Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Техника безопасности при работе на печи, Мероприятия по охране окружающей среды

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………………………………….……..2

1.Назначение, описание конструкции дуговой сталеплавильной печи………………………………………………………………………………………………..4

2.Расчетная часть………………………………………………………………………….12

2.1.Расчет материального баланса………………………………………………13

2.2.Расчет основных размеров дуговой сталеплавильной печи…18

2.3.Расчет энергетического баланса печи……………………………………21

3.Техника безопасности при работе на печи, Мероприятия по охране окружающей среды…………………………………………………………25

Заключение…………………………………………………………………………………33

Список литературы……………………………………………………………………..34

ВВЕДЕНИЕ

Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ как ни один другой приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов — хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и других, придающих стали особые физические свойства. Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами сталеплавильного производства связаны главным образом с использованием для нагрева металла электрической энергией. Выделение тепла в электропечах происходит либо в самом нагреваемом металле, либо в непосредственной близости от его поверхности. Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать большую мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, в отдельных случаях вплоть до температуры кипения. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавке довольно легко поддаются контролю и регулированию. В отличие от мартеновского и конвертерного процессов выделение тепла в электропечах не связано с потреблением окислителя. Поэтому электроплавка может быть осуществлена в любой атмосфере — окислительной, восстановительной или нейтральной, и в широком диапазоне давлений — в условиях вакуума, при атмосферном или избыточном давлении. Изменяя состав атмосферы и давление газовой фазы, можно менять в нужную сторону условия протекания окислительно-восстановительных процессов, производить по ходу плавки вакуумирование металла или насыщать его тем или иным элементом из газовой фазы. Лучше других агрегатов электропечь приспособлена и для переработки металлического лома. Вся шихта в электропечь может быть загружена в один или два приема, причем твердой шихтой может быть занят весь объем печи, и это не вызовет затруднений в ее расплавлении. Период плавления в электропечах значительно короче, чем в мартеновских печах, работающих скрап-процессом. В электропечах легко выплавлять сталь из восстановленного железа, которое можно загружать в один-два приема или непрерывно подавать в печь с помощью дозирующих устройств, контролируемых электронными вычислительными машинами. В электропечах легко использовать энергию атомных электростанций, что в недалеком будущем будет иметь важное значение. Работа электрических печей легко поддается автоматизации. Следовательно, электропечи — это агрегаты, соответствующие высокоавтоматизированным заводам будущего. Недостатками электропечей по сравнению с кислородными конвертерами являются меньшая производительность при одинаковой емкости и трудность передела больших количеств жидкого чугуна. В электропечах выплавляют сталь обширного сортамента, но печи разного типа и емкости специализируют на выплавку стали сравнительно небольшого круга марок. Разная потребность народного хозяйства в металле определенного назначения и существующие технические и экономические возможности развития электросталеплавильного производства определяют различные темпы увеличения выплавки металла того или иного назначения.

1.НАЗНАЧЕНИЕ, ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИРАБОТЫ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ.

1. Производство стали в электрических печах
В электоропечи можно получать легированную сталь с низким содержанием серы и фосфора, неметаллических включений, при этом потери легирующих элементов значительно меньше.
В процессе электроплавки можно точно регулировать температуру металла и его состав, выплавлять сплавы почти любого состава.
Электрические печи обладают существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные сплавы, нержавеющие шарикоподшипниковые, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в этих печах.
Мощные электропечи успешно применяют для получения низколегированных и высокоуглеродистых сталей мартеновского сортамента. Кроме того, в электропечах получают различные ферросплавы, представляющие собой сплавы железа с элементами, которые необходимо выводить в сталь для легирования и раскисления.
2. Устройство дуговых электропечей
Первая дуговая электропечь в России была установлена в 1910 г. на Обуховском заводе. За годы пятилеток были построены сотни различных печей. Вместимость наиболее крупной печи в СССР 200 т. Печь состоит из железного кожуха цилиндрической формы со сферическим днищем. Внутри кожух имеет огнеупорную футеровку. Плавильное пространство печи закрывается съемным сводом.
Печь имеет рабочее окно и выпускное отверстие со сливным желобом. Питание печи осуществляется трехфазным переменным током. Нагрев и плавление металла осуществляются электрическими мощными дугами, горящими между концами трех электродов и металлом, находящимся в печи. Печь опирается на два опорных сектора, перекатывающихся по станине. Наклон печи в сторону выпуска и рабочего окна осуществляется при помощи реечного механизма. Перед загрузкой печи свод, подвешенный на цепях, поднимают к порталу, затем портал со сводом и электродами отворачивается в сторону сливного желоба и печь загружают бадьей.
3. Механическое оборудование дуговой печи
Кожух печи должен выдерживать нагрузку от массы огнеупоров и металла. Его делают сварным из листового железа толщиной 16–50 мм в зависимости от размеров печи. Форма кожуха определяет профиль рабочего пространства дуговой электропечи. Наиболее распространенным в настоящее время является кожух конической формы. Нижняя часть кожуха имеет форму цилиндра, верхняя часть—конусообразная с расширением кверху. Такая форма кожуха облегчает заправку печи огнеупорным материалом, наклонные стены увеличивают стойкость кладки, так как она дальше расположена от электрических дуг. Используют также кожухи цилиндрической формы с водоохлаждаемыми панелями. Для сохранения правильной цилиндрической формы кожух усиливается ребрами и кольцами жесткости. Днище кожуха обычно выполняется сферическим, что обеспечивает наибольшую прочность кожуха и минимальную массу кладки. Днище выполняют из немагнитной стали для установки под печью электромагнитного перемешивающего устройства.
Сверху печь закрыта сводом. Свод набирают из огнеупорного кирпича в металлическом водоохлаждаемом сводовом кольце, которое выдерживает распирающие усилия арочного сферического свода. В нижней части кольца имеется выступ – нож, который входит в песчаный затвор кожуха печи. В кирпичной кладке свода оставляют три отверстия для электродов. Диаметр отверстий больше диаметра электрода, поэтому во время плавки в зазор устремляются горячие газы, которые разрушают электрод и выносят тепло из печи. Для предотвращения этого на своде устанавливают холодильники или экономайзеры, служащие для уплотнения электродных отверстий и для охлаждения кладки свода. Газодинамические экономайзеры обеспечивают уплотнение с помощью воздушной завесы вокруг электрода. В своде имеется также отверстие для отсоса запыленных газов и отверстие для кислородной фурмы.
Для загрузки шихты в печи небольшой емкости и подгрузки легирующих и флюсов в крупные, печи скачивания шлака, осмотра, заправки и ремонта печи имеется загрузочное окно, обрамленное литой рамой. К раме крепятся направляющие, по которым скользит заслонка. Заслонку футеруют огнеупорным кирпичом. Для подъема заслонки используют пневматический, гидравлический или электромеханический привод.
С противоположной стороны кожух имеет окно для выпуска стали из печи. К окну приварен сливной желоб. Отверстие для выпуска стали может быть круглым диаметром 120—150 мм или квадратным 150 на 250 мм. Сливной желоб имеет корытообразное сечение и приварен к кожуху под углом 10—12° к горизонтали. Изнутри желоб футеруют шамотным кирпичом, длина его составляет 1—2 м.
Электрододержатели служат для подвода тока к электродам и для зажима электродов. Головки электрододержателей делают из бронзы или стали и охлаждают водой, так как они сильно нагреваются как теплом из печи, так и контактными токами. Электрододержатель должен плотно зажимать электрод и иметь небольшое контактное сопротивление. Наиболее распространенным в настоящее время является пружинно-пневматический электрододержатель. Зажим электрода осуществляется при помощи неподвижного кольца и зажимной плиты, которая прижимается к электроду пружиной. Отжатие плиты от электрода и сжатие пружины происходят при помощи сжатого воздуха. Электрододержатель крепится на металлическом рукаве – консоли, который скрепляется с Г-образной подвижной стойкой в одну жесткую конструкцию. Стойка может перемещаться вверх или вниз внутри неподвижной коробчатой стойки. Три неподвижные стойки жестко связаны в одну общую конструкцию, которая покоится на платформе опорной люльки печи. Перемещение подвижных телескопических стоек происходит или с помощью системы тросов и противовесов, приводимых в движение электродвигателями, или с помощью гидравлических устройств. Механизмы перемещения электродов должны обеспечить быстрый подъем электродов в случае обвала шихты в процессе плавления, а также плавное опускание электродов во избежание их погружения в металл или ударов о нерасплавившиеся куски шихты. Скорость подъема электродов составляет 2,5—6,0 м/мин, скорость опускания 1,0— 2,0 м/мин.
Механизм наклона печи должен плавно наклонять печь в сторону выпускного отверстия на угол 40—45° для выпуска стали и на угол 10—15 градусов в сторону рабочего окна для спуска шлака. Станина печи, или люлька, на которой установлен корпус, опирается на два – четыре опорных сектора, которые перекатываются по горизонтальным направляющим. В секторах имеются отверстия, а в направляющих – зубцы, при помощи которых предотвращается проскальзывание секторов при наклоне печи. Наклон печи осуществляется при помощи рейки и зубчатого механизма или гидравлическим приводом. Два цилиндра укреплены на неподвижных опорах фундамента, а штоки шарнирно связаны с опорными секторами люльки печи.
Система загрузки печи бывает двух видов: через завалочное окно мульдозавалочной машиной и через верх при помощи бадьи. Загрузку через окно применяют только на небольших печах.
При загрузке печи сверху в один-два приема в течение 5 мин меньше охлаждается футеровка, сокращается время плавки; уменьшается расход электроэнергии; эффективнее используется объем печи. Для загрузки печи свод приподнимают на 150—200 мм над кожухом печи и поворачивают в сторону вместе с электродами, полностью открывая рабочее пространство печи для введения бадьи с шихтой. Свод печи подвешен к раме. Она соединена с неподвижными стойками электрододержателей в одну жесткую конструкцию, покоящуюся на поворотной консоли, которая укреплена на опорном подшипнике. Крупные печи имеют поворотную башню, в которой сосредоточены все механизмы отворота свода. Башня вращается вокруг шарнира на катках по дугообразному рельсу. Бадья представляет собой стальной цилиндр, диаметр которого меньше диаметра рабочего пространства печи. Снизу цилиндра имеются подвижные гибкие сектора, концы которых стягиваются через кольца тросом. Взвешивание и загрузка шихты производятся на шихтовом дворе электросталеплавильного цеха. Бадья на тележке подается в цех, поднимается краном и опускается в печь. При помощи вспомогательного подъема крана трос выдергивают из проушин секторов и при подъеме бадьи сектора раскрываются и шихта вываливается в печь в том порядке, в каком она была уложена в бадье.
При использовании в качестве шихты металлизованных окатышей загрузка может производиться непрерывно по трубопроводу, который проходит в отверстие в своде печи.
Во время плавления электроды прорезают в шихте три колодца, на дне которых накапливается жидкий металл. Для ускорения расплавления печи оборудуются поворотным устройством, которое поворачивает корпус в одну и другую сторону на угол в 80°. При этом электроды прорезают в шихте уже девять колодцев. Для поворота корпуса приподнимают свод, поднимают электроды выше уровня шихты и поворачивают корпус при помощи зубчатого венца, прикрепленного к корпусу, и шестерен. Корпус печи опирается на ролики.
4. Очистка отходящих газов
Современные крупные сталеплавильные дуговые печи во время работы выделяют в атмосферу большое количество запыленных газов. Применение кислорода и порошкообразных материалов еще более способствует этому. Содержание пыли в газах электродуговых печей достигает 10 г/м^3 и значительно превышает норму. Для улавливания пыли производят отсос газов из рабочего пространства печей мощным вентилятором. Для этого в своде печи делают четвертое отверстие с патрубком для газоотсоса. Патрубок через зазор, позволяющий наклонять или вращать печь, подходит к стационарному трубопроводу. По пути газы разбавляются воздухом, необходимым для дожигания СО. Затем газы охлаждаются водяными форсунками в теплообменнике и направляются в систему труб Вентури, в которых пыль задерживается в результате увлажнения. Применяют также тканевые фильтры, дезинтеграторы и электрофильтры. Используют системы газоочистки, включающие полностью весь электросталеплавильный цех, с установкой зонтов дымоотсоса под крышей цеха над электропечами.
5. Футеровка печей
Большинство дуговых печей имеет основную футеровку, состоящую из материалов на основе MgO. Футеровка печи создает ванну для металла и играет роль теплоизолирующего слоя, уменьшающего потери тепла. Основные части футеровки – подина печи, стены, свод. Температура в зоне электрических дуг достигает нескольких тысяч градусов. Хотя футеровка электропечи отделена от дуг, она все же должна выдерживать нагрев до температуры 1700°С. В связи с этим применяемые для футеровки материалы должны обладать высокой огнеупорностью, механической прочностью, термо- и химической устойчивостью. Подину сталеплавильной печи набирают в следующем порядке. На стальной кожух укладывают листовой асбест, на асбест—слой шамотного порошка, два слоя шамотного кирпича и основной слой из магнезитового кирпича. На магнезитовой кирпичной подине набивают рабочий слой из магнезитового порошка со смолой и пеком — продуктом нефтепереработки. Толщина набивного слоя составляет 200 мм. Общая толщина подины равна примерно глубине ванны и может достигать 1 м для крупных печей. Стены печи выкладывают после соответствующей прокладки асбеста и шамотного кирпича из крупноразмерного безобжигового магнезитохромитового кирпича длиной до 430 мм. Кладка стен может выполняться из кирпичей в железных кассетах, которые обеспечивают сваривание кирпичей в один монолитный блок. Стойкость стен достигает 100—150 плавок. Стойкость подины составляет один-два года. В трудных условиях работает футеровка свода печи. Она выдерживает большие тепловые нагрузки от горящих дуг и тепла, отражаемого шлаком. Своды крупных печей набирают из магнезитохромитового кирпича. При наборе свода используют нормальный и фасонный кирпич. В поперечном сечении свод имеет форму арки, что обеспечивает плотное сцепление кирпичей между собой. Стойкость свода составляет 50 – 100 плавок. Она зависит от электрического режима плавки, от длительности пребывания в печи жидкого металла, состава выплавляемых стали, шлака. В настоящее время широкое распространение получают водоохлаждаемые своды и стеновые панели. Эти элементы облегчают службу футеровки.
Ток в плавильное пространство печи подается через электроды, собранные из секций, каждая из которых представляет собой круглую заготовку диаметром от 100 до 610 мм и длиной до 1500 мм. В малых электропечах используют угольные электроды, в крупных – графитированные. Графитированные электроды изготавливают из малозольных углеродистых материалов: нефтяного кокса, смолы, пека. Электродную массу смешивают и прессуют, после чего сырая заготовка обжигается в газовых печах при 1300 градусах и подвергается дополнительному графитирующему обжигу при температуре 2600 – 2800 градусах в электрических печах сопротивления. В процессе эксплуатации в результате окисления печными газами и распыления при горении дуги электроды сгорают. По мере укорачивания электрод опускают в печь. При этом электрододержатель приближается к своду. Наступает момент, когда электрод становится настолько коротким, что не может поддерживать дугу, и его необходимо наращивать. Для наращивания электродов в концах секций сделаны отверстия с резьбой, куда ввинчивается переходник-ниппель, при помощи которого соединяются отдельные секции. Расход электродов составляет 5—9 кг на тонну выплавляемой стали.
Электрическая дуга—один из видов электрического разряда, при котором ток проходит через ионизированные газы, пары металлов. При кратковременном сближении электродов с шихтой или друг с другом возникает короткое замыкание. Идет ток большой силы. Концы электродов раскаляются добела. При раздвигании электродов между ними возникает электрическая дуга. С раскаленного катода происходит термоэлектронная эмиссия электронов, которые, направляясь к аноду, сталкиваются с нейтральными молекулами газа и ионизируют их. Отрицательные ионы направляются к аноду, положительные к катоду. Пространство между анодом и катодом становится ионизированным, токопроводящим. Бомбардировка анода электронами и ионами вызывает сильный его разогрев. Температура анода может достигать 4000 градусов. Дуга может гореть на постоянном и на переменном токе. Электродуговые печи работают на переменном токе. В последнее время в ФРГ построена электродуговая печь на постоянном токе.
В первую половину периода, когда катодом является электрод, дуга горит. При перемене полярности, когда катодом становится шихта — металл, дуга гаснет, так как в начальный период плавки металл еще не нагрет и его температура недостаточна для эмиссии электронов. Поэтому в начальный период плавки дуга горит неспокойно, прерывисто. После того как ванна покрывается слоем шлака, дуга стабилизируется и горит более ровно.
6. Электрооборудование
Рабочее напряжение электродуговых печей составляет 100 – 800 В, а сила тока измеряется десятками тысяч ампер. Мощность отдельной установки может достигать 50 – 140 МВ*А. К подстанции электросталеплавильного цеха подают ток напряжением до 110 кВ. Высоким напряжением питаются первичные обмотки печных трансформаторов. На показана упрощенная схема электрического питания печи. В электрическое оборудование дуговой печи входят производства ремонтных работ на печи. следующие приборы:
1. Воздушный разъединитель, предназначен для отключения всей электропечной установки от линии высокого напряжения во время
2. Главный автоматический выключатель, служит для отключения под нагрузкой электрической цепи, по которой протекает ток высокого напряжения. При неплотной укладке шихты в печи в начале плавки, когда шихта еще холодная, дуги горят неустойчиво, происходят обвалы шихты и возникают короткие замыкания между электродами. При этом си ла тока резко возрастает. Это приводит к большим перегрузкам трансформатора, который может выйти из строя. Когда сила тока превысит установленный предел, выключатель автоматически отключает установку, для чего имеется реле максимальной силы тока.
3. Печной трансформатор необходим для преобразования высокого напряжения в низкое (с 6—10 кВ до 100—800 В). Обмотки высокого и низкого напряжения и магнитопроводы, на которых они помещены, располагаются в баке с маслом, служащим для охлаждения обмоток. Охлаждение создается принудительным перекачиванием масла из трансформаторного кожуха в бак теплообменника, в котором масло охлаждается водой. Трансформатор устанавливают рядом с электропечью в специальном помещении. Он имеет устройство, позволяющее переключать обмотки по ступеням и таким образом ступенчато регулировать подаваемое в печь напряжение. Так, например, трансформатор для 200-т отечественной печи мощностью 65 МВ*А имеет 23 ступени напряжения, которые переключаются под нагрузкой, без отключения печи.
Участок электрической сети от трансформатора до электродов называется короткой сетью. Выходящие из стены трансформаторной подстанции фидеры при помощи гибких, водоохлаждаемых кабелей подают напряжение на электрододержатель. Длина гибкого участка должна позволять производить нужный наклон печи и отворачивать свод для загрузки. Гибкие кабели соединяются с медными водоохлаждаемыми шинами, установленными на рукавах электрододержателей. Трубошины непосредственно присоединены к головке электрододержателя, зажимающей электрод. Помимо указанных основных узлов электрической сети в нее входит различная измерительная аппаратура, подсоединяемая к линиям тока через трансформаторы тока или напряжения, а также приборы автоматического регулирования процесса плавки.
7. Автоматическое регулирование
По ходу плавки в электродуговую печь требуется подавать различное количество энергии. Менять подачу мощности можно изменением напряжения или силы тока дуги. Регулирование напряжения производится переключением обмоток трансформатора. Регулирование силы тока осуществляется изменением расстояния между электродом и шихтой путем подъема или опускания электродов. При этом напряжение дуги не изменяется. Опускание или подъем электродов производятся автоматически при помощи автоматических регуляторов, установленных на каждой фазе печи. В современных печах заданная программа электрического режима может быть установлена на весь период плавки.
8. Устройство для электромагнитного перемешивания металла
Для перемешивания металла в крупных дуговых печах, для ускорения и облегчения проведения технологических операций скачивания шлака под днищем печи в коробке устанавливается электрическая обмотка, которая охлаждается водой или сжатым воздухом. Обмотки статора питаются от двухфазного генератора током низкой частоты, что создает бегущее магнитное поле, которое захватывает ванну жидкого металла и вызывает движение нижних слоев металла вдоль подины печи в направлении движения поля. Верхние слои металла вместе с прилегающим к нему шлаком движутся в обратную сторону. Таким образом можно направить движение либо в сторону рабочего окна, что будет облегчать выход шлака из печи, либо в сторону сливного отверстия, что будет благоприятствовать равномерному распределению легирующих и раскислителей и усреднению состава металла и его температуры. Этот метод в последнее время имеет ограниченное применение, так как в сверхмощных печах металл активно перемешивается дугами.

2.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Рассчитать и спроектировать дуговую сталеплавильную печь емкостью 125 тонн для выплавки якорных цепей(Ст3ц). Состав шихты: металлический лом 99,0% электродный бой 1,0%.

2.1.МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

Таблица № 1.Химический состав стали Ст3Сп

C	Mn	Si	S	p
0,14-0,22	0,35,-0,65	0,17-0,37	0,040	0,040

Расчет ведем на 100 кг.Принимаем, что для плавки стали используют 99% лома и 1% электродного боя.

Таблица № 2 .Химический состав шихтовых материалов.

Составляющие шихты	C	Si	Mn	Cr	Al	P	S	Зола	Fe
Металлолом	0.4	0.3	0.3	-	-	0.05	0.05	-	Ост
FeMn	6.0	2	7.2	-	-	0.3	0.3	-	Ост
FeSi	0.12	72	0.4	-	2.5	0.4	0.3	-	Ост
Al	-	-	-	-	9.8	-	-	-	2
Кокс	80.0	-	-	-	-	-	-	18	-

Таблица № 3.Состав шлакообразующих материалов

Материал	CaO	Mg	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaF2	P2O5	C02	H2O	S	Cr2O3
Известь	92.0	3.3	2.5	1.0	0.60	-	0.10	0.20	0.20	0.10	-
Железная руда	0.10	0.50	6.25	2.5	90.0	-	0.15	-	0.70-	-	-
Плавиковый скат	0.40	-	3.1	0.2	0.80	95.0	-	0.30	-	0.20	-
Магнезитохромит	2.0	66.0	6.5	4.0	11.5	-	-	-	-	-	10.0
Магнезит	3.5	90.2	3.45	0.8	2.0	-	-	-	-	-	-
Шамот	0.7	0.3	62.0	35.0	2.0	-	-	-	-	-	-
Зола кокса	5.0	1.0	48.7	25.0	20.0	-	0.3	-	-	-	-

Определим, какое количество элементов вносят составляющие шихты.

Таблица № 4 Вносимое количество вносимое шихтой.

Компонент	Вес.кг	C	Si	Mn	P	S	Fe
Металлолом	99	0.398	0.299	0.299	0.050	0.050	98.4
Кокс	1	0.400	-	-	-	0.010	-
Итого	100.0	0.798	0.299	0.299	0.050	0.060	98.4

Имея эти данные и табл. Определяем к-во кислорода необходимого для окисления примесей.

Таблица № 5.Количество кислорода необходимое для окисления примесей

Элемент	Окисляется ,кг.	Химические уравнения	Требуется кислорода,кг.
C	0.898-0.10=0.798	C=1/2O₂=CO	0.798/12*16=0.930
Si	0.299-0=0.299	Si+O₂=SiO₂	0.299/28*32=0.340
Mn	0.299-0.10=0.030	Mn+1/2O₂=MnO	0.199/55*16=0.057
P	0.050-0.20=0.030	2P+2.5O₂=P₂O₅	0.030/62*80=0.039
Fe	1968*0.88	2Fe+1.5O2=Fe₂O₃	1.978/112480.88=0.746
Fe	1968*0.12	Fe+0.5O₂=FeO	1.978/76160.12=0.053
Всего			2.05

Угар железа составляет 2 %. Прейдет в шлак и улетучится в хоне эл дуг.

98.4-0.02=1.968

Остается в ванне: 98.400-1.968-=96.432

Поступает в шлак из металла кг:

Si (0.229*28)/32=0.261

Mn (0.199*71)/55=0.257

P₂O₅ (0.030*142)/62=0.069

FeO (1.968*0.12*0.72)/56=0.170

Fe₂O₃ (1.968*0.88*1.60)/112=2.770

Железная руда в количестве 1 кг вносит 0.27 кг кислорода. Тогда расход железной руды составит:

2.05/0.27=7.59

Поступит в шлак с железной рудой:

CaO 7.59*0.001=0.007

MgO 7.59*0.003=0.022

SiO₂ 7.59*0.063=0.478

Al₂O₃ 7.59*0.025=0.189

P₂O₅ 7.59*0.0015=0.011

Fe₂O₃ 7.59*0.9=6.831

Принимаем расход электродного боя для разжижения шлака 1 кг. Поступает при этом в шлак кг.

CaO 1.0*0.007=0.007

MgO 1.0*0.003=0.002

SiO₃ 1.0*0.0620=0.0310

Al₂O₃ 1.0*0.020=0.175

Fe₂O₃ 1.0*0.020=0.010

Принимаем расход магнезитохромитового кирпича 0.2 кг. Поступает в шлак из магнезитохромитового кирпича, кг.

SiO₂ 0.2*0.065=0.013

Al₂O₃ 0.2*0.040=0.008

Fe₂O₃=0.2*0.12=0.024

Cr₂O₃ 0.2*0.10=0.020

CaO 0.2*0.02=0.04

MgO 0.2*0.66=0.132

Принимаем, что в шлак переходит 1.5 кг магнезитовой подины и откосов в кг.

CaO 1.5*0.035=0.053

MgO 1.5* 0.90=1.350

SiO2 1.5*0.035=0.053

Al₂O₃ 1.5*0.008=0.012

Fe₂O₃ 1.5*0.020=0.030

Поступает в шлак из золы кокса кг.

CaO 0.09*0.05=0.05

MgO 0.09*0.01=0.01

SiO₂ 0.09*0.49=0.49

Al₂O₃ 0.09*0.25=0.23

Fe₂O₃ 0.09*0.20=0.018

P₂O₅ 0.09*0.003=Следы

Всего вносится SiO2

0.261+0.278+0.310+0.013+0.053+0.49=1.159

Принимаем основность шлака (CaO/SiO₂) =3

Тогда необходимо количество CaO

1.228* 3=4.164кг.

Принимаем содержание CaO в извести равным 95%. Тогда расход извести составит кг. 4.164/0.95=4.38

В шлак с известью поступает

CaO 4.38*0.92=4.030

MgO 4.38*0.033=0.140

SiO 4.38*0.025=0.110

Al₂O₃ 4.38*0.010=0.040

Fe₂O₃ 4.38*0.006=0.030

P₂O₅ 4.38*0.001=0.004

Таблица № 6. Состав и количество шлака.

Всего	3.379	4.354	0.441	1.498	0.201	0.991	7.538	17.502
Cr₂O₃	-	-	-	-	0.020	-	-	0.020
P₂O₅	0.0669	0.004	-	-	-	-	0.011	0.673
MnO	0.257	-	-	-	-	-	-	0.257
Fe₂O₃	2.487	0.030	0.020	0.030	0.024	0.018	6.831	9.44
FeO	0.305	-	-	-	-	-	-	0.305
Al₂O₃	-	0.040	0.350	0.012	0.008	0.023	0.189	0.622
Si₂O₃	0.261	0.110	0.0620	0.053	0.013	0.044	0.0478	1.021
MgO	-	0.140	0.002	1.350	0.132	0.001	0.022	1.647
CaO	-	4.030	0.007	0.053	0.004	0.005	0.007	4.106
Источник поступления окислов	Металл	Известь	Шамот	Полина и откосы	Свод	Зола кокса	Железная руда

Расчет количества раскислителей и науглероживателей.

Расчет ферромарганца содержащего 75% Mn,

Где 0.50 содержится Mn в готовой стали %.

0.10 содержится Mn в стали перед раскислением.

0.75 содержится Mn в 1 кг ферромарганца.

0.95 степень усвоения Mn%

Расход ферросилиция содержащего 75% Si

0.27/(0.75*0.90=0.4 кг

Недостающее количество углерода вносится ферросплавами и дополнительной приладкой в ковш.

Окончательное раскисление производят алюминием в количестве 200кг/тили 20кг/100кг шихты.

Таблица№7. Материальный баланс плавки.

Приход	Кг	%	Расход	Кг	%
Металлолом	99.0	87	Сталь	97.592	80.2
Кокс	0.5	0.42	Шлак	17.5	17.19
Жел. руда	7.59	5.45	СО+СО₂+О₂	1.997	1.1
Известь	4.38	3.69	Улет железа
Эл. бой	1.0	0.42	98.4-0.02-0.85	2.402	1.7
Свод	0.2	0.17	Неучтенные потери и невязка
Подина	1.5	1.26		-4.383
Ферромарганец	0.56	0.57
Ферросилиций	0.4	0.34
Алюминий	0.02
Итого	115.1	100		115.1	100

2.2.РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ.

Наиболее распространенная форма ванны дуговой сталеплавильной печи-сфероконическая с углом между образующей и осью конуса, равным 45⁰.

Объем жидкого металла в дуговой сталеплавильной печи емкостью G=125 тонн равен V=uG=0,145*125=14,5мᵌ , где U=0,155 мᵌ/т-удельный объем жидкой стали.

Диаметр зеркала металла вычислим по формуле

Где коэффициент С выбираем из нижеприведенной таблицы, принимая значение D/H=5,0

D/H	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0
C	1,043	1,064	1,085	1,106	1,127	1,149	1,165

Глубина ванны жидкого металла H=5,3/5,0=1,06 м.

Принимая расчетный объем шлака равным 0,1 V, найдем

Откуда определим высоту слоя шлака

65,8 мм.

И диаметр зеркала шлака

Уровень порога рабочего окна должен быть расположен выше уровня зеркала на 40 мм, а уровень откосов-на 65мм выше уровня порога рабочего окна. Тогда диаметр ванны на уровне откосов равен.

Высота плавильного пространства и толщина футеровки зависит от емкости печи.

В соответствии с приведенными рекомендациями находим

Футеровка подины имеет толщину 960 мм и состоит из огнеупорной магнезитовой набивки толщиной 125 мм, огнеупорной кладки из магнезитового кирпича толщиной 575 мм и шамота-легковесатолщиной 260 мм.

Футеровка стен на уровне откосов( =500мм.) состоит из магнезитового кирпича толщиной 460 мм с засыпкой зазора между кладкой и кожухом шириной 40 мм магнезитовой засыпкой.

Внутренний диаметр кожуха Толщину магнезитовой футеровки в верхней части стен принимаем равной Свод выполняют из хромомагнезитового кирпича толщиной Стрела пролета свода печи принимается равной 15% пролета (внутреннего диаметра) свода т.е.

Размеры рабочего окна выбираем из условий удобства загрузки в печь шлакообразующих и легирующих материалов мульдами: b*h=1600*1600 мм.

2.3.РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА ПЕЧИ.

Тепло вносимое материалами:

Q₁=99*0.11*20=218-ккал-металлом.

Q₂=0.560.162*20=1.81 ккал- ферромарганец

Q₃=0.40*0.178*20=1.42 ккал-ферросилиций

Q₄=0.02*0.214*20=0.09 ккал алюминий

Q₅=4.38*0.174*20=15.24 ккал известь

Q₆=7.59*0.24*500=1346.40 ккал железная руда

Q₇=1*0.205*20=2.05 ккал эл бой

Q₈=0.2080.228600=26.40 ккал свод

Q₉=0.50*0.205*20=2.05ккал кокс

Q₁₀=1.5*0.238.*20=7.14 ккал подина

Всего 1621.50 ккал.

Тепло экзотермических реакций.

Окисление углерода и кокса( до CO₂ окисляются 0.11 кг) дает тепла:

0.11*8137=895.07 ккал

До СО окисляется 1.630+0.070=1.70кг углерода и выделяется тепла:

1.70*2452=4168 ккал.

При окислении кремния по реакции:

Si+2FeO=SiO₂+2Fe; H=-74790 ккал/моль.

Или на 1 кг кремния2707=890.6 ккал

При окислении марганца по реакции:

MnO+FeO=MnO+Fe; H=-28600 ккал/моль

Или на 1 кг марганца -520 ккал.

Выделится тепла(0.199+0.021) *520=114.4 ккал.

Фосфор окисляется по реакции:

2P+5FeO=P₂O₅+5Fe; H=-2P+5FeO=P₂O₅+5Fe; H=-35835 ккал/моль или на 1 кг фосфора-578 ккал.

Выделится тепла

0.030*578=17.34 ккал.

Окисление железа по реакции:

4/3 Fe+O₂=2/3Fe₂O₃ , H=-1301333 ккал/моль.

Или выделится на 1 кг железа – 1742 ккал;

Выделится тепла: 1,741*1742=3032 ккал;

Окисление железа по реакции:

2Fe+O₂=2FeO, H=-129000 ккал/моль или на 1 кг. Железа 1151 ккал.

Выделится тепла: 0.237*1151=273.20 ккал.

Окисления алюминия по реакции.

2Al+3FeO=3Fe+Al₂O₃, H=-188050 ккал/моль.

Или на 1 кг. Алюминия 3482 ккал

Выделится тепла: 0,02*3482=69,64 ккал.

Всего экзотермические реакции принесут тепла.

859,07+4168,40+890,60+114,40+17,34+3032,19+273,20+69,64=9,460,84ккал.

3.Тепло реакции шлакообразования:

2CaO+SiO₂=(CaO)₂SiO₂, H=-33200 ккал/моль. Или на 1 кг. SiO₂ - 553 ккал.

Выделится тепла: 1,498*553=828,39 ккал.

В шлаке содержится 0.09кг. Р₂О₅, что даст тепла:

0,09*1131=101,79 ккал.

Из кокса перешло в металл),400кг углерода, что даст тепла:

0,40*425=170 ккал

Всего приход тепла (без электроэнергии)

1621,50+9460,84+930,19+270,00=12182,52 ккал.

РАСХОД ТЕПЛА

Вес выпущенного металла 97,592 кг, температура металла на выпуске 1600⁰С. Для нагрева металла жо температуры металлана выпуске потремуется тепла:

97,592[0,167*1450+68+0,2(1600-1450)]=33195,92ккал,

Где 0.167- теплоемкость металла до температуры плавления, ккал/кг⁰С;

68-скрытая теплот-а плавления стали,ккал/кг

0.2-теплоемкость жидкой стали, ккал/кг⁰С.

2. Теплосодержание шлака в количестве 21,172 кг при температуре 1600⁰С и теплоемкости основного шлака.

С=0,175+0,00007 t=0,175+0,00007*1600=0,278 ккал/кг⁰С.

Скрытая теплота плавления шлака 50 ккал/кг.

Жидкий шлак уносит тепла:

21,172(0,287*1600+50) =19780,78 ккал.

3. Потери тепла с отходящими газами.

Средняя температура отходящих газов 1200⁰С. Расчет электропотерь приведен в таблице.

Таблица№ 8.Расчет теплопотерь.

Газ	Объем, мᵌ	Теплосодержание 1 мᵌ газа при 1200⁰С, ккал.	Потери тепла ккал
СО	0,768*22,4/28=0.61	411,89	251,25
СО₂	0.03*22,4/44=0,015	651,79	9,78
Всего			261,03

Всего расход тепла на эндотермические реакции принимаем 15% от теплосодержания шлака т.е.

10780,78*0.15=1617,12 ккал.

Потери тепла с охлаждающей водой через окно, кладкой, поверхностью печи, в трансформаторе равными( по практическим данным) 37% от теплосодержания стали, т.е.

33195,92*0.37=12282,49 ккал.

Общий расход тепла :

33195,82+10780,78+261,03+1617,12+1228249=59137,24ккал

Количество тепла, которое нужно ввести за счет электрической энергии:

58137,24-12182,52=45954,72 ккал.

Таблица № 9.Тепловой баланс.

Приход тепла	Ккал	%	Расход тепла	Ккал	%
Электроэнергия	45954.82	79,05	Теплосодержание стали	33195,92	57,10
Физическое тепло материалов	1621,50	2,79	Теплосодержание шлака	10780,78	18,55
Экзотермические реакции	9460,84	16,3	Потери тепла с газом	261,03	0.45
Тепло шлакообразования	930,18	1.60	Эндотермические реакции	1617,12	2,78
Тепло от горения кокса	170,00	0.3	Потери тепла	12282,49	21,13
	50137,34	100		58137,34	100

3.ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ НА ПЕЧИ.МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Электропечи должны иметь ограничители наклона, самотормозящие устройства и блокировку для автоматического выключения тока с электродов при наклоне печи на выпуск металла. Пускатели наклона печей должны быть установлены в таком месте, чтобы с него видно было струю жидкого металла, идущую из печи, и крановщика, участвующего в разливке металла. Направление вращения маховичка пускателя (контролера) должно совпадать с направлением наклона печи. На щитах и пультах управления электропечей должны быть установлены сигнальные лампы, говорящие о включении напряжения на электроде или отключении его. Установка электродов, осмотр печи и другие работы, связанные с непосредственным соприкосновением с электродами, а также замена заслонок допускаются только при отключенном напряжении. Наращивание электродов во время работы печи запрещается. Работы по наращиванию электродов.выполняются на специальных станках. Электропечи должны быть оборудованы площадками с лестницами для удобной и безопасной замены электродов. Полы перед щитами или пультами управления, а также перед пусковыми устройствами электродвигателей наклона печи должны быть покрыты диэлектрическими резиновыми ковриками. Вокруг всей рабочей площадки должны быть перила с глухим металлическим ограждением высотой 1200 мм. Поднятие и опускание заслонок завалочных окон электропечей должно быть механизированно с устройством автоматических ограничителей подъема. Для предупреждения падения заслонки (при обрыве крюка, цепи, троса) должны быть предусмотрены направляющие с нижними упорами. Приямок у печи для спуска жидкого шлака должен быть водонепроницаемым и снабжен металлическим разъемным перекрытием. Во время скачивания шлака устанавливаются щиты, предохраняющие рабочих от брызг шлака. Скачивание (сливание) шлака должно производиться только в сухие шлакоприемники. Охлаждение шлака водой категорически запрещается. Все системы водяного охлаждения должны иметь трубки для отвода пара в случае его образования. Прогоревшие экономайзеры, рамы, крышки и заслонки должны немедленно заменяться. Температура отходящей воды должна быть не выше +50°С. При обнаружении прогара пода или стенок печи охлаждение должно производиться только сжатым воздухом. Охлаждение водой категорически запрещается. Работы по очистке мусора и шлака под печью разрешается производить только при отключенной печи. Шихтовые материалы, загружаемые в печь, а также инструмент и приспособления, применяемые в процессе плавки, должны быть сухими. Загрузка шихты, подшихтовка, введение присадок, перемешивание расплавленного металла, снятие шлака и взятие проб должны производиться только при выключенном напряжении. Перед выпуском металла из печи футеровка желоба должна быть тщательно отремонтирована и хорошо просушена. При ремонте сводов становиться на футеровку запрещается. При капитальных ремонтах кладки электропечи следует пользоваться защитными очками. Кислородные баллоны необходимо предохранять от ударов и воздействия лучистой энергии электропечи. При работе с кислородом нельзя пользоваться замасленными рукавицами, грязными шлангами и инструментами.

Черная металлургия является одной из основных отраслей промышленности, которая в значительной мере влияет на окружающую среду: нарушение земель за счет открытой добычи полезных ископаемых, а также за счет шлаконакопителей; загрязнение атмосферы твердыми, газообразными и жидкими вредными веществами; загрязнение водоемов твердыми и химически вредными веществами, маслами и эмульсиями. По экспертным оценкам, удельный выход твердых, газообразных и жидких отходов на 1 т проката, в том числе труб, в целом по черной металлургии составляет: вскрышные и вмещающие породы J500—2500 кг; шлаки 500—1000 кг; шламы 80г120 кг; сухая пыль 80—120 кг; окалина 30—40 кг; сточные воды 250—300 м3; технологические газы 8000—10000 м3; аспирационный воздух 30—50 тыс.м3; горючие газы 2000— 2500 м3.

Суммарно отходы черной металлургии составляют сотни миллионов тонн в год и превышают выпуск черных металлов в 2—4 раза. Кроме загрязнения окружающей среды, вместе с отходами выбрасывается значительная часть денных продуктов, которые можно использовать при соответствующей их подготовке и переработке.

Развитие черной металлургии всегда было тесно связано с вопросами создания безотходной технологии, с использованием отходов в собственных производствах или смежных отраслях промышленности. Особенно интенсивно эти вопросы разрабатывались в последние 1015 лет.

Например, доменный газ, в составе которого находятся до 30% СО, практически полностью используют в качестве топлива. Естественно, что перед использованием этот газ очищают от пыли с 25—50 до концентрации 310 мг/м3. Полностью используют и коксовый газ, который также очищают от смолы, частично от сероводорода и других химических компонентов. Уловленные продукты коксохимического производства полностью используют.

Также широко используют в стране шлаки доменного, сталеплавильного и ферросплавного производств. Для подготовки к использованию доменных шлаков в отрасли сооружены грануляционные установки, в том числе и непосредственно у доменных печей, которые выпускают различную продукцию: граншлак, шла копемза, шлаковата, каменное литье. Сталеплавильные шлаки используют в значительно меньшей мере. После соответствующей подготовки их используют в собственном производстве (доменном), сельском хозяйстве для раскисления почв, а при наличии в шлаках фосфора — в качестве фосфорного удобрения. Значительные работы ведут и по рекультивации нарушенных земель в результате проведения открытой добычи рудных и нерудных полезных ископаемых. В гораздо меньшей стеце ни используются хвосты обогащения руд и угля.

Загрязнение почвы в общей сумме загрязнений окружающей среды занимает незначительное место, а основной ущерб природе и человеку наносят загрязнения атмосферы и водоемов.