Разработка дуговой печи постоянного тока

Для контроля состава шихты специалист фирмы SiemensAktiengesellschaftМачулат Томас разработал способ для определения свойств содержания дуговой печи для плавления загружаемого материала[34].

 Способ включает определение  свойств и/или положения загружаемого  материала, присутствующего в основном в твердой фазе в дуговой печи, которую разделяют на множество сегментов и предусматривают на каждом сегменте, по меньшей мере, один акустический сенсорный датчик.

При этом электрической дугой между электродами и загружаемым материалом создают акустические сигналы, измеряют отраженные и/или проходящие сквозь загружаемый материал акустические сигналы посредством акустических сенсорных датчиков, оценивают измеренные акустические сигналы и определяют свойства и /или положения загружаемого материала в дуговой печи [35].

На рисунке 1.4 показана система для определения свойств содержания шихты в печном пространстве. Дуговая печь 1 включает три электрода 3а,3b,3c, которые входят внутрь корпуса печи 2.

Между электродами 3а,3b,3c или между электродами и ванной печи 2 течет электрический ток. За счет этого печи образуется электрическая дуга 6. Для измерения электрических сигналов, например для измерения тока, между электродами 3а,3b,3c,предусмотрен электрический сенсорный датчик 4. По периметру печи расположены акустические сенсорные датчики 5a,5b,5c,5e,5g,5h,5s,5t, с помощью которых определяют акустические сигналы. Измеренные данные акустических сенсорных датчиков 5a,5b,5c,5e,5g,5h,5s,5t подключены к устройству оценки 11. При необходимости, к устройств оценки 11 подводят также измеренные данные, по меньшей мере, одного электрического сенсорного датчика 4 [35].

Акустические сенсорные датчики 5a,5b,5c,5e,5g,5h,5s,5t могут быть, например, расположены связанными непосредственно или косвенно с корпусом печи 2 и/или с дуговой печью 1.

Устройство оценки 11 связано с вычислительным устройством 10. Оно выдает управляющие сигналы СS на дуговую печь, чтобы, например, воздействовать на положение электродов 3а,3b,3c и/или подвод энергии к электродам 3а,3b,3c. Для этого вычислительное устройство 10 содержит управляющий модуль 12. За счет оценки сигналов акустических сенсорных датчиков 5a,5b,5c,5e,5g,5h,5s,5t производят анализ механического шума [36].

На рисунке 1.5схематически представлены содержание ванны печи 2, а также электрода 3а. В корпусе печи 2 находится загружаемый материал 7, в частности лом и отходы, который расплавляют с помощью электрода 3а в расплав 8. Расплавление  загружаемого материала 7 происходит под действием электрической дуги 6, которая образуется между электродом 3а и загружаемым материалом 7 или, соответственно, расплавом 8. Внутри дуговой печи 1 выше расплава 8 может образовываться шлак 9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.4 - Схема сбора и обработки информации

 

Загружаемый материал 7 выполнен в виде множества кусков и присутствует преимущественно в твердой фазе. Свойства содержания дуговой печи 1, в частности свойств загружаемого материала 7,характеризуются, например, длиной, шириной, высотой, положением, формой, весом и/или плотностью загружаемого материала 7 или, соответственно, образующихся кусков загружаемого материала 7.

Названные показатели или, характеристики загружаемого материала 7, могут вызывать обвалы лома и отходов, которые могут приводить к поломкам электродов и тем самым к простою дуговой печи1. В первый момент зажигания дуги возможна поломка электродов вследствие попадания на наклонный участок куска загружаемого материала [37].

Для измерения механического шума акустические сенсорные датчики 5a,5b,5c,5e,5g,5h,5s,5t расположены на подходящих местах измерения вокруг печи и на крышке печи. С помощью акустических сенсорных датчиков 5a,5b,5c,5e,5g,5h,5s,5t можно производить анализ механического шума. Одновременно стоящие в распоряжении токовые сигналы, то есть электрические сигналы ЕS (рис.1.4,предварительно обрабатываются и анализируются с помощью представленного на рисунке 1.6 устройства вычисления 10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.5 - Пример для распространения акустических сигналов в корпусе печи

 

Акустические сигналы Nd, Ne, Ng, создаются, в частности, электрической дугой 6 между электродом и загружаемым материалом 7 или, соответственно, расплавом 8. Часть акустических сигналов Ne, Ng отражается на загружаемом материале 7. Так возникают отраженные акустические сигналы Nd.

С помощью обработанных акустических данных и электрических сигналов можно заранее определить расположение крупных кусков лома, и, следовательно, определять вероятные поломки электродов вследствие упора и обвалов лома. Данные оценки определяют предпочтительно также при помощи электрических измерений. Полученные данные можно запоминать в банке данных и использовать для прогнозирующего регулирования дуговой печи 1. В банке данных запоминают характеристичные для свойств содержания дуговой печи данные, называемые в последующем характеристики. В качестве характеристик обвала можно, например, запоминать последовательности сигналов перед обвалом лома и отходов или при нахождении крупного куска шихты в зоне горения дуги [38].

Описанный выше способ позволяет предотвратить поломку электрода не только при упоре электрода в шихту, но и в результате обвала шихты. Но стоит заметить, что определение расположения и крупности кусков шихты возможно только в случае наличия источника звукового шума, электрической дуги, например [39].

Очевидно, что имеющиеся способы борьбы с поломками электродов не позволяют решить в полной мере поставленную задачу.

Отметим, что проблема поломок электродов наиболее актуальна при использовании электромеханических регуляторов мощности. В гидравлических регуляторах проблема решается путем использования в цепи управления перемещением электрода датчики давления гидравлической жидкости. В случае электромеханического привода установка подобных датчиков приводит к раскачиванию системы, за счет использования в их конструктиве гибких частей, что отрицательно сказывается на качественных показателях регулятора мощности[40].

 

Выводы по главе

 

Как показал анализ конструктивных решений, механизмов перемещения электродов и систем управления, ряд вопросов можно считать в достаточной степени решенными. Что касается вопросов снижения вероятности поломок электродов, то на данный момент их нельзя считать в полной мере проработанными, в связи с чем, эти задачи нуждаются в дополнительном исследовании.

Поломка электрода в ДСП является негативным явлением, которое помимо увеличенного расхода графитированного материала, влечет за собой дополнительные временные, энергетические и ресурсные затраты.

Для дуговых печей малой и средней мощности характерно использование как электромеханического, так и электрогидравлического регуляторов мощности. На сегодняшний день проблема поломок электродов для гидравлического регулятора мощности решена (см.п.1.1) в полной мере. Для электромеханического регулятора такого решения пока еще не найдено, а все существующие предложения имеют ряд недостатков и полностью не гарантируют устранения поломок.

 

Цели и задач исследования  

 

Анализ литературно-патентных данных показал, что весьма актуальной является проблемой поломка электродов дуговой печи.

На основании проведенных исследований была сформулирована цель -разработка алгоритмов и систем управления дуговыми сталеплавильными печами, снижающих поломки электродов.

В связи с этим в данной работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ особенностей технологического процесса плавки металла в дуговой печи, режимов работы электрооборудования и механизмов, уровня и тенденций развития систем управления и приводов перемещения электродов, конструктивных и компоновочных решений печей.
2. Выявление причин и последствий поломок электродов в ДСП.
3. Реализация алгоритмов и систем автоматического управления обеспечивающих снижение поломок электродов.

 

Поэтому в данной работе будет рассмотрен электромеханический регулятор мощности ДСП и предложены пути по его модернизации с целью снижения поломок электродов в условиях АО «ССГПО» МПЗ.

 

 

 

2. Электросталеплавильный цех по выплавке стали

 

2.1 Технологический процесс выплавки стали в электросталеплавильном  цехе

 

Электросталеплавильный цех (ЭСПЦ) мощностью 53222 т жидкой стали в год состоит из участков:

- подготовки шихты;

- плавильный участок;

- непрерывного литья заготовок (МНЛЗ);

- экспресс лаборатории.

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Схема структуры электросталеплавильного цеха.

 

В электросталеплавильном участке МПЦ плавку шихты производят в трехфазных дуговых электропечах. В плавильном отделении находятся две печи ДСП-10 (дуговые сталеплавильные) и одна АКП. В результате плавления жидкий металл поступает на МНЛЗ, где разливается в заготовки различного сечения.

Годовое производство годной жидкой стали приблизительно составляет: 54500 тыс/т, а годных заготовок – 52500 тыс/т.

Экспресс лаборатория предназначена для определения в процессе плавки химического состава стали.

Образцы из ДСП и АКП передаются в лабораторию для определения количествауглерода, кремния, марганца, фосфора, серы,  меди, никеля и хрома в стали.

 

2. Показатели режима работы МПЗ

 

В таблице 1 приведены показатели режимов работы

 

Таблице 1 - Приведены показатели режимов работы

Подразделения предприятия	Показатели режима работы
	Число смен в сутках	Продолжитель-ность смены, час	Режим работы	Кол-во рабочих дней в году
Отделение МНЛЗ	2	12	Непрерывный	365

 

 График сменности служит дополнением к правилам внутреннего распорядка, он утверждается директором предприятия.

 

Ежемесячная средняя заработная плата работников электросталеплавильного цеха (сталевар, подручный сталевара, шихтовщик) составляет 375тыс. тенге.

Ежемесячная средняя заработная плата ИТР  электросталеплавильного цеха (начальник цеха, технолог, ст.мастер, мастер участка) в среднем составляет 233тыс. тенге.

Фонд дополнительной заработной платы исчисляется обычно в процентах к дневному или тарифному фонду и складывается из оплаты очередных и дополнительных отпусков, прочих выплат из фонда дополнительной заработной платы (оплата времени, затраченного на выполнение государственных и общественных обязанностей; оплата льготных часов подросткам и перерывов матерям для кормления детей; выходные пособия). При этом оплата за отпуска (dо) и за выполнение государственных и общественных обязанностей (dгоо) начисляется в процентах от основного дневного заработка рабочего, а остальные доплаты (dпр) - от тарифного. Поэтому дополнительная заработная плата за один день работы может быть условно выражена формулой:

 

 

а годовой фонд дополнительной заработной платы определяется по формуле:

 

или

           

 

где tм – количество дней работы в течение года рабочего места, сут.;

tраб –  количество дней работы в году одного рабочего, сут.

Процент оплаты очередных и дополнительных отпусков определяется исходя из дней отпуска и числа рабочих дней по формуле:

 

 

где Фопт – число дней очередного и дополнительного отпуска, сут.;

Фраб – число рабочих дней в году без учета основного и дополнительного отпусков, сут.

 

Себестоимость одной тонны стальных литых заготовок на 2014 год составил 138400,9.

К вспомогательным работникам цеха относятся шихтовщики, уборщики помещений, карщики, стропальщики, заработная плата которых составляет от объема работы и разряда от 35-60 тыс тенге.

 

2.3 Наиболее часто встречающиеся  проблемы электроплавильного цеха

 

Поломка электрода в ДСП является негативным явлением, которое влияет на ряд факторов при выплавке стали, т.е. при выплавке стали образуются внутренние дефекты такие как внутренние трещины (ЛПТ), диагональные трещины (ромбичность), центральные и осевые трещины.

 

Вывод по второй главе

 Я рассмотрела данные  по цеху эти анализы показывают такие результаты: низкое качество стали, в большинстве случаев несоответствие химического состава годного литья, частая поломка электродов.

В настоящее время выплавляемая сталь имеет свои недостатки, в связи с этим можно решить ряд проблем с применением новых технологий, нового оборудования, приборов, в дальнейшем будет рассматриваться в моей дипломной работе 
Список использованных источников

 

1. Амелинг, Д. Направления развития электросталеплавильного производства. / Д. Амелинг // Научно – технический и производственный журнал «Черные металлы»,2001-№4. С. 36-37 .
2. Гудим, Ю.А. Производство стали в дуговых печах / Ю.А. Гудим, И.Ю. Зинуров, А.Д.  Киселев Конструкции, технология материалы. Новосибирск. 2010.- 367с
3. Окорков, Н.В. Дуговые сталеплавильные печи: учеб. Пособие / Н.В Окорков. -  М.: Металлургия, 1971. - 373с
4. Сойфер, В.М. Дуговые печи в сталелитейном цехе: учеб. Пособие / В.М Сойфер, Л.Н Кузнецов. - М.: Металлургия.1989. - 243с
5. Гудим, Ю.А. Ресурсы лома и электросталеплавильное производство./ Ю.А. Гудим   Научно – технический и производственный журнал «Рынок вторичных металлов», 2005  -№1. С. 22-23
6. Зинуров И.Ю. Дуговые сталеплавильные печи. / И.Ю. Зинуров. Атлас.  - М.: Металлургия,1974. -  76с
7. Половицкий Д.Я., Гудим Ю.А., Зинуров И.Ю. Устройства и работа сверхмощных дуговых сталеплавильных печей.: учеб. Пособие / Д.Я Половицкий., Ю.А Гудим, И.Ю Зинуров. М.: - Металлургия,1990. - 344с
8. Луценко, В.Т., Павлов В.А., Докшицкая Л.И. Дуговая сталеплавильная печь: учеб. Пособие / В.Т. Луценко, В.А. Павлов, Л.И Докшицкая. М.: Металлургия,2005.122с
9. Бургман, В. Способы загрузки современных электродуговых печей / В. Бургман. Научно – технический и производственный журнал «Электрометаллургия»,1999-№3. С. 35
10. Патент № 1280024C21C5/52. Способ загрузки шихты в дуговую печь/Хохлов О.А. – заявл. 11.06.2007; опубл.23.3.2010, Бюл. № 116. – 5 с.
11. Половицкий Д.Я., Рощин В.Е., Мальков Н.В. Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Металлургия,1995.44с
12. Фанарсов Г.А., Рабинович В.Л., Егоров А.В. Электрооборудование и элементы автоматизации электроплавильных установок. М.: Металлургия,1976.16с
13. Цишевский В.П. Механизмы и приводы электрических печей. М.: МЭИ,1973г.119с
14. Б.П. Брудный, З.Л. Трейзон. Автоматический регулятор мощности. «Бюллетень изобретений»№11,1680г. 245с
15. Электроды графитированные и ниппели к ним. Технические условия ТУ 1911-109-052-2003.Челябинск: изд-во Урал.электрод. ин-та.
16. Буканов М.В., Жук А.Я. Анализ перемещения электродов дуговых сталеплавильных электропечей//Металурпя. Сборник науковихпраць. 2009.- вып.19.- С. 30 - 32. 38.
17. Сапко А.И. Исполнительные механизмы регуляторов мощности дуговых электропечей. М.: Энергия,1980. 112с
 

18. Сапко А.И. Механическое и подъемно-транспортное оборудование электрометаллургических цехов. Москва: Металлургия,1986. 356с
19. Сапко А.И., Коваль Н.В.Анализ и синтез конструкции системы электродержателей дуговых сталеплавильных печей //Электротехническая промышленность, сер. Электротермия. 1980. – вып. 5(213). – с. 3-5.
20. Праздников А.В. Гидропривод в металлургии. М.: Металлургия,1973.
21. Елизаров Е.Экспериментальное исследование электрогидравлического механизма перемещения электродов дуговой сталеплавильной печи// вестник МЭИ. -2009. №3. – С.47-53.
22. Патент РФ №2070776, кл. МКИ 6 Н05В 7/085., приор. 07.12.94 г., «Электрод для дуговой электропечи», М.А.Леган).
23. Baare R.D., Ovegaard J., Rasmussen E/ An eccentric botton tapping system-18-month experience. Jron and steel eng.- 1984. –Vol.7.
24. Кузнецов Д.М., Коробов В.К. Факторы, влияющие на эксплуатационную стойкость графитированных электродов в дуговых электропечах. Научно – технический и производственный журнал «Металлург»,2000-№6.
25. Патент РФ на изобретениеRU 2101364 МПК С21С5/52 Заявка № 96111485/02. Способ управления электрическим режимом дуговой электросталеплавильной печи// Буторин В.К.; Веревкин В.И.; Веревкин Г.И.; Штайгер А.Ф. Опубликован 10.01.1998.
26. Теория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена. Под ред. М.Ф. Жукова, Новосибирск: Наука,1977,с.91.
27. Патент РФ на изобретение RU2378390 МПК С21С5/52 заявка №2008106784/02. Способ для определения свойств содержания дуговой печи//Мачуллат Томас. Опубликован 28.06.2006.
28. Патент RU-2393235 Способ получения стали в дуговой электросталеплавильной печи. Некрасов И.В.Опубликовано 19.09.2011.