Аннотация
Графитированные электроды (ГЭ) являются расходуемым материалом в электродуговой плавке. Их расход в структуре себестоимости стали в некоторых случаях достигает 30%, поэтому его снижение является актуальной задачей. Доказано, что основными статьями расхода ГЭ считается окисление его боковой поверхности под воздействием температуры и термомеханическое разрушение и износ, то есть расход материала электрода существенно зависит от его теплового состояния. Существуют разные способы решения данной проблемы. Наиболее перспективный с точки зрения затрат на изготовление и технологии использования для отечественных металлургических и литейных пред-приятий является способ испарительного охлаждения (ИО) боковой поверхности ГЭ. Целью работы является обзор раз-личных конструкций и определение практических рекомендаций для применения и изготовления систем испарительного охлаждения ГЭ. Проведен патентный поиск существующих систем ИО. На основе литературного обзора рассмотрены различные варианты их конструкций. Впервые проведены опытные работы на руднотермической печи вместимостью 100 т. Установлено, что использование ИО приводит к снижению температуры и окислению боковой поверхности ГЭ. Расход электродов сокращается в среднем на 15%. Эффективность ИО зависит от конструкции кольца охлаждения и техноло-гических параметров системы, таких как расход воды и время включения ее подачи. Даны рекомендации по изготовлению и использованию систем испарительного охлаждения. В результате изучения различных источников определено, что в РФ данная технология используется только на дуговых печах зарубежного производства (Danieli, Fuchs) вместимостью более 80 т, т.к. там она поставляется вместе с печью. В России нет ни одного предприятия, разрабатывающего и внедряющего такие системы. Для предприятий, которые имеют в своем составе дуговые печи разной вместимости, рациональное использование ИО электродов позволит сократить удельные расходы на производство стали, а для предприятий-производителей этих печей повысить уровень оснащенности, автоматизации и, в конечном счете, продаж.
Ключевые слова:
дуговая печь, графитированные электроды, испарительное охлаждение, оросительное охлаждение, расход графитированных электродов, моделирование теплового состояния, кольцо испарительного охлаждения
1. Журавлев А.А., Мысик В.Ф., Жданов А.В. Расчет материальных и энергетических балансов при вы-плавке стали в дуговых сталеплавильных печах: учеб.-метод. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016. 128 с.
2. Левашова А.И., Кравцов А. В. Химическая техно-логия углеродных материалов: учеб. пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2008. 112 c.
3. Моделирование теплового состояния графитиро-ванных электродов дуговых печей / И.М. Ячиков, И.В. Портнова, А.Н. Веселовский, Е.А. Крылов // Создание и внедрение корпоративных информаци-онных систем (КИС) на промышленных предприя-тиях Российской Федерации: Всероссийская науч.-техн. конференция. 2005. С. 175-178.
4. Пат. US 4852120 (A) Америка, US07/268.446. Cool-ing apparatus for electric arc furnace electrodes / Eigi Udo. Заявл. 08.11.1988. Опубл. 25.07.1989.
5. Пат. 5034877/07 Российская Федерация, RU 2007896 МПК H05B7/12. Устройство орошения электрода дуговой сталеплавильной печи / В.К. Тарасов, О.Л. Резников, Ю.И. Корченов, И.А. Хафизов, Б.П. Крикунов, И.И. Таланов; патентооб-ладатель предприятие «Пионер»; заявл. 31.03.1992; опубл. 15.02.1994.
6. Пат. 19624481 Германия, МПК F27D 11/1 H05B7/101 H05B7/105 CPC: H05B7/101 H05B7/12. Опорное устройство для электрода дуговой печи / Koester Volkwin, Paul Guenter; заявл. 19.06.1996; опубл. 02.01.1998.
7. Пат. DE19806332A1 Германия, DE F27D 9/00. Elec-trode spray cooling arrangement for electro-melting furnace / Helmut Wolfram; заявл. 05.02.1998; опубл. 19.08.1999.
8. Пат. 2005106283/06 Российская Федерация, RU 2293450 МПК H05B7/12. Устройство охлажде-ния электрода / Карк У.; патентообладатель Карк АГ (DE); заявл. 08.08.2003; опубл. 10.02.2007.
9. Пат. u20040005 Белоруссия, BY 1500 U C 21C 5/52, H 05B 7/12. Устройство для охлаждения графитированных электродов / В.А. Яцко, В.Н. Прохоренко; патентообладатель Республиканское унитарное предприятие «Белорусский металлургический завод»; заявл. 08.01.2004; опубл. 30.09.2004.
10. Пат. u20050523 Белоруссия, BY 2517 U C 21C 5/52, B 21D 19/00. Устройство для охлаждения графитированных электродов / Н.В. Андрианов, В.А. Маточкин, В.Н. Прохоренко, В.Ю. Гуненков; патентообладатель Республиканское унитарное предприятие «Белорусский металлургический завод»; заявл. 30.08.2005; опубл. 28.02.2006.
11. Пат. 2020/081559 А1 Международный, PTU/US2019/056317. Spray cooling furnace elec-trodes with a cooling liquid that contains surfactants / Strasser Joseph S., Tanski Jeffrey R. WO2020081559A1; заявл. 15.10.2019; опубл. 23.04.2020.
12. Итальянский производитель систем испарительного охлаждения. URL: http://www.more-oxy.com/smartec-a-technological-package-to-reduce-electrode-consumption/. (Дата обращения: 13.05.2021).
13. Система испарительного охлаждения ГЭ орошением. https://www.kark.de/cms/en/welcome/ (дата обращения: 04.01.2024).
14. Liquid steel level measurement at electric arc furnaces without increasing the power off time / Vicente A., Gutierrez J.A., Arteche J.A., Macaya I. // Conference: 11 Th European Steelmaking Conference and Expo, 2016.
15. Моделирование теплового состояния электрода ДСП: свидетельство РФ о гос. регистрации про-граммы для ЭВМ № 2017617959 / Ячиков И.М., Быстров М.В., Портнова И.В.
16. Эффективность использования испарительного охлаждения для снижения расхода графитирован-ных электродов в дуговых печах малой емкости / И.М. Ячиков, И.В. Портнова, М.В. Быстров и др. // Металлургическая теплотехника и теплоэнергети-ка, Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2022. Т.22. №1. С.67-77.
17. Schwabe W.E. The Mechanics of Consumption of Graphite Electrodes in Electric Steel Furnaces // Elec-tric Furnace Proceedings, 1971. P. 140-148.
18. Yachikov I.M., Portnova I.V., Bystrov M.V. Efficiency of Application of Evaporative Cooling of Graphite Electrodes to Reduce their Consumption in Arc Furnaces // Materials Science Forum, Vol. 946, pp. 444–449, 2019. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.946.444
19. Ячиков И.М., Портнова И.В., Быстров М.В. Моде-лирование теплового состояния графитированных электродов при испарительном охлаждении // Со-временные научные достижения металлургической теплотехники и их реализация в промышленности: сб. докл. II Междунар. науч.-практ. конференции. Екатеринбург: УрФУ, 2018. С. 203-208.
20. Ячиков И.М., Быстров М.В., Портнова И.В. Ком-пьютерное моделирование угара графитированно-го электрода при его испарительном охлаждении в дуговых печах // Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве: сб. докл. VIII Всероссийск. науч.-практ. конф. студентов, аспи-рантов и молодых учёных. Екатеринбург: УрФУ, 2019. C. 192-196.
21. Bystrov M.V., Yachikov I.M. Portnova I.V. Modelling of the thermal state and the melting loss of a graphite electrode in the conditions of the evaporative cooling in the arc furnace // IOP Conf. Series: Materials Sci-ence and Engineering 966. 2020. P. 1-6. doi:10.1088/1757-899X/966/1/012019