Очистка газов в Электросталеплавильном производстве

Таблица 15

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

«Магнитогорский государственный  технический университет им. Г.И. Носова»

Институт Энергетики и  Автоматики

Кафедра Теплотехнических и  энергетических систем

 

 

 

 

 

Задание на курсовой проект

 

Тема: Очистка газов в  Электросталеплавильном производстве

Студенту Исянгильдину А.Г.

1. Краткое описание технологии производства с указанием основного оборудования.
2. Конструктивное описание печей используемых на данном предприятии.
3. Характеристика выбросов и их свойства.
4. Аппараты и схемы очистки выбранной печи.
5. Расчет очистных аппаратов(Скруббера Вентури).
6. Правила технической эксплуатации, техника безопасности и охрана труда.
7. Презентация на тему: «Очистка газов при производстве стали в Электросталеплавильном производстве».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Срок сдачи : «___» __________2013 г.

Руководитель : _________________     / Толмачева В.Ф./

(подпись)             ( расшифровка подписи)

Задание получил: ________________     / Исянгильдин А.Г./

      (подпись)          (расшифровка подписи)

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск,2013

Оглавление

1. Введение 4

2. Описание технологического процесса 6

2.1 Общие сведения 6

2.2 Окислительный период  плавки 8

2.3 Восстановительный  период плавки 9

2.4 Порядок легирования 10

2.5 Особенности плавки конструкционной стали 11

3. Основные технические решения по конструкции печи 13

3.1 Основные элементы конструкции печи 13

3.2 Электрододержатель 13

2.3 Механизм наклона печи 14

3.4 Система загрузки печи 14

3.5 Свод печи 14

3.6 Газоотвод 15

4. Расположение дуговой печи постоянного тока в цехе 16

5. Очистка газов электросталеплавильных печей 17

5.1 Пылегазовыделение и отсос газов из дуговых электросталеплавильных печей 17

5.2 Очистка газов дуговых печей 22

6. Скрубберы Вентури 24

6.1 Устройство и работа 24

6.2 Дробление жидкости и захват пыли каплями в трубе Вентури. 25

6.3 Теплообмен в трубе Вентури. 26

6.4 Конструкции труб Вентури 27

6.5 Конструкции каплеуловителей 30

6.6 Компоновка скрубберов Вентури 31

7. Расчет скрубберов Вентури 33

8. Расчет Скруббера Вентури 35

9. Техника безопасности и охрана труда 37

10. Список литературы 41

 

 

1. Введение

 

Электросталеплавильному способу  принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла  с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или  нежелательных примесей и высоким  содержанием легирующих элементов, придающих стали особые свойства – хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и других элементов.

Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами стале-плавильного производства связаны с использованием для нагрева металла электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в нагреваемом металле, либо в непосредственной близи от его поверхности.   Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать значительную мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, вводить в печь большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки, что предполагает малый угар легирующих элементов; плавно и точно регулировать температуру металла; более полно, чем других печах раскислять металл, получая его с низким содержанием неметаллических включений; получать сталь с низким содержанием серы. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавке относительно легко поддаются контролю и регулированию, что очень важно при автоматизации производства.

Электропечь лучше других приспособлена для переработки  металлического лома, причем твердой  шихтой может быть занят весь объем  печи, и это не затрудняет процесс  расплавления. Металлизованные окатыши, заменяющие металлический лом, можно загружать в электропечь непрерывно при помощи автоматических дозирующих устройств.

В электропечах можно выплавлять сталь обширного сортамента.

Основное назначение дуговой  сталеплавильной печи (ДСП) прямого  действия – выплавка стали из металлического лома (скарпа). Такой процесс весьма энергоемок; на 1 т выплавленной стали в зависимости от емкости печи и характера процесса расходуется от 500 до 1000 кВт×ч электроэнергии, поэтому при прочих равных условиях процесс дешевле проводить в мартеновской печи, где топливо сжигается непосредственно. В связи с этим лишь сравнительно небольшую часть всей получаемой из скрапа стали выплавляют в электрических печах. В них осуществляются лишь  те процессы, которые трудно проводить в мартеновской печи или конверторе. В первую очередь – это получение высоколегированных сортов стали, требующих тщательного очищения металла от вредных примесей (особенно серы) и неметаллических включений, и обезгаживания его. Для таких сортов стали стоимость передела гораздо меньше стоимости легирующих и самой стали и решающими факторами становятся качество металла и степень угара ценных добавок. Существенные преимущества (большие маневренность и скорость плавки, снижение капитальных затрат) имеет дуговая печь как агрегат для получения стального литья. 
             Следует отметить, что по мере удешевления электроэнергии, а также благодаря увеличению емкости дуговых агрегатов, вследствие чего уменьшается расход электроэнергии и материалов на выплавку 1 т стали, разница в стоимости передела металла в дуговой и мартеновской печах снижается. В последние годы в мощных дуговых печах выплавляют не только высоколегированные стали. В этом случае в пользу дуговых печей говорят их большая приспособленность к характеру скрапа и легкость плавки в них крупного скрапа. 
            Выплавка легированных сталей включает следующие операции: расплавление металла, удаление содержащихся в нем вредных примесей и газов, раскисление металла, введение в него нужных легирующих и выливание из в печи в ковш для разливки по изложницам или формам. Значение этих операций и требования которые они предъявляют к дуговой печи, могут быть весьма различными. 
             В последние годы широкое развитие получили дуговые сталеплавильные печи, работающие на постоянном токе. По сравнению с печами переменного тока они имеют следующие преимущества: 
 
- расход электродов в 2...5 раз меньше в зависимости от подготовки шихты; 
 
- отсутствие толчков и помех в питающую энергосистему; 
- расход электроэнергии меньше на 10 ... 15 %; 
- расход огнеупорных материалов меньше на 20 ... 30 %; 
- расход исходного сырья уменьшается на 1,5...2 %; 
- расход дорогостоящих легирующих добавок меньше на 20…60%; 
- уровень шума уменьшается со 105 дБл до 85 дБл; 
- количество пыле-газовыбросов меньше в 8 .... 10 раз; 
- Низкая эрозия графитированных электродов позволяет выплавлять сталь с низким содержанием углерода (уровень науглераживания не превышает 0,005 %); 
- Дуговые электропечи постоянного тока имеют наиболее высокий энергетический к.п.д., самый низкий процент угара металла, самую высокую стойкость футеровки, улучшенные условия труда и пониженное количество пыле-газовыбросов; 
- Дуговые электропечи постоянного тока могут работать с полным сливом металла, допускают его частичный слив, а также могут работать в качестве миксера; 
- За счёт возможности использования электрохимических реакций на постоянном токе для удаления вредных примесей, улучшения перемешивания металла и более высокой стабильности процесса улучшается качество выплавляемого металла.

 

2. Описание технологического процесса

 
2.1 Общие сведения

 
  Существенным отличием получения стали в дуговых печах является возможность получения в плавильном пространстве восстановительной или нейтральной атмосферы и различного давления. 
 Восстановительная атмосфера в электродуговых печах позволяет получить шлак, содержащий в конце плавки не более 1 %  FeO, что примерно в 10 раз меньше, чем в обычном шлаке мартеновской печи. 
 Другим отличием является отсутствие в атмосфере печи кислорода. Поэтому ведение окислительных процессов возможно только за счет внешнего кислорода, источниками которого могут быть железная руда и газообразный кислород, вдуваемый в ванну. По этой же причине имеют место меньшие потери металла на угар. 
 Возможность ведения плавки на шлаке с более высокой температурой плавления и перегрева в условиях основного процесса облегчает осуществление десульфурации. При основном процессе плавки обеспечиваются все условия, необходимые для получения стали с минимальным содержанием серы. В тоже время процесс дефосфорации в электродуговых печах хуже. 
 В электродуговых печах имеются благоприятные условия для переплава высоколегированных отходов. Здесь потери дефицитных легирующих элементов минимальны. 
 Особенностью выплавки стали в электродуговых печах является возможность работы с одним шлаком, без специального восстановительного периода. Это значительно сокращает продолжительность плавки, расход электроэнергии и улучшает все технико-экономические показатели процесса. 
 В процессе электроплавки конечный результат предопределяется в основном взаимодействии двух фаз – металлической и шлаковой. В остальных процессах тремя металлической, газовой и шлаковой 
 Поэтому с точки зрения возможности использования влияния физико-химических факторов на конечные результаты электроплавка является более совершенной. Практически значительное количество дефектов в отливках и слитках из легированных сталей получается из-за плохого качества металла или вызываются и усугубляются четырьмя вредными примесями: кислородом, серой, водородом и фосфором. Электроплавка является наиболее гибким процессом для борьбы с тремя примесями: кислородом, серой и водородом.  
 Основное преимущество дуговой печи заключается в возможности раскисления и обессеривания металла и легкости его перегрева, поэтому в целях удешевления процесса иногда применяют так называемый «дуплекс-процесс», при котором расплавление скрапа и окисление ведут в более дешевом плавильном аппарате – мартеновской печи, а затем жидкий металл переливают в дуговую печь для рафинирования и доводки до нужного состава. Реже применяют дуплекс-процесс «конвертор-электропечь».  
 
 При дуплекс-процессах мощность печи может быть меньше, чем при работе на твердой завалке, так как расплавление скрапа в этом случае отсутствует. Приводящиеся время от времени плавки на твердой завалке выполняют при уменьшенном весе шихты; они из-за меньшей мощности более длительны, но так как проводятся не часто (главным образом после ремонта футеровки), то их удлинение не является существенным. Электрический режим печей, работающих на жидкой завалке, также значительно спокойнее. При наличии жидкого металла, покрытого слоем шлака, дуга горит более стабильный и отсутствуют короткие замыкания из-за обвалов шихты. 
 Электродуговая печь может быть остановлена или пущена в эксплуатацию в любое время, удобное для производства, и при любом режиме работы. 
 Капитальные затраты на установку электродуговых печей в среднем на 40% меньше, чем на установку мартеновских печей аналогичной производительности. 

Плавка в дуговой печи начинается с заправки печи. Жидкоподвижные нагретые шлаки сильно разъедают  футеровку, которая может быть повреждена и при загрузке. Если подина печи во время не будет закрыта слоем  жидкого металла и шлака, то она  может быть повреждена дугами.     Поэтому перед началом плавки производят ремонт – заправку подины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остатки шлака и металла. На поврежденные места подины и откосов – места перехода подины в стены печи – забрасывают сухой магнезитовый порошок, а в случае больших повреждений – порошок с добавкой пека или смолы.

Заправку производят заправочной машиной, выбрасывающей через насадку при помощи сжатого воздуха заправочные материалы, или, разбрасывающей материалы по окружности с быстро вращающегося диска, который опускается в открытую печь сверху.

Выплавка сталей включает следующие операции: расплавление металла, удаление содержащихся в нем вредных  примесей и газов, раскисление металла, и выливание его из печи в ковш для разливки в машине непрерывного литья заготовок. Значение этих операций и требования, которые они предъявляют к дуговой печи, могут быть весьма различными.

Расплавление скрапа необходимо вести по возможности скорее и  с минимальным расходом энергии. Зачастую длительность его превосходит  половину продолжительности всей плавки и при этом расходуется 60-80% всей электроэнергии. Характерной особенностью периода является неспокойный электрический  режим печи. Горящая между концом электрода и холодным металлом дуга нестабильна, ее длина невелика и  сравнительно небольшие изменения  в положении электрода или  металла (обвал, сдвиг подплавленного куска скрапа) вызывают либо обрыв дуги, либо, наоборот, короткое замыкание. Дуга загорается сначала между концом электрода и поверхностью шихты, причем для повышения ее устойчивости в первые минуты под электроды обычно подкладывают куски кокса или электродного боя. После сгорания последних начинает подплавляться металл и каплями стекать на подину. В шихте образуются колодцы, в которые углубляются опускающиеся электроды до тех пор, пока они не достигнут подины, на которой во избежание перегрева ее к этому моменту должна быть образована лужа расплавленного металла. Это самый беспокойный, неустойчивый период горения дуги; подплавляемые куски шихты падают на электрод, закорачивая дугу при опускании куска шихты под торцом электрода может, наоборот, наступить обрыв тока. Горящая между электродом и расплавленным металлом дуга перегревает металл: начинается размыв и расплавление шихты, окружающей колодцы. Колодцы расширяются, уровень жидкого металла в ванне начинает повышаться, а электроды – подниматься. В конце этого периода почти весь металл оказывается расплавленным; остаются лишь отдельные куски шихты на откосах – "настыли", расплавляющиеся последними. Чтобы не затягивать период расплавления, обычно эти "настыли" сбрасывают ломом в глубь ванны. Период расплавления считают законченным, когда весь металл в печи перешел в жидкое состояние. К этому моменту режим горения дуги становится более спокойным, так как температура в печи выше, поверхность металла покрыта слоем шлака, образованным заброшенными в печь в период расплавления кусками извести и всплывающими окислами; длина дуги по сравнению с началом расплавления увеличивается в несколько раз дуга горит устойчивее, количество толчков тока и обрывов уменьшается.

2.2 Окислительный период  плавки

  После окончания периода расплавления начинается окислительный период, задачи которого заключаются в следующем: окисление избыточного углерода, окисление и удаление фосфора; дегазация металла; удаление неметаллических включений, нагрев стали. Окислительный период плавки начинают присадкой железной руды, которую дают в печь порциями. В результате присадки руды происходит насыщение шлака FeO и окисление металла по реакции: (FeO)=[Fe] + [O]. Растворенный кислород взаимодействует с растворенным в ванне углеродом по реакции [C] +[O]=CO. Происходит бурное выделение пузырей CO, которые вспенивают поверхность ванны, покрытой шлаком. Поскольку в окислительный период на металле наводят известковый шлак с хорошей жидкоподвижностью, то шлак вспенивается выделяющимися пузырями газа. Уровень шлака становится выше порога рабочего окна и шлак вытекает из печи. Выход шлака усиливают, наклоняя печь в сторону рабочего окна на небольшой угол. Шлак стекает в шлаковик, стоящий под рабочей площадкой цеха. За время окислительного периода окисляют     0,3—0,6  % углерода со средней скоростью 0,3—0,5 % в час. Для обновления состава шлака одновременно с рудой в печь добавляют известь и небольшие количества плавикового шпата для обеспечения жидкоподвижности шлака. Непрерывное окисление ванны и скачивание окислительного известкового шлака являются непременными условиями удаления из стали фосфора.

 

 Для протекания реакции  окисления фосфора 2[P] + 5[O]=(P2О5);

(P2О5) + 4(СаО) = 4(СаО) × (P2О5) необходимы высокое содержание кислорода в металле и шлаке, повышенное содержание окиси кальция в шлаке и пониженная температура. В электропечи первые два условия полностью выполняются. Выполнение последнего условия обеспечивают наводкой свежего шлака и постоянным обновлением шлака, так как шлак, насыщенный   4(СаО) × (P2О5) скачивается из печи. По ходу окислительного периода происходит дегазация стали – удаление из нее водорода и азота, которые выделяются в пузыри СО, проходящие через металл. Выделение пузырьков СО сопровождается также и удалением из металла неметаллических включений, которые выносятся на поверхность потоками металла или поднимаются наверх вместе с пузырьками газа. Хорошее кипение ванны обеспечивает перемешивание металла, выравнивание температуры и состава. Общая продолжительность окислительного периода составляет от 1 до 1,5 часов. Для интенсификации окислительного периода плавки, а также для получения стали с низким содержанием углерода металл продувают кислородом. При продувке кислородом окислительные процессы резко ускоряются, а температура металла повышается со скоростью примерно 8 – 10 °С/мин. Чтобы металл не перегрелся, вводят охлаждающие добавки в виде стальных отходов. Применение кислорода является единственным способом получения низкоуглеродистой нержавеющей стали без значительных потерь ценного легирующего хрома при переплаве.