Файл: А. С. Бильгенов 2022 г.docx

Федеральное агентство по образованию Российской ФедерацииГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образованияЮжно-Уральский государственный университетФакультет «Материаловедение и металлургические технологии»Кафедра «Пирометаллургические процессы»ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКАК КУРСОВОЙ РАБОТЕ (ПРОЕКТУ)по дисциплине: «Металлургическая теплотехника»Руководитель, преподаватель_________ / А.С. Бильгенов /_________ 2022 г.Автор проектастудент группы П-238_________ /А.М. Гайнанов /_________ 2022 г.Проект защищенс оценкой ________________________ 2022 г.АННОТАЦИЯГайнанов А.А.Производство стали в дуговых сталеплавильных печах. Челябинск: ЮУрГУ, П-238, с., Библиографический список – 6 наименований.В данной курсовой работе был рассмотрен технологический процесс дуговой сталеплавильной печи, а также рассмотрены процессы материального и энергетического балансов.ОглавлениеВВЕДЕНИЕ Развитие народного хозяйства требует увеличения производства металла, улучшения его качества, увеличения ассортимента изделий. При больших масштабах производства металлов совершенно небезразлично, с какими затратами энергии, материалов будет получена каждая тонна чугуна, стали и различных других цветных металлов. Эта задача не может быть решена без постоянного совершенствования принципов работы и конструкции металлургических печей. Высокие скорости процессов требуют ликвидации ручного труда по обслуживанию печей и управлению тепловым режимом. В последние годы широко внедряется механизация и автоматизация многих операций по загрузке, выгрузке, транспортированию горячего металла. Оптимизация параметров металлургического процесса – температуры, расхода сырья, состава печной атмосферы (среды), давления и многих других, осуществляется с помощью современных средств контроля технологических и теплотехнических процессов.

---

При огромном разнообразии промышленных печей общими для всех них являются процессы превращения какого-либо вида энергии в тепловую и передачи тепла нагреваемому материалу. При этом процессу теплообмена должны быть подчинены горение топлива – превращение химической энергии в тепловую, а в электрических печах – превращение электрической энергии в тепло, движение газов в рабочем пространстве печей и т.д. Конструкция печи в целом и её отдельные элементы должны обеспечивать оптимальные условия протекания теплообменных процессов для получения наибольшего теплового потока к обрабатываемому материалу.

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Электросталеплавильные печи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами. В электропечах можно быстро нагревать, плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу или вакуум. В этих печах можно выплавлять сталь и сплавы любого состава, более полно раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений – продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных сталей ответственного назначения, высоколегированных, инструментальных, коррозионностойких (нержавеющих) и других специальных сталей и сплавов. Инструментальная сталь – сталь, идущая на изготовление режущего, измерительного, штампового и другого инструмента. Легированная сталь – сталь, которая помимо обычных примесей (С, Mn, S, P), содержит и другие (легирующие) элементы (хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, титан и др.), либо кремний или марганец в повышенном против обычного количестве. При суммарном содержании легирующих элементов до 2% сталь считается низколегированной, от 2,5 – 10% – среднелегированной, более 10% – высоколегированной.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 и нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов, придающих стали особые свойства – хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и других элементов.

---

Дуговая печь – промышленная печь, в которой теплота электрической дуги используется для плавки металлов и других материалов. По способу нагрева дуговые печи делят на печи прямого действия (дуга горит между электродом и нагреваемым телом), печи косвенного действия (дуга горит между электродами) и печи с закрытой дугой (дуга горит под слоем твёрдой шихты). Наибольшее применение в промышленности (главным образом для выплавки стали) находят дуговые печи первого типа[1].В этих печах в качестве источника теплоты используют электрическую дугу, возникающую между электродами и металлической шихтой. Дуговая электросталеплавильная печь (рисунок 1) питается трёхфазным переменным током и имеет 3 цилиндрических электрода 9, изготовленных из графитовой массы. Электрический ток от трансформатора гибкими кабелями 7 и медными шинами подводится к электрододержателям 8, а через них к электродам 9. Между электродами и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга, электроэнергия превращается в теплоту, которая передаётся металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжение 180 – 600 В, сила тока 1–10 кА. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически путём вертикального перемещения электродов. Печь имеет стальной сварной кожух 4. Кожух печи изнутри футерован теплоизоляционным и огнеупорным материалом 1, который может быть основным (магнезитовый, магнезитохромовый) или кислым (динасовый). Подина 12 печи набивается огнеупорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6, изготовляемым также из огнеупорного кирпича и имеющим отверстия для хода электродов. В стенках печи имеется рабочее окно 10, предназначенное для управления ходом плавки и летка для выпуска готовой стали по желобу 2 в ковш. Печь загружают при снятом своде. Механизмом 11 печь может наклоняться в сторону загрузочного окна и летки. Емкость дуговых электропечей 0,5-400 тонн. В нашем случае ёмкость печи составляет 25 тонн. Дуговые печи могут иметь основную или кислую футеровку. В металлургических цехах обычно используются дуговые электропечи с основной футеровкой, а в литейных цехах – с кислой. Рисунок 1 – Схема дуговой электрической плавильной печи.Электрические печи с кислой футеровкой обычно используются в литейных цехах при выплавке стали для фасонного литья. Основным недостатком кислых печей является то, что во время плавки из металла не удаляются сера и фосфор. Поэтому, в нашем случае используется печь с основной футеровкой, так как ПФ ТОО “Кастинг” не

---

выплавляет сталь для фасонного литья, а выплавляет сталь для прокатного стана. Планируется ввести в эксплуатацию прокатный стан для производства строительной арматуры и мелкосортовой продукции. В дальнейшем планируется освоить производство проволоки и труб большого диаметра для нефтегазовой отрасли.

Рассматриваемая нами печь является основной дуговой печью. Плавку в ней проводят на углеродистой шихте (с окислением примесей). Такую технологию чаще всего применяют для производства конструкционных углеродистых сталей. Конструкционная сталь – сталь, предназначенная для изготовления деталей машин и механизмов. Плавку проводят за 2 периода: окислительный и восстановительный. Данная технология также носит название технология плавки на свежей шихте с окислением и применяется на печах малой и средней ёмкости при выплавке качественных легированных сталей.
2.ДУГОВАЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ ДСП-100



Рисунок 2 – ДСП –100

1 — устройство для ввода кислорода в электропечь;

2 — графитированный электрод;

3 —патрубок газоотсоса;

4 — свод;

5 — кожух;

6 — окно рабочее;

7 — механизм вращения ванны;

8, 9 — приводы наклона;

10 — люлька с механизмами;

11 — механизм поворота свода,

12 — механизм подъема свода;

13 — механизм перемещения электрода;

14 —- портал;

15 —установка вентилятора;

16 — экономайзер; 

17 — токоподвод.

2.1 Характеристика печи.

Таблица основных параметров печи.

Номинальная ёмкость,Т 100 Мощность трансформатора,МВ 7,5 Пределы вторичного напряжения,мм (761-654)-250 Диаметр электрода,мм 610 Время расплавления под током,мин <70 Расход электроэнергии на расплавление, мДж/т 1500 Расход воды на охлаждение печи, м3/час 500

---

В конструкции ДСП- 100 использованы водоохлаждаемые элементы футеровки и свода, газокислородные горелки, высокомощный трансформатор со ступенями постоянной мощности; осуществлен наклон электродов к вертикали, обеспечивающий сближение их нижних концов для проплавления общего колодца в шихте.

Печь загружается сверху грейферной корзиной, при этом свод поднимается и вместе с электродами отводится в сторону слива металла. Возможна непрерывная подача металлизированных окатышей через загрузочное устройство в своде печи.

Наличие ступеней постоянной мощности расширяет возможности разработки рациональных энергетических режимов плавки в дуговой печи.

Для интенсификации расплавления шихты печь снабжена двумя сводовыми топливно-кислородными горелками. Применение водоохлаждаемых элементов сокращает расход огнеупоров и уменьшает простои на холодные ремонты футеровки. Однако простои печи с водоохлаждаемой футеровкой по ходу плавки вызывают потери энергии, которые необходимо восполнять после включения печи. Остановки печи в период раскисления, например, из-за несвоевременно проведенной подвалки шихты, могут привести к "замораживанию" расплава, так как водоохлаждаемая футеровка не аккумулирует тепло.

Приведенные конструктивные особенности ДСП - 100 влияют и на технологию выплавки стали и, главным образом, определяют необходимость предельного сокращения продолжительности жидких периодов в печи и проведение доводки металла во внешних рафинировочных агрегатах.

В состав оборудования ДСП-100 входят:

электрогидравлический регулятор электрического режима АРФГ - 400/6, 3-Н с гидравлическим приводом перемещения электродов;

печной трансформатор;

механизм наклона ванны печи;

механизм подъема и поворота свода;

система охлаждения элементов стен, свода и токопровода;

фурма для продувки металла кислородом;

устройство замера температуры металла в печи;

система отвода газов из печи;

датчики технологических параметров (температура, давление, вес, расход) смежных с ДСП —100 систем;

насосно-аккумуляторная станция.

Сведения о технологическом процессе, регламенте и режиме. Технологический процесс выплавки стали, является непрерывно-дискретным с наличием значительного количества неконтролируемых возмущений и помех. Кроме того, он характеризуется отсутствием возможности непрерывного контроля основных переменных электротермического процесса (температура металла, концентрация компонентов и т.д.) и сложностью математических моделей взаимосвязи основных переменных процесса и нерешенностью задач их параметрической идентификации.

---