Пример расчета ДСП-3. КР по направлению, антиплагиат. Общая информация о дуговой сталеплавильной печи
 Скачать 330.72 Kb.
|
1.3 Плавка стали в основной печиПлавка состоит из следующих периодов: - заправка печи; - загрузка шихты; - плавление; - окислительный период; - восстановительный период; - выпуск стали. Заправка печи Заправка – это исправление изношенных и поврежденных участков футеровки пода. После выпуска очередной плавки с подины удаляют остатки металла и шлака. На поврежденные подины и откосов забрасывают магнезитовый порошок или же магнезитовый порошок, смешанный с каменноугольным пеком (связующим). Длительность заправки10-15 мин. Загрузка шихты Общее количество чугуна и электродного боя или кокса должно быть таким, чтобы содержание углерода в шихте превышало нижний предел его содержания в готовой стали на 0,3% при выплавке высокоуглеродистых сталей, на 0,3-04 % при выплавке среднеуглеродистых и на 0,5% для низкоуглеродистых. Этот предел несколько снижается при росте емкости печи. Чтобы совместить удаление части фосфора с плавлением шихты в завалку рекомендуется давать 2-3% извести. Загрузку ведут бадьями или корзинами. В корзины и бадьи шихту укладывают в следующей последовательности: на дно кладут часть мелочи, чтобы защитить подину от ударов тяжелых кусков стального лома, затем в центре укладывают крупный лом, а по периферии средний и сверху – оставшийся мелкий лом. Плотная укладка шихты улучшает ее проводимость, обеспечивая устойчивое горение дуги, ускоряя плавление. Для уменьшения угара кокс и электродный бой кладут под слой крупного лома. Плавление После окончания завалки электроды опускают почти до касания с шихтой и включают ток. Под действием высокой температуры дуг шихта под электродами плавиться, жидкий металл стекает вниз, накапливаясь в центральной части подины. Электроды постепенно опускаются, проплавляя в шихте "колодцы" и достигая крайнего нижнего положения. По мере увеличения количества жидкого металла электроды поднимаются. Это достигается при помощи автоматических регуляторов для поддержания определенной длины дуги. Плавление ведут при максимальной мощности печного трансформатора. Во время плавления происходит окисление составляющих шихты, формируется шлак, происходит частичное удаление в шлак фосфора и серы. Окисление примесей осуществляется за счет кислорода воздуха, окалины и ржавчины, внесенных металлической шихтой. За время плавления полностью окисляется кремний, 40-60% марганца, частично окисляется углерод и железо. В формировании шлака наряду с продуктами окисления (SiO2, MnO, FeO) принимает участие и окись кальция, содержащаяся в извести. Шлак к концу периода плавления имеет примерно следующий состав, %: 35-40 CaO; 15-25 SiO2; 8-15 FeO; 5-10 MnO; 3-7 Al2O3; 0,5-1,2 P2O5. низкая температура и наличие основного железистого шлака благоприятствует дефосфорации. В зоне электрических дуг за время плавления испаряется от 2 до 5% металла, преимущественно железа. Для ускорения плавления иногда применяют газо-кислородные горелки, вводимые в рабочее пространство через под или стенки печи. Для уменьшения продолжительности плавления часто применяют продувку кислородом, вводимым в жидкий металл после расплавления ¾ шихты с помощью фурм или стальных футерованных трубок. При расходе кислорода 4-6 м2/т длительность плавления сокращается на 10-20 мин. Продолжительность периода плавки определяется мощностью трансформатора и составляет от 1,1 до 3,0 ч. Расход электроэнергии за время плавления составляет 400-480 кВт/ч. Рисунок 2 – Этапы плавления шихты а – начало плавления; б – опускание электрода; в – подъём электрода; г – окончание плавления Окислительный период Задача окислительного периода плавки состоит в следующем: а) уменьшить содержание в металле фосфора до 0,01-0,015%; б) уменьшить содержание в металле водорода и азота; Кроме того, за время периода окисляют углерод до нижнего предела его содержания в выплавляемой стали. За счет кипения (выделения пузырьков СО при окислении углерода) происходит дегазация металла и его перемешивание, что ускоряет процессы дефосфорации и нагрева. Окисление примесей ведут, используя либо железную руду (окалину, агломерат), либо газообразный кислород. Удалив шлак, в печь присаживают шлакообразующие: 1-1,5% извести и при необходимости 0,15-0,25% плавикового шпата, шамотного боя или боксита. После формирования жидкоподвижного шлака в ванну в течение всего окислительного периода ведут продувку кислородом; печь для слива шлака в течение периода наклонена в сторону рабочего окна. Присадка руды вызывает интенсивное кипение ванны – окисляется углерод, реагируя с окислами железа руды с выделением большого количества пузырьков СО. Под воздействием газов шлак вспенивается, уровень его повышается, и он стекает в шлаковую чашу через порог рабочего окна. Новую порцию руды присаживают, когда интенсивность кипения металла начинает ослабевать. Общий расход руды составляет 3-6,5% от массы металла. С тем, чтобы предотвратить сильное охлаждение металла, единовременная порция руды не должна быть более 0,5-1%. В течение всего окислительного периода идет дефосфорация металла по реакции:  Для успешного протекания той реакции необходимы высокие основность шлака и концентрация окислов железа в нем, а также пониженная температура. Эти условия создаются при совместном введении в печь извести и руды. Из-за высокого содержания окислов железа в шлаках окислительного периода условия для протекания реакции десульфурации являются неблагоприятными, и десульфурация получает ограниченное развитие: за все время плавления и окислительного периода в шлак удаляется до 30-40% серы, содержащейся в шихте. При кипении вместе с пузырьками СО из металла удаляются водород и азот. Этот процесс имеет большое значение для повышения качества электростали, поскольку в электропечи в зоне электрических дуг идет интенсивное насыщение металла азотом и водородом. В связи с этим электросталь обычно содержит азота больше, чем мартеновская и кислородно-конвертерная сталь. Шлак в конце окислительного периода имеет примерно следующий состав, %: 35-50 CaO; 10-20 SiO2; 4-12 MnO; 6-15 MgO; 3-7 Al2O3; 6-30 FeO; 2-6 Fe2O3; 0,4-1,5 P2O5. содержание окислов железа в шлак зависит от содержания углерода в выплавляемой марке стали; верхний предел характерен для низкоуглеродистых сталей, нижний – для высокоуглеродистых. Окислительный период заканчивается тогда, когда углерод окисляется до нижнего предела его содержания в выплавляемой марке стали, а содержание фосфора снижено до 0,010-0,015%. Период заканчивают сливом окислительного шлака. Полное скачивание окислительного шлака необходимо, чтобы содержащийся в нем фосфор не перешел обратно в металл во время восстановительного периода. Восстановительный период Задачами восстановительного периода являются: а) раскисление металла; б) удаление серы; в) доведение химического состава стали до заданного; г) корректировка температуры. Все эти задачи решаются параллельно в течение всего восстановительного периода; раскисление металла производят одновременно осаждающим и диффузионным методами. 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 ферросилиций из расчета введения в металл 0,10-0,15% кремния и алюминий в количестве 0,03-0,1%. Эти добавки вводят для обеспечения осаждающего раскисления металла. Далее наводят шлак, вводя в печь известь, плавиковый шпат и шамотный бой. Через 10-15 мин. шлаковая смесь расплавляется, и после образования жидкоподвижного шлака приступают к диффузионному раскислению. Вначале, в течение 15-20 мин. раскисление ведут смесью, состоящей из извести, плавикового шпата и кокса в соотношении 8:2:1, иногда присаживают один кокс. Далее начинают раскисление молотым 45 или 75%-ным ферросилицием, который вводят в состав раскислительной смеси, содержащей известь, плавиковый шпат, кокс и ферросилиций в соотношении 4:1:1:1, содержание в этой смеси уменьшают. На некоторых марках стали в конце восстановительного периода в состав раскислительной смеси вводят более сильные раскислители – молотый силикокальций и порошкообразный алюминий, а при выплавке ряда низкоуглеродистых сталей диффузионное раскисление ведут без введения кокса в состав раскислительных смесей. Суть диффузионного раскисления, протекающего в течение всего периода, заключается в следующем. Так как раскисляющие вещества применяют в порошкообразном виде, плотность их невелика, и они очень медленно опускаются через слой шлака. В шлаке протекают следующие реакции раскисления: (FeO) + C = Fe + CO; 2·(FeO) + Si = 2·Fe + (SiO2) и т.д., 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 окислами. Это способствует получению стали с пониженным содержанием неметаллических включений. По мере диффузионного раскисления постепенно уменьшается содержание FeO в шлаке и пробы застывшего шлака светлеют, а затем становятся почти белыми. Белый шлак конца восстановительного периода электроплавки имеет следующий состав, %: 53-60 CaO; 15-25 SiO2; 7-15 MgO; 5-8 Al2O3; 5-10 CaF2; 0,8-1,5 CaS; < 0,5 FeO; < 0,5 MnO. Во время восстановительного периода успешно идет десульфурация, поскольку условия для её протекания более благоприятные, чем в других сталеплавильных агрегатах. Хорошая десульфурация объясняется высокой основностью шлака восстановительного периода (CaO/SiO2 = 2,7-3,3) и низким (< 0,5 %) содержанием FeO в шлаке, обеспечивающим сдвиг равновесия реакции десульфурации [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO) вправо (в сторону более полного перехода серы в шлак). Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом (S)/[S] в восстановительный период электроплавки составляет 20-50 и может доходить до 60 в электропечи с основной футеровкой можно удалить серу до тысячных долей процента. Для улучшения перемешивания шлака и металла и интенсификации медленно идущих процессов перехода в шлак серы, кислорода и неметаллических включений в восстановительный период рекомендуется применять электромагнитное перемешивание, особенно на большегрузных печах, где удельная поверхность контакта металл-шлак значительно меньше, чем в печах малой емкости. Длительность восстановительного периода составляет 40-100 мин. За 10-20 мин. до выпуска проводят корректировку содержания кремния в металле, вводя в печь кусковой ферросилиций. Для конечного раскисления за 2-3 мин. до выпуска в металл присаживают 0,4-1,0 кг алюминия на 1 т стали. Выпуск стали из печи в ковш производят совместно со шлаком. Интенсивное перемешивание металла со шлаком в ковше обеспечивает дополнительное рафинирование – из металла в белый шлак переходит сера и неметаллические включения. Порядок легирования При выплавке легированных сталей в дуговых печах порядок легирования зависит от сродства легирующих элементов к кислороду. Элементы, обладающие меньшим сродством к кислороду, чем железо (никель, молибден) во время плавки не окисляются и их вводят в начальные периоды плавки – никель в завалку, а молибден в конце плавления или в начале окислительного периода. Хром и марганец обладают большим сродством к кислороду, чем железо. Поэтому металл легируют хромом и марганцем после слива окислительного шлака в начале восстановительного периода. Вольфрам обладает большим сродством к кислороду, чем железо и он может окисляться и его обычного вводят в начале восстановительного периода. Особенность легирования вольфрамом заключается в том, что из-за высокой температуры плавления он растворяется медленно и для корректировки состава ферровольфрам можно присаживать в ванну не позднее, чем за 30 до выпуска. Кремний, ванадий и особенно титан, и алюминий обладают большим сродством к кислороду и легко окисляются. Легирование стали феррованадием производят за 15-35 мин. до выпуска, ферросилиций – за 10-20 мин. до выпуска. Ферротитан вводят в печь за 5-15 мин. до выпуска, либо в ковш. Алюминий вводят за 2-3 мин. до выпуска в ковш. Глава 2 Определение геометрических параметров дуговой сталеплавильной печи 2.1 Расчет основных геометрических параметров Основными геометрическими параметрами ДСП являются: 1)  - глубина ванны по зеркалу жидкого металла;2)  - глубина ванны до откосов печи;3)  - высота плавильного пространства;4)  - диаметр ванны по зеркалу жидкого металла;5)  - диаметр ванны на уровне порога рабочего окна;6)  - внутренний диаметр кожуха печи;7)  - диаметр ванны на уровне откосов.Наиболее распространенной является сфероконическая ванна с углом между образующей и осью конуса, равным 45º. Объем ванны до откосов  (2.1)где  - объём металла;  - объём шлака;  - дополнительный объём.Если плотность жидкого металла  (т/м3), а емкость печи М (т), то  (2.2) Номинальную ёмкость печи принимаем равным 3 тонны, а  = 7,85 т/м3 – плотность жидкого металла (сталь 30). Диаметр зеркала жидкого металла определяется из соотношения:  (2.3)где Dм – диаметр зеркала жидкого металла, м; Vм – объем жидкого металла, м3; с – коэффициент, зависящий от отношения диаметра зеркала металла к глубине ванны по металлу. Обычно коэффициент с определяется по формуле:  , (2.4)где  . Для большинства печей а = 4,5…5,5, причем меньшие значения характерны для небольшой емкости и технологического процесса, не требующего тщательного рафинирования расплавленного металла в печи. При таких соотношениях с теплотехнологической точки зрения будет обеспечено и сравнительно равномерное облучение поверхности ванны от дуг и кладки печи, и более равномерный прогрев металла в объеме ванны.Принимаем  . Тогда: (2.5) .Отсюда, глубина ванны по зеркалу жидкого металла равна:  (2.6)Глубина сферического сегмента:  (2.7) Расчетный объём шлака принимаем равным 12% объема жидкого металла: (2.8) Высота слоя шлака:  (2.9) Диаметр зеркала шлака:  (2.10)Диаметр ванны на уровне порога рабочего окна выбираем с таким расчетом, чтобы уровень порога был на 40 мм выше уровня зеркала шлака:  (2.11)где  - расстояние от зеркала шлака до уровня порога рабочего окна.Уровень откосов принимаем на 70 мм выше уровня порога рабочего окна, то есть  : (2.12)Глубина ванны до уровня откосов печи равна:  (2.13) Зная высоту конической части ванны:  (2.14)Находим диаметр основания шарового сегмента  : (2.15) Высоту плавильного пространства  от уровня откосов до верха стены на основании данных таблицы 1 принимаем равной: (2.16) мТаблица 1 Зависимость высоты плавильного пространства от диаметра на уровне откосов
Выше откосов стены делаются наклонными под углом 15…300 к вертикали. При таком наклоне их можно заправлять. Принимаем угол наклона стен 300. Высота наклонной части стен составит:  (2.17) Высота цилиндрической части стен   (2.18) Диаметр стен определяется по формуле:  (2.19) Оставшиеся размеры печи определяются с учетом материала и толщины огнеупорной кладки подины, стен и свода. 2.2 Расчет конструкция футеровки ДСП Конструкция футеровки кроме внутреннего профиля рабочего пространства определяют материалы и толщину рабочего, арматурного и теплоизоляционного слоев кладки, а также форма и размеры кожуха ДСП. Для кладки рабочего слоя ДСП используются основные и кислые огнеупорные материалы. Основная футеровка ДСП Футеровка подины состоит из рабочей части и теплоизоляционного слоя. Рабочая часть футеровки подины состоит из набивного слоя и кирпичной кладки. Верхний набивной слой обычно выполняют из магнезитового порошка, замешанного на смеси смолы и пека, толщиной 100...200 мм. Средний огнеупорный слой выполняется из магнезита марки МУ-91, МО-91, МУ-89. Толщина рабочего слоя должна составлять 70...80 % футеровки ванны, то есть 4.. .6 рядов кирпича. Нижний - изоляционный слой - выполняют из легковесного шамота марки ШЛБ-1,3, одним-двумя слоями (нормальный кирпич имеет размеры 230x115x65 мм). На металлическое днище укладывают листовой асбест и насыпают выравнивающий слой шамотного порошка общей толщиной 30...40 мм. Для печей различной емкости рекомендуется следующая толщина отдельных слоев и всей футеровки подины (таблица 2). Таблица 2 – Толщина отдельных слоев и всей футеровки подины ДСП, мм.
Исходя из данных, приведенных в таблице 2, принимаем общую толщину подины 485 мм. Футеровка подины состоит из рабочей части и теплоизоляционного слоя. Нижний изоляционный слой выполняем из листового асбеста толщиной 10 мм, укладываемого на металлическое днище и легковесного шамота марки ШЛБ-1,3, суммарной толщиной 85 мм (один слой «на плашку»). Средний огнеупорный слой выполняется из магнезита марки МУ-91 суммарной толщиной 325 мм (пять слоёв «на плашку»). Огнеупорная набивка выполняется из магнезитового порошка со связующим в виде смеси смолы и пека толщиной 150 мм. Откосы ниже уровня шлака выкладываются обычным магнезитовым кирпичом марки МО-91, а в районе шлакового пояса плотным магнезитовым кирпичом. 2.3 Расчет стен ДСП С тем, чтобы облегчить тепловую работу и повысить стойкость футеровки, кладка стен обычно не имеет тепловой изоляции. Верх стен изнашивается меньше, поэтому он выкладывается кирпичом меньшего размера, с одним - двумя уступами. В зависимости от емкости можно рекомендовать следующую толщину огнеупорной кладки стен (таблица 3). Таблица 3 – Толщина огнеупорной кладки стен ДСП
Толщину футеровки стены на уровне откосов принимаем равной 365 мм (300 мм кирпич магнезитохромитовый марки МХСП и 65 мм легковесным шамотом). Выбрав материалы и толщину огнеупорной кладки стен, определяем внутренний диаметр кожуха на уровне откосов:  , м; (2.20) ми его цилиндрической части:  , м; (2.21) м,где δ1 – толщина футеровки стен на уровне откосов, м; δ2 – толщина футеровки цилиндрической верхней части стен, м. Кожух сваривается из котельной стали. Толщина кожуха определяется:  , м; (2.22) мВ обшивке кожуха вырезают отверстия для летки и рабочего окна. Рабочее окно печи имеет следующие размеры: Ширина:  , м; (2.23) мВысота:  , м; (2.24) мСтрела выпуклости арки рабочего окна:  , м; (2.25) м2.4 Расчет свода ДСП Футеровку сводов основных дуговых печей наиболее часто выполняют из прямого и небольшого количества клинового кирпича марки МХОП и в отдельных случаях из динасового кирпича. Толщина футеровки свода соответствует длине стандартного кирпича и обычно составляет (таблица 4): Таблица 4 – Толщина футеровки свода ДСП
Свод выполняется из магнезитохромитового кирпича марки МХСП длиной 230 мм без дополнительной тепловой изоляции. В современных ДСП свод опирается на кожух печи и поэтому можно считать, что его диаметр примерно равняется диаметру верха кожуха, т.е.   мСтрела выпуклости свода (  ) зависит от материала и пролета (диаметра) свода (таблица 5). Из соображения строительной прочности рекомендуется:Таблица 5 – Геометрические параметры свода в зависимости от материала футеровки
Стрела выпуклости свода равна:  , м; (2.26) мПри этом высота центральной части свода над уровнем откосов составит:  , м; (2.27) мИнтенсивность облучения определяется диаметром распада электродов Dp, который задает расстояние «дуга-стенка». Поэтому задача определения рационального значения Dp сводится к выбору величины соотношения  , обеспечивающего возможно более равномерной распределение тепловой нагрузки по периметру печи и высокой стойкости футеровки стен.Наилучшее условия при минимальном значение . Однако возможности его уменьшения ограничиваются соображениями конструктивного характера (необходимость размещения электрододержателей, обеспечения достаточно высокой строительной прочности центральной части свода).При проектировании печей следует принимать значения, приведенные в таблице 6. Таблица 6 – Величины для различных ДСП.
На основании данных таблицы 6 принимаем отношение:  (2.28) м. |
