NEKLESA ANATOLIJ TIMOFEEVICH (UA)
STAROSTIN SEREJ VLADIMIROVICH (RU)
SHABALOV OLEG VLADIMIROVICH (RU)
NEKLESA ANATOLIJ TIMOFEEVICH (UA)
STAROSTIN SEREJ VLADIMIROVICH (RU)
SHABALOV OLEG VLADIMIROVICH (RU)
SU1084105A1 | 1984-04-07 | |||
RU2325968C2 | 2008-06-10 | |||
RU2295421C2 | 2007-03-20 | |||
JPH1099962A | 1998-04-21 | |||
CA2431136A1 | 2002-06-20 |
Формула изобретения 1. Способ получения слитков низкоуглеродистого феррохрома, включающий обработку расплава металла углеводородсодержащей плазменной струей с заданным соотношением окислительно-восстановительных компонентов, разливку металла в изложницу, отличающийся тем, что в качестве расплава металла используют расплав высокоуглеродистого феррохрома с содержанием углерода от 8 до 9%, причем на начальном этапе обработки расплава феррохрома в качестве плазмообразующего газа используют смесь природного газа и воздуха, при этом отходящий газ направляют на очистку и утилизацию, после утилизации из отходящего газа выделяют СОг, охлаждают и компримируют его до заданных значений температуры и давления и подают в плазмообразующий газ для генерирования плазменной струи, а, в зависимости от контролируемого состава расплава феррохрома, в плазмообразующий газ дополнительно вводят регулируемое количество кислорода, причем в процессе обработки расплава определяют содержание углерода в феррохроме и, при достижении значения углерода 0,05% и менее, обработку завершают, расплав подают на отстаивание, шлак после отстаивания скачивают и расплав разливают в изложницы. 2. Устройство для получения слитков низкоуглеродистого феррохрома, содержащее рельсовые пути с составом изложниц в месте разливки металла, самодвижущуюся тележку, привод фиксированного вертикального перемещения, футерованную водоохлаждаемую металлическую крышку с патрубками для отходящего газа, а также со сквозным отверстием, в котором установлен плазмотрон косвенного действия, электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, газоводяной пульт, пульт управления, блок разливки расплава в изложницы, отличающееся тем, что устройство содержит две плавильные печи, установку плазменной обработки расплава, блок отстаивания и скачивания шлака и блок разливки расплава в изложницы, последовательно соединенные между собой рельсовыми путями, на которых установлена самодвижущаяся тележка с ковшом, снабженным шиберным затвором, при этом установка плазменной обработки расплава содержит платформу, снабженную рельсовым полотном, продольные оси которого совпадают с продольными осями рельсовых путей, и приводом ее фиксированного вертикального перемещения совместно с тележкой и ковшом, с возможностью соединения ковша с неподвижно закрепленной на краю стенда футерованной водоохлаждаемой металлической крышкой, в сквозном отверстии которой установлен плазмотрон косвенного действия, причем срез сопла плазмотрона выступает из крышки вниз с возможностью погружения в расплав феррохрома в ковше на глубину 2- 4 диаметров сопла плазмотрона, на стенде также установлены электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, газоводяной пульт, пульт управления, устройство экспресс-анализа состава расплава и футерованная металлическая крышка с возможностью установки и снятия ее на/с ковша, при этом установленные на футерованной водоохлаждаемой металлической крышке патрубки отходящего газа последовательно соединены трубопроводами с системами очистки и утилизации отходящего газа, системами выделения СО2, охлаждения СО2 и системой компримирования СО2, подключенной к газоводяному пульту плазмотрона. |
Взаимосвязанная группа изобретений относится к черной металлургии, в частности к способу получения слитков низкоуглеродистого феррохрома с помощью плазменной технологии, а также к устройству для осуществления данного способа.
Известен способ получения низкоуглеродистого феррохрома, включающий выплавку рудноизвесткового расплава и заливку его в ковши, подачу в первый ковш в заданных количествах хромсодержащих рудных материалов и кремнистого восстановителя, а во второй ковш - кремнистого восстановителя и твердой добавки, состоящей из хромитовой руды и извести, смешивание содержимого двух ковшей. Смесь шлакометаллического расплава подвергают дополнительным переливам из ковша в ковш от 2 до 5 раз (Патент России 2424342, С 22 С 33/04, заявл. 06.08.2009, опубл. Бюл. N°5, 2011).
Недостатком данного способа является низкая эффективность процесса смешения, что не позволяет получить качественный низкоуглеродистый феррохром. Кроме того, многостадийность способа получения феррохрома и связанные с ним повышенные материало- и энергозатраты увеличивают себестоимость конечного продукта.
Известен способ производства низкоуглеродистого феррохрома, в котором полученный в печи феррохром при температуре 1720°С с содержанием углерода 0,08- 0,20% выпускают в ковш, который помещают в вакуумную камеру. Сверху расплав поэтапно продувают кислородом. Обезуглероживание осуществляют при заданной температуре и постепенном снижении давления. При достижении содержания углерода менее 0,05-0,06% продувку кислородом прекращают и дальнейшее окисление углерода идет за счет кислорода, растворенного в металле и шлаке. Процесс сопровождается непрерывным перемешиванием плавки аргоном (Патент России N°2590742, С 22 С 33/04, С 21 С 7/00, заявл. 26.11.2014, опубл. Бюл. N°19, 2016).
Продувка холодным аргоном и холодным кислородом понижает температуру расплава металла, что ухудшает параметры процесса, повышает его энергоемкость и снижает эффективность продувки. Кроме того, инертный аргон не взаимодействует с включениями расплава, а только осуществляет функцию перемешивания массы расплава металла. При продувке кислородом происходит окисление основных компонентов расплава с образованием оксидов хрома и оксидов железа, что снижает качество конечного продукта. Высокая стоимость аргона увеличивает себестоимость продукции.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принят способ получения стального слитка, включающий разливку металла в изложницу, периодический подогрев головной части слитка струей низкотемпературной плазмы через заданный интервал времени с момента наполнения изложницы, отличающийся тем, что подогрев начинают углеводородсодержащей плазменной струей с массовым соотношением кислорода к восстановителю =0, 8-0,9 по истечении времени j , составляющего (0,05-0,06)у к , где у к - длительность времени кристаллизации слитка в естественных условиях, а продолжительность времени действия плазменного подогрева составляет у =(0,03-0,04)у к , затем подогрев прекращают, выдерживают паузу с временным интервалом у =(0,05-0,06)у к и повторно ведут подогрев головной части слитка плазмой в течение у =(0,06-0,08)у к , при этом осевую плотность теплового потока q 0 устанавливают с учетом зависимости
Ч о = 0.375q s (T) 1 (Вт/м 2 ), где 0,375 - эмпирический коэффициент, учитывающий тепломассоперенос при воздействии плазменной струи; q s - средняя плотность теплового потока на срезе сопла плазмотрона, Вт/м 2 ; у - приведенная длина плазменной струи, а среднюю плотность теплового потока q s на срезе сопла плазмотрона определяют по формуле q s =Gh S /FCA (ВТ/М 2 ), где G - расход плазмообразующего газа, кг/с; h s - среднемассовая энтальпия плазменной струи, Дж/кг;
FCA - площадь выходного сопла плазмотрона, м 2 (Патент России N°2295421, В 22 D 7/00, заявл. 01.06.2005, опубл. Бюл. N°8, 2007).
Периодический подогрев расплава в известном способе начинают по истечении заданного времени, что снижает производительность процесса. Низкий расход плазмообразующего газа и его состав, а также невозможность повторного использования отходящего газа для образования плазменной струи не могут обеспечить высокую степень удаления кислорода, углерода и других примесей из расплава металла. В известном способе отходящий газ не утилизируется, что снижает экологические показатели процесса.
Известно устройство для обработки расплава металла, рабочее тело которого содержит реагенты, закреплено на вертикальной опоре и расположено в ковше с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, отличающееся тем, что его рабочее тело выполнено полностью из реагентов, например алюминия и рафинирующих и/или легирующих и/или модифицирующих добавок, имеет форму кольца с лопастями, расположенными вдоль горизонтальной линии симметрии на внешней и внутренней поверхностях кольца, причем внешние лопасти предназначены для формирования нисходящих потоков расплава, а внутренние - для образования восходящих. Рабочее тело выполнено разъемным по горизонтальной оси симметрии методом литья. Полости рабочего тела имеют ячеистую структуру. Лопасти рабочего тела выполнены в форме клиньев (Патент России N°2247156, F 27 D 23/04, заявл. 22.04.2002, опубл. Бюл. N°6, 2005).
Т.к. рабочее тело устройства выполнено в виде материалов, полностью расходуемых в процессе обработки расплава, то для последующей обработки необходимо изготовить и установить новое рабочее тело, что увеличивает материальные затраты производства, повышает энергоемкость и снижает эффективность устройства. Выполнение рабочего тела из добавок-реагентов загрязняет расплав оксидами и шлаками, при этом в устройстве отсутствуют системы утилизации и очистки отходящего газа, что в совокупности повышает вредное воздействие на окружающую среду.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является установка для обработки головной части слитков в составе с изложницами, содержащая несущую часть и самоходную путевую тележку, продольная ось которой параллельна рельсовым путям состава с изложницами в месте разливки металла, отличающаяся тем, что состав с изложницами содержит поддоны с сифонными проводками, установленные на них изложницы с прибыльными надставками, центровые для заливки металла, несущая конструкция содержит стойки с закрепленными на двух уровнях горизонтальными консольными балками, расположенную на консольных балках нижнего уровня опорную плиту с рельсовым полотном, на котором установлена путевая тележка, при этом путевая тележка снабжена электрическими шкафами, силовыми трансформаторами, компрессором, насосом, газоводяным пультом, пультом управления и закрепленными у бокового борта тележки, со стороны состава с изложницами, стационарными колоннами с поперечинами, свободные концы которых снабжены роликами, установленными с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, закрепленной на нижней плоскости консольных балок верхнего уровня, прижимной рамой, смонтированной в плоскости, нормальной к осям стационарных колонн, кинематически связанной с приводом ее фиксированного вертикального перемещения и содержащей две независимые секции, установленные с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, при этом установка снабжена футерованными водоохлаждаемой металлическими крышками со сквозным центральным отверстием каждая, установленными по две в направляющих независимых секций, плазмотронами косвенного действия, установленными в центральном отверстии металлических крышек, желобом для охлаждения крышек водой, закрепленным на верхней плоскости балок верхнего уровня, и длина которого определена максимальной величиной пути перемещения тележки. Желоб для охлаждения крышек водой снабжен крышкой с продольной щелью, дугообразными трубами для забора воды и ее слива, расположенными в продольной щели крышки, жестко соединенными с путевой тележкой и гидравлически связанными с насосом, газоводяным пультом, плазмотронами и с каналами охлаждения крышки. В футерованной водоохлаждаемой металлической крышке выполнен коллектор, состоящий из сквозных продольных щелей, параллельных боковым сторонам крышки, имеющих длину, ограниченную длиной внутренних граней прибыльной надставки, и закрытых сверху общим коробчатым кожухом с патрубками для выхода горячих газов (Патент России N°2325968, В 22 D 9/00, заявл. 06.07.2006, опубл. Бюл. N°16, 2008).
Данное устройство не содержит системы утилизации отходящего газа, очистки, выделения СОг и его повторного использования, что снижает экологические параметры установки. Металлическая крышка с плазмотроном выполнена подвижной, с возможностью установки на ковш, а это не позволяет подсоединить патрубки отходящего высокотемпературного газа с системой его очистки и утилизации. Конструкция установки не предусматривает ввод сопла плазмотрона в расплав для его перемешивания плазменной струей и эффективного протекания химических процессов.
В основу первого из группы изобретений поставлена задача усовершенствования способа получения слитков низкоуглеродистого феррохрома продувкой плазменной струей расплава высокоуглеродистого феррохрома с повышенным содержанием примесей, при обеспечении регулировки компонентов плазменной струи и контроля состава расплава, при этом удаляют углерод и примеси, снижая значение углерода до 0,05% и ниже, а отходящий газ после утилизации частично направляют на рекуперацию путем замещения части расхода исходного плазмообразующего газа, и за счет этих приемов достигается удаление углерода, обеспечивается сокращение энергетических и материальных затрат, увеличивается производительность процесса, уменьшаются выбросы в атмосферу, улучшается качество металла и снижается его себестоимость.
В основу второго из группы изобретений поставлена задача усовершенствования установки для обработки расплава металла плазменной струей, в которой путем компоновки конструкции и дополнительного оборудования, включающего две плавильные печи, фиксированную крышку с плазмотроном, установленным с возможностью погружения в расплав в режиме обработки, системы очистки и утилизации отходящего газа, системы выделения, охлаждения и компримирования СОг, который направляется для замены части плазмообразующего газа, и за счет этого обеспечивается получение низкоуглеродистого феррохрома с низким содержанием примесей, высокая производительность устройства, утилизация и рециркуляция СОг, экономия природных ресурсов, а также снижение выбросов парникового газа в атмосферу.
Первая поставленная задача решается тем, что в способе получения слитков низкоуглеродистого феррохрома, включающем обработку расплава металла углеводородсодержащей плазменной струей с заданным соотношением окислительно- восстановительных компонентов, разливку металла в изложницу, согласно изобретению, в качестве расплава металла используют расплав высокоуглеродистого феррохрома с содержанием углерода от 8 до 9%, причем на начальном этапе обработки расплава феррохрома в качестве плазмообразующего газа используют смесь природного газа и воздуха, при этом отходящий газ направляют на очистку и утилизацию, после утилизации из отходящего газа выделяют СОг, охлаждают и компримируют его до заданных значений температуры и давления и подают в плазмообразующий газ для генерирования плазменной струи, а, в зависимости от контролируемого состава расплава феррохрома, в плазмообразующий газ дополнительно вводят регулируемое количество кислорода, причем в процессе обработки расплава определяют содержание углерода в феррохроме и, при достижении значения углерода 0,05% и менее, обработку завершают, расплав подают на отстаивание, шлак после отстаивания скачивают и расплав разливают в изложницы. Заявленный способ обеспечивает заданное извлечение углерода из расплава высокоуглеродистого феррохрома с минимальным содержанием примесей в конечном продукте.
Данная технология не предусматривает применение твердых добавок, так как они не полностью реагируют с расплавом и частично остаются в расплаве в виде шлаков.
Для обработки расплава используют высокотемпературную плазменную струю, обогащенную кислородом до концентрации, обеспечивающей заданный массовый баланс с углеродом в расплаве металла.
В условиях повышенной по отношению к расплаву температуры плазменной струи, возрастает эффективность взаимодействия соединений углерода с кислородом плазменной струи с образованием газообразного оксида углерода, который удаляется в виде отходящего газа.
Так как температура плазменной струи значительно выше температуры расплава, то и кислород, входящий в состав струи, активно взаимодействует с углеродсодержащими компонентами расплава.
Эффективность заявленного способа значительно выше традиционных технологий обработки расплава, в том числе и кислородом.
Способ предусматривает выделение двуокиси углерода из очищенного и утилизированного отходящего газа для замещения части воздуха в составе плазмообразующего газа, который применяют в процессе обработки расплава металла, сокращая т.о. вредное воздействие на окружающую среду.
Вдувание двуокиси углерода не снижает эффективность окисления углерода в расплаве, так как окислительный потенциал струи поддерживается в пределах, обеспечивающих удаление из расплава углерода и других примесей.
За счет перечисленных действий повышается активность плазменной струи, вследствие чего снижается количество примесей (S, Si, Р, С) в готовом металле и его химический состав имеет значение Сг=72,5%, Fe=27,5%.
Вторая поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения слитков низкоуглеродистого феррохрома, содержащем рельсовые пути с составом изложниц в месте разливки металла, самодвижущуюся тележку, привод фиксированного вертикального перемещения, футерованную водоохлаждаемую металлическую крышку с патрубками для отходящего газа, а также со сквозным отверстием, в котором установлен плазмотрон косвенного действия, электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, газоводяной пульт, пульт управления, блок разливки расплава в изложницы, согласно изобретению, устройство содержит две плавильные печи, установку плазменной обработки расплава, блок отстаивания и скачивания шлака и блок разливки расплава в изложницы, последовательно соединенные между собой рельсовыми путями, на которых установлена самодвижущаяся тележка с ковшом, снабженным шиберным затвором, при этом установка плазменной обработки расплава содержит платформу, снабженную рельсовым полотном, продольные оси которого совпадают с продольными осями рельсовых путей, и приводом ее фиксированного вертикального перемещения совместно с тележкой и ковшом, с возможностью соединения ковша с неподвижно закрепленной на краю стенда футерованной водоохлаждаемой металлической крышкой, в сквозном отверстии которой установлен плазмотрон косвенного действия, причем срез сопла плазмотрона выступает из крышки вниз с возможностью погружения в расплав феррохрома в ковше на глубину 2-4 диаметров сопла плазмотрона, на стенде также установлены электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, газоводяной пульт, пульт управления, устройство экспресс-анализа состава расплава и футерованная металлической крышка с возможностью установки и снятия ее на/с ковша, при этом установленные на футерованной водоохлаждаемой металлической крышке патрубки отходящего газа последовательно соединены трубопроводами с системами очистки и утилизации отходящего газа, системами выделения СОг, охлаждения СО2 и системой компримирования СОг, подключенной к газоводяному пульту плазмотрона.
Устройство, в соответствии с настоящим изобретением, содержит рельсовые пути с изложницами в месте разливки металла, самодвижущуюся тележку, привод фиксированного вертикального перемещения, футерованную водоохлаждаемую металлическую крышку с патрубками для отходящего газа и плазмотроном косвенного действия.
Основными отличительными особенностями устройства является наличие неподвижно закрепленной на стенде футерованной водоохлаждаемой металлической крышки, фиксированное положение которой позволяет подсоединить патрубки отходящего газа, расположенные в крышке, к последовательно расположенным системам очистки и утилизации отходящего газа, к системам выделения и охлаждения углекислого газа, к системе компримирования охлажденного углекислого газа, которая подключена к газоводяному пульту плазмотрона. Использование указанной совокупности признаков позволяет замещать часть воздуха, используемого для генерирования плазменной струи, на углекислый газ, полученный из утилизированного отходящего газа в процессе обработки расплава феррохрома, что улучшает экологические показатели устройства и повышает качество получаемого металла.
Благодаря погружению сопла плазмотрона в расплав в процессе его продувки на глубину от 2 до 4 диаметров сопла плазмотрона осуществляется эффективное перемешивание расплава. Газодинамика процесса продувки на глубине менее 2 диаметров сопла плазмотрона недостаточна для перемешивание нижних слоев расплава. Увеличение глубины погружения сопла плазмотрона свыше 4 его диаметров, с одной стороны, ведет к повышению теплопотерь в плазмотрон, а с другой стороны, возрастают теплопотери расплава. Оптимальная глубина погружения плазмотрона в расплав обеспечивает эффективное удаление углерода и примесей из расплава феррохрома при соблюдении заданных параметров расхода и состава плазмообразующего газа.
Наличие двух плавильных печей с разнесенными во времени циклами каждой печи от загрузки слитков высокоуглеродистого феррохрома, получения расплава и до сливания его в ковш, в целом повышает производительность установки, т.к. цикл работы одной печи соизмерим с длительностью процессов получения расплава низкоуглеродистого феррохрома, отстаивания расплава феррохрома, удаления шлака и слива низкоуглеродистого феррохрома в изложницы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - график изменения концентрации основных компонентов расплава в зависимости от температуры; на фиг. 2 - схема устройства получения слитков низкоуглеродистого феррохрома.
Заявленный способ реализуется следующим образом.
Слитки высокоуглеродистого феррохрома загружают и плавят в плавильной печи. Полученный расплав феррохрома переливают в ковш.
В ковше расплав высокоуглеродистого феррохрома продувают высокотемпературной плазменной струей, образованной смесью природного газа и воздуха. На протяжении продувки проводят контроль расхода плазмообразующего газа и состав расплава феррохрома. Газ, отходящий в процессе продувки, направляют на очистку и утилизацию, из отходящего после утилизации газа выделяют СО2, который охлаждают и компримируют до заданных значений и подают для генерирования плазменной струи. На основании данных контроля состава расплава феррохрома в смесь природного газа, воздуха и СОг дополнительно вводят регулируемое количество кислорода. Обработку расплава плазменной струей осуществляют до достижения значения углерода 0,05% и менее. По окончании обработки расплав отстаивают, а поскольку плотность шлака S1O2 в 2-4 раза меньше плотности расплава феррохрома, то весь шлак за время отстаивания всплывает и концентрируется на поверхности расплава. Затем шлак скачивают, а расплав низкоуглеродистого феррохрома разливают в изложницы.
Пример конкретного выполнения способа.
В плавильную индукционную печь загружают в виде слитков 8т высокоуглеродистого феррохрома марки ФХ850 с содержанием следующих компонентов, %: Сг-65; С - 8,5; Si -2; S- 0,065; Р - 0,05. В результате плавления получают расплав высокоуглеродистого феррохрома. Полученный расплав переливают из индукционной печи в ковш, который подают на плазменную обработку. Расплав высокоуглеродистого феррохрома продувают плазменной струей, содержащей смесь воздуха и природного газа. Расход воздуха и природного газа соответственно составляет 0,12 кг/сек и 0,01кг/сек. На протяжении всего времени обработки контролируют расход компонентов плазмообразующего газа и состав расплава феррохрома. Отходящий газ очищают, утилизируют, далее выделяют двуокись углерода СОг, охлаждают, компримируют ее и в количестве 0,1 кг/сек подают в плазменную струю, одновременно туда же добавляют кислород для повышения эффективности удаления углерода из расплава. При достижении концентрации углерода в расплаве 0,05% обработку расплава плазменной струей прекращают. Затем расплав отстаивают в течение около 20 мин. Поскольку плотность шлака в несколько раз меньше плотности расплава феррохрома, то шлак за время отстаивания всплывает. Образовавшийся на поверхности расплава слой шлака в виде двуокиси кремния скачивают. В итоге получили 7,2т низкоуглеродистого расплава феррохрома марки ФХ005 состава Cr=72,5%; Fe=27,5%, без примесей, которые в газообразном состоянии ушли на утилизацию, а кремний перешел в оксид кремния и был удален в виде шлака. Далее полученный расплав низкоуглеродистого феррохрома разливают в изложницы для кристаллизации и получения слитков. На фиг.1 изображено изменение состояния основных компонентов расплава (кроме СО) которые имеют преимущественные массовые значения, а остальные компоненты с малыми концентрациями переходят в газообразное состояние и удаляются в виде отходящего газа.
При обработке высокоуглеродистого феррохрома согласно изобретению, в расплаве при температуре 1300°К образуется оксид углерода СО (на фиг.1 не показано). С повышением температуры расплава концентрация СО постепенно увеличивается от 1,11 моль/кг до 6,5моль/кг и он полностью удаляется из расплава в газообразном состоянии.
Также за время продувки расплава, согласно данным экспресс-анализа, установлено, что разлагаются следующие соединения и примеси.
Азот N 2 В газообразном виде удаляется из расплава. Его концентрация при температуре 1300°К составляет 0,14 моль/кг и увеличивается до 1,27моль/кг при температуре 2200°К.
Одно из соединений, имеющих ничтожно малое количество, Сг 2 Сз образуется при температуре 1500°К с концентрацией 0,5моль/кг, а при температуре 1900°К распадается. Углерод окисляется до оксида углерода СО и в газообразном состоянии удаляется, а при температуре 2000°К образуется чистый хром Сг с концентрацией 10,1 моль/кг.
Концентрация соединений серы в виде H 2 S в диапазоне температур от 1200°К до 2200°К составляет 0,002моль/кг.
Конденсированный углерод существует при температуре 700°К с концентрацией 0,15моль/кг, а при температуре 1600°К газифицируется, соединяется с кислородом и, в виде оксида углерода СО, удаляется из расплава в газообразном состоянии.
Устройство для получения слитков низкоуглеродистого феррохрома включает две плавильные печи 1, установку 2 плазменной обработки расплава высокоуглеродистого феррохрома, блок 3 отстаивания и скачивания шлака и блок 4 разливки расплава низкоуглеродистого феррохрома в изложницы, при этом плавильные печи 1, установка 2, блок 3 и блок 4 последовательно соединены между собой рельсовыми путями 5. На рельсовых путях 5 установлены две самодвижущиеся тележки 6 с ковшами 7, снабженными шиберным затвором (вторая тележка, второй ковш и шиберные затворы на фиг.2 не показаны). Установка 2 плазменной обработки расплава содержит платформу 8 с рельсовым полотном 9, при этом продольные оси рельсового полотна 9 совпадают с продольными осями рельсовых путей 5. Платформа 8 оборудована приводом 10, предназначенным для ее фиксированного вертикального перемещения совместно с тележкой 6 и установленным на ней ковшом 7.
Установка 2 плазменной обработки расплава также включает стенд 11, на краю которого неподвижно закреплена футерованная водоохлаждаемая металлическая крышка 12. В сквозном отверстии крышки 12 установлен плазмотрон 13 косвенного действия таким образом, что срез его сопла выступает из крышки 12 вниз с возможностью погружения в расплав феррохрома в ковше 7 на глубину 2-4 диаметров сопла плазмотрона 13. Стенд 11 также содержит оборудование 14 для обеспечения эксплуатации плазмотрона 13 в заданных режимах, включающее электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, пульт управления, устройство экспресс-анализа состава расплава и газоводяной пульт 15. На стенде 11 имеется футерованная металлическая крышка 16 и средство (не показано) ее установки и снятия с ковша 7.
На футерованной водоохлаждаемой металлической крышке 12 смонтированы патрубки 17 отходящего газа, последовательно соединенные трубопроводами 18 с системой 19 очистки отходящего газа, системой 20 утилизации очищенного отходящего газа, системой 21 выделения СО2, системой 22 охлаждения СОг и системой 23 компримирования охлажденного СО2, подключенной трубопроводом 24 к газоводяному пульту 15.
Устройство также содержит дополнительную тележку с ковшом, аналогичную тележке 6 с ковшом 7 (не показано).
Устройство работает следующим образом.
В одну из плавильных печей 1 загружают в виде слитков высокоуглеродистый феррохром. Загруженный материал плавят с образованием расплава высокоуглеродистого феррохрома, который переливают в ковш 7, закрепленный на само движущейся тележке 6.
Одновременно с началом плавки слитков в первой плавильной печи, начинают загрузку второй плавильной печи. А после слива расплава из первой печи начинают ее повторную загрузку и плавление слитков феррохрома, одновременно контролируют получение расплава во второй печи. Плавильные печи постоянно работают со смещенными относительно друг друга временными режимами загрузки, плавления и слива расплава в ковш.
По рельсовым путям 5 тележку 6 с ковшом 7 перемещают на рельсовое полотно 9, размещенное на платформе 8. С помощью привода 10 платформу 8 поднимают вертикально вверх до момента стыковки ковша 7 с футерованной водоохлаждаемой металлической крышкой 12. Включают оборудование 14, запускают плазмотрон 13 и начинают продувку расплава высокоуглеродистого феррохрома плазменной струей, состоящей из смеси воздуха и природного газа. В процессе обработки расплава сопло плазмотрона 13 находится ниже крышки 12 и погружено в расплав на расстояние, составляющее 2-4 диаметров сопла плазмотрона 13. Образующийся при продувке отходящий газ через патрубки 17 направляют по трубопроводу 18 в систему 19 очистки и систему 20 утилизации отходящего газа, систему 21 выделения углекислого газа из очищенного и утилизированного отходящего газа, систему 22 охлаждения СОг, систему 23 компримирования охлажденного СО2. Компримированный углекислый газ с заданными значениями температуры и давления по трубопроводу 24 направляют в газоводяной пульт 15 в качестве плазмообразующего газа для генерирования плазменной струи.
На протяжении всего времени обработки расплава феррохрома плазменной струей осуществляют контроль его состава с помощью устройства экспресс-анализа. Для достижения компонентов расплава феррохрома заданных значений, в плазмообразующий газ дополнительно вводят регулируемое количество кислорода. А при достижении концентрации углерода в расплаве 0,05% и менее, плазмотрон 13 выключают.
Платформу 8 с ковшом 7 приводом 10 опускают вниз. На ковш 7 с помощью специального механизма устанавливают футерованную металлическую крышку 16 и тележку 6 с ковшом 7 по рельсовым путям 5 перемещают в блок 3 отстаивания и скачивания шлака. После отстаивания шлак скачивают, а тележку 6 с ковшом 7 расплава низкоуглеродистого феррохрома перемещают по рельсовым путям 5 в блок 4, в котором расплав разливают в изложницы.
С ковша 7, освободившегося после разливки расплава в изложницы, снимают крышку 16 и возвращают ее на стенд 11, а ковш 7 с помощью подъемного крана переставляют на рельсовые пути 5 под вторую плавильную печь для последующего наполнения расплавом высокоуглеродистого феррохрома, полученного в ней за время цикла обработки высокоуглеродистого расплава феррохрома, полученного в первой печи, и разливки расплава низкоуглеродистого феррохрома в изложницы. Далее процесс повторяется.
Реализация изобретения обеспечивает получение высококачественного низкоуглеродистого феррохрома марки ФХ005 состава Cr=72,5%; Fe=27,5%, без примесей, повышение экономических и экологических составляющих процесса в результате применения плазменной технологии с использованием части подготовленного отходящего газа для генерирования плазменной струи, а также за счет эксплуатации двух плавильных печей гарантирует непрерывность технологических режимов и высокий уровень к.п.д. устройства.