Расчет геометрических параметров дуговой сталеплавильной печи емкостью 200,0 тонн

СОДЕРЖАНИЕ

1. Теоретическая часть

1. Общее устройство дуговой сталеплавильной печи
2. Электроснабжение дуговой сталеплавильной печи
3. Технология выплавки и разливки стали марки 40Х2Н2МА

1. Практическая часть

1. Расчет геометрических параметров дуговой сталеплавильной печи емкостью 200,0 тонн.
2. Расчет шихты для выплавки стали марки 40Х2Н2МА

Заключение

Список использованных источников

Приложение

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Изм

Лист

№ документа.

Подп.

Дата

Разработал

Утробина Е.В

Проектирование дуговой сталеплавильной печи емкостью 200,0 тонн и разработка технологического процесса по производству стали 40Х2Н2МА

Лит.

Лист

Листов

Руководит.

Здорова А.А

уу

3

Н.Контр

Покровская  Г.П

ГПОУ «ЮТМиИТ»

Гр . ЧМ-14

ВВЕДЕНИЕ

Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов, придающих стали особые свойства – хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и других элементов.

Выделение тепла в электропечах происходит либо в нагреваемом металле, либо в непосредственной близи от его поверхности. Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать значительную мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, вводить в печь большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки, что предполагает малый угар легирующих элементов; плавно и точно регулировать температуру металла; более полно, чем других печах раскислять металл, получая его с низким содержанием неметаллических включений; получать сталь с низким содержанием серы.

В последние годы начали строить высокомощные (удельная мощность печного трансформатора 600-1000 кВА/т) печи с водоохлаждаемыми сводом и стенками. Из-за увеличения тепловых потерь с охлаждающей водой, работа печи по технологии с длительной выдержкой металла стала неэкономичной, и печи перевели на новую технологию, которая заключается в расплавлении шихты и проведение краткого окислительного периода, т.е. получение в печи жидкого полупродукта, который далее отправляют на установки внепечной обработки для доведения до заданного химического состава и свойств.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

3

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

1. Теоретическая часть

1. Общее устройство дуговой сталеплавильной печи

 Краткое описание узлов и механизмов ДСП

ДСП современной конструкции (рисунок 1.1) представляет собой сложный с точки зрения изготовления и эксплуатации агрегат, оснащенный большим количеством узлов и механизмов, основными из которых являются: Кожух печи и свод; Уплотнители электродных отверстий (экономайзеры); Водоохлаждаемые панели; Механизм наклона печи для слива металла и скачивания шлака; Механизм подъема и отворота свода для загрузки шихты; Механизмы перемещения электродов; Короткая сеть (вторичный токоподвод) для передачи тока от выводов вторичных обмоток трансформатора до рабочих концов электродов.

[pic 1]

Рисунок 1.1 – Современная дуговая сталеплавильная печь

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

4

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Кожух печи. Кожух – это часть корпуса, расположенная выше порога рабочего окна. Кожух водоохлаждаемых печей цилиндрической формы со сферическим днищем. Кожух состоит из двух частей: нижняя часть, является опорой кладки пода, её делают из стальных листов, и верхняя часть (выше порога рабочего окна), является опорой стеновых водоохлаждаемых панелей, её выполняют в виде решетчатого каркаса, он изготавливается из горизонтальных и вертикальных труб, они опираются на фланец нижней части кожуха (рисунок 1.2).

[pic 2]

Рисунок 1.2 – Кожух печи

1 – нижняя часть кожуха; 3 – фланец; 4 – вертикальные трубы; 5, 6 – кольцевые трубы; 7 – кладка низа стен.

Стеновые водоохлаждаемые панели. Внутри решетчатого каркаса стен по всему его периметру закреплено16 водоохлаждаемых панелей (рисунок 1.3).

[pic 3]

Рисунок 1.3 – Водоохлаждаемая стеновая панель фирмы “Krupp”

1 – ряд параллельных труб; 2 – переходники; 3 и 4 – патрубки для отвода и подвода охлаждающей воды.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

5

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Каждая из панелей имеет самостоятельные подвод и отвод воды. Для предотвращения контакта стеновых панелей с жидким металлом их устанавливают на уровне 400 мм над откосами. На панелях имеются штыри и при вспенивании шлака, шлак разбрызгивается, попадает на эти штыри и застывает. Образуется шлаковая корка, которая защищает панели.

При установке стеновых панелей объем рабочего пространства печи увеличивается на 10 – 30% (по сравнению с футерованными стенами), что позволяет уменьшить количество подвалок шихты или снизить требования к плотности лома.

Водоохлаждаемые панели улучшают условия работы футеровки нижней части стен (стойкость увеличивается до 500 плавок вследствие охлаждающего воздействия панелей. Однако при этом возрастает расход электроэнергии на 2% и существенно возрастает расход воды.

В данном проекте свод выполняют комбинированным . Периферийную часть делают из водоохлаждаемых панелей, а центральную, через которую проходят электроды, из огнеупорного кирпича, чтобы предотвратить возможное короткое замыкание между электродами и металлической водоохлаждаемой частью свода. Центральную часть футеруют магнезитохромитовым кирпичом. Обычно периферийная водоохлаждаемая часть занимает около 80% поверхности свода, а центральная часть около 20%.

Стойкость водоохлаждаемой части комбинированного свода колеблется в пределах 1500 – 4500 плавок. Стойкость центральной огнеупорной части около 200 плавок, после чего ее заменяют. К преимуществам водоохлаждаемых сводов относятся:

1) возможность работы на мощных длинных дугах;

2)высокая степень использования электрической мощности трансформатора

Рисунок 1.4 – Трубчатый куполообразный свод[pic 4]

1 – центральная часть свода; 4 – изогнутые трубы; 13 – водоохлаждаемые панели; 8–отверстие для отвода печных газов; 5 – гарнисаж; 7 – отверстие для электродов; 9 – водоохлаждаемое опорное кольцо; 10,12 – нижнее и верхнее трубчатые кольца соответственно.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

6

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Для предотвращения интенсивного окисления электродов, понижения температуры выступающей над сводом части электродов, уменьшения количества проходящего через печь воздуха и уменьшения тепловых потерь с газами электродные отверстия уплотняют при помощи специальных устройств – экономайзеров (рисунок 1.5)

Экономайзер представляет собой металлическую коробку, в которой тангенциально подается сжатый воздух.

[pic 5]

Рисунок 1.5 – Экономайзер

1 – кольцо уплотнительное верхнее; 2 – кольцо уплотнительное нижнее.

Механизм наклона служит для наклона печи в сторону сталевыпускного отверстия на угол 12º для слива металла и в сторону рабочей площадки на угол 10-12º для скачивания шлака. Для опоры корпуса печи на фундамент и для наклона печи служит люлька (3). Она выполнена в виде горизонтальной коробчатой плиты с двумя опорными сегментами. На современных печах устанавливается гидравлический механизм наклона, при котором подаваемая под давлением жидкость в гидроцилиндры (1), вызывает выдвижение или опускание штоков (2) (рисунок 1.6).

[pic 6] 

Рисунок 1.6 – Механизм наклона печи

1 – гидроцилиндры; 2 – шток; 3 – люлька; 4 – рабочее окно; 5 – эркер.

Механизм подъема свода (рисунок 1.7) предназначен для поднятия свода на 150-200мм. Шток гидроцилиндра поднимает опорно-поворотный вал, который входит в зацепление с полупорталом и далее поднимает полупортал вместе со сводом на высоту 150-200мм. Опускание свода происходит под действием собственного веса при снятии давления. Скорость подъема до 5 метров в минуту, скорость опускания 1-2 метра в минуту.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

7

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Отворот свода осуществляется гидравлическим методом. Поднятый свод поворачивается на опорно – поворотном валу с помощью гидроцилиндра, расположенного в горизонтальной плоскости. Механизм поворота свода состоит из одного плунжерного гидроцилиндра двустороннего действия

[pic 7]

Рисунок 1.7 – Механизм подъёма и поворота свода с гидравлическим приводом

1 – свод; 2 – подвеска; 3 – полупортал; 4 – тумба; 5 – опорно-поворотный вал; 6 – гидроцилиндр поворота; 7 – гидроцилиндр подъёма.

Электрододержатель представляет собой зажим для закрепления электродов и подвода к ним тока. Для предотвращения выскальзывания электродов, конструкция электрододержателя должна обеспечивать плотный зажим электрода. Электрододержатель должен быть достаточно жестким, чтобы не прогибаться под тяжестью электрода (масса которого может достигать 2-3 тонны) и исключать вибрации.

В пружинно-пневматическом зажиме электрод зажимается между щеками корпуса электрододержателя (2) и зажимной колодкой (3). Колодка зажимает электрод с усилием, достаточным для предупреждения его проскальзывания, с помощью штока (6) и мощных пружин (7), расположенных внутри рукава стойки (5). Освобождение электрода производится дистанционно с помощью пневмоцилиндра (8), сжимающего пружины (рисунок 1.8).

[pic 8]

Рисунок 1.8 – Механизм зажима электрода

1 – хомут;  2 – щека; 3 – токоподвод; 4 – рукав; 5 – зажимная пружина; 6 – пневмоцилиндр; 7 – шток.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

8

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Механизм перемещения электродов должен обеспечивать самостоятельное движение каждого электрода вверх и вниз при включении и отключении печи и в период ее работы. Движение должно быть медленным, постепенным и в то же время быстрым.

Электроды перемещаются вдоль стоек, которые представляют собой пустотелые колонны круглого сечения, закрепленные у одной из боковых сторон печи.

В крупных печах применяют телескопические стойки, перемещающиеся по роликам в вертикальной шахте, закрепленной на корпусе печи (рисунок 1.9).

[pic 9]

Рисунок 1.9 – Механизм перемещения электродов с телескопическими стойками.

1 – электрод; 2 – рукав электрододержателя; 3 – телескопическая стойка (подвижная); 4 – неподвижная стойка; 5 – гидроцилиндр.

Футеровка электродуговых печей (рисунок 1.10) выполняется из основных огнеупорных материалов. Отдельные части футеровки - подина, стены и свод - работают в различных условиях, что и обусловливает неодинаковую их стойкость. В наиболее тяжелых условиях находятся свод и стенки печи. Эти части футеровки, и особенно свод, подвергаются значительному перегреву за счет лучистой энергии электрических дуг, химическому воздействию раскаленных газов, содержащих окислы железа и известковую пыль.

 Они также испытывают резкие перепады температур, особенно в период загрузки шихты, и значительные механические напряжения .

Различные условия работы существенным образом отражаются на конструкции отдельных частей футеровки, способах их изготовления и сортах применяемых огнеупорных материалов.

[pic 10]

Рисунок 1.10 – Футеровка ДСП

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

9

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Выпуск стали. Печь с эркерным выпуском имеет с противоположной от рабочего окна стороны выступ (эркер), в котором во время плавки находятся металл и шлак (рисунок 1.11).

В дне эркера помещено сталевыпускное отверстие; дно с отверстием расположено на такой высоте, что для слива металла достаточен наклон печи на 10 – 12º.

Эркерный выпуск осуществляется следующим образом: ковш помещают под выпускное отверстие, затем открывают запорное устройство и выпускают плавку. Во время выпуска печь слегка наклоняют в сторону ковша, чтобы обеспечить постоянный уровень металла над выпускным отверстием. Наклон печи автоматически блокируется при достижении требуемого максимального угла наклона 12°.

Эркерное отверстие заполняется огнеупорной крупкой, во время плавки крупка в своей верхней части спекается. При наклоне печи на 120С ферростатического давления оказывается достаточно, чтобы пробить эту спекшуюся массу.

Прижатие графитовой плиты обеспечивают рычагом, который может быть отвернут от отверстия вбок или вниз. Для выпуска стали, отводят рычаг с графитовой плитой, из отверстия высыпается магнезитовый порошок и сталь вытекает через отверстие без шлака в ковш.

[pic 11] 

Рисунок 1.11 – Печь с эркерным выпуском

1 – подина; 2 – заслонка; 3 – стеновая водоохлаждаемая панель; 4 – трубчатый каркас стен; 5 – свод эркера; 6 – эркер; 7 – сталевыпускное отверстие; 8 – запорная пластина; 9 – рабочее окно.

 Когда в ковше оказывается необходимое количество металла, печь возвращается в исходное положение, выпускное отверстие при этом остается открытым. Сверху с рабочей площадки печи отверстие промывают струей кислорода. Оставшийся в отверстии застывший металл удаляют снизу. Для этого под печью смонтирована убирающаяся рабочая площадка, позволяющая осматривать и обслуживать выпускное отверстие. После обслуживания отверстия затвор закрывают и сверху в отверстие засыпают огнеупорную смесь MgO, SiO2 и 10% Fe2O3. Операция обслуживания выпускного отверстия продолжается не более 3 мин.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

10

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

1.2 Электроснабжение дуговых сталеплавильных печей

Электрическая схема дуговой печи. Электропечные установки являются мощными потребителями электроэнергии, которая поступает на металлургический завод по высоковольтным линиям электропередачи (ЛЭП) на главную понижающую подстанцию цеха .

Напряжение от высоковольтного распределительного устройства по линии (схемы электропитания) подаётся к печной подстанции, в которой размещается понижающий печной трансформатор и вспомогательное электрооборудование

Схема включения электропечи предусматривает:

а) учёт активной и реактивной электроэнергии с высокой стороны печного трансформатора;

б) измерение активной мощности;

в) измерение напряжения на высокой и низкой стороне печного трансформатора;

г) сигнализацию положения высоковольтного выключателя и предупреждающую сигнализацию о превышении температуры масла печного трансформатора и срабатывании газового реле. Питание постоянным током цепей сигнализации и управление осуществляется от блока питания типа, установленного отдельно.

Таким образом, электрическая схема ДСП включает следующее оборудование :

1) печь с электродами, исполнительными механизмами регуляторов мощности печи и ванны, в которой горят дуги, и находится расплавленный металл.

2) понизительные трансформаторы со встроенными дросселями, служащими для увеличения индуктивного сопротивления сети и улучшения условия горения дуг.

3) короткую сеть, соединяющую вторичные выводы трансформатора с электродами печи.

4) коммутационную, измерительную и защитную аппаратуру, провода высокого и низкого напряжения.

Печной трансформатор служит для преобразования электроэнергии высокого напряжения в энергию низкого напряжения.

Трансформатор состоит из трёх обмоток высокого напряжения, выполненных из медного провода относительно небольшого сечения и трёх обмоток низкого напряжения, выполненных из шин большого сечения.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

11

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Над трансформатором установлен соединённый с ним бочёк расширитель, в котором содержится резерв масла. Этим обеспечивается постоянное заполнение маслом всего объёма трансформатора и уменьшается поверхность соприкосновения масла с воздухом. В случае повреждения или оголения обмоток происходит разложение масла с выделением газа. О появлении газов в трансформаторе сигнализирует газовое реле, установленное в верхней части бака трансформатора. Газовое реле при появлении небольшого количества газов – продуктов разложения масла подаёт предупредительный сигнал. Для ограничения силы токов короткого замыкания в трансформатор встроен дроссель, включение и выключение которого осуществляется специальным шунтирующим контактором.

Электрическое оборудование ДСП. Рабочее напряжение электродуговых печей составляет 100 – 800В, а сила тока измеряется десятками тысяч ампер. Мощность отдельной установки может достигать 50 – 140 МВА. К подстанции электросталеплавильного цеха подают ток напряжением до 110 кВ. Высоким напряжением питаются первичные обмотки печных трансформаторов. На рисунке 8 показана схема электрического питания печи

В электрическое оборудование дуговой печи входят следующие приборы:

1. Высоковольтный воздушный разъединитель (ВВР), предназначен для отключения всей электропечной установки от линии высокого напряжения во время производства ремонтных работ на печи.

2. Главный высоковольтный выключатель (ГВВ), служит для отключения под нагрузкой электрической цепи, по которой протекает ток высокого напряжения. При неплотной укладке шихты в печи в начале плавки, когда шихта еще холодная, дуги горят неустойчиво, происходят обвалы шихты и возникают короткие замыкания между электродами. При этом сила тока резко возрастает. Это приводит к большим перегрузкам трансформатора, который может выйти из строя. Когда сила тока превысит установленный предел, выключатель автоматически отключает установку, для чего имеется реле максимальной силы тока.

3. Трансформатор напряжения и трансформаторы тока (ТН и ТТ) необходимы для понижения напряжения и тока. После них включают измерительные приборы.

4. Печной трансформатор (ПТ) необходим для преобразования высокого напряжения в низкое (с 6-10 кВ до 100-800 В). Обмотки высокого и низкого напряжения и магнитопроводы, на которых они помещены, располагаются в баке с маслом, служащим для охлаждения обмоток. Охлаждение создается принудительным перекачиванием масла из трансформаторного кожуха в бак теплообменника, в котором масло охлаждается водой.

КП.22.02.01.17.17.ПЗ

Лист

12

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Трансформатор устанавливают рядом с электропечью в специальном помещении. Он имеет устройство, позволяющее переключать обмотки по ступеням и таким образом ступенчато регулировать подаваемое в печь напряжение.

5. При переключении масляных выключателей (МВ) можно изменить подаваемую в печь мощность в 3 раза.

6. Участок электрической сети от трансформатора до электродов называется короткой сетью. Выходящие из стены трансформаторной подстанции медные водоохлаждаемые трубы при помощи гибких, водоохлаждаемых кабелей подают напряжение на электрододержатель.

Длина гибкого участка должна позволять производить нужный наклон печи и отворачивать свод для загрузки. Гибкие кабели соединяются с медными водоохлаждаемыми трубами, установленными на рукавах электрододержателей. Трубы непосредственно присоединены к головке электрододержателя, зажимающей электрод. Помимо указанных основных узлов электрической сети в нее входит различная измерительная аппаратура, подсоединяемая к линиям тока через трансформаторы тока или напряжения, а также приборы автоматического регулирования процесса плавки.

[pic 12]

Рисунок 1.12 – Схема включения ДСП.

Графитированные электроды применяют в сверхмощных печах. Они обладают в 4-5 раз меньшим удельным электросопротивлением (8-13 ом-ммг1м), что позволяет допускать высокие плотности тока (34-14 а/см2). При одном и том же диаметре электродов в печи с графитированными электродами можно подавать значительно большую мощность. Графитированные электроды хорошо противостоят окислительному воздействию атмосферы печи. Диаметр электродов d рассчитывают, исходя из мощности трансформатора (силы тока), причем плотность тока не должна превышать допустимых величин.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

13

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Короткая сеть является одним из важнейших участков в электрическом контуре электропечной установки.

Короткая сеть – это совокупность проводников, соединяющих низковольтные выводы печного трансформатора с рабочей зоной ДСП (рисунок 1.2.1). Короткая сеть состоит из трёх участков: Медных труб с водяным охлаждением; Гибкого токоподвода и медных токоподводящих труб, по которым ток подается непосредственно к электродам.

[pic 13]

Рисунок 1.13 – Короткая сеть

1 – жесткая часть токоподвода; 2 – гибкая часть токоподвода; 3 – токоподводящие трубы; 4 – подвижный башмак; 5 – неподвижный башмак; 6 – головка электродержателя; 7 – электрод; 8 – трансформатор

Жесткий участок токоподвода выполняется медными трубами с водяным охлаждением.

Гибкую часть короткой сети изготавливают из медных водоохлаждаемых кабелей. Длина гибкого участка должна обеспечивать возможность наклона печи и подъема и опускание электрода.

Токоподводящие трубы от подвижного башмака к электроду изготавливают из меди, внутри они водоохлаждаемые.

Подвижный и неподвижный башмаки предназначены для соединения жесткой части с гибкой частью и гибкой части с токоподводящими трубами. Башмак – это медная доска, зачастую водоохлаждаемый, со специальными креплениями.

Присоединение концевых участков короткой сети с выводами печного трансформатора осуществляется через компенсаторы. Гибкие компенсаторы представляют собой пакеты из тонких медных лент. Они выполняют следующие функции:

- облегчают условия присоединения труб к выводам печного трансформатора при неизбежных отклонениях во время монтажа;

- разгружают выводы трансформатора от дополнительных механических нагрузок, возникающих при температурных расширениях шин КС и при вибрации бака трансформатора.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

14

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

1. Технология выплавки и разливки стали марки 40Х2Н2МА

Плавка стали в дуговой электропечи конструкционной марки стали 40Х2Н2МА включает в себя следующие этапы: заправка печи, загрузка шихты, период плавления, окислительный период, восстановительный период, выпуск стали.

Заправка. После каждой плавки печь тщательно осматривают, подину прощупывают железным штырем, выявляют все поврежденные места и принимают меры по устранению обнаруженных разрушений, для поддержания огнеупорной футеровки печи в рабочем состоянии.

После выпуска плавки, печь необходимо очистить от остатков шлака и металла. Наличие остатков не дает возможности провести качественный ремонт подины, так как жидкий расплав препятствует свариванию заправочных материалов с футеровкой. Остатки металла и шлака удаляют металлическими скребками вручную. После удаления остатков металла и шлака поврежденные участки футеровки подины и откосов заправляют сухим магнезитовым порошком, а места наибольших повреждений – порошком, смоченным в жидком стекле.

Заправку нужно проводить быстро, пока футеровка не остыла, чтобы приварился магнезитовый порошок. Общая длительность заправки составляет не более 15 минут.

Завалка. Печь работает с загрузкой шихты сверху. Свод печи вместе с электродами поднимается над печью, и отводиться в сторону на угол 80о, открывая при этом рабочее пространство печи. Затем в печь с помощью крана опускают бадью с шихтой, днище которой раскрывается. Бадью опускают как можно ниже, чтобы не повредить футеровку. Сначала на дно бадьи укладывают 50% легковесного лома, крупную шихту загружают вперемешку со средней шихтой в центральную часть бадьи, так, чтобы в печи крупные куски оказались под электродами. По периферии распределяют куски средних размеров, а сверху загружают вторую часть мелочи. В завалку отдаем углеродистый лом в количестве – 97,37 кг, кокс – 0,67 кг, никель – 1,55 кг, ферромолибден – 0,41 кг.

В расчете на выплавку 100 кг стали, располагая в центральной части бадьи.

Вся шихта загружается в один – два приема, длительность загрузки составляет 5-10 минут.

Период плавления. Длительность периода плавления зависит от вместимости печи, мощности трансформатора, состава выплавляемой стали и т.д. Главной задачей этого периода является быстрое расплавление металла.

Впервые минуты  включают печь с мощностью 80-90%. Спустя 5 минут, после образования колодцев, дуги оказываются экранированными шихтой и возможна работа печи с перегрузками на 20-25%.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

15

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

После полного расплавления шихты отбирают пробу металла на полный химический анализ и на ¾ скачивают шлак, вместе с которым удаляется значительная часть окислившегося фосфора. Затем наводят новый шлак присадками извести 1,74 кг и кварцита 0,593 кг.

Окислительный период. Главными задачами являются:

- удаление фосфора;

- удаление газов;

- нагрев металла до температуры, превышающей линию ликвидуса на 120о-130о;

- приведение ванны металла в стандартное по окисленности состояние.

Углерод окисляется при продувке газообразным кислородом и присадками железной руды. Руда и известь подается равномерными порциями, чтобы поддержать энергичное кипение металла. Регулярно через 5-15 минут отбирают пробы металла, в которых проверяют содержание фосфора и углерода. Шлак вспенивается пузырьками СО и самотеком стекает через порог рабочего окна печи в шлаковню, т.е. ведется  процесс с постоянным обновлением шлака. Для лучшего стекания шлака печь наклоняют в сторону рабочего окна. Обновление шлака необходимо для лучшейдефосфорации. При достижении заданных значений окислительный период заканчиваем, скачиваем шлак, делаем замер температуры и переходим к восстановительному периоду.

Восстановительный период. Основными задачами являются:

- раскисление металла (удаление кислорода);

- десульфурация (удаление серы);

- легирование металла;

- регулирование температуры металла.

- подготовка к выпуску

При плавке феррохром – 2,04 кгвводим сразу после скачивания окислительного шлака перед вводом шлакообразующих. Рафинирование металла целесообразно начинать с глубинного раскисления металла сильным раскислителем, присаживаемым на зеркало металла – СМн 20 –0,398кг. . После этого наводят восстановительный шлак следующего состава: известь – 4,2кг, плавиковый шпат – 0,84 кг, шамот – 0,84 кг, который с самого начала интенсивно обрабатывают углеродом в виде молотого кокса – 0,096 кг и кремнием в виде ферросилиция – 0,475 кг.

Алюминий – 0,058 кг, также является сильнейшим раскислителем, поэтому в печь подается за 3-5 минут до выпуска стали, либо в ковш.

Для удаления серы из металла применяют известь.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

16

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Легирование – доведение химического состава стали до требуемого по ГОСТ. Для заданной марки стали 40Х2Н2МА легирующими элементами являются: хром и никель и молибден. Легирующие элементы вводят в сталь в определенном порядке, который зависит от их химического сродства к кислороду.

Никель обладает меньшим сродством к кислороду, чем железо, поэтому его обычно задают в печь в составе металлической завалки в виде металлического никеля. Химическое сродство у хрома немного больше чем у железа и поэтому хром вносится в металл в виде феррохрома в начале восстановительного периода плавки после раскисления. Усвоение хрома составляет 95%. В конце восстановительного периода проводим замер температуры, в случае его переохлаждения подогреваем металл, увеличивая мощность подаваемую в печь

Перед выпуском стали отбираются пробы на полный химический анализ и раскисленность металла. Хорошо раскисленный металл остывает с усадкой и имеет плотную кристаллическую структуру.

Выпуск стали. Выпуск производится по высушенному желобу в ковш, вместе со шлаком, при этом происходит интенсивное перемешивание металла и шлака, в результате, улучшается процесс десульфурации.

Разливку стали в изложницы осуществляют сверху. Металл поступает в изложницу непосредственно из ковша или через промежуточное устройство (воронку).

После выпуска, металл выдерживают в ковше 5 мин. За время выдержки, вследствие конвективных потоков в металле снижается содержание неметаллических включений. Скорость понижения температуры металла за время выдержки составляет 2˚ С в мин.

Степень поражения слитков, отливаемых сверху; пленами, заплесками и подкорковыми пузырями зависит от характера истечения струи, смазки изложницы, скорости разливки и температуры металла. При разливке стали сверху непосредственно из ковша, температура металла перед выпуском составляет на 100- 120˚ С выше.

При разливке слитков массой до 4-6т сверху непосредственно из ковша и через промежуточное устройство применяют стаканы с диаметром отверстия не менее 45 мм. Для разливки слитков меньшей массы через промежуточную воронку используют стаканы с диаметром отверстия не менее 20 мм. Расстояние между ковшом и изложницей должно быть минимальным (не более 150 мм).

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

17

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Вначале разливки струю металла притормаживают для того, чтобы на дне изложницы образовалась буферная подушка из жидкого металла. Тело слитка ведётся полной струёй, а прибыльная часть слитка должна заполнятся медленно примерно ½ от времени заполнения тела слитка. После этого скорость разливки регулируют по виду поднимающегося в изложнице металла, не допуская обильного образования брызг.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

 18

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2 Практическая часть

2.1 Расчет геометрических параметров дуговой сталеплавильной печи емкостью 200,0 тонн.

Выбор мощности трансформатора ДСП

Максимальную мощность (SH), кВА трансформатора можно ДСП можно определить по формуле:

                                          [pic 14]                                                (1)

    SH== 95 238 кВА[pic 15]

где [pic 16] – вместимость печи;

[pic 17] – средний коэффициент мощности печной установки, принимаем [pic 18] = 0,7;

[pic 19] – время расплавления, принимаем [pic 20] = 1.5;

[pic 21] – коэффициент использования мощности трансформатора, принимаем [pic 22] = 0,90;

[pic 23]– практический расход энергии за период расплавления с учётом тепловых и электрических потерь печью на 1 т. металла, кВт·ч/т, принимаем [pic 24] =400 кВт·ч/т.

Принимаем стандартный трансформатор типа ЭТЦНДТ – 170000/35 – У3 . Номинальная мощность 95000 – 33157 кВА.

Определение вторичного напряжения

                                В                                  (2)[pic 25]

Высшую ступень вторичного линейного напряжения [pic 26] современных ДСП различной мощности можно описать зависимостью типа:

                                                   [pic 27]                                              (3)

При =0,25 (методика Окорокова Н.В, Еднерала Ф.П) [pic 28] = 250

По ходу плавки вторичное напряжение необходимо снижать согласно энергетическому режиму. Низшая ступень вторичного напряжения определяется глубиной регулирования напряжения в виде соотношения

                                               [pic 29]                                                         (4)

[pic 30]

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

19

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Определение ступеней вторичного напряжения:

В данном проекте электросталеплавильная печь имеет 23 ступени напряжения. Интервал между всеми 23 ступенями напряжения определяется зависимостью по формуле

                                   / n,                                          (5)[pic 31]

     В[pic 32]

Промежуточные ступени вторичного напряжения получаются изменением числа витков на первичных обмотках трансформатора и переключением схемы соединения первичных обмоток трёхфазных трансформаторов с треугольника на звезду.

Определение величины силы номинального линейного тока, А:

                            I2ЛН = ( /                                             (6)[pic 33][pic 34]

I2ЛН = ( / 780 = 70 318,3 А[pic 35][pic 36]

Расчет диаметра электрода dэл, мм:

Наиболее простой способ определения dэл - по допустимой плотности тока, которая установлена для электродов разного диаметра. Принимаем плотность тока Δi = 24 А/см2. 

                                                     dэл =     ,                                                (7)[pic 37]

             dэл =   = 61 см[pic 38]

где I2ЛН - номинальная сила тока в электроде, А.

Принимаем dэл =610 мм.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

20

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Объём ванны, занимаемый жидкой сталью, м3:

                                              Vм =                                                          (8)[pic 39]

Vм = 0,145·200= 29

где [pic 40]– удельный объём жидкой стали, ([pic 41]= 0,145 м3/т ) ;

[pic 42]– масса жидкого металла, т.

Выбор рационального значения соотношения Dм/Hм

где  Dм - диаметр зеркала металла;

Hм - глубина металла.

Выбираем  Dм/Hм =5,5.

Выбор наиболее рациональной формы ванны.

Полная глубина сфероконической ванны [pic 43] состоит из двух частей: глубины конической части ванны ([pic 44]) и глубины сферической части ванны ([pic 45]). Причем [pic 46] и  h2 = 0,2[pic 47]Hм

Глубину жидкой ванны Hм находим по формуле:

                                          Hм= Dм/[pic 48]                                                            (9)

Hм= 6795,9 /[pic 49][pic 50] = 1359

Диаметр зеркала металла определяем по формуле:

                                          Dм = 2000 [pic 51][pic 52],                                         (10)

где [pic 53] - объем жидкого металла, м3;

[pic 54] - коэффициент, определяется по формуле:

Dм = 2000 [pic 55][pic 56]   = 6795,9

С=0,875+0,042*5,5=1,106

Глубина конической части ванны:

h1 = 0.8[pic 57]Hм.

h1 = 0.8[pic 58]1235,6=1087 мм

Глубина сферической части ванны:

h2=0.2 [pic 59]Hм.

h2=0.2 [pic 60]1235,6=271 мм

Диаметр сферической части ванны находим по формуле:

                                            d = Dм –2h1

d = 6795,9 –2 · 1087.3= 4621.3 мм

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

21

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Объём ванны, занимаемый жидким шлаком.

При расчете объема ванны, занимаемого жидким металлом и шлаком, принимают следующие значения плотности: для стали [pic 61]ст = 7 т/м3, удельный объем ст = 0,145 м3/т; для основного шлака [pic 62]осн.шл = 3,2 т/м3, удельный объем осн.шл = 0,312 м3/т. Кратность шлака принимаем К = 0,125.

Таким образом, для основного процесса

𝛖шл = К [pic 63]g0 [pic 64] 𝛖ст

𝛖шл = 0,15 [pic 65]200 [pic 66] 0,145=4,35

Высота слоя шлака (hшл):

определена по упрощенной формуле:

hшл = (𝛖шл [pic 67]4)/([pic 68][pic 69] Dм)/100

hшл = (4,35 [pic 70]4)/([pic 71][pic 72] 6.79592)= 0,12 м

Высота от зеркала шлака до уровня порога рабочего окна h3:

h3 = 30

Высота от уровня порога рабочего окна до верхнего уровня откосов h4:

Принимаем высоту  от уровня порога рабочего окна до верхнего уровня откосов

h4 = 50 мм (для печей всех вместимостей).

Глубина ванны от пола до верхнего уровня откосов Hв:

Hв = Hм + hшл+h3+h4

Hв = 1359 + 0,12+30+50 =11439.2

Диаметр плавильного пространства на уровне откосов Dпл:

Dпл = Dм + 2(hшл+h3+h4)

Dпл = 6795,9 + 2(0.12+30+50) =  6956,14

Высота стен hст:

hст = 0,36 · Dпл

hст = 0,36·6957,14=2504,2

Стрела выпуклости свода hстр:

Разница между высотой свода(hсв) и высотой стен (hст) составляет стрелу выпуклости свода (hстр). Стрела выпуклости свода составлет: hстр = 0,1 [pic 73]Dпролета- для сводов из динасового кирпича; hстр = ( 0,12÷ 0,15)[pic 74][pic 75]Dпролета – для сводов из термостойкого хромомагнезитового кирпича.

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

22

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Ориентировочно, диаметр пролета больше диаметра плавильного пространства на 1000 мм, то есть

Dпролета = Dпл +1000.

hстр = 0,15[pic 76][pic 77]6957,14+1000= 1193,4

Высота свода hсв:

Высота свода состоит из двух частей:

hсв = hст + hстр

hсв = 2504,2+ 1193,4=4438.2

Толщина сводасв :[pic 78]

Принимаем толщину свода св = 380 мм.[pic 79]

Определение рационального внутреннего профиля кладки боковых стен.

В настоящее время в современной практике дуговых сталеплавильных печей хорошо себя зарекомендовали цилиндроконические кожухи, внутри которых заключена футеровка с внутренним наклонным профилем стен с углом наклона к вертикали в нижнем наиболее горячем поясе порядка 25 – 300, принимаем [pic 80]1 = 300.

Определение толщины стен на уровне откосов:

Dпят.св= Dпл+2 [ hст [pic 81] tg[pic 82][pic 83]1 + hст   tg[pic 84][pic 85]2 + hст [pic 86] tg[pic 87][pic 88]3];

Принимаем толщину стен на уровне откосов m1 = 575 мм.

Определение толщины стен на уровне откосов m1 и на уровне пят свода m2:

Принимаем толщину стен на уровне откосов m1 = 575 мм.

Принимаем толщину стен на уровне откосов m2 = 445мм.

Определение рационального профиля печи при использовании футеровки стен с водоохлаждаемыми панелями:

            - на уровне откосов:

Dк.отк.= Dпл+2m1;

Dк.отк.= 6956.14+2 · 575=8106.14

            - на уровне пят свода:

Dк.пят.св.= Dпл + 2[h[pic 89] tg[pic 90][pic 91]1 +(h –h)[pic 92]tg[pic 93][pic 94]2+(h-h)[pic 95]tg[pic 96][pic 97]3+m2] = D пят.св. +2m2;

Dк.пят.св.= 9358.14+2*445=10248.14 

Определение диаметра кожуха печи на уровне пят свода:

D пят.св= Dпл + 2[hк.вст[pic 98] tg[pic 99][pic 100] + m1];

D пят.св=6956.14+2(1252·0.50+575)=9358.14

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

23

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Определение диаметра кожуха печи на уровне пят свода:

Dк.пят.св= Dпят.св + 2 Dтр[pic 101]

D к. пят.св= 9358.14+2*90 = 9538.14

где Dтр - диаметр трубы водоохлаждаемой панели.   Dтр = 90мм.

= 30[pic 102]

Определение размеров кожуха печи:

hк.вст = (0,25÷50) · hст

hк.вст =0.40·2504.2=1001.6

Определение толщины подины п:[pic 103]

На печах большой вместимости

[pic 104]п = 0,80·Hм.

[pic 105]п = 0,80·1359= 1087,2

Определение высоты подины Hпод:

Hпод = Hв + [pic 106]п .

Hпод = 1439,2 + [pic 107][pic 108]= 2526,4

Определение диаметра распада электродов ([pic 109]):

Диаметр распада электродов, характеризует расположение электрических дуг в рабочем пространстве печи. Рекомендуется при конструировании печей придерживаться следующей рациональной величины отношения 

[pic 110]

Определение размеров рабочего окна:

Ширина рабочего окна (а): а= 0,30 [pic 111] Dпл = 0,30·6956 = 2434

Высота рабочего окна (b): b = 0,8 [pic 112] a = 0,8·2434 = 1947,2

[pic 113]

Рисунок 1.14 – Основные размеры дуговой сталеплавильной печи

ДП 22.02.01.18.14 ПЗ

Лист

24

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

1. Расчет шихты для выплавки стали марки 40Х2Н2МА

Расчет материального баланса производится на 100 кг шихты (углеродистый лом + кокс + никель). Никель обладает меньшим сродством к кислороду, чем железо, поэтому его обычно задают в печь в составе металлической завалки.

Химический состав углеродистого лома, кокса, никеля и готовой стали приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав шихтовых материалов и готовой стали

Химический состав шлакообразующих, окислителей и заправочных материалов приведен в таблице 2.