Разработка дуговой печи постоянного тока

Содержание

	Введение	3
1	Модернизация ДСП С целью уменьшения отходов  при выплавке стали	4
1.1	Анализ состояния развития конструкций, механизмов перемещения электродов, систем электропитания и управления	4
1.2	Электроды дуговой сталеплавильной печи	9
1.3	Методы снижения вероятности поломок электродов	12
	Вывод по главе	17
	Цели и задачи исследования	17
2	Электросталеплавильный цех по выплавке стали	18
2.1	Технологический процесс выплавки стали в электросталеплавильном  цехе	18
2.2	Показатели режима работы МПЗ	18
2.3	Наиболее часто встречающиеся проблемы электроплавильного цеха	19
	Список использованных источников	20

 

 

Введение

В данной работе  рассмотрены все положительные и отрицательные моменты дуговых сталеплавильных печей. Эти печи характерны большим выбросом газов и пыли; в период расплавления используются газокислородные горелки, подрезка шихты кислородом и другие дополнительные источники химического тепла, загрязняющие окружающую среду парниковыми газами и создающие в рабочем пространстве печи окислительную атмосферу. В настоящее время разработаны дуговые печи на постоянном токе. Разработка дуговой печи постоянного тока (ДППТ) позволила: десятикратное уменьшение пылегазовыбросов и не превышающий во все периоды плавки санитарные нормы уровень шума на рабочей площадке. Также достигаются снижение расхода графитированных электродов, уменьшение угара металла (≤1%), расхода ферросплавов (на 60…80%), уровня колебаний электрического режима (не выше 20% в начале плавки и 5% в последующие периоды плавления) [1].

Дуговые печи как на переменном, так и на постоянном токе имеют аналогичные конструкторские элементы, одинаковые схемы загрузки шихты и разлива металла, используют одни и те же огнеупорные материалы, позволяют применять одни и те же технологические процессы плавления и доводки металла. Но также имеются и различия между ними в компоновке конструкции печей, характере ведения плавки и в составе оборудования, что вызвано различием в характере физических процессов в дугах постоянного и переменного тока, а также различием в характере взаимодействия электромагнитного поля постоянного и переменного тока с жидкометаллической ванной. Особенностью ДППТ является наличие одного установленного на оси печи графитированного электрода, подключенного к минусам источников электропитания, и нескольких электродов, расположенных в подине печи и подключенных к плюсу управляемого тиристорного преобразователя. Это позволяет выполнять печи ДППТ более газоплотными, чем ДСП, а также обеспечивает более равномерный прогрев шихты и футеровки по периметру ванны (без локальных перегревов футеровки напротив электродов и более низкой скорости плавления на откосах в промежутках между электродами, как это имеет место в ДСП) [2].

В сталеплавильном цехе АО «ССГПО» Металлопрокатного цеха при выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах возникают множество  проблем, таких как низкое качество стали, и  различные дефекты связанные с быстрым сгоранием электродов.

Для решения этих проблем мною предлагается модернизация дуговой сталеплавильной печи.

В дальнейшем эти вопросы будут более тщательно рассматриваться для решения этих проблем в моей дипломной работе.

 

1 Модернизация ДСП с целью уменьшения отходов при выплавке стали

 

1.1 Анализ состояния развития конструкций, механизмов перемещения электродов, систем электропитания и управления

 

Конструктивно-технологические особенности дуговой электропечи делают ее чрезвычайно мобильным плавильным агрегатом, позволяющим использовать разнообразные графики работы. Благодаря этому дуговые печи очень удобны для работы в фасонно-сталелитейных цехах.

Дуговая печь имеет ряд экологических преимуществ по сравнению с другими плавильными агрегатами:

1) легче и дешевле осуществить улавливание и очистку печных газов в связи с их меньшим количеством и меньшими размерами печи;

2) в процессе электроплавки  используется и подлежит утилизации или складированию в отвалах меньшее количество шлака.

С момента начала применения дуговых печей для выплавки стали довольно быстро оформились основные направления или основные области применения дуговых печей[3].

В производственной программе дуговых печей по выплавки стали, идущей на изготовление стального фасонного литья, преобладают углеродистые марки сталей. Успешное использование дуговых печей в данном направлении стало возможным благодаря их высокой маневренности (возможности работы по любому графику) и сравнительной легкости получения перегретого металла, необходимого для производства стальных фасонных отливок сложной конфигурации. В плавильных отделениях современных фасоннолитейных цехах применяют обычно печи небольшой емкости с относительно небольшой удельной мощностью печного трансформатора. Технология плавки стали, как правило, проста и заключается ведении одношлакового процесса. Постепенно в сортаменте таких цехов появились и легированные стали, правда, в небольшом объеме [4].

Применение дуговых печей в направлении получения преимущественно низко- и среднелегированных сталей, в том числе, подшипниковых и идущих на изготовление проката, вызвано возможностью регулировать состав атмосферы печи, переплавлять без больших потерь высоколегированные отходы нержавеющих, быстрорежущих и прочих сталей, а при необходимости, осуществлять легирование расплава в ванне дуговой печи с высокой степенно усвоения легирующих элементов.

С начала 1960-х годов оформилось и быстро развивается еще одно направление использования дуговых сталеплавильных печей- производство рядовых углеродистых сталей для изготовления проката, в том числе и листового проката. В настоящее время это направление по объему производимого металла существенно превосходит все остальные. Благодаря этому во всем мире объем производства электростали постоянно увеличивается, а доля электростали в общем объеме производства стали в таких наиболее экономически развитых странах, как Япония и США, превышает 40%. Около 40% в общем производстве стали составляет производство электростали в Китае, вышедшем на первое место по объему выплавляемой стали[5].

Благодаря описанным выше преимуществам дуговой печи электросталеплавильное производство имеет хорошие перспективы применения в обозримом будущем[6].

В нашей стране также имеется потенциальная возможность интенсивного развития (и модернизация) электросталеплавильного производства. Необходимыми условиями для этого являются: инвестиции в отрасль в нужном объеме; развитие и реформа энергетики; бережное отношение к имеющимся запасам лома; помощь правительства отечественной металлургии[7].

Существующие в настоящее время дуговые сталеплавильные печи можно классифицировать по следующим признакам.

1. По виду используемого тока дуговые печи подразделяются на печи переменного и постоянного тока.
2. По емкости ДСП можно разделить на печи малой емкости (до 20т), средней (21т÷75т) и большой (более 75т) емкости.

3) В зависимости от удельной мощности источника питания дуговые печи подразделяются на маломощные (менее 400кВА/т), средней мощности (400÷600кВА/т), высокомощные(600÷800кВА/т), сверхмощные (более 800кВА/т).

4) В зависимости от вида используемых огнеупоров различают основные и кислые печи.

5. Наличие или отсутствие водоохлаждаемых элементов позволяет выделить дуговые печи с огнеупорной футеровкой и водоохлаждаемые печи (обычно применяют водоохлаждаемые панели стен и свода).
6. В зависимости от способа выпуска различают печи с выпуском стали по желобу (классический или сифонный выпуск) и печи с донным выпуском (центральный донный, эксцентрический и эркерный).
7. В зависимости от конструкции дуговые печи бывают портальные и беспортальные.
8. Существуют двухванные печи.
9. Есть дуговые печи, оснащенные устройствами для нагрева шихты (с шахтным подогревателем, системы Констилл, Брус и др.)[8].

Общий вид современной дуговой сталеплавильной печи показан на рисунке 1.1 Она оснащена следующими основными элементами:

- корпус печи;

- футеровка;

- свод;

-водоохлаждаемые элементы и система охлаждения;

-вторичный токоподвод;

-электродержатели с механизмом перемещения;

-портал (или безпортальная конструкция) с системой подъема и поворота свода;

-механизм наклона печи;

-фундамент печи.

Рисунок 1.1 общий вид ДСП

 

Кроме того, в комплекс ДСП входит:

- регулятор мощности;

-печной трансформатор;

-АСУТП;

-завалочные бадьи;

-система бункеров, весодозирования и подачи шлакообразующих и легирующих компонентов в печь;

-устройство для вдувания порошкообразных материалов в ванну;

-система отбора и очистки образующихся при электроплавке газов;

-система электроснабжения.

Основное назначение дуговых печей-плавка металлов и сплавов. Дуговая печь представляет собой футерованный кожух, закрытый сводом, сквозь отверстие в своде внутрь опущены электроды, которые зажаты в электродержателях. Плавление шихты и обработка металла ведется за счет тепла электрических дуг, горящих между шихтой и электродами [9].

Конструкция печи предусматривает слив металла через сливной носок.

Скачивание шлака осуществляется через рабочее окно, вырезанное в кожухе[10].

Технологический процесс плавки металла в дуговой печи.

На всех современных печах загрузку шихты осуществляют сверху при помощи загрузочной бадьи. Старые печи загружают, пользуясь мульдами.

При загрузке печи бадьями всю шихту загружают в один – два приема и независимо от емкости печи длительность загрузки составляет 5-10мин. Длительность завалки мульдами зависит от насыпной плотности шихты и емкости печи.

Быстрая завалка позволяет сохранить тепло, аккумулированное кладкой печи, в результате чего сокращается продолжительность плавления, уменьшается расход электроэнергии и электродов и увеличивается стойкость футеровки.

При завалке сверху порядок укладки шихты в бадьи предопределяет расположение ее в печи. Оптимальный порядок загрузки бадьи:

-на дно бадьи загружают небольшое количество легковесного мелкого лома, стружку для предохранения подины от ударов крупных падающих кусков;

-наиболее крупную шихту догружают вперемежку с шихтой средних размеров в центральную часть бадьи так, чтобы в печи крупные куски оказались непосредственно под электродами;

-по периферии бадьи распределяют куски средних размеров;

-сверху засыпают легковесный и мелкий лом для быстрого погружения электродов в начале плавления и исключения прямого воздействия дуг на футеровку стен.

Такая последовательность загрузки бадьи обеспечивает наиболее плотную укладку шихты в печи, что важно для стабильного горения дуг.

С одной стороны – присутствие в шихте под электродами крупных кусков замедляет  проплавление колодцев и исключает возможность погружения электродов до подины раньше, чем накопится слой жидкого металла, защищающий подину от прямого воздействия дуг. Но с другой стороны возрастает вероятность поломки электрода.

Для достижения оптимальной укладки шихта должна составлять:

-35÷40%-крупный лом;

-40÷45%-средний лом;

-15÷20%-мелкий лом.

Причем примерно половину мелочи нужно загружать вниз, а вторую половину - поверх остальной завалки[11].

Легирующие элементы надо располагать таким образом, чтобы обеспечилась максимальная скорость их плавления и минимальный угар.

Тугоплавкие металлы, такие как ферромолибден или ферровольфрам, следует загружать в центральную часть бадьи; легкоплавкие металлы, например никель, которые в зоне дуг интенсивно испаряются - ближе к откосам [12].

Обработка загруженной в дуговую печь твердой шихты начинается со стадии расплавления, на этой стадии в печи зажигается дуга и начинается расплавление шихты под электродами. По мере расплавления шихты электрод опускается, вниз образуя колодцы. Особенностью стадии расплавления является неспокойное горение электрической дуги. Низкая устойчивость дуги объясняется низкой температурой в печи.

Переход дуги с одной шихты на другие, а также многочисленное обрывание дуги называется эксплуатационными короткими замыканиями, которые вызываются обвалами и перемещениями проводящих кусков шихты. Другие стадии обработки металла находятся в жидком состоянии и характеризуются спокойным горением дуг. Однако требуется широкий диапазон оперативного регулирование и высокая точность поддержания мощности, вводимой в печь. Регулирование мощности обеспечивает требуемый ход металлургической реакции [13].

Рассмотренные особенности технологического процесса требуют от дуговой печи:

- способности быстро реагировать на эксплуатационные короткие замыкания и обрывы дуги, быстро восстанавливать нормальный электрический режим, ограничивать до допустимых пределов токи эксплуатационных замыканий;

-гибкость управления мощностью, вводимой в печь.

В электроприводах механизмов печи применяют обычно асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором напряжением 380В на мощности от 1-2 кВт в небольших печах до 20-30кВт в более крупных печах. Двигатели приводов перемещения электродов - переменного тока с  питанием от электромашинных или магнитных усилителей, а также от тиристорных преобразователей. Эти приводы входят в состав самостоятельного агрегата-регулятора мощности печи [14].

Двигатели, обслуживающие механизмы дуговых печей, работают в тяжелых условиях (пыльная среда, близкое расположение сильно нагретых конструкций печи), поэтому они имеют закрытое исполнение с теплостойкой  изоляцией (краново-металлургических серий).

Рассмотрение конструкций позволяет выявить возможные способы регулирования ее электрического режима:

-изменение подводимого напряжения;

-изменение сопротивления дуги, т.е. изменение ее длины.