Технологии плавки стали в ДСП
Технология плавки стали в ДСП зависит от используемых шихтовых материалов, емкости печи, необходимого качества стали. Ниже рассмотрены некоторые технологии.
1. Плавка в основной печи на углеродистой шихте. Данная технология применяется на печах малой и средней (≤ 40 т) емкости при выплавке качественных легированных сталей. Плавка 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 откосы забрасывают магнезитовый порошок. Длительность заправки 10-15 мин.
При выплавке стали в печах малой и средней емкости шихта на 90-100 % состоит из стального лома. Для повышения содержания углерода в шихту вводят чугун ( 2 /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/т.
Окислительный период. Задачи окислительного периода: уменьшить содержание в металле фосфора до 0,01-0,015 %; водорода и азота; нагреть металл до температуры, близкой к температуре выпуска.
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. За все время плавления и окислительного периода в шлак удаляется до 30-40 % серы, содержащейся в шихте. При ки-пении вместе с пузырьками СО из металла удаляются водород и азот. Этот процесс имеет большое значение для повышения качества стали, поскольку в электропечи в зоне электрических дуг идет интенсивное насыщение металла азотом и водородом. В связи с этим сталь обычно содержит азота больше, чем мартеновская и кислородно-конвертерная сталь.
Окислительный период заканчивается тогда, когда углерод окисляется до нижнего предела его содержания в выплавляемой марке стали, а содержание фосфора снижено до 0,01-0,015 %. 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. Задачи восстановительного периода: раскисление металла и удаление серы; доведение химического состава стали до заданного; корректировка температуры; введение в металл нужных легирующих компонентов. Раскисление металла проводится с целью получения необходимых свойств стали, уменьшения содержания окислов железа в шлаке, получения стали с пониженным содержанием неметаллических включений. В восстановительный период в печь вводят в определенной последовательности ферромарганец, ферросилиций, известь, плавиковый шпат и шамотный бой и др.
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 металла со шлаком 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 дополни-тельное рафинирование – из металла в белый шлак переходят сера и неметаллические включения.
При выплавке легированных сталей в дуговых печах в конце периода расплавления в сталь вводят легирующие добавки. Хром и марганец вводят в металл после слива окислительного шлака в начале восстановительного периода, никель в завалку, а молибден в конце плавления или в начале окислительного периода. Вольфрам обычного вводят в начале восстановительного периода, не позднее чем за 30 минут до выпуска. Легирование стали феррованадием производят за 15-35 минут до выпуска, ферро-силицием – за 10-20 минут до выпуска. Ферротитан вводят в печь за 5-15 минут до выпуска, либо в ковш. Алюминий вводят за 2-3 мин до выпуска в ковш. После легирования металл выливается в ковш для разливки стали.
Длительность плавки. Плавка в крупных печах длится 4-6 ч: из них 1,5-2,5 ч длится расплавление и 2-4 ч – окисление и рафинирование металла. Режимы работы печи и стадии технологического процесса могут быть различными в зависимости от вида скрапа, шихты, состава футеровки, применения легирующих компонентов.
2. Выплавка стали методом переплава. На металлургическом заводе отходы легированной стали, разливаемой в изложницы, достигают 25-40 %. По мере накопления отходов выплавляют сталь методом переплава. Плавку ведут без окисления или с непродолжительной продувкой кислородом, что позволяет сохранить значительную часть содержащихся в отходах ценных легирующих элементов. При плавке без окисления углерод и фосфор не окисляются, поэтому содержание фосфора в шихте не должно быть выше его допустимых пределов в готовой стали, а содержание углерода на 0,05÷0,1 % ниже, чем в готовой стали. В шихту помимо легированных отходов вводят мягкое железо – шихтовую заготовку с низким содержанием углерода и фосфора и, при необходимости, феррохром и ферровольфрам.
Загрузку и плавление шихты производят как при обычной плавке; в период плавления загружают 1÷1,5 % извести или известняка. После расплавления шлак, как правило, не скачивают, сразу приступая к проведению восстановительного периода. При этом раскисление, десульфурацию и легирование металла производят обычным способом. При диффузионном раскислении из шлака восстанавливается хром, вольфрам и ванадий. Если после расплавления шлак получился густым из-за высокого содержания окиси магния, его скачивают и наводят новый.
При выплавке стали методом переплава сокращается расход ферросплавов, на 10÷30 % возрастает производительность печи, на 10÷20 % сокращается расход электроэнергии и электродов.
3. Выплавка высококачественных сталей по упрощенной технологии с последующим внепечным рафинированием стали. Используются следующие технологии:
– плавка с рафинированием металла в ковше печным шлаком;
– плавка с рафинированием в ковше синтетическим шлаком;
– технология с продувкой в ковше порошкообразными реагентами;
– плавка с рафинированием и доводкой металла вне печи.
Общим для всех разновидностей второго направления технологии является стремление использовать крупные печи в основном для расплавления шихты, нагрева металла и проведения окислительных процессов – дефосфорации и обезуглероживания; иногда в печи проводят также легирование и формирование требуемого перед выпуском состава шлака.
4. Плавка с использованием металлизованных окатышей. Основу окатышей (губки) составляет железо с содержанием углерода от 0,2÷0,5 до 2 %, они содержат также некоторое количество невосстановленных окислов железа и пустую породу (в основном SiO2 и Al2O3), количество которой должно быть не более 3÷7 % от массы окатышей. Отличительная особенность этого сырья – малое содержание серы, фосфора, меди, никеля, хрома и других примесей, обычно содержащихся в стальном ломе. Это облегчает и упрощает процесс выплавки и получение стали высокого качества и степени чистоты (суммарное содержание примесей в стали получается в несколько раз меньше, чем при выплавке из стального лома).
Если содержание металлизованных окатышей в шихте не превышает 25÷30 % от её массы, то технология электроплавки существенно не отличается от обычной. Переработка шихты, основу которой составляют металлизованные окатыши, требует применения специфической технологии. Особенностями этой технологии являются:
– непрерывная загрузка окатышей со скоростью, пропорциональной подводимой в печь электрической мощности, причем загрузка должна начинаться после сформирования в печи ванны жидкого металла;
– совмещение периода плавления с окислительным (обезуглероживанием);
– упрощение технологии плавки в связи с малым содержанием в шихте вредных примесей – серы и фосфора.
Степень металлизации окатышей должна находиться в определенных пределах, обеспечивающих кипение ванны в процессе их загрузки и плавления. Оптимальное содержание окатышей в шихте составляет 60÷70 % от её массы, при большем их содержании возрастает длительность расплавления и плавки в целом.
Плавку начинают с загрузки стального лома, который в количестве 30÷40 % от массы металлической шихты заваливают в печь одной порцией. Далее подают напряжение и после расплавления лома в сформировавшуюся жидкую ванну начинают непрерывную загрузку окатышей; обычно их загружают в зону электрических дуг с помощью автоматизированной системы через отверстие в своде печи. Скорость подачи окатышей согласуют с подводимой в печь электрической мощностью так, чтобы температура ванны была на 30÷40 °С выше температуры плавления металла.
Период загрузки и расплавления совмещают с окислительным, т. е. проводят его так, чтобы обеспечить непрерывное окисление углерода (кипение ванны). При этом благодаря перемешиванию ускоряется плавление окатышей, обеспечиваются дегазация ванны и получение в конце периода заданного содержания углерода в металле.
По ходу плавления в печь загружают известь для ошлакования кислой пустой породы окатышей. Основность шлака в связи с низким содержанием в окатышах серы и фосфора может быть меньшей, чем при плавке на шихте из стального лома, и составлять 1,5÷2,0. В конце периода плавления необходимо получить требуемое в выплавляемой стали содержание углерода; при недостатке углерода прибегают к вдуванию в ванну карбюризаторов, избыточный углерод окисляют путем кратковременной продувки кислородом.
После окончания плавления применяют различные варианты ведения заключительной части плавки. Один из них – нагрев металла до требуемой температуры и выпуск в ковш, где производят внепечную доводку стали и рафинирование; другой – проведение в печи кратковременной доводки, в течение которой проводят нагрев, раскисление и легирование.
5. Выплавка стали в кислых дуговых печах. Электрические печи с кислой футеровкой обычно используют в литейных цехах при выплавке стали для фасонного литья. Преимуществом кислых печей по сравнению с основными является более высокая стойкость футеровки, наряду с этим стоимость кислых огнеупоров примерно в 2,5 раза ниже стоимости основных. При плавке стали для фасонного литья восстановительный период обычно отсутствует, длительность плавки меньше, чем в основной той же емкости. По этой причине, а также в связи с меньшей теплопроводностью кислой футеровки, более низким является и расход электроэнергии. Основным недостатком кислых печей является то, что во время плавки из металла не удаляется сера и фосфор.
Удаление газов. Во время плавки из электропечи выделяется большое количество запыленных газов. Температура газов составляет 900-1400 °С, содержание пыли в период продувки ванны кислородом доходит до 100 г/м 3 газа. Количество газов, выделяющихся, например, из печи емкостью 100 т в период продувки кислородом, достигает 9-10 тыс. м 3 /ч. Для создания нормальных условий работы в сталеплавильном цехе необходимы улавливание и очистка отходящих газов.
В старых цехах с печами малой емкости применяются отсасывающие зонты, установленные над сводом. Однако они громоздки, не обеспечивают полное сгорание газов. В настоящее время газы отводят через отверстие в своде с последующей очисткой от пыли. Наибольшее распространение получила мокрая газоочистка с использованием труб Вентури.
Технические характеристики ДСП переменного тока прямого действия приведены в табл. 4.2.
Характеристики ДСП переменного тока прямого действия
Источник
Технологический процесс выплавки стали в ДСП
Курсовой проект
Часть 1: Электротехнологические промышленные установки
Электрический расчёт дуговой сталеплавильной печи
Дисциплина: «Электрооборудование промышленности»
| Руководитель | Мороз Наталья Константиновна (уч. степень, звание, должность. Ф.И.О) |
| Выполнила студент | Коптяева Анастасия Васильевна (Ф.И.О) |
| Группа, курс | ЭО-41, 4 курс |
| Дата сдачи | |
| Дата защиты Оценка по защите | ______________________________________ ______________________________________ (подпись преподавателя) |
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ. 3
1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ.. 5
1.1 Конструкция ДСП.. 5
1.2 Технологический процесс выплавки стали в ДСП.. 7
1.3 Электрическая схема питания ДСП и особенности эксплуатации печного электрооборудования. 8
1.4 Полная и упрощенная схемы замещения ДСП.. 11
2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ.. 13
2.1 Круговая диаграмма ДСП.. 13
2.2 Рабочие характеристики ДСП.. 15
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 19
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Выбор электрического режима работы, построение электрических характеристик дуговой сталеплавильной печи (ДСП) и схема питания с описанием особенностей электрооборудования.
1) Описать технологический процесс выплавки стали в ДСП
2) Описать конструкции ДСП
3) Привести электрическую схему питания ДСП и описать особенности эксплуатации печного электрооборудования
4) Привести полную и упрощенную схему замещения ДСП
5) Построить круговую диаграмму ДСП
6) Пользуясь круговой диаграммой построить рабочие характеристики ДСП в зависимости от вторичного тока электрического трансформатора: активной мощности; полезной мощности» выделяемой в дуге; мощности электрических потерь; коэффициента мощности; электрического коэффициента полезного действия; напряжения дуги (внешнюю характеристику источника питания).
Таблица 1 Исходные данные для расчета электрических характеристик ДСП
| № п/п | Активное сопротивление короткой сети ·10 -4 , Ом | Реактивное сопротивление короткой сети ·10 -4 , Ом | Активное сопротивление трансформатора ·10 -4 , Ом | Реактивное сопротивление трансформатора ·10 -4 , Ом | Напряжение холостого хода трансформатора, В |
| 4,1 | 31,4 |
ВВЕДЕНИЕ
За последние годы в промышленности сильно расширилась область применения элекротехнологических процессов, вытеснивших многие технологические процессы с топливным нагревом. Переход на элекротехнологические процессы обеспечивает повышение качества продукции, позволяет во многих случаях проводить такие операции и получать такие материалы, которые иным путем осуществить невозможно, улучшать санитарные условия труда и снижать вредное воздействие на окружающую среду. Сейчас можно сказать, что нет таких отраслей промышленности, где бы широко не применялась электротехнология.
Термины «электротехнология», «электротехнологические процессы» весьма широки; по существу они охватывают все виды процессов, которые характеризуются использованием электрической энергии, когда она превращается в процессе производства в тепловую, механическую или химическую виды энергии. Однако так сложилось исторически, что некоторые технологические процессы, подпадающие под это определение, стали благодаря своему значению и широкому распространению предметом изучения специальных разделов науки и техники (превращение электроэнергии в механическую при механической обработке материалов и изделий, применение электроэнергии на транспорте, для освещения и для бытовых нужд).
Курсовой проект имеет целью рассчитать электрические и рабочие характеристики дуговой сталеплавильной печи.
В дуговой печи прямого действия тепловая энергия выделяется в электрических дугах, которые горят между концами электродов и расплавляемым материалом. Нагрев материала осуществляется при выделении энергии в опорных пятнах дуги, протекании тока через расплав, а также за счет излучения плазмы дуги, конвекции и теплопроводности.
Электродуговые печи применяются в металлургической, химической, машиностроительной и ряде других отраслей промышленности.
ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Конструкция ДСП
Дуговые сталеплавильные печи работают на трехфазном токе частотой 50 Гц. Они имеют чашеобразную форму; стенки печи выполнены из огнеупорного кирпича – магнезитового, если применяется основной шлак, и динасового, если шлак кислый (некоторые печи для фасонного литья). Дно ванны печи выполняют набивным из огнеупорного порошка, смешанного с каменноугольной смолой или жидким стеклом, чтобы создать слой, непроницаемый для жидкого металла. Сверху печь перекрывается сферическим огнеупорным сводом с тремя расположенными по вершинам правильного треугольника, отверстиями, через которые в печь входят три графитовых электрода. Электроды зажаты в бронзовых или стальных электрододержателях, рукава которых закреплены на стойках, перемещающихся вверх и вниз в направляющих при помощи электродвигателей или гидравлических механизмов. Ток подводится к электрододержателям от специального трехфазного понижающего трансформатора с помощью медных шин, трубошин и гибких кабелей. Дуги горят между концами электродов и металлом шины, который электрически является нулем трехфазной звезды нагрузки. Перемещениемэлектродов вверх и вниз можно регулировать длину дуги, а с ней ток и мощность каждой фазы печи, устраняя колебания тока, короткие замыкания и обрывы дуги. Кроме того, для регулирования режима печиприменяют изменение питающего печь напряжения, для чего обмотка электропечного трансформатора снабжается большим числом отводов. Переключение с одной ступени напряжения на другую на печах небольшой емкости производят при выключенном трансформаторе, а на мощных печах – с помощью специального переключателя ступеней без отключения печи от сети.
Футеровка печи находится в прочном стальном кожухе, в котором прорезаны одно рабочее окно, прикрываемое подъемной дверцей, и отверстие для летки со сливным носком, через которое производят по окончании плавки слив металла в ковш. Рабочее окно служит для наблюдения за состоянием ванны и футеровки, для заправки (исправления) подины и стен, для заброса в печь образующих шлак материалов и легирующих добавок и взятия пробы металла. Кроме того, через рабочее окно, находящееся против сливного носка, осуществляют скачивание шлака в шлаковницу, при этом печь наклоняют в сторону окна.
К нижним конструкциям печи прикреплена шахта с направляющими роликами, в которых перемещаются вертикально стойки печи, несущие электрододержатели с зажатыми в них электродами. Внизу кожух печи покоится на двух секторах, которыми он опирается на горизонтальные площадки или систему роликов. Механизм наклона печи осуществляет качение секторов по площадкам или роликам, тем самым, наклоняя всю печь со стойками и электродами на 40–45° в сторону слива металла в ковш и на 15° в сторону рабочего окна (при скачивании шлака). Привод механизма наклона печи может быть электромеханическим или гидравлическим.
Для загрузки печи свод ее приподнимают и отворачивают вместе с электродами специальными механизмами в сторону, оставляя ванну печи открытой. Шихту загружают в загрузочную бадью, они устанавливается краном над печью, дно бадьи раскрывается, и шихта падает в печь.
Крупные ДСП снабжают устройствами для электромагнитного перемешивания металла в ванне. Для этой цели под дном печи (днище выполняется при этом из магнитной стали) устанавливают статор, создают бегущее магнитное поле. Увлекаемый полем металл перемешивается, что обеспечивает выравнивание состава и температуры ванны. Кроме того, вызванное устройством движение верхнего слоя металла в сторону рабочего окна облегчает скачивание шлака. Для увеличения глубины проникновения магнитного поля в металл и увеличения эффективного движения последнего статор питают током пониженной частоты (0,4–0,6 Гц) от специального электромашинного или полупроводникового преобразователя. Таким образом, ДСП является большим и сложным плавильным агрегатом, снабженным рядом механизмов и быстродействующей системой автоматического регулирования электрического режима.
Технологический процесс выплавки стали в ДСП
Первым периодом плавки является расплавление шихты. Электроды опускают, они касаются шихты и приподнимаются; между их концами и металлом зажигаются дуги. Металл под электродами нагревается, начинает плавиться и каплями стекать на дно ванны. В шихте образуется выемка, а затем «колодец», в который по мере его проплавления опускается электрод. Этот процесс длится, пока электрод не доходит до лужи расплавленного металла на подине; затем шихта стенок колодцев начинает подправляться, колодцы расширяются, уровень расплавленного металла в ванне, а с ним и электроды начинают подниматься, пока вся шихта не расплавится. Это очень беспокойный, неустойчивый период плавки, так как окруженная холодной шихтой дуга очень коротка (2–3 см) и неустойчива, подправляемые дугой стенки колодцев обрушиваются, падают на электрод и вызывают короткие замыкания. В то же время период расплавления желательно провести как можно быстрее, на максимальной мощности, так как от времени расплавления зависит как производительность ДСП, так и ее КПД. Этот период можно проводить на максимальном напряжении, так как дуги окружены холодным металлом, защищающим футеровку стен и свода от их излучения.
В период окисления металл расплавлен и покрыт шлаком, дуга длиннее (5–10 см), режим спокойнее, излучение дуг на футеровку больше, и поэтому приходится снижать мощность и напряжение на 15–20%.
В период рафинирования металли стены очень горячие, дуги еще более удлиняются (до 20–30 см) и сильно излучают теплоту на футеровку, которая нагревается до предельной для материала температуры, поэтому напряжение снижают до 50–60% номинального. Потребность в энергии также сильно падает, мощность печи снижают до 30–50% номинальной.
Из изложенного следует, что необходимо иметь возможность регулировать в широких пределах мощность печи и ее напряжение, а ее электрооборудование должно выдерживать частые короткие замыкания и толчки нагрузки.
Кроме того, следует отметить, что ДСП является крупным и весьма неприятным для энергосистемы потребителем. Она, как правило, работает с низким коэффициентом мощности (0,8—0,7); дуга генерирует высокочастотные колебания, нежелательные для других потребителей, мощность, потребляемая из сети, меняется в течение плавки в широких пределах; электрический режим печи, особенно в начальный период, отличается частыми короткими замыканиями и обрывами дуги.
Источник
