metal processing due to a violation of the stability of arc combustion when hollow electrodes are blown onto the side wall, uncontrolled boiling and an increase in slag spatter.

Нагрівання дугами відбувається в шарі спіненого шлаку, при цьому збільшення кількості шлаку на поверхні металу сприяє більшому поглибленню дуг і кращому їх екрануванню. Однак збільшення кількості шлаку до кратності 0,05-0,07 викликає збільшення витрати електроенергії на його плавлення і перегрів, що знижує продуктивність даної установки піч-ківш. Електричні дуги в даній установці є нелінійними активними опорами, і параметри їх в сильному ступені залежать від умов горіння, зокрема від характеру подачі в них газу через порожнисті електроди.Arc heating takes place in a layer of foamed slag, while the increase in the amount of slag on the surface of the metal contributes to a greater deepening of the arcs and better shielding. However, an increase in the amount of slag to a multiple of 0.05-0.07 causes an increase in the consumption of electricity for its melting and overheating, which reduces the productivity of this furnace-bucket installation. Electric arcs in this installation are non-linear active resistors, and their parameters strongly depend on the combustion conditions, in particular, on the nature of gas supply to them through hollow electrodes.

При цьому регулювання потужності дуг проводиться індуктивними елементами мережі живлення, зміною напруги, що підводиться, довжини дуг і витратою плазмоутворюючого газу.At the same time, the regulation of arc power is carried out by inductive elements of the power supply network, by changing the applied voltage, the length of the arcs, and the consumption of plasma-forming gas.

Однак під час продування металу газом через пористі пробки і через порожнисті електроди спостерігаються інтенсивні коливання рівня дзеркала розплаву. При цьому відбуваються короткі замикання між електродами і рідким металом. У осцилограмах струму спостерігаються несинусоїдальності, кидки струму різної амплітуди і тривалості, а також вищі гармоніки, щоHowever, during blowing of metal with gas through porous plugs and through hollow electrodes, intense fluctuations in the level of the melt mirror are observed. At the same time, short circuits occur between the electrodes and the liquid metal. In the current oscillograms, non-sinusoidalities, current jumps of different amplitudes and durations, as well as higher harmonics are observed, which

Зо носять стохастичний характер.They are stochastic in nature.

При цьому миттєва потужність коливається навколо певного середнього значення, що задається автоматичним регулятором, а коливання реактивної потужності досягають 200 95 зі швидкістю до 500 мВАр/с і значно перевищують коливання активної потужності. Також спостерігається статична і динамічна несиметрії навантаження фаз, що досягають 10 95 коливання струмів. Дані коливання струмів, напруг і потужності в дугах призводять до зниження коефіцієнтів потужності (со5фФ) до 0,62-0,67, зниження стабільності горіння дуг і продуктивності нагрівання металу.At the same time, the instantaneous power fluctuates around a certain average value set by the automatic regulator, and the reactive power fluctuations reach 200 95 at a speed of up to 500 mVAr/s and significantly exceed the active power fluctuations. Static and dynamic load asymmetry of the phases reaching 10 95 current fluctuations is also observed. These fluctuations of currents, voltages and power in arcs lead to a decrease in power coefficients (со5фФ) to 0.62-0.67, a decrease in the stability of arc combustion and the productivity of metal heating.

Також необхідно відмітити зменшення міцності електрода як елемента установки за рахунок наявного внутрішнього отвору що зменшує сумарний переріз електрода та може призвести до його руйнування.It is also necessary to note the decrease in the strength of the electrode as an element of the installation due to the existing internal hole, which reduces the total cross-section of the electrode and can lead to its destruction.

Таким чином, у відомій установці піч-ківш не реалізується максимально можлива продуктивність нагрівання і обробки розплаву, перемішування металу без втрати температури.Thus, the known ladle furnace installation does not realize the maximum possible productivity of heating and processing of the melt, mixing of metal without loss of temperature.

У наведеній установці забезпечується довжина дуг 120-160 мм; мінімальна необхідна товщина шлаку 150-195 мм; ККД нагріву 65-70 90; швидкість нагріву 2,0-4,0 "С / хв; коефіцієнти потужності (со5Ф) 0,68-0,75; питома витрата електроенергії 285,8 кВт " год. / т; питома продуктивності нагрівання і обробки 8-8,4 т/хв.,In this installation, the length of the arcs is 120-160 mm; the minimum required slag thickness is 150-195 mm; Heating efficiency 65-70 90; heating rate 2.0-4.0 "С / min; power coefficients (со5Ф) 0.68-0.75; specific electricity consumption 285.8 kW " h. / t; specific productivity of heating and processing 8-8.4 t/min.,

В основу винаходу поставлена задача підвищення продуктивності нагрівання і обробки розплаву, а також ефективності рафінування металу від домішок, перемішування металу без втрати температури.The invention is based on the task of increasing the productivity of heating and processing the melt, as well as the efficiency of metal refining from impurities, metal mixing without temperature loss.

Поставлена задача вирішується тим, що у відомій установці для рафінування металу, що містить ківш, який має закріплений в його дні шиберний затвор оснащений пористими пробками, що з'єднані трубопроводами з джерелом газу через регулюючі клапани з приводами, кришкою з трьома ущільненими отворами, через які за допомогою електродоутримувачів і механізмів переміщення з приводами пропущені три графітових електроди, що складаються з окремих фрагментів з різьбовими ніпельними отворами на кінцях і з'єднаних за допомогою різьбових проміжних ніпелів, причому кожен з електродів має коротку мережу підключену до електродоутримувачів від окремої фази вторинної обмотки трифазного трансформатора, на первинній обмотці якого розташований перемикач ступенів напруги і вузол кріплення, вторинна обмотка трифазного трансформатора оснащена перетворювачем змінного струму бо ультранизької частоти, до якого через коротку мережу підключені електродоутримувачі, а ківш обладнаний апаратом для електромагнітного перемішування металу в робочому просторі що приєднаний силовими лініями до перетворювача змінного струму ультранизької частоти.The problem is solved by the fact that in a known plant for metal refining, which contains a ladle, which has a gate valve fixed in its bottom, equipped with porous plugs, connected by pipelines to a gas source through control valves with actuators, a cover with three sealed holes, through which, with the help of electrode holders and movement mechanisms with drives, three graphite electrodes are passed, consisting of separate fragments with threaded nipple holes at the ends and connected by means of threaded intermediate nipples, and each of the electrodes has a short network connected to the electrode holders from a separate phase of the secondary winding of a three-phase transformer, on the primary winding of which there is a switch of voltage levels and a fastening node, the secondary winding of a three-phase transformer is equipped with an ultra-low frequency alternating current converter, to which the electrodes are connected through a short network, and the bucket is equipped with an apparatus for electromagnetic ishing of metal in the working space that is connected by power lines to the ultra-low frequency alternating current converter.

Одним з елементів що забезпечує роботу установки на змінному струмі ультранизької частоти є перетворювач частоти підключений до джерела електроенергії і до блока управління, який з'єднаний з керуючим органом установки для рафінування металу. Перетворювач забезпечений датчиком напруги, а привід механізму переміщення електродів - датчиком положення і обидва датчики з'єднані з входом мікропроцесорної системи управління, до якої так само підключені регулюючі клапани системи подачі газу, що забезпечені блоками задання рівня витрат газу, кожен з яких з'єднаний з виходом мікропроцесорної системи управління. Пристрій електромагнітного перемішування металу в робочому просторі також підключений до перетворювача частоти, управління яким здійснюється за рахунок підключення до мікропроцесорної системи управління.One of the elements that ensures the operation of the installation on ultra-low frequency alternating current is a frequency converter connected to the source of electricity and to the control unit, which is connected to the control body of the installation for metal refining. The converter is equipped with a voltage sensor, and the drive of the mechanism for moving the electrodes is equipped with a position sensor, and both sensors are connected to the input of the microprocessor control system, to which the regulating valves of the gas supply system are also connected, equipped with units for setting the level of gas consumption, each of which is connected with the output of the microprocessor control system. The device for electromagnetic mixing of metal in the working space is also connected to a frequency converter, which is controlled by connecting to a microprocessor control system.

На кресленні зображено установку для рафінування металу. Установка для рафінування металу включає в собі ківш 1, забезпечений закріпленими в його днище 2 шиберним затвором З і трьома пористими пробками 4, останні з'єднані трьома трубопроводами 5 з джерелом газу 6 через клапан 7, що регулюють потік газу з приводами 8 (на кресленні показаний один трубопровід, для спрощення схеми). На ковші 1 встановлена кришка 9 з трьома ущільненими отворами 10, через які пропущені, за допомогою електродотримачів 11 і механізмів переміщення 12 з приводами 13 (На кресленні показаний один з трьох механізмів переміщення 12), три графітових електроди 14. При цьому електроди 14 складаються з окремих фрагментів, з різьбовими ніпельними отворами на кінцях і з'єднаних за допомогою різьбових проміжних ніпелів. Кожен з електродів 14 має коротку мережу 15, підключену до електродотримача 11 через перетворювач низької частоти 16 від окремих фаз вторинної обмотки 17 трансформатора 18, на первинній обмотці 19 якого розташований перемикач ступенів напруги 20. Перемикач ступенів напруги 20 на первинній обмотці 19 трансформатора 18 забезпечений датчиком напруги 21, а приводи 13 механізмів переміщення 12 електродів 14 - датчиком положення 22.The drawing shows a metal refining plant. The installation for metal refining includes a ladle 1, equipped with a gate valve З fixed in its bottom 2 and three porous plugs 4, the latter connected by three pipelines 5 to a gas source 6 through a valve 7, which regulate the flow of gas with actuators 8 (in the drawing one pipeline is shown, to simplify the scheme). A cover 9 with three sealed holes 10 is installed on the bucket 1, through which three graphite electrodes 14 are passed with the help of electrode holders 11 and movement mechanisms 12 with drives 13 (One of the three movement mechanisms 12 is shown in the drawing. At the same time, the electrodes 14 consist of separate fragments, with threaded nipple holes at the ends and connected by means of threaded intermediate nipples. Each of the electrodes 14 has a short network 15 connected to the electrode holder 11 through a low-frequency converter 16 from individual phases of the secondary winding 17 of the transformer 18, on the primary winding 19 of which there is a voltage step switch 20. The voltage step switch 20 on the primary winding 19 of the transformer 18 is equipped with a sensor voltage 21, and the actuators 13 of the mechanisms for moving 12 electrodes 14 - by the position sensor 22.

Датчик напруги 21 ії датчик положення 22 з'єднані з входом 23 мікропроцесорної системи управління 24. Приводи регулюючих клапанів забезпечені блоками задання рівня витрат газу 25, кожен з яких з'єднаний з виходом 26 мікропроцесорної системи управління 24.The voltage sensor 21 and the position sensor 22 are connected to the input 23 of the microprocessor control system 24. The actuators of the control valves are equipped with units for setting the level of gas consumption 25, each of which is connected to the output 26 of the microprocessor control system 24.

Зо Елементи управління пристрою електромагнітного перемішування металу в робочому просторі ковша 27 підключені до виходу 29 мікропроцесорної системи управління 24, а лінії живлення 28 до перетворювача частоти 16. Управління перетворювачем частоти 16 здійснюється мікропроцесорною системою управління.The control elements of the electromagnetic metal mixing device in the working space of the ladle 27 are connected to the output 29 of the microprocessor control system 24, and the power supply line 28 to the frequency converter 16. The frequency converter 16 is controlled by the microprocessor control system.

На кресленні також умовно показані під позиціями: 30 - розплав що піддається рафінуванню, що заповнює ківш 1; 31 - шлак на поверхні розплаву 30; 32 - електричні дуги, що горять між електродами 14 і розплавом 30; 33 - зона бульбашок газу що барботують через розплав 30 з пористих пробок 4.The drawing also tentatively shows under the positions: 30 - melt that can be refined, which fills ladle 1; 31 - slag on the surface of the melt 30; 32 - electric arcs burning between electrodes 14 and melt 30; 33 - a zone of gas bubbles bubbling through the melt 30 of porous plugs 4.

Установка для рафінування металу працює наступним чином в ківш 1 (Фіг.) зі встановленим в днище 2 закритим шиберним затвором З розливають розплав 30, наприклад феронікелю, зThe installation for metal refining works as follows: in ladle 1 (Fig.) with a closed gate valve installed in the bottom 2, melt 30, for example, ferronickel, is poured from

РТП (руднотермічної печі, на кресленнях не показана) і починають рафінування від шкідливих домішок шляхом додавання в розплав шлакоутворюючого десульфуруючого компонента, у випадку рафінування феронікелю соди або інших МагСОз вмісних інгредієнтів, що утворюють шлак 31. Після транспортування металу і скачування шлаку температура розплаву знижується і ківш 1 встановлюється на стенд позапічної обробки.RTP (ore thermal furnace, not shown on the drawings) and begin refining from harmful impurities by adding a slag-forming desulphurizing component to the melt, in the case of refining ferronickel soda or other MgCOz-containing ingredients that form slag 31. After transporting the metal and unloading the slag, the temperature of the melt decreases and ladle 1 is installed on the oven processing stand.

В умовах існуючого виробництва феронікелю в Україні технологія рафінування передбачає обробку содою в ковші, обробку в конверторі із кислою футеровкою, а далі в конвертері з основною футеровкою. В установці для рафінування металу що заявляється, можна провести всі три стадії рафінування що знижує матеріальні затрати, а в цілому собівартість продукції.In the conditions of the existing production of ferronickel in Ukraine, the refining technology involves treatment with soda in ladles, treatment in a converter with an acidic lining, and then in a converter with a basic lining. All three stages of refining can be carried out in the proposed metal refining plant, which reduces material costs and, in general, the cost of production.

На стенді позапічної обробки через пористі пробки 4 по трубопроводах 5 подають в розплав 30 кисень від джерела газу б що перемішує та окислює хром та кремній з розплаву і змінюють його витрату за допомогою регулюючих клапанів 7 з приводами 8. На ківш 1 встановлюють кришку 9 з трьома ущільненими отворами 10 і пропускають через них, за допомогою електродотримачів 11 і механізмів перемішування 12 з приводами 13, три графітових електроди 14.At the post-furnace processing stand, oxygen 30 is supplied to the melt through porous plugs 4 through pipelines 5 from a gas source b that mixes and oxidizes chromium and silicon from the melt and changes its flow rate with the help of control valves 7 with actuators 8. A cover 9 with three sealed holes 10 and pass through them, with the help of electrode holders 11 and mixing mechanisms 12 with drives 13, three graphite electrodes 14.

До кожного електродотримача 11 електродів 14 від короткої мережі 15 (креслення) через перетворювач 16 підводиться напруга від окремих фаз вторинної обмотки 17 трансформатора 18 і регулюються як на первинній обмотці 19 перемикачем ступенів напруги 20, так і перетворювачем 16 за допомогою мікропроцесорної системи управління 24. При необхідності механізмами переміщення 12 електроди 14 опускаються вниз до контакту зі розплавом 30, бо збуджують електричні дуги 32 під шаром шлаку 31 і проводять нагрівання розплаву 30. При цьому управління перетворювачем частоти 16 забезпечує збільшення довжини дуг 32 до оптимального для даного типу рафінування.Each electrode holder 11 of the electrodes 14 from the short network 15 (drawing) is supplied with voltage from individual phases of the secondary winding 17 of the transformer 18 through the converter 16 and is regulated both on the primary winding 19 by the voltage step switch 20 and by the converter 16 using the microprocessor control system 24. When if necessary, the moving mechanisms 12 lower the electrodes 14 down to contact with the melt 30, because they excite the electric arcs 32 under the slag layer 31 and heat the melt 30. At the same time, the control of the frequency converter 16 provides an increase in the length of the arcs 32 to the optimum for this type of refining.

При продувці киснем через пористі пробки 4 в днище 2 ковша 1 по осі кожного електрода 14 організується перемішування розплаву 30, що сприяє розвитку міжфазної поверхні і підвищенню ступеня рафінування. При досягненні потрібного складу розплаву 30 що рафінують включають пристрій електромагнітного перемішування 27 в робочому просторі ковша 1 підключений до мікропроцесорної системи управління 24 для забезпечення інтенсивного видалення оксидів хрому та кремнію після цього видаляють шлак 31 що утворився у процесі рафінування. За рахунок застосування пристрою електромагнітного перемішування 27 відпадає потреба в збільшенні витрат газу (інертного газу аргону як в найближчому аналогу), через пористі пробки 4 для інтенсифікації перемішування розплаву 30. Вдається скоротити тривалість технологічних операцій і підвищити продуктивність обробки.When oxygen is blown through the porous plugs 4 in the bottom 2 of the ladle 1 along the axis of each electrode 14, mixing of the melt 30 is organized, which contributes to the development of the interphase surface and an increase in the degree of refining. When the desired composition of the melt 30 is reached, the refining device includes an electromagnetic stirring device 27 in the working space of the ladle 1 connected to the microprocessor control system 24 to ensure the intensive removal of chromium and silicon oxides, after which the slag 31 formed during the refining process is removed. Due to the use of the electromagnetic stirring device 27, there is no need to increase gas consumption (inert argon gas, as in the closest analogue), through porous plugs 4 to intensify the mixing of the melt 30. It is possible to reduce the duration of technological operations and increase the processing productivity.

Оптимізована подача газу з пористих пробок 4, сприяє штучному спінюванню шлаку 31 бульбашками газу. При цьому товщина шару шлаку 31, забезпечує високий ступінь рафінування, що дозволяє підвищити ККД і продуктивність обробки розплаву 30. А робота з використанням перетворювача 16 забезпечує збільшення довжини електричних дуг 32, і збільшення передачі тепла шлаку 31, а в кінцевому варіанті розплаву 30.Optimized gas supply from porous plugs 4 contributes to artificial foaming of slag 31 with gas bubbles. At the same time, the thickness of the slag layer 31 provides a high degree of refinement, which allows to increase the efficiency and productivity of processing the melt 30. And work using the converter 16 provides an increase in the length of the electric arcs 32, and an increase in the heat transfer of the slag 31, and in the final version of the melt 30.

Використання перетворювача низької частоти 16 сприяє зниженню коливань напруги на електродах, збільшення коефіцієнта потужності (со5Ф) і дозволяє працювати при більш високих напругах, що призводить до подовження дуг (в порівнянні з використанням порожнистих електродів 14 найближчого аналога). Робота установки на низькій частоті струму сприяє більш стійкому і спокійному горінню електричних дуг 32, зменшенню коливання споживаної потужності і напруги в мережі живлення.The use of a low-frequency converter 16 contributes to a decrease in voltage fluctuations on the electrodes, an increase in the power factor (co5F) and allows working at higher voltages, which leads to longer arcs (compared to the use of hollow electrodes 14 of the closest analogue). The operation of the installation at a low current frequency contributes to a more stable and calm burning of electric arcs 32, a decrease in the fluctuation of the consumed power and voltage in the power supply network.

При цьому збільшується потужність електричних дуг 32, без зростання теплових втрат через футерування ковша 1 і кришки 9, що підвищує ККД та продуктивність нагрівання розплаву 30.At the same time, the power of electric arcs 32 increases, without increasing heat losses due to the lining of ladle 1 and cover 9, which increases the efficiency and productivity of heating the melt 30.

Регулювання потужності електричних дуг 32 їі, відповідно, продуктивності установки для рафінування здійснюється (креслення) по перше зміною напруги на первинній обмотці трансформатора за допомогою перемикача ступенів напруги 20, забезпеченого датчиком напруги 21 (наприклад, трансформатора напруги), і зміною довжин електричних дуг 32 приRegulation of the power of the electric arcs 32 and, accordingly, the performance of the refining plant is carried out (drawing) firstly by changing the voltage on the primary winding of the transformer using a voltage step switch 20 equipped with a voltage sensor 21 (for example, a voltage transformer), and by changing the lengths of the electric arcs 32 at

Зо вертикальному переміщенні електродів 14 за допомогою механізму переміщення 12, привід 13 якого забезпечений датчиком положення 22 (наприклад, електромагнітним контактором) та по друге за допомогою перетворювача низької частоти 16. При цьому сигнали з датчика напруги 21, з датчика положення 22 і з перетворювача низької частоти 16 надходять в аналоговій формі на вхід 23 мікропроцесорної системи управління 24, в якій перетворюються в цифровій формі відповідно до прийнятого закону управління. Керуючі сигнали в аналоговій формі з виходу 26 мікропроцесорної системи управління 24 надходять на блок задання рівня витрати газу 25, що керує приводами 8, регулюючих клапанів 7. Запропонована схема забезпечує автоматичне регулювання витрати газу через пористі пробки 4, відповідно до потужності і довжини електричних дуг 32.From the vertical movement of the electrodes 14 using the movement mechanism 12, the drive 13 of which is equipped with a position sensor 22 (for example, an electromagnetic contactor) and secondly with the help of a low-frequency converter 16. At the same time, the signals from the voltage sensor 21, from the position sensor 22 and from the low-frequency converter frequencies 16 are received in analog form at the input 23 of the microprocessor control system 24, in which they are converted into digital form in accordance with the accepted control law. Control signals in analog form from the output 26 of the microprocessor control system 24 are sent to the unit for setting the gas flow rate 25, which controls the actuators 8 of the control valves 7. The proposed scheme provides automatic regulation of the gas flow through the porous plugs 4, according to the power and length of the electric arcs 32 .

Це дозволяє підтримувати оптимальний електричний і тепловий режим установки для рафінування, за рахунок стабілізації електричних дуг 32 мінімізації питомої витрати електроенергії і підвищення продуктивності і нагрівання і обробки, з урахуванням хімічного складу металу що підлягає обробці, шлакового режиму, кількості та виду добавок які використають при обробці металу. При цьому можливе комплексне регулювання режиму рафінування зміною витрат кисню, зміною напруги живлення за рахунок перемикача ступенів напруги 20 на трансформаторі 18 і зміною довжин електричних дуг 32 шляхом опускання і підняття електродів 14 за допомогою механізму переміщення 12, та використання перетворювача низької частоти 16 що дозволяє підтримувати струми фаз установки для рафінування на оптимальному рівні.This allows you to maintain the optimal electrical and thermal mode of the refining installation, due to the stabilization of electric arcs 32, minimizing the specific consumption of electricity and increasing the productivity and heating and processing, taking into account the chemical composition of the metal to be processed, the slag regime, the amount and type of additives that will be used during processing metal At the same time, it is possible to comprehensively adjust the refining mode by changing the oxygen consumption, changing the supply voltage due to the voltage step switch 20 on the transformer 18 and changing the lengths of the electric arcs 32 by lowering and raising the electrodes 14 with the help of the movement mechanism 12, and using a low-frequency converter 16 that allows maintaining phase currents of the refining unit at the optimal level.

Послідовно проводять стадію обробки - рафінування для видалення фосфору із феронікелю при цьому забезпечують наявність високоосновних шлаків 31, не проводять підігріву дугами, а забезпечують інтенсивне перемішування за допомогою пристрою для електромагнітного перемішування.The stage of processing - refining to remove phosphorus from ferronickel is carried out sequentially, while ensuring the presence of highly basic slags 31, heating with arcs is not carried out, but intensive mixing is ensured using an electromagnetic stirring device.

Таким чином, регулювання витрати газу, використання перетворювача низької частоти забезпечує стабільне горіння електричних дуг 32, симетрію фаз, підвищення ККД та продуктивності нагрівання і обробки розплаву 30. Використання пристрою електромагнітного перемішування 27 забезпечує якісне усереднення розплаву по температурі та розподілу вмісних компонентів. В установці для рафінування досягаються наступні показники (при порівнянних з найближчим аналогом технологічних параметрах) довжина електричних дуг 32 - бо (140-200) мм; мінімальна необхідна товщина шлаку 32 (120-160) мм; ККД нагріву - (75-85) 9;Thus, regulation of gas flow, use of a low-frequency converter ensures stable burning of electric arcs 32, symmetry of phases, increase in efficiency and productivity of heating and processing of the melt 30. Use of the electromagnetic stirring device 27 ensures high-quality averaging of the melt in terms of temperature and distribution of contained components. In the refining unit, the following indicators are achieved (with technological parameters comparable to the closest analogue): the length of electric arcs is 32 - or (140-200) mm; the minimum required slag thickness is 32 (120-160) mm; Heating efficiency - (75-85) 9;

швидкість нагріву - (4,0-8,0)"С/хв; коефіцієнт потужності - со5 ф- (0,68-0,75); середня питома витрата електроенергії - 180 кВт " год./т.heating speed - (4.0-8.0)"C/min; power factor - со5 ф- (0.68-0.75); average specific electricity consumption - 180 kW" h/t.

Таким чином, використання запропонованої установки дозволяє підвищити продуктивність нагрівання і обробки розплаву за рахунок: інтенсифікації перемішування розплаву через пористі пробки; збільшення теплопередачі до розплаву від більш стабілізованих і довгих дуг з меншими коливаннями струму і напруги; збільшення коефіцієнта потужності (созср) і К.К.Д. нагріву; зменшення непродуктивних втрат на ремонт вогнетривів ковша і кришки; збільшення швидкості нагріву, а також розплавлення і засвоєння шлакоутворюючих та інших матеріалів що використовують при рафінуванні; підтримка оптимальних довжин дуг і напруг на них; підвищення ефективності використання та оптимізації питомої витрати електроенергії; підтримання температури і хімічного складу розплаву в ковші в заданих межах; мінімізація тривалості нагріву і основних етапів обробки.Thus, the use of the proposed installation allows to increase the productivity of heating and processing of the melt due to: intensification of mixing of the melt through porous plugs; increased heat transfer to the melt from more stabilized and long arcs with smaller current and voltage fluctuations; increase in power factor (sozsr) and K.K.D. heating; reduction of non-productive losses for the repair of refractory ladles and lids; increasing the rate of heating, as well as melting and assimilation of slag-forming and other materials used in refining; maintenance of optimal arc lengths and voltages on them; increasing the efficiency of use and optimization of the specific consumption of electricity; maintaining the temperature and chemical composition of the melt in the ladle within the specified limits; minimization of the duration of heating and the main stages of processing.

До переваг слід віднести подовження електричної дуги, підвищення потужності, що виділяється у робочому просторі печі. Зменшення випалу електродів за рахунок виключення дотику до розплаву та за рахунок зменшення впливу перехідних процесів зміни катод анод на дзеркалі розплаву та кінці електродів. Рівномірний нагрів робочого простору, малий градієнт температури як від центра до стінок так і за рахунок перемішування по глибині розплаву. За рахунок використання перетворювача низької частоти досягається інтенсивне перемішування металу, так як із зменшенням частоти струму збільшується глибина проникнення електромагнітної хвилі. Встановлене устаткування на установці, що заявляється на патент, поєднує установку живлення та перемішування, яка взаємодіє з одним перетворювачем низької частоти і керується контролерами, за рахунок всього цього вдається забезпечити рафінувальні процеси на дуже високому рівні.The advantages should include lengthening the electric arc, increasing the power released in the working space of the furnace. Reducing the burning of electrodes due to the exclusion of contact with the melt and due to the reduction of the effect of transient processes of changing cathodes and anodes on the melt mirror and the ends of the electrodes. Uniform heating of the working space, a small temperature gradient both from the center to the walls and due to mixing along the depth of the melt. Due to the use of a low-frequency converter, intensive mixing of the metal is achieved, since the depth of penetration of the electromagnetic wave increases with a decrease in the frequency of the current. The equipment installed on the patent-pending unit combines a feeding and stirring unit, which interacts with a single low-frequency converter and is controlled by controllers, all of which are able to provide refining processes at a very high level.

На підставі вище викладеного можна зробити висновок, що винахід "Установка для рафінування металу", що заявляється на патент України, усуває недоліки, що мають місце в найближчому аналогу. Відповідно, установка для рафінування металу, що заявлена може бутиOn the basis of the above, it can be concluded that the invention "Installation for metal refining", which is applied for a patent of Ukraine, eliminates the shortcomings that occur in the closest analog. Accordingly, the claimed metal refining plant can be

Зо застосована в металургії для підвищення продуктивності нагрівання і обробки розплаву наприклад феронікелю, а отже, відповідає умові "промисловій придатності".Zo is used in metallurgy to increase the productivity of heating and processing of melt, for example, ferronickel, and therefore meets the condition of "industrial suitability".

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

35 Installation for refining metal, containing a ladle, which has a gate valve fixed in its bottom, equipped with porous plugs, connected by pipelines to a gas source through control valves with actuators, a cover with three sealed holes through which, by means of electrode holders and mechanisms movement with actuators, three graphite electrodes consisting of separate fragments with threaded nipples are omitted

40 holes at the ends and connected by means of threaded intermediate nipples, and each of the electrodes has a short network connected to the electrode holders from a separate phase of the secondary winding of a three-phase transformer, on the primary winding of which there is a switch of voltage stages and a fastening node, which is distinguished by the fact that the secondary winding of the three-phase transformer is equipped with an ultra-low alternating current converter

45 frequency, to which the electrode holders are connected through a short network, and the ladle is equipped with an apparatus for electromagnetic mixing of metal in the working space, which is connected by power lines to an ultra-low frequency alternating current converter.