Проектирование и устройство электросталеплавильных агрегатов

 

Реферат

 

Пояснительная записка содержит  57 страниц и 4 таблиц.

ПЛАВИЛЬНОЕ ПРОСТРАНСТВО, ВАННА, ПОДСВОДОВОЕ ПРОСТРАНСТВО, ГАЗООТВОДЯЩАЯ СИСТЕМА, ПОД, СТЕНЫ, СВОД, ВОСТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД, ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД, ПЕРИОД ПЛАВЛЕНИЯ, МОЩНОСТЬ, НАПРЯЖЕНИЕ, СИЛА ТОКА.

  В курсовой работе выполнен расчет геометрии рабочего пространства  и расчет трансформатора в ДСП заданной емкости.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

   Совершенствование оборудования, технологии и улучшение организации. 
    Производства стали широкого сортамента на слитки, и фасонное литье предопределили преимущественное развитие электроплавки стали. Введены в эксплуатацию более 10 новых заводов и цехов, оснащенных сверхмощными печами емкостью 100, 150, 200 т, в комплексе с эффективными средствами внепечной обработки стали и MHЛЗ.

В настоящей работе изложены методика расчетов основных параметров рабочего пространства, газоотсоса, футеровки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ДУГОВАЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ

 

На заводах черной металлургии  эксплуатируются ДСП емкостью до 200 тонн основной футеровкой для производства качественных высоколегированных сталей электропечного сортамента и для выплавки углеродистых и низколегированных сталей мартеновского и конвертерного сортамента [1..3].

Во многих литейных цехах  машиностроительных заводов используются ДСП небольшой емкости с кислой футеровкой [4]. Дуговые печи имеют индивидуальное питание непосредственно от ЛЭП через электрические подстанции, основным элементом которой является преобразователь (печной понижающий трансформатор), обеспечивающий печь электроэнергией с требуемыми параметрами.

В отечественной практике ДСП принято характеризовать двумя основными  параметрами - номинальной емкостью (вместимостью) и номинальной мощностью, выраженными соответственно в тоннах (м³) и MBA или кВА. Весьма важной характеристикой ДСП является их удельная номинальная мощность (500-1000 кВА/т).

Рядом технико-экономических  расчетов и практикой установлена  целесообразность повышения удельной мощности средних и большегрузных  ДСП с 250-300 кВА/т до 500-1000 кВА/т, обеспечивающее сокращение периода плавления с 3,5-3,0 до 0,5-1 ч. [5].

Для большегрузных высокомощных ДСП в понятие электропечной  установки в последние годы включаются системы обслуживания печи, тепловой подготовки шихтовых материалов, интенсификации плавки, внепечного рафинирования жидкого  металла и др., т. е. весь комплекс устройств, обеспечивающих ее высокопроизводительную работу [6].

К основным эксплуатационным показателям ДСП, характеризующим  их технический уровень, относятся производительность и удельный расход электроэнергии, которые в значительной мере зависят от параметров и формы рабочего пространства, габаритов и массы печи, надежности обслуживающих ее механизмов, стойкости футеровки, значений электрических параметров, определяющих величину  коэффициента мощности (cos φ) и электрического КПД (η_э) установки. ДСП работают на трехфазном переменном токе с частотой 50 Гц. Это печи прямого нагрева. Отечественная промышленность выпускает серийные ДСП. По номинальной емкости, Т: 0,5; 1,5; 3; 6; 12 (малые); 25; 50 (средние); 100 и 200 т (крупные).

Разработана серия (часть  уже исполнена в металле) высокомощных больше грузных ДСП третьего поколения  емкостью 100, 150, и 200т с трансформаторами мощностью 75, 90 и 125 MBAсоответственно [5].

Эти агрегаты (ДСП-100 И6; ДСП-100 И7 ) высокомеханизированы и автоматизированы, оборудованы водоохлаждаемыми элементами стен и свода, топливно-кислородными горелками и кислородными фурмами, устройствами для загрузки сыпучих материалов (шлакообразующих, ферросплавов, окатышей и др.) через специальное отверстие в своде, системами отбора проб и замера температуры металла и футеровки, быстродействующими механизмами, совершенными регуляторами мощности, оснащены управляющими вычислительными комплексами, современными системами пыле-газоочистки.

Печи с выпуском стали  в ковш на сталевозе оборудуются выпуском различной конструкции: с отверстием по оси печи или эксцентрическим сифонным отверстием ниже уровня металла. Это обеспечивает возможность бес шлакового выпуска; работу с «жидким» стартом, т. е. с остатком жидкого металла и шлака на подине печи, позволяет укоротить желоб, уменьшить угол наклона ванны до 15-20°; уменьшить длину короткой сети, сократить время выпуска и тепловые потери; улучшить и др.

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ 40ХН

Сущность выплавки стали  и сплавов методом переплава состоит в том, что металлолом, легированные отходы и ферросплавы входят в состав шихты, которую загружают в печь одновременно или с одной подвалкой. Плавку ведут с использованием кислорода (без окисления) и с его использованием для ускорения расплавления шихты и обезуглероживания металла.

Рассмотрим технологию выплавки стали переплавом легирующих отходов с частичным окислением газообразным кислородом. Все высокохромистые стали выплавляются только по данной технологии. При выплавке стали указанным методом шихтовку ведут следующим образом. Шихта полностью или частично состоит из легированных отходов. Высокореакционные элементы (Ti, Al, V) в завалку не даются, они задаются перед выпуском за 10-15 минут. Рекомендуется в завалке повышенное содержание Si, не менее 0,4-0.8 %. Si вводят в виде отходов высококремнистых сталей (трансформаторная сталь 60С2, пружинная сталь 38ХС). С металлошихтой обязательно дается известь в количестве 2-3 % от массы металла, кроме вольфрам содержащих сталей. Железная руда в завалку не дается (используется газообразным кислородом окислитель). Шихту подбирают так, чтобы содержание фосфора было меньше допустимых пределов в стали, а по углероду рекомендуется превышение над марочным составом 0,15-0,25 %. Для этого в шихту включают около 80 % отходов выплавляемой или другой подходящей стали и более 20 % углеродистых отходов, 
содержащих меньше 0,02 %. Для увеличения содержания углерода в шихту включают необходимое количество кокса или электродного боя. Для раннего шлакообразования 1,5-2 % извести или известняка и 0,3-05,% шамотного боя.

В период плавления протекают  следующие процессы: шлакообразование и окисление примесей шихты. При окислении шихты образуются оксиды. За счет окисления выделяется тепло (экзотермическое), с увеличением температуры возможно восстановление этих элементов обратно в металл. Поэтому, необходимо очень быстро поднимать температуру с целью сохранения легирующих элементов. За 10-15 минут до полного расплавления отбирают предварительную пробу для химического анализа и начинают продувку металла кислородом для быстрого нагрева металла. В момент полного расплавления, что определяется по началу горения углерода, отбирают пробу металла и ведут продувку до требуемого содержания углерода. (Для сталей типа 40Х, 20Х2Н и др. - углерод на уровне 0,36%, для низкоуглеродистых морок сталей типа 20Х, 08Х - углерод на уровне 0,12%). Заканчивают продувку при температуре 1600°С -1640°С в зависимости от состава выплавляемой стали. Чтобы металл не окислился продувку необходимо вести в течение недлительного времени. С целью восстановления примесей обратно в металл проводят осаждающее диффузионное раскисление. Для этого вводят кусковые раскислители, такие как Si-Mn, AI-Mn-Si. Для нержавеющих сталей - Si-Cr. Шлак раскисляют коксом 
70% Fe-Si, 30% - Si-Ca и А1 порошок. После этого шлак желательно скачать. В случае скачивания шлака - наводят шлак восстановительного периода из В шлаковой смеси - известь, шамотный бой, плавиковый шпат в соотношении 4:1:1.Далее ведется восстановительный период по аналогии “на свежей шихте с окислением примеси”.

Задачами восстановительного периода восстановления являются: 1) раскисление металла; 2) удаление серы; 3) корректировка химического состава металла; 4) регулирование температуры металла; 5) подготовка к выпуску высокоосновного жидкоподвижного шлака. В начале восстановительного периода содержание.

Задачи решаются параллельно  в течение всего восстановительного периода; раскисление металла производят одновременно осаждающим и диффузионным 
методами.

Восстановительный процесс  начинается со скачивания шлака окислительного периода. После удаления окислительного шлака в печь присаживают ферромарганец в количестве, необходимом для обеспечения содержания марганца в металле на его нижнем пределе для выплавляемой стали, а также 75%-ный ферросилиций из расчета введения в металл 1,3 кг на тонну и алюминий в количестве 0,03% или 0,4 кг на тонну. Эти добавки вводят для обеспечения осаждающего (глубинного) раскисления металла.

Следующим шагом является наведение шлака. Вводят в печь смесь из извести, плавикового шпата, кварцита, шамотного боя в соотношении 10:2:2:1 в количестве 4% от массы металла. Через 10-15 минут шлаковая смесь расплавляется, и после образования жидкоподвижного шлака приступают к диффузионному раскислению ванны. Периодически, через 10-12 минут, в печь вводят порции раскислительной смеси из извести, плавикового шпата и молотого кокса (углерод), через 20-25 минут вводят феррохром. За 15-20 минут до выпуска металла легируют кусковым ферросилицием, проводя корректировку содержания кремния в металле В конце восстановительного периода за 5-10 минут до выпуска вводят более сильную раскислительную смесь. В состав этой смеси входят порошкообразный алюминий и порошок извести в соотношении 1:1. Выпуск стали из печи в ковш производят совместно со шлаком. Интенсивное перемешивание металла со шлаком в конце обеспечивает дополнительное рафинирование - из металла в белый шлак переходят сера и неметаллические включения. По ходу плавки в экспресс лаборатории контролируют изменение состава металла и шлака, измеряют темпе- 
ратуру металла термопарами погружения.

Суть диффузионного раскисления, протекающего в течение всего периода заключается в следующем. Поскольку раскисляющие вещества применяют в порошкообразном виде, плотность их невелика и они очень медленно опускаются через слой шлака. В шлаке протекают следующие реакции раскисления:

(FeO) + С = Fe + СО;

2(FeO) + Si = 2Fe + (SiО₂)

В результате содержание FeO в шлаке уменьшается и в соответствии с законом распределения (FeO)/[FeO] = const кислород (в виде FeO) начинает путем диффузии переходить из металла в шлак (диффузионное раскисление). Преимущество диффузионного раскисления заключается в том, что поскольку реакции раскисления идут в шлаке, выплавляемая сталь не загрязняется продуктами раскисления - образующимися оксидами, то есть будет содержать меньше оксидных неметаллических включений. По мере диффузионного раскисления постепенно уменьшается содержание FeO в шлаке и пробы застывшего шлака светлеют, а затем становится почти белым. Белый цвет шлака характеризует низкое содержание в нем FeO. При охлаждении такой шлак рассыпается в порошок. Белый шлак в конце восстановительного периода имеет примерно следующий состав, %: СаО -54,0; Si02 - 18,3; FeO <0,5; CaF2 - 5,6; MnO <0,5; CaS - 0,8%;Al₂О₃ - 5,8; MgO - 7,6. Основность шлака - 2,95.

   При диффузионном  раскислении марганец вводят на получение нижнего предела заданного содержания. Имея в виду, что некоторое количество марганца может восстанавливаться из оставшегося в небольшом количестве шлака окислительного периода.

Во время восстановительного периода успешно идет десульфурация, что объясняется высокой основностью шлака (Ca0/Si02 = 2,7-3,3) и низким (<0,5%) содержанием в нем FeO, обеспечивающими сдвиг равновесия реакции десульфурации: [S] + Fe + (СаО) = (CaS) + (FeO) вправо (в сторону более полного перехода серы в шлак).

 

3 РАСЧЕТ РАЦИОНАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ

Составными частями печи являются: рабочее пространство, огнеупорная  кладка, механическое и электрическое  оборудование. Рабочее пространство печи, ограниченное внутри огнеупорной  кладкой, предназначено для проведения всех процессов, связанных с получением стали. Рабочее пространство (рис. 2.1) состоит из трех частей: ванны - а, свободного пространства - б и подсводового пространства - в.

Часть рабочего пространства, ограниченная снизу подом и откосами, а сверху уровнем откосов, называется ванной. Ванна является вместилищем  для жидкого металла и шлака.

Свободное пространство печи, ограниченное снизу уровнем откосов, сверху уровнем пят свода, а с  боков - стенами, образует дополнительный к ванне объем, необходимый для  вмещения твердой шихты.

Подсводовое пространство, ограниченное снизу уровнем пят свода, а сверху сводом, представляет объем, необходимый для обеспечения строительной прочности свода и отбора технологических газов СО, СО₂.

Обозначения на рис. 3.1:

Рис. 3.1 - Продольный разрез рабочего пространства ДСП

 

Д_м - диаметр ванны по уровню металла;

Д_о - диаметр ванны на уровне откосов;

Д_сф- диаметр сферической части ванны;

h_сф- глубина сферической части ванны; 
h_K- глубина конической части ванны;

h_д - глубина дополнительной части ванны;

Н_СТ - высота стен;

Д_пс - диаметр печи на уровне пят свода;

h_св - высота подъема свода над уровнем пят свода;

β- угол наклона стен;

α- угол наклона откосов.

В плане наиболее приемлемой формой рабочего пространства является круг.

Ответственной частью рабочего пространства является ванна, конфигурация которой должна обеспечивать быстрый  сход шихты с откосов при ее проплавлении, полноту протекания физико-химических процессов, связанных с получением стали заданной марки или группы марок, а также накопление достаточного количества расплавленного металла  при подходе электродов в нижнее положение после проплавления «колодцев».

3.1 Расчет ванны

 

При расчете ванны дуговой  сталеплавильной печи чаще всего [1...5] принимают сфероконической формы  с углом откосов 45° и уровнем  откосов над уровнем металла  на 100-250 мм. При эксплуатации печей фактическая емкость (завалка) на 15-25 % больше запроектированной, поэтому уровень шлака и металла поднимается выше уровня откосов. Постепенное размывание откосов и их поплавочная заправка приводят к изменению конической формы, и фактически ванна становится сферической с углом откосов от 25 до 45° к вертикали. В соответствии с этим более рационально рассчитывать ванну сферической с откосами, образованными касательной к окружности ванны и вертикаль (рис.3.2).

Рис. 3.2.- Продольный разрез сферической ванны: 
h_B- глубина ванны; Д_м - диаметр ванны на уровне металла; Д_п - диаметр ванны на уровне порога; Д_о - диаметр ванны на уровне откосов; h_д - высота дополнительной части ванны, образующая дополнительный объем ванны, необходимый для вмещения шлака; R_B- радиус ванны

 

Оценивая ванну с точки  зрения полноты протекания рафинировочных процессов при ее проектировании, обычно, принимается величина