Дуговая сталеплавильная печь. 2
1.Общая часть.
1.1.Приимущество
Впервые электропечи, появившиеся в конце XIX века были несовершенными и маломощными. Большие трудности возникали при переплаве твердой шихты вследствие нестабильности горения электрической дуги. С совершенствованием техники трехфазного тока, дуговые электропечи получают дальнейшее развитие.
Применение электрической энергии в качестве тепла имеет следующие преимущества перед использованием твердых жидких и газообразных видов топлива:
- Выделение тепла в том месте, где это необходимо, без образования большого количества продуктов сгорания, что позволяет вести процессы при любой атмосфере (окислительной, нейтральной или восстановительной) и при любом давлении (в вакууме, при атмосферном или повышенном давлении)
- Упрощения конструкций металлургических агрегатов и создание условий налаживания высокомеханизированных и автоматизированных процессов.
- Наиболее рациональное использование энергетических ресурсов страны, поскольку для получения электричества можно использовать все виды энергии.
- Возможность быстрого нагрева исходных материалов до любой температуры необходимой для проведения металлургических процессов при точном регулировании скорости их нагрева.
Не менее важным достоинством электропечей является то, что в них хорошо проводить легирование металла элементами которые имеют большое сродство к кислороду.
1.2.Классификация
По назначению рассматриваемые печи разделяют на:
- ферросплавные - предназначенные для выплавки ферросплавов;
- сталеплавильные – предназначенные для выплавки стали;
- шлакоплавильные – предназначенные для переплава шлака.
Электроплавильная печь является агрегатом, в котором тепло, полученное в результате превращения электрической энергии в тепловую, передается расплавляемому материалу. В связи с этим одним из основных признаков классификации электрометаллургических печей является способ преобразования электрической энергии в тепловую.
По этому признаку
- дуговые;
- печи сопротивления;
- комбинированные печи;
- электронно-лучевые;
- индукционные.
В зависимости от положения дуги, дуговые электропечи бывают с закрытой и открытой дугой, а также прямого и косвенного нагрева. В печах косвенного нагрева дуга горит между электродами от некоторого расстояния от расплавляемого материала. Большое теплоизлучение от открытой дуги и связанная с этим маленькая стойкость футеровки ограничивают мощность печей косвенного нагрева.
Такие печи иногда используют для плавки цветных металлов и чугуна в литейных цехах. Печи с закрытой дугой используют для рудотермических процессов (производство ферросплавов), где необходимы высокие для обеспечения восстановительных процессов. В дуговых печах прямого нагрева, которые больше всего применяются в сталеплавильном производстве, дуга горит между вертикально расположенными электродами и нагреваемым материалом. В этих печах ток проходит через металл. В зависимости от направления движения тока печи прямого нагрева различают с проводящей и непроводящей подиной. В печах с непроводящей подиной ток проходит через металл в горизонтальном направлении, а в печах с проводящей подиной, как в горизонтальном, так и вертикальном направлении от верхних электродов к подовым.
Печи сопротивления.
Характеризуются выделением
тепла в специальных
Комбинированные печи.
Сочетают нагрев непосредственно от дуги в результате прохождения тока чрез нагреваемый материал. К этому типу печей можно отнести рудотермические печи с закрытой дугой. Доля тепла, выделяемая в дуге, зависит от характера процесса, значения напряжения, свойств шихтовых материалов и т.д.
Электроннолучевые печи.
Характеризуются нагревом металла в результате бомбардировки его электронами. При этом часть своей энергии электроны передают нагреваемому материалу. Источником электронов служит катод, размещенный в специальной электронной пушке. Электроннолучевые печи используют для производства металлов высокой степени чистоты и получения высококачественных отливок.
Индукционные печи.
В этих печах для качества металла используются токи создаваемые электромагнитной индукцией. По существу индукционные печи являются печами сопротивления, но отличаются от них способом передачи энергии нагреваемому телу. В отличие от печей сопротивления в индукционных печах электрическая энергия превращается сначала в электромагнитную затем снова в электрическую и наконец в тепловую.
Дуговые печи.
Могут быть открытыми и вакуумными. В вакуумных печах из рабочего пространства откачивают воздух и газы, создавая этим вакуум. Плазменные печи могут работать как вакуумные, так и с использованием инертных газов.
Рисунок 1. Схема дуговой печи.
1 – электроды; 2 – металл.
Ферросплавные печи.
-Рафинировочные малой мощности до 10,5 МВа.
-Рудовосстановительные мощностью более 10,5 МВа.
По форме бывают круглые и прямоугольные, по типу открытые, закрытые, герметичные.
Установки переплавов бывают: ЭШП, ВДП, ПДП, ЭЛП.
ЭШП (электрошлаковый переплав) характерной особенностью является отсутствие электрической дуги. Электрическая цепь между расходуемым электродом и наплавляемым слитком, к которым подводится разность потенциалов, замыкается через слой шлака. Твёрдый шлак не проводит ток, а в жидком состоянии шлак становится электропроводным, но обладает высоким сопротивлением. На этом участке электрической цепи выделяется много тепла. Металл электрода в виде капель стекает в ванну кристаллизатор и спустя время кристаллизуется в условиях направленного сверху вниз теплоотвода. Электрошлаковый переплав чаще всего осуществляется на воздухе.
Рисунок 2. Схема ЭШП
1-расходуемый электрод; 2-слой шлака; 3-кристализатор; 4-поддон; 5-слиток; 6-жидкий металл.
ВДП (вакуумно-дуговые печи). Эти печи могут работать как с расходуемым, так и не расходуемым электродом.
Не расходуемый электрод из
вольфрама, графита или
Вакуумные дуговые печи с
Рисунок 3. Схема ВДП
1-механизм подачи электрода; 2-подвод тока к электроду;
3-электрододержетель; 4-уплотнение; 5-вакуум – камера; 6- переплавляемый электрод; 7-подвод тока; 8-кристаллизатор; 9-наплавляемый слиток; 10-гляделка.
ПДП (плазменно-дуговые печи) Эти печи оборудованы плазмотронами и делятся на печи с водоохлаждаемыми металлическими кристаллизаторами и с керамическим тиглем.
ПДП с керамическим тиглем. По конструкции эти печи являются модификацией дуговых сталеплавильных, которые отличаются только тем, что вместо электродов установлены плазмотроны, а для подачи потенциала на нагреваемые металл в подину закладывают подовый электрод. Для уменьшения подсосов воздуха в пространстве печи кожух выполняют герметичным и уплотняют места соприкосновения.
Рисунок 4. Схема ПДП с керамическим тиглем.
1-плазмотрон; 2-отсос газа; 3-затвор; 4-заслонка рабочего окна; 5-гляделка;
6-подовый электрод; 7-выпускное отверстие.
ПДП с водоохлаждаемым кристаллизатором. Эта установка позволяет наплавлять слитки сечением до 450 * 450мм или диаметром до 650мм, длина достигает 2300мм, масса до 5т.
Плавильня камера установки
Рисунок 5. Схема ПДП с водоохлаждаемым кристаллизатором.
1-электрододержатель; 2-стальниковое уплотнение; 3-переплавляемый расходуемый электрод; 4-плазмотроны; 5-источник тока; 6-механизм перемещения поддона; 7-наплавляемый слиток; 8-кристаллизатор.
ЭЛП (электроннолучевые печи) Принцип работы установки ЭЛП состоит в том, что пучок электронов большой мощности бомбардирует исходную металлическую шихту. Металл расплавляется и заполняет медный водоохлаждаемый кристаллизатор. ЭЛП оборудована электронной пушкой, в которой массивный вольфрамовый катод, выполненный в виде диска, нагреваемого в результате бомбардировки электронами от вспомогательного катода, для чего между основным и вспомогательным катодами создается разность потенциалов то 3 до 5 кВт.
Рисунок 6. Схема ЭЛП
1-электроннолучевая пушка; 2-электронный пучок; 3-переплавляемая заготовка;
4-механизм подачи заготовки; 5-кристаллизатор; 6-наплавляемый слиток;
7-механизм вытягивания слитка; 8-отсос газа; 9-гляделка.
2.Специальная часть
2.1.Выбор и обоснование типа
и конструкции
Опыт эксплуатации печей с выкатывающимся корпусом показал, что для таких печей требуется большая площадь для размещения опускающейся площадки и большое число механизмов и металлоконструкций, что увеличивает массу и стоимость установки, вызывает частые неполадки в работе механизмов для выкатывания корпуса и опускания площадки.
В последние годы перешли к более широкому использованию печей в основном с отворачивающимся сводом. Главным преимуществом, которых является:
- экономия производственной площади;
- отсутствие тяжелого портала;
- отсутствие опускающихся площадок.
Современные ДСП имеют гидравлический привод всех основных механизмов. Печи оборудованы мощными трансформаторами, что позволяет осуществлять быстрое расплавление шихты.
2.2.Схемы и описания основных механизмов и элементов печи.
Печь оборудована следующими механизмами и элементами:
- корпус;
- свод;
- опорную конструкцию;
- механизм наклона;
- электрододержатель;
- механизм передвижения электродов;
- вспомогательные механизмы и устройства;
- систему удаления и очистки газов.
Рисунок 7. Дуговая сталеплавильная печь.
1 – электрододержатель; 2- электрод; 3 – газоотборный патрубок;
4 – кронштейн; 5 – содовое кольцо; 6 – корпус; 7 – опорная тумба; 8 – опорная конструкция; 9 – гидроцилиндр механизма наклона; 10 – статор электромагнитного перемещения; 11 - гидроцилиндр механизма подъема свода; 12 - гидроцилиндр механизма поворота свода; 13 - - гидроцилиндр механизма передвижения электродов; 14 – опорно-поворотный вал,
15 – Г-образная стойка; 16 – гибкие кабели; 17 – трубошины; 18 – сливной желоб; 19 – фундаментная балка; 20 – опорный сегмент; 21 – рабочее окно; 22 – песчаный затвор; 23 – уплотнитель электродного отверстия в своде.
Корпус
Корпус, футерованный изнутри, формирует рабочее пространство ДСП, На корпус действуют различные механические нагрузки:
статическая — от веса футеровки и металла, динамическая — при загрузке металлошихты через верх печи, термические напряжения вследствие неравномерного нагрева корпуса до 375—475К, давление футеровки подины и стен вследствие ее теплового расширения во время плавки. Поэтому корпус ДСП должен быть достаточно жестким
и прочным.
Корпус ДСП включает днище, кожух, песчаный затвор, рабочее окно, сливное окно (летка) и сливной желоб (носок).
Днище может быть сферическим или коническим. Сферическое днище придает корпусу наибольшую жесткость. Однако отношение стрелы выпуклости днища к его диаметру ограничено (не более 0,1):
чем больше кривизна, тем труднее изготовить сферическое днище. Поэтому откосы ванны приходится располагать в цилиндрической обечайке верхней части составного днища, что увеличивает объем
футеровки.
Коническое днище и особенно днище с двойным конусом легче в изготовлении, чем сферическое, создает достаточную жесткость корпуса, требует наименьшего объема футеровки вокруг откосов ванны. Такая форма днища позволяет получить наибольшее подобие между профилем ванны металла и статора для электромагнитного перемешивания, полнее использовать магнитный поток последнего и правильно организовать движение жидкого металла.
На ДСП, оборудованных устройством электромагнитного перемешивания, днище изготовляют из немагнитной стали. Поскольку коэффициенты теплового расширения обычной и немагнитной стали различны, немагнитное днище крепят к обечайке не сваркой, а болтами или заклепками. Толщина листа днища для ДСП вместимостью 12—100 т составляет 16—25 мм, для ДСП-200 35 мм. Для выхода паров при сушке футеровки подины в днище просверливают отверстия диаметром 20—30 мм на расстоянии 400—500 мм одного от другого.
На некоторых ДСП высокой и сверхвысокой мощности для увеличения поверхности водоохлаждаемых стен металл сливают через специальное отверстие в футеровке подины (ДСП с донным сливом металла). Днище таких ДСП оборудуют откидным или шиберным затвором с дистанционным управлением.
Кожух может иметь цилиндрическую, коническую или комбинированную обечайку в зависимости от формы свободного пространства и профиля футеровки стен ДСП. Для увеличения жесткости кожух иногда снабжают вертикальными и горизонтальными ребрами. Для облегчения условий труда при холодных ремонтах футеровки стен корпус ДСП делают разъемным в горизонтальной плоскости на уровне откосов ванны. В этом случае нижний фланец кожуха соединяют- с верхним фланцем днища штырями, в которых имеются пазы для забивки клиньев с целью ускорения монтажа и демонтажакожуха.
Кожух сваривают из котельной листовой стали толщиной 16— 40 мм в зависимости от диаметра кожуха. В среднем толщину кожуха можно принять равной 1/200 диаметра. В обечайке кожуха делают вырезы для рабочего и сливного окна. Для увеличения жесткости вырезы с внутренней стороны усиливают накладными листами такой же толщины. Для возможности частичного ремонта обечайку кожуха можно выполнять из отдельных щитов, соединенных между собой болтами. Кожух ДСП высокой и сверхвысокой мощности предназначен для крепления водоохлаждаемых панелей (на внутренней стороне) и для монтажа водопроводов системы охлаждения (на наружной стороне).
Рабочее окно необходимо для обслуживания ДСП во время плавки. Поэтому его размеры должны позволять: осматривать все рабочее пространство, включая центральную часть свода; заправлять всю площадь поверхности подины и нижней части стен; извлекать из печи (при необходимости) обломки графитированных электродов;
свободно вводить в печь мульду с необходимыми материалами с помощью завалочной машины. Ширина окна обычно составляет 0,25— 0,3 диаметра рабочего пространства ДСП; высота окна в зависимости от принятой высоты расположения свода, приблизительно равна 0,8—1,2 ширины окна.
Рисунок 8. Схема рабочего окна.
1 – заслонка; 2 – коробка охлаждения; 3 – направляющая заслонка;
4 – кронштейн
для ломика; 5 – привод заслонки;
6 – пневмоцилиндр привода
Сливной желоб (носок) на ДСП с разъемным корпусом крепят ' к днищу болтами при помощи основания («постели») под углом к горизонтали 8—12° вверх. Желоб имеет корытообразное поперечное сечение в форме трапеции или шестигранника. Длина желоба Должна быть минимально возможной и составляет 1,5—3 м в зависимости от расположения ДСП и ковша (на кране или на ковшевозе). Конец желоба длиной 500—800 мм, разрушаемый жидким металлом, делают съемным (насадка). Толщина листа сварного желоба примерно равна половине толщины листа обечайки и кожуха.
Сливной желоб футеруют шамотным кирпичом или огнеупорной массой. ДСП с донным сливом металла сливного желоба не имеют.
Свод
Свод, закрывающий
рабочее пространство ДСП, устанавливают
на корпус. Свод имеет несколько
отверстий разного диаметра для
ввода графитированных
Сводовое кольцо необходимо для крепления кирпичной футеровки
сферического (купольного) свода. Долговечность футеровки при прочих равных условиях зависит от механической прочности и жесткости оводового кольца. На современных ДСП применяют сварные водоохлаждаемые сводовые кольца. Несмотря на добавочные тепловые потери, водяное охлаждение повышает надежность конструкции свода, устраняя температурное расширение, местные перегревы и коробление кольца, а также охлаждая наиболее нагруженные пятовые кирпичи футеровки свода.
Для уменьшения тепловых потерь применяют сводовые кольца большего диаметра, чем диаметр кожуха. Это позволяет устанавливать свод не на кирпичную кладку стен, а на песчаный затвор корпуса. Приваренный к сводовому кольцу кольцевой «нож» входит в песчаный затвор, уплотняет стык между сводом и корпусом ДСП. Этот «нож» также выполняет функцию фиксатора, позволяющего точно установить свод на корпус и препятствующего его сползанию при наклоне ДСП.
Наклонная внутренняя стенка оводового кольца позволяет обходиться при кладке сферического (купольного) свода без специального пятового кирпича, уменьшая число типоразмеров огнеупорного кирпича и снижая трудоемкость изготовления футеровки. Угол наклона этой стенки выбирают равным половине центрального угла главной арки свода.
Обычно ДСП комплектуют двумя сводовыми кольцами, из которых одно в виде готового свода устанавливают на корпус ДСП, а второе находится на шаблоне для выкладки очередного свода.
Сводовое кольцо на ДСП высокой и сверхвысокой мощности является элементом опорной рамы для водоохлаждаемых панелей и коллектором для подвода и отвода воды. В таком случае сводовое кольцо может быть выполнено в виде двух кольцевых труб или с двухкамерной полостью.
Уплотнители электродных отверстий являются важными элементами эксплуатации свода, влияющими на стойкость его футеровки, удельный расход электроэнергии и электродов. Это 0б'ьясняется тем, что обычно диаметр отверстий для электродов делают на 30—50 мм больше диаметра электрода во избежание заклинивания их при деформации кирпичного свода в процессе разогрева или при эксплуатации. В образующиеся зазоры могут выбиваться горячие печные газы, создавая неблагоприятные тепловые условия для центральной части свода и для электродов. Поэтому главным требованием к конструкции электродных уплотнителей отверстий является надежная герметизация зазора электрод — свод. При этом целесообразно применение водоохлаждаемых уплотнителей для охлаждения электродов и центральной части кирпичного свода. Охлаждение "электрода, выступающего из-под свода, до 700—750 К не только уменьшает окисление, но и снижает тепловыделение по закону Ленца — Джоуля из-за минимального электросопротивления, что также способствует улучшению стойкости свода.
Опорная рама водоохлаждаемого свода имеет форму очень плоской многогранной (по числу водоохлаждаемых панелей в зависимости от размера свода) усеченной пирамиды с углом наклона граней до 5°. Рама состоит из внешнего и внутреннего опорных колец, соединенных радиальными балками. Внешним опорным кольцом служит ранее описанное сводовое кольцо. Внутреннее кольцо в виде многогранника связывает концы балок в жесткую конструкцию. Соединение элементов опорной рамы выполняют с учетом необходимости электрической изоляции для разрыва возможных контуров токов, индуктируемых магнитными полями работающей ДСП.
Механизм вращения ванны сталеплавильной печи.
Печь установлена на четырех роликах 8, расположенных на неподвижных тумбах, и совершает реверсивное вращение на 180°.
Ролики 7 препятствуют смещению ванны в сторону при ее наклоне во время слива сплава н вращения. Привод механизма состоит из электродвигателя, соединенного с ведущим валом двухступенчатого червячного редуктора упругой муфтой 2. На выходном вертикальном валу 3 редуктора установлена звездочка 4, сцепленная с цевками 5, размещенными в цевочном венце 6. Передаточное число червячного редуктора около 1000, цевочной передачи — около 8.
Рисунок 9. Механизм вращения ванны.
Механизм наклона
ДСП наклоняют для скачивания шлака в сторону рабочего окна на угол 10—15° и для слива металла в противоположную сторону на угол 40—45°.Корпус устанавливают на опорную конструкцию с подвижными опорами в виде двух круговых сегментов перекатывающихся по горизонтальным фундаментным балкам под действием механизма наклона. При этом конец сливного носка движется по циклоиде, вызывает необходимость передвижения ковша по мере наклона ДСП.
Механизм наклона является весьма ответственной частью ДСП и должен обеспечить надежность работы и долговечность механизма; легкий, плавный и регулируемый наклон корпуса на соответствующий угол и с соответствующей скоростью; возможно малое отклонение от вертикали конца сливного носка для максимального сокращения маневрирования ковшом при сливе металла; невозможность опрокидывания ДСП при наклоне.
Механизм наклона должен быть защищен от попадания на него жидкого металла в случае проедания подины и от попадания шлака при скачивании последнего.
Основой правильного
расчета механизма наклона
Давление рабочей жидкости в гидроприводе порядка 6,5—13 МПа создают специальной насосной станцией, входящей в комплект оборудования современных ДСП.
Толкатели механизма наклона крепят на шарнирах к опорной конструкции (люльке) ДСП. Она состоит обычно из двух сегментов, соединенных между собой балками. Каждый сегмент выполняют из стального листа толщиной до 40 мм. Нижнюю опорную часть сегмента шириной до 600 мм также выполняют из листа такой же толщины, усиливая для прочности вертикальными и радиально расположенными ребрами. Опорная часть сегмента имеет один-два ряда равномерно расположенных отверстий, в которые при наклоне ДСП входят шипы, установленные на фундаментной балке, для улучшения сцепления опорных поверхностей и предотвращения бокового смещения ДСП. В некоторых случаях шипы устанавливают на опорном листе сегмента.
На верхней поверхности горизонтальной рамы опорной конструкции в зависимости от типа ДСП может быть установлен портал с шахтой для стоек электрододержателей, а также соответствующие механизмы. В проеме между сегментами под днищем корпуса ДСП устанавливают статор электромагнитного перемешивания.
На опорной
конструкции ДСП обычной
Рисунок 10.Механизм наклона ванны.
1 – бак; 2 – электродвигатель; 3 – радиально – поршневой насос; 4 – обратный клапан; 5 – предохранительный клапан; 6 – катушка пилота; 7 – золотник; 8 – катушка пилота; 9 – обратный клапан; 10 – дроссель с регулятором;
11 - обратный клапан; 12 – настройка дросселя.
Электрододержатель и механизм передвижения электродов
Электрододержатель служит для крепления графитированного электрода и для подвода к нему электрического тока.
Электрододержатель работает в тяжелых условиях: воздействие горячих печных газов (при недостаточном уплотнении зазора электрод — свод), повышенная температура и запыленность окружающей среды, тепловой поток от нагретого электрода, интенсивное тепловыделение по закону Джоуля — Ленца при протекании через электрододержатель тока силой 50—100 кА и более.
Поэтому конструкция электрододержателя должна быть надежной, долговечной, механически прочной и жесткой, обеспечивать хороший контакт с поверхностью электрода, создавать необходимую силу трения для уравновешивания веса электрода и удержания его без проскальзывания в процессе плавки (Электрододержатель фрикционного типа), иметь минимальные электрические потери.
Электрододержатель состоит из корпуса, рукава, механизма зажима электрода и токоподвода.
Корпус имеет две выполняющие разные функции части: подвижную, упирающуюся в электрод при помощи механизма зажима и выполняющую роль зажима, и неподвижную, к которой прижимают электрод, подводят при помощи токоподвода электрический ток и которую, как правило, охлаждают водой для уменьшения окисления контактных щек электрододержателя.
При разной кинематике электрододержателя, подвижная часть корпуса может быть в виде:
1) зажимной скобы (хомута), охватывающей половину периметра сечения электрода. Скоба, выполненная из листовой немагнитной стали толщиной 20—30 мм, работает так же, как и вся рычажная система, связывающая ее с механизмом зажима, на растяжение, что упрощает конструкцию и уменьшает расход материалов;
2) нажимной
колодки, упирающейся в электро
Механизм зажима электрода должен создавать постоянное, независимое от внешних условий (например, различное тепловое расширение электрода и корпуса электрододержателя) усилие зажима обеспечивать ход подвижной части корпуса на 20—50 мм для отжима с. целью изменения длины (перепуск) электрода при дистанционном управлении операцией с пульта ДСП. На современных ДСП наиболее распространены пружинно-пневматические (гидравлические) механизмы зажима электрода; зажим — за счет потенциальной энергии предварительно сжатых пружин, отжим — при помощи пневмо (гидро) - цилиндра, сжимающего пружины. На крупных ДСП, укомплектованных насосной станцией, возможна замена пневмо-привода с давлением 0,3—0,4 МПа на гидропривод (давление 6,5 МПа) с целью уменьшения диаметра отжимающего цилиндра.

- Дуговая сталеплавильная печь
- Дуговая сталеплавильная печь ДСП
- Дуговая электросталеплавильная печь ДСП-12
- Дуйскенова Райгуль Женискызы
- Дулат Бабатайұлы
- Думки та вислови мислителів давнього світу про риторику,оратора та красномовство
- Дуниежузи тарихы
- ДСҰ-ның пайда болу тарихы
- Дуализм римского права
- Дуалистические учения Декарта
- Дуалізм Рене Декарта
- Дуговая наплавка и резка. Материалы для газовой сварки и резки.
- Дуговая сварка
- Дуговая сварка балки БП-2