Проектирование и устройство электросталеплавильных агрегатов

 где   G_шл – количество шлака периода плавления, % от веса металла (2 – 4%);

G_р – количество руды, израсходованной в период плавления, % от веса металла (до 1 – 3%).

t⁰_кпл – температура металла в конце расплавления ⁰С, которая может быть принята из опытных данных или рассчитана по уравнению:

t⁰_кпл=t⁰_ликв+(50 – 70),⁰С,                                                                                  (8.12)

где  t⁰_ликв – температура ликвидуса стали, которую можно оценить по формуле:

 t⁰_ликв= 1539 – ∑{(∆t_л)·[E]}, ºС,                                                                     (8.13)

где     ∆t_ликв – удельное (на 1% содержания элемента) снижение температуры плавления чистого железа (по таблице 4).

 

 

 

 

 

Таблица 8.1 - Снижение температуры  плавления для стали марки 40ХН.

Элемент	%	Изм. Тликв. На 1%
Алюминий	10	3,4	0,034
Ванадий	28	1,2	0,012
Вольфрам	15	0,5	0,005
Кремний	5	13,6	0,136
Марганец	7,5	4	0,04
Медь	11,5	4,3	0,043
Молибден	10	0,9	0,009
Никель	6	3,5	0,035
Никель	16	3	0,03
Ниобий	4	17,4	0,174
Сера	1	34	0,34
Тантал	20	6,2	0,062
Титан	14	13,9	0,139
Углерод	0,5	80,4	0,804
Углерод	2	72,5	0,725
Фосфор	1	34	0,34
Хром	22	1,4	0,014
Цирконий	16	12,8	0,128

 

t⁰_ликв= 1424,73ºС;

t⁰_кпл=1424+70 = 1494,73ºС;

Тепло подогрева шихты, кВт.ч:

Q_ш = 80·12·3 = 2880 кВт.ч

Тепло от применения ТКГ, кВт.ч:

Q_г = 80·33,4·7·2/10 = 3740, кВт.ч

Тепло от применения кислорода  для подрезки лома, кВт.ч:

Q_к = 80·30·25 = 6000 кВт.ч

А_пл=(202+2,85·2,4+4,44·1,6) ·1494,74·10^-3+0,5·2,4+68+0,64·1,6=393 кВт.ч/т

τ_пл =

= 0,72ч = 43 мин

8.2 Окислительный период плавки

В окислительный период электрический  режим должен обеспечивать нагрев и  плавление шлакообразующих и  железной руды, компенсацию 35% мощности тепловых потерь периода завалки, компенсации  тепловых потерь окислительного периода, а также обеспечить нагрев металла, предусмотренный технологическим  режимом этого периода.

Р_тр.ок=

                             (8.14)

Р_тр.ок – мощность трансформатора окислительного периода, кВА;

Р_т.ок – мощность тепловых потерь в окислительный период, кВА;

Р_тз+зав – мощность тепловых потерь заправки и завалки, кВА;

τ_ок – длительность окислительного периода, ч; принимается в соответствии с технологическим режимом выплавки стали заданной марки;

А_ок – удельный полезный расход энергии в окислительный период плавки, кВт.ч/т, определяется из уравнения:

       А_ок= (197+2,78Q_шл%+4,34G_р) ·tº_ок·10^-3+0,49G_шл+0,63G_p – 197 tº_к.пл·10^-3          (8.15)

Температура металла в  конце окислительного периода, ºС:

tº_ок=1424+130=1554ºС.                                                                             

А_ок=(197+2,78·2,4+4,34·1,6)*1554·10^-3+0,49·2,4+0,63·1,6–197·1494·10^-3=    =47,004 кВт·ч/т

Р_тр.ок = = 10430 кВА.

Проверочная формула:

P_тр.ок 378Д²₀, кВА                                                                                        (8.16)

10430 кВА 12367 кВА – верно

8.3 Восстановительный период плавки

В восстановительный период в печь необходимо подвести такую  мощность, которая обеспечивает нагрев и расплавление шлаковой смеси, ферросплавов, компенсацию мощности тепловых потерь этого периода и 65% мощности тепловых потерь периода заправки и завалки. Так как ферросплавы присаживаются во второй половине периода, то рационально иметь две ступени мощности трансформатора, кВА:

Р_тр.вп= ;                                     (8.17)

Р’_тр.вп= ,                          (8.18)

где A_вп - удельный полезный расход электроэнергии в восстановительный период плавки, кВт.ч/т

А_вп=(174+2,45G_шл%)t⁰_вп·10^-3+0,432G_шл% – 174t⁰_вп·10^-3.                            (8.19)

Удельный полезный расход электроэнергии на расплавление ферросплавов определяется из уравнения:

А_Fe-спл = 202t⁰_вп·10^-3+68, кВт.ч/т;                                                                  (8.20)

где t⁰_вп-температура металла в конце восстановительного периода, ⁰С.

t⁰_вп= t⁰_ликв+(100-110)⁰С                                                                                   (8.21)

t⁰_вп= 1424+110 = 1534ºC;

А_Fe-спл = 202·1534·10^-3+68 = 378,017 кВт.ч/т;

А_вп=(174+2,45·4) ·1534·10^-3+0,432*4–174·1534·10^-3= 98,505 кВт.ч/т;

Р_тр.вп = =45891,722 кВА

Р’_тр.вп = =5484,94 кВА

Примечание. Время восстановительного периода определяется принятым технологическим  режимом выплавки стали, и составляет в среднем 0,2…1,0 час.

Состав металла после  раскисления, т.е. первой операции восстановительного периода, зависит от химического состава выплавляемой марки стали. Содержание углерода заданной марки, Si=0,17 – 0,37; Mn=0,4 – 0,8; Al=0,02 – 0,04. Остальные элементы по согласованию с преподавателем.

Доводка стали до заданного химсостава в восстановительном периоде

Добавка всех легирующих элементов  ведется с учетом их угара по формуле:

G_{ф/сплава} =

, т;                                                            (8.22)

G_{ф/сплава}=2034 кг

где    G_{ф/сплава} – вес ферросплава, т;

Xi – содержание добавляемого элемента, %;

Xi_{ф/сплава} – содержание элемента в ферросплаве, %;

G – вместимость печи, т;

К – степень усвоения легирующего элемента, %.

К_Mn,Cr,W,V 0,9

K_Si=0,7

Xi_{ф/сплава}

ФМn78 – 78% Mn

ФХ650-800 – 70% Cr

ФС45,75 – 45,75% Si

Вторая ступень мощности трансформатора восстановительного периода  не должна превышать максимально  допустимую мощность для конца восстановительного периода, кВА;

Р^’_{тр.вп.max} 278·Д²₀                   (8.23)

5484,94 кВА 8888,8233 кВА – верно

Для сокращения числа ступеней мощности трансформатора близкие по величине ступени необходимо объединить.

Таблица 8.2 – Химический состав.

	C		Si		Mn		Ni		S	P	Cr
	min	max	min	max	min	max	min	max	min max		min	max
Сталь 40ХН	0,36	0,44	0,17	0,37	0,5	0,8	1	1,7	0,035	0,03	0,45	0,75
Состав стали к получению	0,4		0,27		0,7		1,3		0,03	0,03	0,65

 

G_ФС75=80000*0,27/(75*0,7)=411 КГ

G_Фм78=80000*0,7/(78*0,9)=797 КГ

G_ФХ650=80000*0,65/(70*0,9)=825 КГ

G_{ф/сплава}=2034 кг

 

8.4 Выбор вторичного напряжения и тока для установленного числа ступеней мощности трансформатора

 

В трехфазных дуговых сталеплавильных  печах вторичное напряжение должно выбираться с учетом мощности трансформатора, размеров печного пространства, характера  металлургического процесса выплавки стали и качества материалов огнеупорной  кладки. Для улучшения электрического КПД и коэффициента мощности печи следует стремиться в к повышению напряжения, однако при высоких напряжениях излучение длинных открытых дуг грозит вызвать недопустимые перегревы внутренней поверхности огнеупорной кладки и снижение ее стойкости. Значение номинального тока определяется из уравнения:

I_н= , A                                                                                            (8.34)

I_н = = 69059,56 А

Примечание: Фазовое напряжение на всех ступенях мощности не должно быть ниже 100 В. Величина тока на всех ступенях напряжения должна соответствовать  номинальному.

Значения линейного напряжения, В:

U_{2л i} = , В     (8.35)

U_{2л 1} =

U_{2л 2} =

U_{2л 3} =

U_{2л 4} =

U_{2л 5} =

Значения линейного напряжения, В:

U_{2ф i} = , В               (8.38)

U_{2ф 1} = = 330,149 В

U_{2ф 2} = = 440,19В

U_{2ф 3} = = 293,47В

U_{2ф 4} = = 256,783 В

U_{2ф 5} = = 220,09 В

U_{2л 6} =

U_{2л 7} =

U_{2л 8} =

U_{2л 9} =

U_{2ф 6} = = 317,68 В

U_{2ф 7} = = 254,14 В

U_{2ф 8} = = 190,61 В

U_{2ф 9} = = 127,07 ВДиаметр электрода рассчитывают по максимальной силе тока электрода и допустимой плотности тока, мм:

Д_э=2 ,                                                                                (8,39)

где     ∆I – допустимая плотность тока, А/см²;

I_max – максимальная сила тока в электроде, А;

В расчете для трехэлектродной печи принимают, А:

I_max = 1,25I_н = ;                                                                  (8.40)

I_max =1,25·69059,56 = 86324,45 A;

∆I = 35 A/см² = 0,35 A/мм²

Д_э = 2 = 560 мм

По ГОСТ 4426 принимаем стандартный  диаметр электрода равный 5610 мм/

 

9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ПЕЧИ

 

Электрический режим дуговой  печи характеризуется следующими основными  параметрами:

а) вторичным напряжением  печного трансформатора;

б) током, протекающим по электроду (I2);

в) суммарным реактивным сопротивлением короткой сети.

Активное и реактивное сопротивления короткой сети для  конкретной конструкции печи можно  в первом приближении считать  постоянным, если не учитывать возможности  изменения сопротивления за счет переключения дросселя, а также за счет изменения длины электрода  по ходу плавки. Сила тока печной установки  является величиной переменной и  позволяет легко контролировать как нагрузку трансформатора, так  и режим работы печи. Поэтому при  работе печи весьма важно знать зависимость  от тока нагрузки показателей электрического режима, как то: полной мощности Рн , потребляемой из сети; активной мощности Ра, потребляемой из сети; полезной мощности Рп – мощности печи; мощности электрических потерь Рэ; электрического коэффициента полезного действия ηэ и коэффициента мощности соsφ.