Проект цеху по виробництву металевого марганцю потужністю 25 тис. тон в рік

1.2 Вибір типу, визначення основних параметрів печі, діаметру електродів

 

Нині в експлуатації знаходяться  печі з пічними трансформаторами потужністю 5000 кВА і 7000 кВА. Усі печі трифазні, які мають електроди  діаметром 400 мм по вершинах рівностороннього трикутника. Кожух печі циліндричний з листової сталі завтовшки 20 мм. Днище кожуха - конічне. До днища кожуха приварений брус, яким він спирається на ролики опорних тумб механізму обертання. Обертання ванни печі здійснюється електроприводом потужністю 11 кВт за допомогою троса від лебідки вантажопідйомністю 3,2 т через поліпласт. Механізм нахилу ванни печі гідравлічний (гідронасос типу 712 Б продуктивністю 200 літ/хв, тиск 75 кг/см²). Два гідроциліндри розташовано під сегментами в приямках фундаменту печі. Механізм переміщення електродів - електромеханічний, а механізм затиску електродів - пружинно-пневматичний. Ванни дугових електропечей типу ОКБ-262-А мають наступні геометричні характеристики: внутрішній діаметр по верху 4500 мм, по низу 3100 мм; глибина ванни 1000 мм. Печі розраховано на експлуатацію графітованих електродів діаметром 400 мм (електродами, що самообпалюються, діаметром 500 мм). Діаметр розпаду електродів 1250 мм.

Електропечі потужністю 7000кВА обладнані трансформаторами фірми ABB National Transformer. Регулювання потужності печі має три режими: ручний, напівавтоматичний і автоматичний за допомогою електродіаграми засобами АСУ «Мастер». Встановлені електричні режими контролюються за свідченнями контрольновимірювальних приладів на пультах управління печами (амперметрами, вольтметрами і ватметрами).

У зв'язку з жорстким регламентованим  вмістом вуглецю в металевому марганці (< 0,20% для марки Мн95) при  виплавці металевого марганцю застосовуються графітовані електроди найбільш високої якості. Матеріальні баланси силікотермічної плавки марганцю показують, що доля вуглецю в отримуваному металевому марганці залежно від якості електродів досягає 30%. Діаметр графітованих електродів розраховують, виходячи зі значень питомої щільності струму, рекомендованої фірмами-виготівниками електродів.

Із збільшенням діаметру електроду  дещо зменшується допустима щільність  струму. Механізм "навуглецювання" дії графітованих електродів до кінця  не ясний. Його зв'язують як з тим, що розпиляло вуглецевих компонентів електродів (графіту з нафтококса і кам'яновугільного пека) в області електричної дуги, так і з "осипанням" частинок графіту у ванну печі. Частки графіту, що обсипалися, взаємодіють з СаО шлакового розплаву з освітою СаС₂ чи МnО з утворенням карбіду Мn₇С з наступним переходом вуглецю цих карбідів в розплав.

Рис.1.1 - Загальний вид електродугової печі для виплавки ФМн95:

1 – електроди; 2 – кожух ванни печі; 3 – механізм обертання ванни; 4 – механізм нахилу; 5 – механізм переміщення електродів; 6 - привід механізму переміщення електродів; 7 – електродотримач; 8 - коротка мережа; 9 - система водоохолодження.

Для виробництва ФМн-95 проектом пропонується використовувати печі типу РКО з потужністю пічного трансформатора 7000 кВА. Кожух печі циліндричний з листової сталі товщиною 20мм виконаний з 2-х половин, зварної. Для додання жорсткості днище кожуха виконано конічним, забезпечений вертикальними і горизонтальними ребрами жорсткості з листової сталі. Обладнаний 3-ма лотками. До днища приварений квадратний брус який спирається на підшипник механізму обертання. Контроль температури кожуха печі здійснюється засобами АСУ «Майстер».

Рафінувальні печі призначені для виробництва низько та середньо вуглецевих феросплавів силікотермічним способом. У них виплавляють металевий марганець, середньовуглецевий феромарганець та особливо низковуглецевий ферохром. Проектом пропонується використання для виплавки Мн95 піч РКО-7 з потужністю пічного трансформатора Pтр. = 7000 кВА, коефіцієнт напруги: Кн = 12,4 – 18,8.

Вища ступінь напруги:

 

 

Нижча ступінь напруги:

 

 

Робоча ступінь напруги:

 

 

Розрахункова сила струму при нижчому щаблі напруги:

 

                                            _(1.1)

                  

 

Розрахунок діаметра електрода:

 

                                           _(1.2)

 

 

За ТУ 14-10-024-95 вибираємо електрод діаметром 400 мм. Визначення геометричних розмірів робочого простору.

Діаметр розпаду електродів:

 

d_p=(3 … 3,25)d_э                                      (1.3)

 

d_p = 3*400=1200 мм

 

Відстань від стінки до електрода:

 

а = 1,8*d_эл                                                             (1.4)

 

а = 1,8*400=720 мм

 

Діаметр ванни нижній:

d_вн = d_р+ d_э + 2а                                   (1.5)

 

d_вн= 1200 +400 +2*700=3040 мм

 

Глибина ванни:

 

h_в = 2,5*d_эл                                                         (1.6)

 

h_в = 2,5*400 = 1000 мм

 

Ухил стін при нахилі  35⁰:

 

в_с =h_в * tg35 = 1000 * 0,707 = 707 мм

 

Діаметр ванни верхній:

 

d_вв =d_вн + 2в_с                                                             (1.7)

 

d_вв = 3040 +2*707=4454  мм

 

Діаметр кожуха печі:

 

D_к = d_вв+2δ_ст                                                            (1.8)

 

при товщині стінки рівній

 

δ_ст = 230+115+55 = 400 мм

 

D_к = 4454+2*400 = 5254 мм

Товщина падини печі:

δ_под = 100+2*65+115+4*300 = 1545 мм

 

Висота кожуха печі:

 

Н_к = h_в + δ_под                                                          (1.9)

Н_к = 1000 + 1545 = 2545 мм.

1.3 Коротка характеристика вузлів і агрегатів

 

Феросплавні печі з круглою ванною для ряду технологічних процесів обладнують механізмом обертання. При  цьому зростає активний опір ванни  і збільшується електричний КПД  феросплавної печі, покращує обслуговування ванни. Механізми обертання обертових печей збирають на колисці.

На рисунку 1.2 вказано поворотний пристрій який нахиляє і обертає ванну з чотирма тумбами.

Ванну повертають на кут 60-90 ° реверсивно. Привід 1 ванни і тумби 2 встановлені на частину яка нахиляється. Тумби зазвичай зварні, розташовані під кутом 90 °. У кожній тумбі зібрані опорний 4 та упорний 3 катки. Кожух печі з футеровкою розташований на цих ковзанках. Упорні катки перешкоджають зсуву ванни в сторону при її нахилі під час зливу сплаву і обертання. Пристрій тумби показано на рисунку 1.3. У зварному корпусі тумби 1 на стійках 11 встановлено опорний каток 4. Каток обертається на двох сферичних роликових дворядних підшипниках 3, посаджених на вісь 2. Вісь 7 упорного катка 5 закріплена на стійках 8, які болтами 9 закріплені на рамі 1. Каток обертається також на сферичних підшипниках 6. Зазор між упорними катками і рейкою регулюють болтами 10.

 

Рис.1.2 – Механізм обертання ванни печі:

1 - привід механізму обертання; 2 – тумба; 3 - упорний каток; 4 - опорні катки; 5 - цівковий вінець.

 

                           

Рис.1.3 Механізм обертання ванни:

1 - корпус тумби; 2,7 – вісь; 3,6 - сферичні роликові дворядні підшипники; 4 - опорний каток; 5 - упорний каток; 8,11 – стійки; 9,10 – болти. 

Механізм нахилу служить для нахилу печі в бік зливного жолоба на кут 40-45° для зливу металу в ківш. Залежно від пристрою привода різняться механізми нахилу печі з гідравлічним і електричним приводом.

У печах для виробництва феросплавів нахил ванни, як правило, здійснюється без нахилу електродотримачів з піднятими електродами. У цьому випадку доводиться збільшувати довжину ходу електродотримачів до 3-4 м, щоб забезпечити вихід електрода з ванн і безперешкодний нахил ванни. Подовження ходу електродотримача здорожує його конструкцію. Проте в цьому випадку спрощується пристрій для нахилу, поліпшуються умови відводу газів, що утворюються в процесі плавки. Нахиляти ванну можна за допомогою зубчастої рейки, яка зачіпаються із зубчастим сектором, гвинтового механізму або гідравлічним механізмів. Дипломним проектом пропонується нахилять ванну за допомогою гідравлічного механізму.

Механізм нахилу печі з гідравлічним приводом набув широкого поширення. До його переваг слід віднести зручність  при вузловому методі ремонту і плавність нахилу. На великих печах застосування гідроприводу ускладнюється через труднощі внутрішньої розточки та шліфування довгих гідроциліндрів. Механізм нахилу є вельми відповідальною частиною пічної установки і повинен відповідати таким вимогам:

1) надійність роботи і довговічність  механізму;

2) можливість плавного нахилу  печі на достатній кут;

3) забезпечення необхідної швидкості  нахилу;

4) забезпечення можливо малого  відхилення від вертикалі кінця  носка печі при нахилі (для максимального скорочення маневрування ковшем при зливі сплаву);

5) неможливість перекидання печі  при нахилі.

Механізм нахилу повинен бути захищений  від попадання на нього рідкого  розплаву в разі проїдання ванни  печі. При застосуванні гідравлічного  механізму нахилу під ванну печі встановлюють люльку з двома напівкруглими секторами, які спираються на рейки або балки. У секторах є шипи, а в опорних балках отвори. При нахилі ванни шипи входять в отвори, фіксуючи положення секторів щодо балок. Ванна печі при цьому перекочується по опорним балкам, висуваючись вперед у бік зливного носка.

Дипломним проектом пропонується встановлювати  по два гідравлічних циліндра, що створює  кращу стійкість печі і оберігає від аварій. Харчування гідравлічного  пристрою механізму нахилу здійснюється від спеціальної насосної станції. Схема гідроприводу нахилу феросплавної печі яка обертається і нахиляється вказана на рисунку 1.4.

 

Рис.1.4 - Схема гідроприводу механізму нахилу:

1- електродвигун; 2 – насос; 3 - бак  з маслом; 4 - зворотний клапан; 5 - запобіжний клапан; 6 - електрогідравлічний золотник; 7 - реверсивний золотник; 8 – циліндр; 9 – гідроциліндр; 10 - регулюючий клапан. 

Поршневий насос типу НПМ-713Б продуктивністю С = 200 л/хв і тиском 1000 н/см² (100 кг/см²) подає масло через зворотний клапан до реверсивного золотника 7, яким дистанційно керують з пульта на робочому майданчику за допомогою двох електрогідравлічних золотників 6. Один золотник 6 подає масло в праву порожнину реверсивного золотника 7 під тиском і пересуває золотник вліво, відкриваючи доступ масла у верхню порожнину пічного циліндра 9. В цьому випадку піч нахиляється в сторону робочого майданчика, що дозволяє обслуговувати піч з боку випуску. При роботі лівого золотника 6 масло подається в ліву порожнину реверсивного золотника 7, відсуває золотник вправо і відкриває доступ масла в нижню частину робочого циліндра 9 печі. В цьому випадку піч нахиляється для зливу металу. Насосну станцію розташовують в окремому приміщенні і укомплектовують трьома насосами (два в роботі і один резервний).

Електродотримачі призначений  для закріплення електрода на рухомий каретці або колоні, а  також для підведення електричного струму від кабелів до електрода. Електродотримачі складається з: головки, рукава, механізму затиску,механізму токопідводу. За типом застосовуваного приводу механізми затискача електродів поділяють на: пружинно-пневматичні, пружинно-гідравлічні, електромеханічні.

Для печей, в яких виплавляють ФМн95, останнім часом розроблений, і успішно  застосований на практиці, витісняючи інші конструкції, пружинно-пневматичний затискач, який показаний на рисунку 1.5.

Рис.1.5 - Пружинно-пневматичний затискач електрода:

1 – щоки; 2 – кільце; 3 – щока струмнева; 4 – шток; 5 – пружини; 6 – важіль; 7 – пневмоциліндр.

Електрод затискають між щоками 1, укріпленими на кільці 2, і щокою 3, укріпленої на штоку 4. Натискання здійснюється при допомозі штока 4 і пружин 5, віджимання  за допомогою важеля 6 з пневматичним управлінням 7. При подачі стисненого повітря в циліндр пневматичного управління поршень циліндра переміщує шток, в результаті чого важіль 6, переміщаючись вліво, відтягує шток 4, стискаючи пружину 5, і тим самим звільняється електрод. За умовами забезпечення мінімальних втрат в зоні контакту електрод-електродотримач тиск р на контакт має дорівнювати 8000 - 10000 н/м² (800-1000 кг/м²).

Так як це тиск повинен бути по можливості постійним під час роботи печі незалежно від теплового розширення електрода і електродотримача (лінійний коефіцієнт теплового розширення першого  значного менше, ніж другого), ця умова забезпечується як конструкцією пружинного притиску, так і водяним охолодженням електродотримача .Водяне охолодження зменшує теплове розширення електродотримача і, крім того, захищає його від надмірного перегріву, який руйнує контактну поверхню і може викликати поломку електродотримача (через зниження механічної міцності або виникнення термічних напружень). На рисунку 1.5 показані мідні труби, по яких подається вода для охолодження електродотримача і струм до електрода. Допустима щільність струму в затискачах електродотримача для пари мідь-графіт складає близько 2,5 А/см² і для пари залізо-графіт близько 1,5 А/см².Електродотримачі кріплять до спеціального водоохолоджуваного горизонтального рукава-каретці, яка за допомогою спеціального механізму переміщається вгору і вниз. Останнім часом на Челябінському електрометалургійному комбінаті для скорочення довжини робочого кінця електрода і безперешкодного виходу електрода з ванни при її нахилу сконструювали  похилий рукав-каретка. Це зменшило число поломок електродів, а значить, і їх витрат.

Механізми переміщення електродів внаслідок особливих умов регулювання  електричної потужності, що вводиться  в піч, повинні відповідати таким  основним вимогам: