2.3. Краткая характеристика технологии производства и технологического оборудования
Назначение проектируемого объекта: предприятие предназначено для вторичной переработки лома черных металлов.
Годовой объем производства 56862 т/год
Основными структурными производственными подразделениями являются:
плавильный цех,
склад шихтовых материалов,
склад готовой продукции,
ремонтно-механический цех,
транспортный цех.
2.3.1. Плавильный цех
Плавильный цех предназначен для переплава лома черных металлов. Основным оборудованием плавильного цеха является дуговая сталеплавильная печь ДСП-15.
Общее описание печи
В
нашей стране дуговые печи переменного
тока строятся в соответствии с
установленным типовым рядом вместимостей:
0,5; 1,5; 3; 6; 12; 25; 50; 100; 150 и 200 т.
Дуговая электропечь (рис.1) состоит из рабочего пространства (собственно печи) с электродами и токоподводами и механизмов, обеспечивающих наклон печи, удержание и перемещение электродов и загрузку шихты.
Плавку стали ведут в рабочем пространстве; на большинстве печей оно имеет свод и стенки, выполненные из огнеупорного материала. Схема такого рабочего пространства показана на рис 2.
Рис. 1. Дуговая сталеплавильная печь ДСП-200 ёмкостью 200 т: 1 — графитированный электрод диаметром 710 мм; 2 — электрододержатель; 3 — свод; 4 — водоохлаждаемое сводовое кольцо; 5 — цилиндрический кожух; 6 — водоохлаждаемая вспомогательная дверка; 7 — электромеханический механизм поворота печи вокруг вертикальной оси; 8 — электромеханический механизм наклона печи; 9 — сливной носок; 10 — подвижный токоподвод из водоохлаждаемых гибких кабелей; 11 — шток для вертикального перемещения системы стойка — рукав — электродержатель — электрод; 12 — токоподвод из охлаждаемых медных труб.
С
верху
оно ограничено куполообразным сводом
1, снизу сферическим подом 6 и с боков
стенками 2. Огнеупорная кладка пода и
стен заключена в металлический кожух.
Съемный свод набран из огнеупорных
кирпичей, опирающихся на опорное кольцо.
Через три симметрично расположенных в
отводе отверстия в рабочее пространство
введены токоподводящие электроды 9,
которые с помощью специальных механизмов
могут перемещаться вверх и вниз. Печь
питается трехфазным переменным током.
Шихтовые материалы загружают на под
печи, после их расплавления в печи
образуется слой металла и шлака (рис.
2). Плавление и нагрев осуществляются
за счет тепла электрических дуг 5,
возникающих между электродами и жидким
металлом или металлической шихтой.
Рис.2 . Схема рабочего пространства дуговой электропечи
Выпуск готовой продукции и шлака осуществляют через сталевыпускное отверстие 4 и желоб 3 путем наклона рабочего пространства. Рабочее окно 7, закрываемое заслонкой 8, предназначено для контроля за ходом плавки, ремонта пода и загрузки материалов.
Шихту в современных печах загружают сверху в открываемое рабочее пространство с помощью корзины (бадьи) с открывающимся дном; лишь на отдельных ранее построенных печах небольшой емкости (< 40т) сохранилась завалка шихты мульдами через рабочее окно.
Рабочее пространство печи
В поперечном сечении дуговая печь круглая. В продольном сечении профиль рабочего пространства образован сфероконической ванной, стенками над ней и верхней, ограниченной сводом, сферической частью.
Ванна образована нижней сферической честью и откосами, которые наклонены под углом 45˚ к горизонтали. Такой наклон необходим, чтобы магнезитовый порошок при заправке не ссыпался с откосов вниз. Сферическая форма днища кожуха обеспечивает минимальные теплопотери и расход огнеупоров на кладку пода.
Кожух рабочего пространства выполняют сварным из стального листа толщиной 10-40 мм. На больших печах его усиливают наружными вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости. Примерно на уровне порога рабочего окна кожух часто имеет горизонтальный разъем, что позволяет снимать верхнюю часть кожуха во время ремонта футеровки стен и ускорять ремонт. Днище кожуха сферическое.
Рабочее окно выполнено в виде выреза в кожухе печи, в котором крепится П-образная водоохлаждаемая металлическая рама. Рама служит опорой для кирпичной кладки, обеспечивая постоянство контура оконного проема. Окно закрывается футерованной заслонкой, которая перемещается вверх и вниз.
Подина основной печи состоит из изоляционного и рабочего слоев. Изоляционный слой включает укладываемый на металлическое днище кожуха слой листового асбеста, выравнивающий слой шамотного порошка и слой кладки из шамотного кирпича. Рабочий слой включает кладку из нескольких рядов магнезитового кирпича.
Свод печи имеет форму купола. Такую форму получают за счет использования при выкладке свода клиновых и прямых кирпичей. Опорой крайних кирпичей свода служит стальное сводовое кольцо, охватывающее свод до периферии; на средних и крупных печах сводовое кольцо делают водоохлаждаемым. Свод основных печей выкладывают из магнезитохромитового кирпича.
Электрический режим
Электрическая дуга является основным источником тепла в дуговой сталеплавильной печи. Электрическая дуга – это поток электронов и ионов между анодом и катодом. При приложении к ним напряжения достаточной величины происходит эмиссия электронов в катоде, которые, соударяясь с молекулами газа в межэлектродном пространстве, вызывают их ионизацию; при этом положительно заряженные частицы движутся к катоду, а электроны к аноду, создавая дугу. Движущиеся к аноду электроны бомбардируют его, в результате чего кинетическая энергия электронов превращается в тепловую и световую, аналогичный процесс идет на катоде; температура бомбардируемого пятна анода составляет 3600 – 4000 оС, катода 3200 – 3600 оС, а температура столба дуги достигает 6000 оС.
В дуговой сталеплавильной печи дуга горит между электродами и металлом (жидкая ванна, нерасплавившаяся шихта) и представляет собой поток электронов, ионизированных газов и паров металла и шлака. Поскольку дуговые печи питаются переменным током, в течение каждого полупериода меняются катод и анод, а напряжение и сила тока дуги достигают максимума и проходят через ноль. Эмиссия электронов с катода существенно облегчается при повышении температуры катода, поэтому в дуговой печи после расплавления шихты дуга горит более устойчиво, чем в начале плавки при холодной шихте. Длина дуги на больших высокомощных печах может достигать 150 – 200 мм, сила тока 60 – 100 кА.
Технологический процесс плавки
П
лавка
состоит из периодов: 1) заправка печи;
2) загрузка шихты; 3) плавление; 4)
окислительный период; 5) восстановительный
период; 6) выпуск стали. На рис.3 показан
ряд выполняемых в процессе плавки
операций. В случае нашего производства
в плавке отсутствует восстановительный
период, а окислительный практически
совпадает с периодом плавления.
Рис. 3. Технологические операции электроплавки: а – заправка; б – загрузка шихты; в – плавление; г- скачивание шлака; д – печь после расплавления шихты; е – выпуск стали; 1 – заправочная машина; 2 – загрузочная корзина; 3 – стальной лом; 4 – гребок для скачивания шлака; 5 – шлаковый ковш (чаша); 6 – сталеразливочный ковш
Заправка заключается в том, что после выпуска плавки на поврежденные участки набивки пода или на всю ее поверхность забрасывают магнезитовый порошок, что позволяет поддерживать постоянной толщину изнашивающегося слоя набивки. Заправку ведут вручную и с помощью различных заправочных машин.
Загрузка шихты. Загрузку шихты ведут с помощью корзины (бадьи). Ее вводят в открытую печь сверху и, раскрывая дно, высыпают шихту на подину печи. В корзины шихту укладывают в следующей последовательности: на дно кладут часть мелочи, чтобы защитить подину от ударов тяжелых кусков лома, затем в центре укладывают крупный лом, а по периферии средний и сверху – оставшийся мелкий лом. Для уменьшения угара кокс и электронный бой кладут под слой крупного лома.
Плавление. После окончания завалки электроды опускают почти до касания с шихтой и включают ток. Под действием высокой температуры дуг шихта под электролитом плавится, жидкий металл стекает вниз, накапливаясь в центральной части подины. Электроды постепенно опускаются, проплавляя в шихте «колодцы» и достигая крайнего нижнего положения. В дальнейшем по мере увеличения количества жидкого металла электроды поднимаются, так как автоматические регуляторы поддерживают длину дуги постоянной.
Окислительный период. Задачи окислительного периода плавки: а) уменьшить содержание в металле фосфора до 0,01-0,015%; б) уменьшить содержание в металле водорода и азота; в) нагреть металл до температуры выпуска; г) окислить углерод до нижнего предела его требуемого содержания в выплавляемой стали. Особо важную роль в этом периоде играет процесс окисления углерода, поскольку с образующимися при этом пузырями СО удаляются растворенные в металле водород и азот, и пузыри вызывают перемешивание ванны, ускоряющее нагрев металла и удаление в шлак фосфора.
Восстановительный период. Задачами периода являются: а) раскисление металла; б) удаление серы; в) доведение химического состава стали до заданного; г) корректировка температуры. Задачи решаются параллельно в течение всего восстановительного периода; раскисление металла производят осаждающим и дуффузионным методами.
Выпуск стали. Происходит через сталевыпускное отверстие при помощи наклона печи. Для наклона печи при сливе металла служит люлька. Механизм наклона может быть с гидравлическим или электромеханическими приводами. Сталь сливается в ковши, часть стали твердеет на поверхности ковша, таким образом образуются отходы производства.[2]
Дуговая печь ДСП-15,0
1. Свод
2. Кожух
3.Рабочее окно
4. Механизм перемещения электродов 5. Механизм наклона печи
6. Футеровка ванны
7. Желоб сливной