Проэкт дуговой сталеплавильной печи ДСВ-80т
Запорізької державної
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
ЗМК ЗДІА КР 5.05040103.11.01.ПЗ
Студент Кузьмін Д.А.
Група ЕМ-08 1/9
Міністерство освіти і науки України
Запорізький металургійний коледж
Запорізької державної інженерної академії
ПРОЕКТ ДУГОВОЇ
Пояснювальна записка з курсового проекту з предмету:
„Конструкція
ЗМК ЗДІА.КР.5.05040103.11.01.ПЗ.
Розробив
ст.гр. ЕМ-08 1/9
Керівник
проекту
Запоріжжя 2010
Міністерство освіти і науки України
Запорізький металургійний
коледж
Запорізької державної інженерної академії
Пояснювальна записка
до курсового проекту
З ПРЕДМЕТУ Конструкція електрометалургійних агрегатів____
______________________________
______________________________
НА ТЕМУ Проект
дугової сталеплавильної печі з поворотним
склепінням з ємністю 60 тонн ______________________________
СТУДЕНТА ІІІ КУРСУ СПЕЦІАЬНОСТІ 5.05040103
”Електрометалургія сталі і феросплавів”
______________________________
Кузьміна Дмитра Андрійовича
(прізвище, ім я, по батькові)
ПРОЕКТАНТ
КЕРІВНИК ПРОЕКТУ
Запоріжжя 2010
Реферат
Вступ
1.Загальна частина
1.1.Переваги електронагріву
1.2.Класифікація і
2.Спеціальна частина
2.1.Вибір і обгрунтування
виробництва феросиліцію
2.2.Схеми і описання
основних механізмів печі
2.3.Футерівка печі
2.4.Топографія зносу
і шляхи підвищення стійкості футерівки печі
3. Розрахункова частина
3.1.Розрахунок основних
електричних і геометричних
4. Охорона праці і
захист навколишнього
4.1.Характеристика шкідливих і небезпечних факторів, що виникають
при експлуатації печі
4.2.Заходи щодо захисту навколишнього
середовища
4.3.Техніка безпеки при
Література
Додаток 1 Технічна характеристика печі
Додаток 2 Специфікація графічної частини
Додаток 3 Завдання на курсове проектування
1.Загальна частина
1.1.Перевага електронагріву
Переваги електроплавління в порівнянні з іншими способами сталеплавильного виробництва пов'язані з використанням для нагріву металу електричної енергії. Виділення тепла в електропечах відбувається або в металі, що нагрівається, або в безпосередній близькості від його поверхні. Це дозволяє в порівняно невеликому об'ємі сконцентрувати значну потужність і нагрівати метал з великою швидкістю до високих температур, в окремих випадках до температури кипіння. Витрата тепла і зміна температури металу при електроплавленні відносно легко піддаються контролю і регулюванню.
Електрометалургія сталі і феросплавів – це галузь науки і техніки, що розвивається. Розвиток сучасної техніки і промисловості базується головним чином на застосуванні металів. Маючи метал, що володіє певними механічними і фізичними властивостями, можна споруджувати могутні гідроелектростанції, атомні реактори, будівельні конструкції і виготовляти апарати хімічного виробництва, ракети і електронні машини.
Електросталеплавильному
Переваги електронагріву:
– можливість швидкого нагріву початкових матеріалів практично до будь-якої необхідної для проведення процесу температури, при точному регулюванні швидкості нагріву;
– спрощення конструкцій металургійних агрегатів і створення умов налагодження високомеханізованих і автоматизованих процесів;
– виділення тепла в тому місці, де це необхідно без утворення великої кількості продуктів згорання, що дозволяє вести процеси при будь-якій атмосфері і при будь-якому тиску;
- найбільш раціональне використання енергетичних ресурсів країни, оскільки для виробництва електрики можна використовувати всі види енергії.
Електросталеплавильному способу належить провідна роль у виробництві якісної і високолегованої сталі. Завдяки ряду принципових особливостей цей спосіб пристосований для отримання різноманітного по складу високоякісного металу з низьким вмістом сірки, фосфору, кисню і інших шкідливих або небажаних домішок і високим вмістом легуючих елементів – хрому, нікелю, марганцю, кремнію, молібдену, вольфраму, ванадію, титану, цирконію і інших елементів, що передають сталі особливі властивості.
На відміну від мартенівського і конвертерного процесів виділення тепла в електропечах не пов'язане із споживанням окислювача. Тому електроплавлення можна проводити в будь-якій атмосфері – окислювальної, відновної або нейтральної, і в широкому діапазоні тиску – в умовах вакууму, при атмосферному або надмірному тиску. Змінюючи склад атмосфери і тиск газової фази можна змінювати в потрібному напрямі умови протікання окислювально-відновних процесів, проводити по ходу плавки вакуумування металу або насищати його деякими елементами з газової фази.
Електропіч
краще за інші агрегати
У електропечах виплавляють сталь обширного сортаменту, але печі різного типа і місткості спеціалізують на виплавці сталі порівняно невеликого числа марок. Різна потреба народного господарства в металі певного призначення, у наявні технічні і економічні можливості розвитку електросталеплавильного виробництва визначають різні темпи збільшення виплавки сталі в електропечах різного типа. Метал, вироблений в електропечах, по сортаменту можна розділити на п'ять груп:
1) метал для дрібного сталевого і чавунного розливу, що виплавляється в індукційних і дугових печах малої місткості переважно з кислим футеруванням на машинобудівних заводах або в ливарних цехах металургійних заводів;
2) інструментальна і спеціальна сталі високої якості, що виплавляються в основному в цехах з дуговими електропечами малої(5-15 т) місткості.
3) конструкційна легована і інші аналогічні сталі, що виплавляються в середніх і крупних дугових печах(100 т);
4) малолегована і рядова сталі загального призначення, що виплавляються в великих дугових печах.
5) сталі і сплави з особливими властивостями спеціального призначення, що виплавляються або піддаються рафінуючій переплавці в спеціальних агрегатах - вакуумно-дугових, плазменно-дугових, електронно-променевих і електрошлакових печах.
Перші три групи є традиційним
електропічним сортаментом.
1.2.Класифікація і призначення електрометалургійних печей.
Феросплавні печі призначені для ряду електротермічних виробництв, наприклад для отримання феросплавів, які об'єднуються під більш загальною назвою: рудновідновлювальні печі. Вони працюють як із закритою так і відкритою дугою.
За призначенням феросплавні печі діляться на відновновлювальні, рафінувальні, а по конструкції: відкриті та закриті.
Процеси виплавки можуть бути безперервними – з безперервним завантаженням шихти, і періодичними. Процеси виплавки феросплавів розрізняються по кількості шлаку, що утворюється, на безшлакові і шлакові.
Феросплавні печі можуть бути однофазні і трифазні.
Відкриті і закриті печі по конструкції однакові. Проте зменшення тепловипромінювання в закритих печах дозволяє скоротити відстань між печами в цехах, тим самим понизити витрати матеріалів на їх споруду. Завантаження шихти в закритих печах повністю механізоване.
Печі для рафінувальних
процесів забезпечені
За способом перетворення електричної енергії в теплову печі ділять на:
1). Печі опору
1- електрод, що розплавляється
2- водоохолоджуваний кристалізатор
3-розплавлений шлак
4 - злиток, що наплавляється
Рисунок 1. Однофазна схема переплаву злитків.
ЕШП розроблений інститутом електрозварювання імені Платона. Характерною особливістю є відсутність електричної дуги. Електричний ланцюг між електродом, що витрачається, і злитком, що наплавляється, до яких підводиться різниця потенціалів, замикається через шар шлаку. Твердий шлак не проводить струм. У рідкому стані шлак стає електропровідним, але володіє високим опором, на цій ділянці ланцюга виділяється багато тепла, шлак розплавляється, внаслідок чого оплавляється занурений в нього кінець електроду. Метал у вигляді крапель перетікає у ванну кристалізатора і через деякий час кристалізується в умовах направленого зверху вниз тепловідвідника . ЕШП здійснюють на повітрі.
а – з нерухомим злитком і кристалізатором; б – з нерухомим кристалізатором і опускаючим по ходу плавки злитком; в – з нерухомим злитком і піднімаючим по ходу плавки кристалізатором
Рисунок 2.Схеми конструкцій електрошлакових печей
1-трансформатори
2-електроди що разплавляється
3-кристалізатор
4-злитки
Рисунок 3.Електрошлакова піч для виплавки листових злитків
2). Вакуумно-дугові печі
1-переплавляємий електрод
2-затравка
3-поддон
4-охолоджуємий кристалізатор
5-злиток
6-механізм переміщення
Рисунок 4.Схема вакуумнодугової печі
ВДП можуть працювати з електродом, що витрачається і не витрачається. Електрод, що не витрачається, складається з вольфраму, карбідів, графіту, виконує функції тільки провідника струму того, що підводить його до зони горіння дуги. ВДП з електродом, що витрачається, широко використовують для отримання злитків з тугоплавких і хімічно активних металів, а також сталі і сплавів на основі Ni.
Робоча камера є центральним вузлом, навколо якого вмонтовується решта частин печі; звичайно камери виконують у вигляді зварного циліндра. Розміри робочої камери визначаються розмірами електродів, що переплавляються. Висота камери повинна забезпечувати можливість розміщення в ній і в кристалізаторі електроду необхідної довжини. Діаметр визначають з умови можливості доступу в робочу камеру обслуговуючого персоналу.
Кристалізатор виконує декілька функцій, в ньому накопичується рідкий метал і формується злиток. Стінки кристалізатора є провідником електричного струму, по якому струм підводиться до злитки далі в зону електричної дуги. Через стінки кристалізатора відводиться тепло, що акумулюється. Піддон закриває кристалізатор знизу, забезпечуючи герметичність печі, також є електроведучою частиною. Через нього проходить значна частка того, що виділяється в дузі тепла. Піддон має потужне водяне охолоджування.
3). Установки плазмено-дугового переплаву з водоохолоджувальним кристалізатором
- електрод, що розплавляється;
- плазмотрон;
- кристалізатор;
- злиток, що наплавляється.
Рисунок 5. Плазмово – дугова піч з водоохолоджувальним кристалізатором.
Установки ПДП дозволяють наплавляти злитки до 450 х 450 мм або діаметром до 650 мм, довжини до 2300 мм і маси до 5 тонн.
Плавильна камера ПДП– щільний резервуар, що складається з двох усічених конусів, сполучених болтами. До верхнього конуса через ізоляційне кільце кріпиться заготівка, потім з боків – патрубки для кріплення плазмотронів. Плазмотрони розташовуються радіально під кутом до осі заготівки і осі кристалізатора. На нижньому конусі кріпиться плита кристалізатора і камера злитка з механізмом витягування і розвантаження злитка. Кристалізатор складається з трьох поясів,2 мідних і 1-го сталевого. Струмоведучим штоком з кристалізатора витягується злиток в камеру. Підйом і опускання камери із злитком здійснюється за допомогою 4-х гідроциліндрів.
4). Електронно – проміневі печі
1 – електрод який розходується;
2 – електронна гармата;
3 – вакуумна камера;
4 – кристалізатор;
5 - злиток;
А - з залежною дугою Б - не залежною дугою
Рисунок 6. Схема електронно-променевої печі.
Зміст установки ЕПП полягає в тому, що шар електронів, великої потужності, бомбардує початкову металеву шихту. Метал розплавляється і заповнює мідний водоохолоджуваний кристалізатор.
5). Дугова піч
У дугових печах прямого нагріву, що набули найбільшого поширення в сталеплавильному виробництві, дуга горить між вертикально розташованими електродами і матеріалом, що нагрівається. Струм дуги проходить через матеріал. Залежно від переважного напряму руху струму розрізняють печі з непровідним і провідним подом.
У цих печах електроенергія дуги перетворюється на тепло і передається матеріалу, що нагрівається, випромінюванням. Велике тепловипромінювання від відкритої дуги і пов'язана з цим мала стійкість футерівки обмежують потужність печей непрямого нагріву.
а – непрямого нагріву; б – прямого нагріву; в – змішаного нагріву; г – плазмового нагріву
1-електричні дуги
2-електроди
3-нагрітий метал
4-тверда шихта
5-електроди
Рисунок 7. Схеми дугових електропечей
При непрямому нагріві електричні дуги 1 горять між електродами 2 на деякій відстані від металу, а при прямому - між електродами 5 й нагріваємим металом, що є однією з ділянок електричного ланцюга. Для виробництва сталі в промислових умовах використовують переважно печі прямого нагріву.
У печах змішаного нагріву дуги горять під шаром твердої шихти 4, що оточує електроди. Шихта нагрівається теплом, що виділяється в дузі й безпосередньо в самій шихті при проходженні через неї електричного струму. Застосовуються такі печі головним чином для виробництва феросплавів і чавуну.
В установках плазмового нагріву тепло переноситься іонізованим потоком газу (аргон), який подається під тиском у плазмотрон 5. У цьому випадку можливість нагріву металу до 20000°С. Плазмені печі використовують для виплавки спеціальних сталей, сплавів і чистих металів.[1,2,4]
2. Спеціальна частина
2.1. Вибір і обґрунтування типу і конструкції печі
Курсовим проектом пропонується дугова сталеплавильна піч з поворотним склепінням з ємністтю 60 тонн.
Форма кожуха визначає
форму плавильного простору
Використання електричної енергії(електричного струму) можливість розплавляти шихту практично любого сплаву, точне регулювання температури металу та його хімічного складу підштовхнуло промисловість до використання ДСП. Сьогодні дугові печі виробляють різні марки сталі і чавуну, а також можуть бути джерелами сировини для АКП і МНЛЗ. [2]
2.2. Описання основних механізмів і елементів печі
Дугова сталеплавильна піч
Корпус призначений для утворення робочого простору печі. Він складається із днища 1 і кожуха 3. Днище - це частина корпуса печі, розташоване нижче порога робочого вікна. Воно служить основою для футерівки, що утворить ванну для рідкого металу й шлаків. Нижня частина 8 днища виконана сферичною. До днища приварене коробчасте кільце жорсткості 6, до якого кріплять кільцеву рейку 7 і зубчасті сегменти механізму повороту корпуса печі.
1-днище
2-кільце
3-кожух
4-робоче вікно
5-рівень порогу
6-кільце жорсткості
7-кільцева рейка
8-нижня частина днища
Рисунок 8. Корпус печі
Робоче вікно складається з водоохолоджуємої арки 6, рами 3, заслінки 7, порога 9, гребінки 8. Арка обрамляє виріз у кожусі під робоче вікно, утримує й охолоджує футерівку верхньої й бічної частин вікна в районі вирізу й охороняє футерівку від пошкоджень при введенні мульди в робоче вікно.
Заслінка прикриває робоче вікно для зменшення втрат тепла й виходу газів з печі. Для запобігання від прогару заслінка виконана водоохолоджуємою і із закругленою верхньою частиною, щоб не утворювалися парові «мішки».
Відвід води здійснюється у верхній частині заслінки. Рівномірне охолодження заслінки забезпечується встановленням усередині заслінки направляючих перегородок. У нижній частині заслінки передбачений отвір, що закривається заслінкою 5. Через нього відбирають проби металу й шлаків, вимірюють температуру металу й виконують інші операції.
Для забезпечення щільного закриття вікна печі заслінка розміщена в направляючих, площина яких нахилена до вертикалі на 8°. При цьому заслінка під дією власної ваги притискається до направляючих рами.
1-елктродвигун
2-червячний редуктор з барабаном
3-рама
4-направляючі блоки
5-заслінка
6-арка
7-заслінка
8-гребенки
9-порог
10-ланцюг
Рисунок 9. Робоче вікно печі
Кожух печі
Курсовим проектом пропонується використовувати кожух із циліндричноконічними стінками.
Кожух - це частина корпуса, розташований вище порога робочого вікна. За формою кожух виконаний циліндроконічним. Кожух з'єднаний із днищем за допомогою пальців із клинами, що дозволяє від'єднувати й знімати його під час ремонту футерівки. До верхньої частини кожуха кріпиться кільце 2 піскового затвору. У корпусі зроблені два вирізи для робочого вікна 4 і зливного отвору 5, які для посилення корпуса обрамлені литими рамами. До рами корпуса біля зливного отвору під кутом 12° до горизонталі закріплений зливний носок, що представляє собою футерований відкритий жолоб. Довжина зливного носка залежить від розташування печі в пічному прольоті цеху й може становити від 1 до 3 м.
Робочий простір печі визначається конфігурацією кожуха, який в існуючих електропечей має різну форму. Більш широко використовуються печі з похилими, циліндроконічними й циліндричними стінками; рідше зустрічаються печі зі стінками діжкоподібної форми. При цьому у всіх випадках форма склепіння й ванни, що вміщає метал і шлаки, однакова. Ванна, утворена футерівкою подини, має сфероконічну форму; нижня її частина сферична, а укоси 2, нахилені під кутом 45° до горизонталі. Такий нахил необхідний, щоб магнезитовий порошок при заправленні не зсипався з укосів униз (кут природного укосу магнезиту близький до 45°).
Сферична форма днища кожуха забезпечує мінімальні тепловтрати й витрату вогнетривів на кладку подини
а - кожух із циліндричними стінками; б – з діжкоподібними;
в - з похилими; г - із циліндроконічними;
1 - кожух; 2 - укоси; 3 - рознімання кожуха; 4 - футерівка; 5 - кільцевий жолоб;
6 - кільце склепіння; 7 - отвір у склепінні для електрода; 8 - робоче вікно
Рисунок 10.Форма кожуха й робочого простору печей
Механізм переміщення електродів
Курсовим проектом пропонується використовувати механізми переміщення електродів з кареткою
По конструктивному
виконані механізмів
Електрод притуляється до головки електродотримача пружиною. Для визволення електрода вона стискається поршнем пневмоцеліндра. Шток поршня з’єднан з головкою електродотримача системою ричагів.
Головку електродотримача кріплять до несучого рукаву, який виконують із труб. На електропечах великою ємністю рукава виконують роз’єднаними і частину рукаву, притулені до головки, охолоджують водою.
В процесі плавки
розташування електродів
а, б - з кареткою; в - телескопічним стояком
1 - привід;
2 - противага;
3 - нерухомий стояк;
4 - канат;
5 - каретка;
6 - блок;
7 - рукав електродотримача;
8 - електрод;
9 - рейка;
10 - рухливий стояк;
11 - гідроциліндр.
Рисунок 11. Механізми затиску й переміщення електродів
Схеми електродотримачів
Електродотримач служить для затиску й утримання електрода в заданому положенні й для підведення до нього струму.
Він складається з рукава й закріплених на ньому голівки, затискного механізму й струмопідводу. Найбільше застосування отримали електродотримачі із пружинно-пневматичним механізмом затиску електрода.
Конструктивне виконання електродотримачів відрізняється різноманіттям, але залежно від способу затиску електрода в головці їх можна звести до двох різновидів.
В одному різновиді головка виконана у вигляді кільця або півкільця й рухливої натискної колодки. Електрод у робочому положенні затиснутий у кільці колодкою за рахунок зусилля пружини. Якщо потрібно звільнити електрод, то в пневмоциліндр подають повітря, поршень і важільний механізм стискає пружину, переміщає колодку вправо, звільняючи електрод.
У другому різновиді головка складається з нерухомої колодки й хомута, що охоплює електрод.
а – з рухливою натискною колодкою й нерухомим хомутом;
б – з нерухомою натискною колодкою й рухливим хомутом;
1 - півкільце;
2 - електрод;
3 - колодка;
4 - шток;
5 - пружина;
6 - пневмоциліндр;
7 - система важелів;
8 - хомут;
9 - рукав електродотримача;
10 – каретка
Рисунок 12. Схеми електродотримачів
Електрод притиснутий до струмоведучої колодки за допомогою хомута за рахунок зусилля пружини, переданої важільною системою 7.
При подачі повітря в пневмоциліндр, хомут зміщається вліво, звільняючи електрод.
Голівка електроізольована від рукава; на середніх і великих печах елементи голівки охолоджують водою. Струм до голівки подається за допомогою шин або труб, закріплених на ізоляторах зверху рукава.
