Расчет и разработка конструкции дуговой сталеплавильной печи при использовании топливно-кислородных горелок и жидкого полупродукта

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Ноября 2013 в 19:10, курсовая работа

Описание работы

В дуговых электропечах преобразование электрической энергии в тепло происходит в основном в электрическом разряде, протекающем в газовой или паровой среде. В таком разряде можно сосредоточить в сравнительно небольших объёмах большие мощности и получить очень высокие температуры. При этом в камере печи возникают резкие температурные перепады, и поэтому в ней невозможно получить равномерное распределение температур. По этой же причине здесь трудно обеспечить точное регулирование температуры нагрева и, следовательно, проводить термическую обработку. Для плавки металлов дуговая печь удобна, т.к. высокая концентрация энергии позволяет быстро проводить расплавление.

Содержание работы

ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЛАВКИ 6
1.1 Общее описание дуговой электропечи 6
1.2 Шихтовые материалы 6
1.3 Плавка стали в основной печи 8
2 РАСЧЁТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА 17
3 РАСЧЁТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ 26
3.1 Определение геометрических параметров 26
3.2 Конструкция футеровки ДСП 30
4 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА 35
5 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 48

Файлы: 1 файл

Дуговая сталеплавильная печь ДСП.doc

— 1.54 Мб (Скачать файл)

Кипение и перемешивание обеспечивает также ускорение выравнивания температуры  металла и его нагрев. За время окислительного периода необходимо окислить углерода не менее 0,2-0,3% при выплавке высокоуглеродистой стали (содержащей >6% С) и 0,3-0,4% при выплавке средне- и низкоуглеродистой стали.


Шлак в конце окислительного периода имеет примерно следующий  состав, %: 35-50 CaO; 10-20 SiO2; 4-12 MnO; 6-15 MgO; 3-7 Al2O3; 6-30 FeO; 2-6 Fe2O3; 0,4-1,5 P2O5. содержание окислов железа в шлак зависит от содержания углерода в выплавляемой марке стали; верхний предел характерен для низкоуглеродистых сталей, нижний – для высокоуглеродистых.

Окислительный период заканчивается  тогда, когда углерод окисляется до нижнего предела его содержания в выплавляемой марке стали, а  содержание фосфора снижено до 0,010-0,015%. 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

Задачами восстановительного периода являются:

а) раскисление металла;

б) удаление серы;

в) доведение химического состава стали до заданного;

г) корректировка температуры.

Все эти задачи решаются параллельно  в течение всего восстановительного периода; раскисление металла производят одновременно осаждающим и диффузионным методами.

После удаления окислительного шлака в печь присаживают ферромарганец в количестве, необходимом для обеспечения содержания марганца в металле на его нижнем пределе для выплавляемой стали, а также ферросилиций из расчета введения в металл 0,10-0,15% кремния и алюминий в количестве 0,03-0,1%. Эти добавки вводят для обеспечения осаждающего раскисления металла.


Далее наводят шлак, вводя  в печь известь, плавиковый шпат и  шамотный бой. Через 10-15 мин. шлаковая смесь расплавляется, и после образования жидкоподвижного шлака приступают к диффузионному раскислению. Вначале, в течение 15-20 мин. раскисление ведут смесью, состоящей из извести, плавикового шпата и кокса в соотношении 8:2:1, иногда присаживают один кокс. Далее начинают раскисление молотым 45 или 75%-ным ферросилицием, который вводят в состав раскислительной смеси, содержащей известь, плавиковый шпат, кокс и ферросилиций в соотношении 4:1:1:1, содержание в этой смеси уменьшают. На некоторых марках стали в конце восстановительного периода в состав раскислительной смеси вводят более сильные раскислители – молотый силикокальций и порошкообразный алюминий, а при выплавке ряда низкоуглеродистых сталей диффузионное раскисление ведут без введения кокса в состав раскислительных смесей.

Суть диффузионного раскисления, протекающего в течение всего  периода, заключается в следующем. Так как раскисляющие вещества применяют в порошкообразном виде, плотность их невелика, и они очень медленно опускаются через слой шлака. В шлаке протекают следующие реакции раскисления:

(FeO) + C = Fe + CO;  2·(FeO) + Si = 2·Fe + (SiO2) и т.д.,

в результате содержание FeO в шлаке уменьшается и в соответствии с законом распределения (FeO)/[FeO] = const кислород (в виде FeO) начинает путем диффузии переходить из металла в шлак (диффузионное раскисление). Преимущество диффузионного раскисления заключается в том, что поскольку реакции раскисления идут в шлаке, выплавляемая сталь не загрязняется продуктами раскисления – образующимися окислами. Это способствует получению стали с пониженным содержанием неметаллических включений.

По мере диффузионного  раскисления постепенно уменьшается  содержание FeO в шлаке и пробы застывшего шлака светлеют, а затем становятся почти белыми. Белый шлак конца восстановительного периода электроплавки имеет следующий состав, %: 53-60 CaO; 15-25 SiO2; 7-15 MgO; 5-8 Al2O3; 5-10 CaF2; 0,8-1,5 CaS; < 0,5 FeO; < 0,5 MnO.


Во время восстановительного периода успешно идет десульфурация, поскольку условия для её протекания более благоприятные, чем в других сталеплавильных агрегатах. Хорошая десульфурация объясняется высокой основностью шлака восстановительного периода (CaO/SiO2 = 2,7-3,3) и низким (< 0,5 %) содержанием FeO в шлаке, обеспечивающим сдвиг равновесия реакции десульфурации  [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO)  вправо (в сторону более полного перехода серы в шлак). Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом (S)/[S] в восстановительный период электроплавки составляет 20-50 и может доходить до 60 в электропечи с основной футеровкой можно удалить серу до тысячных долей процента.

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 металл-шлак 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 дополнительное рафинирование – из металла в белый шлак переходит сера и неметаллические включения.

– Порядок легирования

При выплавке легированных сталей в дуговых печах порядок  легирования зависит от сродства легирующих элементов к кислороду. Элементы, обладающие меньшим сродством к кислороду, чем железо (никель, молибден) во время плавки не окисляются и их вводят в начальные периоды плавки – никель в завалку, а молибден в конце плавления или в начале окислительного периода.

Хром и марганец обладают большим сродством к кислороду, чем железо. Поэтому металл легируют хромом и марганцем после слива окислительного шлака в начале восстановительного периода.


Вольфрам обладает большим  сродством к кислороду, чем железо и он может окисляться и его  обычного вводят в начале восстановительного периода. Особенность легирования вольфрамом заключается в том, что из-за высокой температуры плавления он растворяется медленно и для корректировки состава ферровольфрам можно присаживать в ванну не позднее, чем за 30 до выпуска.

Кремний, ванадий и особенно титан, и алюминий обладают большим сродством к кислороду и легко окисляются. Легирование стали феррованадием производят за 15-35 мин. до выпуска, ферросилиций – за 10-20 мин. до выпуска. Ферротитан вводят в печь за 5-15 мин. до выпуска, либо в ковш. Алюминий вводят за 2-3 мин. до выпуска в ковш.

 

2 РАСЧЁТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

 

Плавка в дуговой  сталеплавильной печи состоит из следующих основных периодов (цифры  в скобках характеризуют примерную  продолжительность каждого периода): 1) период расплавления (с подвалкой) (60%); 2) окислительный период (9,4%); 3) период рафинирования (18,2%); 4) период межплавочных простоев, включающий выпуск, заправку, очистку и завалку (12,4%).

В первый период происходит нагрев и расплавление загрузки и  печь потребляет большую часть электроэнергии. Поэтому при проектировании дуговой сталеплавильной печи расчет проводят только для периода расплавления.

Расчет материального баланса  осуществляют на 100 т (100 кг) шихты либо на общую массу металлозавалки.

Для выплавки сплава марки Сталь 70 использована шихта, содержащая  25,18% лом; 18,0% железо горячебрикетированное; 10,74% чугун чушковый передельный. Остальной состав приведен ниже (см. таблицу 1).

 

Таблица 1 – Состав металлозавалки

 

Материал

Масса, кг

%

Чугун передельный

2990

10,74

Оборот кордовый

3000

10,78

Лом ж/д

4020

14,44

Железо горячебрикетированное

5010

18,0

Кокс кусковой

600

2,15

Известь

1200

4,31

Жидкий чугун

4000

14,37

Лом

7010

25,18

ИТОГО

27830

100


 

Химический состав компонентов  шихты и стали в конце периода окисления приведены ниже (см. таблицу 2).


Таблица 2 – Химический состав шихтовых материалов, % по массе

 

Материал

С

Si 

Mn

P

S

Cr

Ni

Cu

Fe

SiO2

MgO

CaO

FeO

Лом

0,27

0,36

0,66

0,03

0,04

0,22

0,24

0,3

97,86

       

Чугун

4,3

0,36

0,27

0,06

0,04

0,022

0,03

0,04

94,82

       

Оборот

0,75

0,21

0,52

0,005

0,009

0,05

0,05

0,05

98,36

       

Лом ж/д

0,6

0,3

1,22

0,04

0,04

     

97,8

       

Железо г/б

1,08

   

0,01

0,011

0,004

0,003

0,005

81

4,3

 

1,3

12,2

Кокс 

89

     

0,8

               

Известь

 

0,05

             

0,6

1,0

93,0

0,5

Масса, кг

954,2

69,3

129,7

8,5

12,8

17,3

20,6

25,6

24428

       

%

3,429

0,249

0,466

0,030

0,046

0,062

0,074

0,091

87,77

       

 

Определяем угар примесей (U) в период расплавления как разность между средним содержанием элемента в шихте и в конце периода расплавления:

, кг;

где - масса металлической части шихты, кг;

 - содержание примеси в шихте, % по массе;

 - содержание элемента в стали в конце периода расплавления, % по массе;

i - выгорающие элементы (C, Si, S, Fe).

Определяем угар примесей:

C = (3,429-0,7)×27830/100 = 759 кг.

Si = (0,249)×27830/100 = 69,3 кг.

S = (0,046-0,035)×27830/100 = 3 кг.

Fe (в дым) = 695,75 кг. (принимаем 2,5 % от массы шихты)


Всего          1527,05 кг.

Принимаем, что 30% С окисляется до СО2, а 70% до СО. исходя из этого, находим расход кислорода на окисление примесей и массу образовавшихся оксидов.


 Расход кислорода в период  расплавления:

, кг;

где – молекулярная масса элемента;

      – молекулярная масса кислорода.

С®СО2          кг.

С®СО           кг.

Si®SiО2        кг.

S®SО2                кг.

Fe(в дым)® Fe2О3(в дым)   кг.

 

Расчеты представим в  виде таблицы 3, принимая С = 759 кг, Si = 69,3 кг, S= 3 кг (см. угар примесей, рассчитанный выше).

 

  Таблица 3 – Расход кислорода в период плавления

 

 

Расход кислорода, кг

Масса оксида, кг

C®CO2

0,3×C×32/12

   607,2

0,3×C+СО2

834,9

C®CO

0,7×C×16/12

708,4

0,7×C+CO

1239,7

Si®SiO2

Si×32/28

79,2

Si+SiO2

148,5

S®SO

S×32/32

3

S+SO

6

Fe®Fe2O3 (в дым)

Fe(в дым) ×48/112

298,1

Fe+Fe2O3

993,8

 

 

Всего

1695

 

Всего

3222


 

Состав шлака в конце  периода расплавления приведен в  таблице 4.

Информация о работе Расчет и разработка конструкции дуговой сталеплавильной печи при использовании топливно-кислородных горелок и жидкого полупродукта