Ферросплавная лазерная печь

Ферросплавная лазерная печь

Реферат

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве ферросплавов.

Наиболее близкими по технической сути к предлагаемому изобретению являются плавильные восстановительные и рафинировочные металлургические печи, в которых для плавления ферросплавов используют электрические дуги или тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через шлак или шихту, окружающие электрод.

Ферросплавные печи (Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е., Мальков Н.В. Электрометаллургия стали и ферросплавов: Учебник для вузов. - М: Металлургия, 1995. - с.202-206) имеют корпус круглого или прямоугольного сечения открытый или закрытый сводом, под (ванну для расплавленного металла, футерованную огнеупорными материалами), один или более графитизированных электродов, подключенных к печному трансформатору. Восстановительные ферросплавные печи работают непрерывным или периодическим процессом. Электрические дуги в этих печах горят между электродами, погруженными в твердую шихту, и жидкой ванной расплавленного металла. В ферросплавных печах сопротивления электрические дуги отсутствуют, а плавление шихтовых материалов происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока от электрода через шлак или шихту, окружающие электрод. В рафинировочных ферросплавных печах электроды погружены в шихту в начале плавки, а по мере накопления жидкого расплава на поде печи электроды поднимают, и электрические дуги горят открыто.

К недостаткам известных ферросплавных печей следует отнести необходимость использования мощных трансформаторов, дорогих графитизированных или самоспекаюшихся электродов, а также увеличенный расход электроэнергии до 9000 кВт·ч/т (Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферросплавов. - М.: Металлургия, 1977. - с.369) за счет образования дополнительной электрической цепи от электрода к электроду, шунтирующей дугу, при погружении электродов в твердую электропроводящую шихту. В случае применения самоспекающихся электродов в работающей ферросплавной печи выделяется большое количество вредных газов, ухудшающих экологическую ситуацию в ферросплавном цехе. Кроме того, при выплавке некоторых ферросплавов, например, феррохрома с очень низким содержанием углерода<0,02%, используют дуплекс-процесс, выплавляя на первом этапе феррохром с содержанием углерода 0,06-0,10% в закрытых ферросплавных печах, а на втором этапе осуществляют его вакуумирование в вакуумных индукционных печах или в печах сопротивления (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. - М: Металлургия, 1998. - с.693). Такая технология приводит к значительному увеличению себестоимости ферросплава.

Задачей изобретения является улучшение качества и снижение себестоимости выплавляемых ферросплавов, уменьшение капитальных затрат на их производство, а также улучшение экологической ситуации в ферросплавном цехе.

Поставленный технический результат достигается тем, что предлагаемая электрическая печь для плавки ферросплавов имеет корпус, закрытый сводом, под, футерованный огнеупорными материалами, причем она снабжена одним или несколькими лазерами, установленными на своде или стенах печи и оборудованными устройствами для непрерывного кругового или возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, а корпус или свод печи соединен трубопроводом с вакуумной системой с возможностью подключения для вакуумирования металла и отключения после окончания вакуумирования.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, и изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в действующих ферросплавных цехах.

Предлагаемая электрическая печь имеет корпус (см. чертеж), открытый или закрытый сводом 1, стены 2, под 3, футерованный огнеупорными материалами, и один или несколько оптических квантовых генераторов большой плотности энергии - лазеров (Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1990, том 2. - с.549). Лазеры могут быть установлены на огнеупорном или водоохлаждаемом своде - сводовые лазеры 4, или на стенах печи - стеновые лазеры 5 или на своде и стенах одновременно. Лазеры оборудованы устройствами для непрерывного кругового или возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости. Эти перемещения необходимы для того, чтобы не перегревать металл 6 в одной точке. Корпус одного или нескольких лазеров герметично соединен с корпусом печи, который соединен трубопроводом 7 с вакуумной системой с возможностью подключения для вакуумирования металла непосредственно в печи и отключения после окончания вакуумирования.

Технологический процесс производства различных ферросплавов в предлагаемой печи не отличается от технологического процесса плавки в действующих печах. Отличие состоит только в источнике ввода тепла и возможности вакуумирования металла в печи во время плавки. Например, при выплавке малоуглеродистого феррохрома с содержанием углерода 0,06-0,10% периодическим процессом в печь загружают хромовую руду, низкоуглеродистый силикохром с содержанием кремния ˜50% и известь. Оксиды железа, входящие в состав хромовой руды, вносят в сплав необходимое количество железа. После загрузки шихтовых материалов включают оптические квантовые генераторы и генерируемое ими излучение направляют на поверхность шихты, перемещая его в горизонтальной плоскости, нагревая и расплавляя шихту. При использовании в качестве источника тепла одного генератора в печи вместимостью 10 тонн мощность генератора должна составлять 4-6 МВт, при использовании двух сводовых и двух стеновых генераторов мощность одного генератора должна составлять 1-1,5 МВт. При увеличении вместимости печи прямо пропорционально увеличивается общая мощность генераторов или их количество. В процессе плавления шихты происходит восстановление оксидов Cr₂О₃ руды кремнием силикохрома с образованием SiO₂. Известь в образующемся шлаке связывает SiO₂ в прочный силикат 2CaO·SiO₂, за счет чего из шлака более полно восстанавливается Cr₂О₃. При температуре сплава 1600-1680°С производят его выпуск из печи. Для производства низкоуглеродистого феррохрома с содержанием углерода <0,02% при обычной технологии используют дуплекс-процесс. Сначала выплавляют малоуглеродистый феррохром в обычной печи, выпускают его из печи и разливают в слитки. Полученные слитки дробят на куски, которые загружают в индукционную вакуумную печь вместимостью 1 тонна, расплавляют их, доводят температуру металла до 1640-1680°С и вакуумируют в течение 60-80 минут. Другим способом получения низкоуглеродистого феррохрома является вакуумирование тонких пластин толщиной 20-40 мм малоуглеродистого феррохрома в вакуумных печах сопротивления при температуре ˜400°С. Еще одним способом получения низкоуглеродистого феррохрома является вакуумирование сбрикетированной смеси углеродистого феррохрома с содержанием углерода 4-6,5% и твердых окислителей - окисленного феррохрома (измельченный углеродистый феррохром, обожженный при температуре ˜1000°С), оксидов хрома, железной руды. Брикеты выдерживают в вакуумной печи сопротивления 80-100 часов при температуре 1300-1400°С. Все используемые методы увеличивают себестоимость низкоуглеродистого феррохрома более чем в два раза. В предлагаемой печи операцию вакуумирования можно проводить непосредственно при выплавке феррохрома и получать феррохром с любым (вплоть до ультранизкого) содержанием углерода и с низким содержанием кислорода, азота и водорода одностадийным процессом, исключив вторую стадию дуплекс-процесса и снизив себестоимость низкоуглеродистого феррохрома.

Электрическая печь для плавки ферросплавов, содержащая корпус, закрытый сводом, под, футерованный огнеупорными материалами, отличающаяся тем, что она снабжена одним или несколькими лазерами, установленными на своде или стенах корпуса печи и оборудованными устройствами для их непрерывного кругового или возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, а корпус или свод печи соединен трубопроводом с вакуумной системой с возможностью подключения для вакуумирования металла и отключения после окончания вакуумирования.