Расчет электродуговой сталеплавильной печи емкостью 100 тонн

                                                                                        Введение

      Дуговые печи – это печи, в которых теплотой плавления является теплота, выделяемая электрической дугой, горящей в рабочем пространстве печи.

     При известной общности физико-химических процессов производства стали в кислородных конвертерах, а также мартеновских и электрических печах выплавка металла в открытых дуговых сталеплавильных печах имеет ряд особенностей, которые обуславливают следующие технологические преимущества этих печей:

    возможность плавления и перегрева большинства металлов благодаря достижению в дуге высокой температуры и возможности введения в рабочее пространство печи большой удельной мощности;

    регулируемость физико-химической активности шлака, что позволяет при соответствующих его составе и температуре проводить все необходимые металлургические операции: дефосфорацию, десульфурацию, дегазацию и раскисление металла;

    возможность регулирования состава атмосферы в рабочем пространстве печи с достижением окислительной, восстановительной или нейтральной среды;

    небольшой угар железа и легирующих элементов по сравнению с кислородными конвертерами и мартеновскими печами;

    возможность достаточно просто и плавно регулировать вводимую в печь мощность;

    по сравнению с мартеновской печью перемешивание металла в ванне печи, усреднение его температуры и химического состава благодаря электродинамическому взаимодействию расплавленного металла и дуг.

          Быстрое развитие электросталеплавильного производства обусловлено следующими факторами:

    а)в связи с постепенным уменьшением доли стали, выплавляемой мартеновским способом, при котором расходуется максимальное количество железостального лома ( по сравнению с другими способами производства стали ), в стране будет нарастать избыток лома. Увеличиваются также поступления в сталеплавильные цехи амортизационного лома. Вместе с тем электросталеплавильным способом можно переплавлять металлическую шихту, состоящую из 100% лома.

  б)повышение мощности трансформаторов и вместимости электросталеплавильных печей, совершенствование их конструкции и технологии выплавки, развитие ковшовой металлургии ( вакуумирование, продувка металла инертными газами и порошками ) обусловили существенное улучшение технико-экономических показателей электроплавки, при этом стало возможным и экономически целесообразным производить в большегрузных электросталеплавильных печах стали широкого сортамента – от углеродистых обыкновенного качества до высоколегированных

      1  ОБЩАЯ  ЧАСТЬ

     1.1   Назначение  и  конструктивные  особенности  электродуговой  сталеплавильной  печи

     Электрическая  печь  имеет  ряд  существенных  преимуществ  перед  другими  сталеплавильными  агрегатами,  поэтому  высоколегированные  инструментальные  стали,  нержавеющие,  жаростойкие  и  жаропрочные,  а  также  многие  конструкционные  стали  выплавляют  только  в  электрических  печах.

     В  электропечи  можно  получать  сталь  с  низким  содержанием  серы   и фосфора,  можно  полнее  раскислить  металл,  обеспечив  низкое  содержание  в  стали  неметаллических  включений.

     Печь  состоит  из  железного  кожуха  цилиндроконической  формы  со  сферическим  днищем.  Внутри  кожух  имеет  огнеупорную  футеровку.  Плавильное  пространство  печи  накрывается  съёмным  сводом  из  огнеупорного  кирпича,  набранным  в  сводовом  кольце.  Печь  имеет  основное  рабочее  окно  и  выпускное  отверстие  со  сливным  жёлобом.  Печь  питается  трёхфазным  током  и  имеет  три  электрода,  которые  зажимаются  электрододержателями,  скрепленными  с  помощью  рукава  с  подвижной  стойкой.  Ток  подводится  водоохлаждаемыми  гибкими  кабелями  и  водоохлаждаемыми  медными  трубами.  Печь  опирается  на  два  опорных  сектора,  перекатывающих  по  станине,  наклон  печи  в  сторону  выпуска  и  в  сторону  основного  рабочего  окна  осуществляется  с  помощью  реечного  механизма.

     Шихту  загружают  сверху  с  помощью  бадьи.  Для  открывания  плавильного  пространства  свод  печи,  подвешенный  на  цепях,  поднимается  к  порталу.  Портал  со  сводом  и  электродами  отворачивается  в  сторону  сливного  желоба  с  помощью  тележки.  Предусмотрено  вращение  кожуха  и  печи  на  угол  40º  в  обе  стороны  механизмом  поворота  корпуса.  Печь может иметь  устройство  для  электромагнитного  перемешивания  жидкого  металла. 

        Кожух  печи  должен  обладать  механической  прочностью,  позволяющей  выдерживать  нагрузку  от  веса  футеровки  и  металла  и  давление  расширяющейся  при  нагреве  кладки,  и  нагревается  до  температуры  не  выше 100 - 150º С.  Его  выполняют  сварным  из  листового  железа  толщиной  16 – 50 мм  в  зависимости  от  размеров  печи.

     При  цилиндроконической   форме  кожуха  облегчаются  заправка  откосов,  выполнение  наклонной  футеровки  стен,  увеличивается  стойкость  кладки.

     Днище  кожуха  выполняется  обычно  сферическим  со  стрелой  прогиба  0,1,  что  обеспечивает  наибольшую  прочность  кожуха  и  минимальный  вес  кладки;  днище  может  быть  также  коническим – оно  более  просто  в  изготовлении.      Днище  выполняют  из  немагнитной  стали  (что  позволяет  устанавливать  перемешивающее  устройство),  иногда  из  немагнитной  стали  выполняют  только  центральную  часть  днища.  Для  ускорения  сушки  кладки  в  кожухе  просверливают  отверстия  диаметром  20  мм.

Сводовое  кольцо, в котором  набирается  огнеупорный  свод,  должно  сохранять  геометрические  размеры  в  течении  службы,  передавать  тяжесть  свода  кожуху  печи.  Кольца  изготовляются  сварными  с  водяным  охлаждением  по  внутренней  полости.  Для  подвески  свода  к  порталу  печи  кольцо  снабжено  четырьмя  подъемами  с  отверстиями.

Загрузочное  рабочее  окно  и  выпускное  отверстие  расположены  одно  против  другого.  Размер  загрузочного  окна  должен  устанавливаться  с  таким  расчетом,  чтобы  была  возможность  осматривать  и  заправлять  подину  и откосы  всей  печи,  свободно  вводить  в  печь  мульду  завалочной  машины,  не  задевая  столбиков  и  арки  окна,  и  вытаскивать  из  печи  обломки  электродов.          

     Вырез  в  кожухе  печи  для  загрузочного  окна  обрамляется  литой  рамой,  к  которой  крепятся  направляющие  для  заслонки  и  постель  для  посадки  заслонки.

     Механизмы  подъема  заслонок  выполняют  с  пневматическим,  электромеханическим  или  гидравлическим  приводом.  Заслонки  должны  плотно  прилегать  к  арматуре  загрузочного  окна.  Заслонки  крупных  печей  имеют  водяное  охлаждение.

     В электросталеплавильных  печах  металл  выпускают  через  круглое  (диаметром  120 – 150 мм)  или  прямоугольное  (150 × 250 мм)  отверстие.  На  время  плавки  отверстие  закрывают  огнеупорным  материалом.  Сливной  желоб  имеет  корытообразное  поперечное  сечение  и  прикрепляется  к  кожуху  печи  под  углом  10 – 12º  к  горизонтали.  Футеруется  желоб  шамотным  кирпичом.

     Электрододержатели  сталеплавильных  печей  служат  для  подвода  тока  к  электродам,  зажима  и  удержания  их  на  заданной  высоте.  Работают  электрододержатели    в  трудных  температурных  условиях,  так  как  они  нагреваются  прорывающимися  из  печи  через  зазоры  у  электродов  горячими  газами,  потоком  тепла,  идущим  из  печи  вверх  по  электродам,  и  джоулевым  теплом,  выделяющимся  при  прохождении  через  них  тока.  Электрододержатели  должны  быть  долговечны,  механически  прочны,  иметь  минимальные  электрические  потери  и  надежно  зажимать  электрод,  не  допуская  его  проскальзывания  в  процессе  плавки.

     Электрододержатель  состоит  из  головки  (корпуса),  зажима,  рукава,  каретки  или  телескопической  стойки,  жесткой  части  вторичного  токоподвода.

          Ток  в  плавильное  пространство  дуговой  электропечи  подается  электродами.  Качество  электродов  и  способ  подвода  к  ним  тока  имеют  большое  значение,  так  как  в  электродах  и  контактах  теряется  значительная  часть  подводимой  к  печи  электроэнергии.

     Для  уменьшения  потерь  электроэнергии  необходимо,  чтобы  электрод  обладал  меньшим  удельным  сопротивлением.

     Чтобы  электрод  меньше  окислялся  в  нагретом  состоянии  кислородом  воздуха,  он  должен  иметь  возможно  меньшую  пористость;  электрод  должен  быть  достаточно  прочным,  чтобы  не  разрушаться  под  действием  собственного  веса,  не  ломаться  при  наклоне  печи  во  время  выпуска  металла  и  выдерживать  боковые  удары  при  обвалах  кусков  шихты  в  процессе  ее  плавления.

     В  электропечах  можно  использовать  угольные  и  графитированные  электроды.  Графитированные  электроды  имеют  ряд  существенных  преимуществ  перед  угольными:  у  них  в  4 – 5  раз  более  высокая  проводимость,  что  позволяет  допускать  высокие  плотности  тока,  уменьшает  потери  электроэнергии.  Графитированные  электроды  окисляются  при  более  высокой  температуре,  легко  поддаются  механической  обработке,  их  расход  на  тонну  стали  в  два  раза  ниже  по  сравнению  с  угольными,  поэтому,  несмотря  на  то,  что  графитированные  электроды  в  2  раза  дороже  угольных,  они  находят  преимущественное  применение.

     Чтобы  устранить  потери  электродов  в  процессе  эксплуатации  в  виде  огарков,  электроды  выпускают  цилиндрической  формы  с  торцами,  в  которых  выточено  и  нарезано  «ниппельное  гнездо».  Секции  электродов  соединяют  с  помощью  цилиндрического  или  конического  ниппелей,  имеющие  винтовую  нарезку.  Ниппели  нарезают  из  специальных  заготовок,  обладающих  повышенной  механической  прочностью.  .

          Во  избежание  поломок  электродов  при  деформации  свода  в  процессе  разогрева  отверстия  в  своде  делают  на  40 – 50 мм  больше  диаметра  электрода.  Если  не  принять  специальных  мер,  то  через  зазоры  между  электродом  и  сводом  будет  выходить  большое  количество  печных  газов,  нагретых  до  высокой  температуры.  В  результате  этого  повысится  расход  электроэнергии  на  плавку,  так  как  из  рабочего  пространства  будет  уноситься  много  тепла.  Горячие  газы  нагревают  электроды  до  температуры  выше  500ºС,  вследствие  чего  электроды  начинают  сильно  окисляться.

     Зазоры  вокруг  электродов  уплотняют  с  помощью  экономайзеров.  В  уплотнение,  установленное  на  экономайзере,  подается  тангенциально  вентиляторный  воздух  под  давлением  70  мм  вод. ст.  Вокруг  электрода  образуется  циркуляция  воздушного  потока,  увеличивающая  печные  газы.  При  этом  возрастает  сопротивление  зазора  потоку  газа,  и  выбивание  из  печи  уменьшается.  После  сборки  экономайзер  ставят  на  кольцо  свода. 

Корпус  экономайзера  имеет  водяное  охлаждение.  Затягивающие  сегменты  из  жаропрочной  стали  плотно  прилегают  к  электродам.

     Перемещение  каретки  по  неподвижной  стойке,  необходимое  для  регулирования  длины  дуги,  осуществляется  электрическим  или  гидравлическим  приводом.  Механизмы  перемещения  электродов  должны  обеспечить  быстрый  подъем  электродов  при  обвале  шихты  в  процессе  плавления  (короткое  замыкание)  и  замедленное  опускание  электродов,  чтобы  они  не  могли  погружаться  в  жидкий  металл  или  ударять  в  шихту  во  время  расплавления  ее.  Электроды  не  должны  опускаться  под  влиянием  собственного  веса.  Должно  быть  обеспечено  быстрое  торможение  электрода,  чтобы  легче  устанавливался  заданный  электрический  режим.

     К  механизму  наклона  печи  предъявляются  следующие  основные  требования:

      -плавный,  без  рывков,  наклон  печи  в  сторону  сливного  желоба  на  угол  до  45º  для  слива  металла  в  ковш  и  на  угол  10 – 15º  в  сторону  рабочего  окна  для  скачивания  шлака;

     -легкое  регулирование  скорости  наклона;

минимальное  отклонение  от  вертикали  конца  сливного  желоба,  чтобы  сократить  маневрирование  ковшом  при  выпуске  металла;

     -безопасное  расположение  механизма  наклона  (в  случае  прорыва  металлом  подины);

      -при  скачивании  шлака  брызги  его  не  должны  засорять  механизм.

Печь ДСП–100 имеет два симметрично расположенных  электромеханических  привода.  Каждый  привод  состоит  из  электродвигателя  переменного тока, электромагнитного тормоза, трехступенчатого  цилиндрического  редуктора,  зубчатой  рейки,  шарнирно  через  ось  связанной  с  наклоняющейся  двухсекретной  люлькой  печи.

     Кожух  печи  и  портал  монтируются  на  несущей  люльке  с  двумя  опорными  секторами.  Портал,  несущий  механизмы  перемещения  электродов  и  подъема  свода,  может  быть  расположен  на  двух  отдельных  секторах.

     Водяного  охлаждения  требуют  следующие  узлы  печи:  головки  электрододержателей;  трубчатый  токоподвод;  экономайзеры;  заслонки  основного  и  вспомогательного  окон;  сварная  арка  и  столбики  рабочих  окон;

сводовое  кольцо;  участок  кожуха  над  сливным  отверстием;  патрубок  газоотсоса.

     Водяное  охлаждение  может  также  применяться  для  рукавов,  гибкой  части  вторичного  токоподвода  и  для  верхнего  пояса  жесткости.

     Вода  должна  поступать  под  давлением  не  менее  5  ат.