Розрахунок основних розмірів відновної та рафінувальних печей

Міністерство освіти

Російської Федерації

Липецький Державний технічнийуніверситет

Кафедра металургії

Домашнє завдання

з предмету В«ЕлектрометалургіяВ»

Розрахунок основних розмірів відновноїі рафінувальних печей

виконати:Валуйський тобто в.

ЧС - 98 - 2

ВЗЯВ: ВЕЧІРв. н.

Липецьк-2002

ЗАВДАННЯ

Визначити основні розміри відновної печі длявиплавки 45% FeSi для добової продуктивності.

Продуктивність печі на добу = 50 т.

Визначити основні параметри рафінувальних печі длявиплавки низьковуглецевого FeCrдля добової продуктивності.

Продуктивність печі на добу = 10 т.

ЗМІСТ

Введення

1. Визначенняосновних параметрів відновних електропечей

1.1 Визначенняпотужності трансформатора і електричних параметрів відновної печі

1.2 Визначеннягеометричних розмірів відновної печі

2. Визначенняосновних параметрів рафінувальних електропечей

2.1 Визначенняелектричних параметрів рафінувальних печі

2.2 Визначеннягеометричних параметрів рафінувальних печі

Бібліографічнийсписок.

ВСТУП

В нижче проведену роботу ми виробляємо розрахунок основнихрозмірів і параметрів феросплавних печей, в яких ми отримуємо різніферосплави. Феросплави - це сплави заліза з кремнієм, марганцем, хромом,вольфрамом і іншими елементами, що застосовуються при виробництві сталі дляполіпшення її властивостей і легування. Вводити в сталь потрібний елемент не у виглядічистого металу, а у вигляді його сплаву з залізом зручніше внаслідок нижчоїтемператури його плавлення і вигідніше, так як вартість провідного елементу всплаві з залізом нижче в порівнянні з вартістю технічно чистого металу.

Початковою сировиною для отримання феросплавів служать руди абоконцентрати. Для виробництва основних сплавів - феросиліцію, феромарганцю іферохрому - використовують руди, так як в них високий вміст оксидів елемента,підмета відновленню. При виробництві ферровольфрама, феромолібдену,феррованадия, Феротитан та інших сплавів руду внаслідок малої концентрації вній корисного елемента збагачують, отримуючи концентрат з досить високимвмістом оксидів основного елемента.

Феросплави отримують відновленням окислів відповіднихметалів. Для отримання будь-якого сплаву необхідно вибрати відповіднийвідновник і створити умови, що забезпечують високу витяг цінного(Провідного) елемента з сировини, що переробляється. Користуючись законамитермодинаміки, можна визначити хімічна спорідненість елементів до кисню. Зазростанням цього спорідненості елементи розподіляються в наступний ряд: Ni, Fе, Мn, V, Сr, Si, Ti, Al, Mg, Ca. Кожен нижчий елемент можеслужити відновлювачем для вищестоящого. Особливе місце займає вуглець,який може відновлювати ці елементи лише при перевищенні температури вищепевних значень, зростаючих у міру збільшення хімічної спорідненості докисню кожного елемента, наприклад, розрахунки показують, що для марганцю цятемпература становить близько 1150 В° С, для кремнію 1450 В° С і для алюмінію 1900оС.

Відбудовні процеси полегшуються, якщо вони проходять вприсутності заліза або його оксидів. Розчиняючи відновлений елемент абоутворюючи з ним хімічна сполука, залізо зменшує його активність, виводитьйого із зони реакції, перешкоджає зворотної реакції-окислення. У ряді випадківтемпература плавлення сплаву з залізом нижче температури плавленнявідновлюваного елемента, отже, реакція може протікати при більшнизькій температурі.

Залежно від виду застосовуваного відновлювача розрізняютьтри основних способи отримання феросплавів: углевосстановітельний,силікотермічеським і алюмінотермічеським. Найбільш дешевим є вуглець,тому його використовують при виробництві вуглецевих феромарганцю іферохрому, а також всіх сплавів з кремнієм (кремній перешкоджає переходувуглецю в сплав). Реакції відновлення металів і їх оксидів вуглецемендотермічну, тому углевосстановітельний процес вимагає підведення тепла.Повнота вилучення провідного елементу залежить від температури і тиску, прияких ведуть процес, від складу шлаку і сплаву.

силікотермічеським і алюмінотермічеським способами отримуютьферосплави зі зниженим або дуже низьким вмістом вуглецю:середньовуглецевого і маловуглецевої феромарганець і, безуглеродістий феррохром,металеві хром і марганець, феросплави і лігатури з титаном, ванадієм,вольфрамом, молібденом, цирконієм, бором та іншими металами. Коливиділяється при екзотермічних реакціях тепла достатньо для отриманняметалу і шлаку в рідкому вигляді, плавку проводять у відокремлених вогнищах -футерованих шахтах. При нестачі тепла плавку проводять в дугових печахсталеплавильного типу.

Тепер проведемо короткий опис самих феросплавних печей.

Відновлювальні феросплавні печі працюють безперервно. Впрацюючої печі електроди занурені в тверду шихту, яку поповнюють у міруїї проплавлення; сплав і шлак випускають періодично. Печі цього типу оснащеніпотужними трансформаторами (7,5-65 MB. A). Печі трифазні, стаціонарні абообертові раніше виготовляли відкритими, а нові печі закриті склепіннями.

Дугові руднотермічних печі призначені для виробництварізних феросплавів, кристалічного кремнію, технічного хрому імарганцю, карбіду кальцію, а також для отримання тітаністий, марганцевих ісинтетичних шлаків. Підводиться до печі потужність виділяється в дуговому розряді,в шихті і розплаві. При цьому розподіл потужності визначається типом печі івластивостями шихтових матеріалів, шлаку та металу. У печах, виплавляють,наприклад, висококремністие феросплави, більшою мірою виражений дуговогорежим, а при виплавці вуглецевого феромарганцю - режим опору. Впрацюючої печі струм протікає як по електродів через дуговий розряд за схемою"Зірка", так і через шихту за схемою "трикутник" і"Зірка". Тому для трифазної печі необхідно розглядати суміщеннявертикального і горизонтального електричних полів, тобто тривимірне поле.

У процесі плавки електрична енергія перетворюється втеплову. За рахунок тепла, що виділяється в дуговому розряді і в шихті, а також зарахунок тепла екзотермічних реакцій (і фізичного тепла шихтових матеріалів)вчиняються фізико-хімічні процеси плавки. З рівня колошника в зонувисоких температур (при виплавці феросиліцію і феромарганцю температура дугидосягає 6000-7000 В° К) поступово опускаються все нові й нові порції шихти, азнизу вгору спрямований потік газів і парів, що переробляються. Такимчином, у чинній дугової печі при виплавці феросплавів отримують розвитокскладні електричні, теплові та металургійні процеси. У табл. 1 наведенорозмірний ряд виробництва рафінувальних і відновних електропечей длявиробництва феросплавів. Рафінувальні печі зазвичай працюють періодичнимпроцесом, а відновні - безперервним з періодичним випускомпродуктів плавки (металу і шлаку).

Таблиця 1 Розмірний ряд рафінувальних і відновнихелектропечей для виробництва феросплавів.

Тип печі Номінальна потужність, мВА Ванна

Механізм

нахилу

Механізм

обертання

виплавляти сплави рафінувальних електропечі РКО-2, 5 2,5 відкр. є є

без малоугле

рід. Феррохром, феро марганець

РКО-3, 5 3.5 ... відкр. є є ВІДНОВНІ електропечі РКО-10, 5 10,5 відкр. немає є Fe-Si, Fe-Mn

РКЗ-10, 5

(базова)

10.5 закр. немає є Fe-Cr, Si-Mn РКО-16, 5 16,5 відкр. є є Si-Cr, Si-Ca РКЗ-16, 5 16,5 закр. немає є той же РКЗ-24 24,0 закр. немає є Fe-Si, Fe-МnFe-Cr

РКЗ-33

(базова)

33,0 закр. немає є Si-Mn, Si-Сг

РПЗ-48

(базова)

48,0 закр. немає немає Fe-Si, fe-Mn РПЗ-72 72,0 закр. немає немає Si-Мn

Примітка: перша буква (Р) означає принцип нагріву- Руднотермічних (дугового, змішаний); друга літера-форма ванни:К-кругла, П-прямокутна; третя буква: О-відкрита, 3-закрита;

Цифра після позначення печі відповідає потужності в мВА.

1. ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ електропечі

відновна рафінувальних електропічферосплав

Основними елементами відновної електропечібезперервної дії є: ванна, футеровка, кожух , електроди, електротримачі, пічний трансформатор, коротка мережу, пристрійдля перепуску електродів, звід, механізм обертання ванни та ін У печах,працюють бесшлаковая процесом, ~ 70% активної потужності виділяється у ванні,тому і розрахунок слід починати з визначення геометричних і електричнихпараметрів ванни. Відправним моментом розрахунку є продуктивність печіпри виплавці даного сплаву. В якості прикладу зробимо розрахунок печі зпродуктивністю 130 тонн 45%-го феросиліцію (ФС 45) на добу.

1.1Визначення потужності трансформатора і електричних параметрів відновноїпечі

Потужність трансформатора пічної установки визначається заформулою

(1)

де G-добовапродуктивність, т/добу; А-питома витрата електроенергії, кВт. ч/т; для ФС45 А = 4800 кВт.год/т;

-коефіцієнтзавантаження трансформатора за час фактичної роботи, рівний 0,95-0,98 дляпечей, що працюють безперервним процесом. Приймаємо =0,98;

-коефіцієнтвикористання робочого часу, рівний 0,97-0,98, Якщо прийняти 10 діб на планово-попереджувальніремонти, то = (365-10): 365 = 0,972;

k3-коефіцієнт, що враховує умови, які ускладнюють роботу печі(Наприклад, падіння напруги в мережі). Зазвичай k3 = 0,98.

Коефіцієнт потужності діючихвідновних печей коливається в межах 0,82-0,92. Враховуючи показникироботи потужних печей при виплавці ФС 45, приймаємо орієнтовно = 0,88, Тоді при 0.94

Приймаємо найближчу велику потужність печі (див. табл.1), тобто16,5 МВА. При цьому фактична, продуктивність складе 69,3 т. на добу. Зметою отримання симетричної навантаження фаз передбачаємо живлення печіРКЗ-16, 5.

1. Визначимо активну потужність установки

кВт (2)

кВт

2. Корисна потужність кВт(3)

Електричний ккд діючихпечей знаходиться в межах 0,85-0,95. При виплавці феросиліцію = 0,90. Тоді кВт.

Корисне фазну напругу

3. Важливою характеристикою роботи печі є кориснефазна напруга Під корисним фазнимнапругою розуміють напругу між частиною електрода, що знаходить у шихті, іметалом. При цьому фазна напруга на висновках пічного трансформатора одно сумі падінь напруги ввільної частини електрода, контактах і короткої мережі

тобто

Повний фазну напругу

(4)

де з, і п - постійні (див. Табл.2),

Коефіцієнт п характеризує розподіл потужності у ванніпечі в залежності від виду процесу. Для безшлакових процесів (наприклад, привиплавці FeSi) з переважаючим об'ємнимрозподілом енергії, значення nслід приймати рівним 0,33 (див. Табл.2), а для многошлакових процесів зпереважанням розподілу потужності по поверхні n = 0,25,

Щільність струму на електроді приймають в залежності від видусплаву і діаметра електрода (див. Табл. 4).

Таблиця 2 Значення з 'при різних сплавах і коефіцієнтах п. Сплав

<13500 кВа

> 13500кВа

n = 0,25 n = 0,33 n = 0,25 n = 0,33 Ферросиліцій (45% Si) - 3,2 - 3,3 Ферросиліцій (75% Si) - 3,4 - 3.4 Феромарганець вуглець 5,3 . 5,4 - Силикомарганець 5,7 - 6,0 - Сілікохром (50% Si) 6,8 - 7,0 - Феррохром передільний 7,6 - 7.9 - силикокальций 5,7 . 6.0 - Рафінований феррохром 17 - - -

Таким чином, знаючи величину, визначаємо

0,33 = 75,87(В)

Струм електрода:

(5)

кА

4. Раніше були прийняті орієнтовні значення cos і. Для визначення вказанихвеличин необхідно знати активний опір ванни, реактивний опір(Xк) і активний опір короткої мережі (Rк.)

Активний опір ванни:

(6)

Ом.

Приймаємо наступні значення

ХКСі Rкс:

Ом;

Ом.

Електричний коефіцієнт корисної дії

(7)

, це добреузгоджується з раніше прийнятим значенням

Коефіцієнт потужності можна наближено визначити звирази:

(8)

.

Якщо не представляється можливість отримати заданий (абобільш високе) значення cosП†, то з метою підвищення цієї величини для потужних печей застосовують установкупоздовжньо-ємнісної компенсації (УПК).

5. Лінійна напруга пічного трансформатора,відповідне величиною Unф,визначається за формулою:

(9)

(В).

Враховуючи необхідність наявностізниженого при розігріві печі в пусковий період, а також можливість підвищенняпотужності установки, визначаємо нижче і вище значення робочої напруги зспіввідношення:.

Нижчу напруга (В).

Вища напруга (В).

Проміжні значення ступенів напруги між Uв; Uн "відрізняються на 5-6 вольт.

1.2 Визначення геометричних розмірів відновноїпечі

Для визначення геометричних розмірів ванни необхіднознати розмір діаметра електродів.

1. Діаметр самоспекающегося електрода визначається виходячи зйого теплового балансу. Між струмом і діаметром електрода (в метрах) встановленаступенева залежність виду: (10)

Величини с1 і т (див. Табл. 3), що враховують вид сплаву іумови теплообміну електродів, отримані на підставі аналізу роботипромислових печей, які мають кращі техніко-економічні показники. Одну зтаких печей приймають за "зразкову".

Таблиця 3 Значення коефіцієнтів с1 і т

Тип сплаву c1 m Снлікомарганец 51,5 1,52 Феромарганець 52,8 1,70 Феррохром 46,0 1,70 Ферросиліцій 38,6 1,88

Тоді для феросиліцію

або

Звідки dеприймаємо рівним у відповідність з прийнятим поруч 1200 мм.

У Росії прийнятий наступний рядсамоспекающіхся електродів (мм): 750, 850,1000, 1200, 1400, 1700 і 2000.Ведеться розробка електродів діаметром 2400 мм,

Таблиця 4 Допустимі значення щільності струму в самоспекающемсяелектроді

Вироблений продукт j, А/см 2 Ферросиліцій 45%-ний до 7,0 Ферросиліцій 75%-ний 7,0 Сілікохром 50%-іий 7,0 Силикомарганець 6.2 Феромарганець 7,6 Електрокорунд 4,0 Карбід кальцію 6,8 силикокальций 12,0

Перевіряється щільність струму електрода:

А/см2,

що менше допустимої величини (див. Табл. 4).

2. Розміри ванни визначаються виходячи з геометричногоподібності проектованої і "зразковою" печі. В якості визначальногопараметра приймається розмір діаметра електрода. Геометрична подібність обохпечей буде дотримано при рівності відносних значень

;;; (11)

(див. рис. 1) і однакової величини критерію подібності

. (12)

Формула виражає зв'язок діаметра електрода з електричнимипараметрами (Jф і Unф) і фізичною характеристикою шихти у вигляді усередненогопитомого опору фази печі р.

Усереднене питомий опір фази р залежить відгранулометричного складу шихти, температури в різних її верствах та іншихфакторів. Таким чином, величина р дійсно відображає електричнівластивості шихтових матеріалів, а тому з достатньою точністю можна вважати,що при однаковій шихті р "зразковою" печі буде дорівнює рпроектованої печі.

В якості "зразковою" печі приймемо піч з Wmp = 21000 кВА і наступними характеристиками:

сosП† = 0,84 UА = 186,6 В Dре = 3445 мм О·Е = 0,91 J е = 60830 А Dв = 6750 мм Unф = 83,2 В dЕ = 1300 мм Нв = 2450 мм

Якщо викреслити ванну "зразковою" печі впевному масштабі (рис. 1) і визначити для неї значення

,,

то при dЕ= 1400 мм можна визначити значення у, f, L проектованої печі

мм,

мм,

мм.

3. Діаметр ванни на рівні вугільних блоків визначається заформулою:

, (13)

мм.

Діаметр ванни вище вугільних блоків можна визначити із співвідношення:

мм. Внутрішнійдіаметр кожуха.

Товщина футеровки стін ()вибирається по тепловому розрахунку із забезпеченням на кожусі температури не вище1500 С. Ці умови реалізуються при = 750мм. Тоді мм.

4.Діаметр розпаду електродів

мм.

. (15)

5.

простору.ін.)

Рис.1h.

2.

3.

4.

Рис.

ВкВт;

мм;

мм;

мм.

2.Відмінною рисою

1. Длякоефіцієнтів

кВА.

2.

отримаємо

3.

.

4.

В.

В.

5.

А.

6.

А.

7.

звідки

см.

8.

Ом.

9.:

Ом

5.

1.

Рис.5)

м.

маловуглецевих феромарганець 1350-1750 420.450 Електрокорунд 1400-1500 380-400 Металевий марганець 1350-1750 420-450

2. Діаметр розпаду електродів

м.

Ставлення Dре: dЕ = 900:300 = 3, що добре узгоджуєтьсяз практикою діючих печей, в яких Dре: dЕ =2,8 - 3,66.

3. Відстань між осями електродів

мм.

4. Визначення глибини ванни. Циліндрична частина ванниповинна вміщати всі продукти плавки, тобто обсяг її не повинен бути менше обсягуметалу і шлаку.

З розрахунку шихти визначається складколоші, вага і об'єм продуктів плавки.

Зразковий склад колоші

Хромова руда (50% Cr2O3)

Сілікохром (50% Si) 700 кг

Вапно (90% CaO) 1800кг

При роботі з проплавленням трьох Колоша зазначеного складу вагаметалу і вага шлаку кг,

кг.

Обсяг металу

м3.

Обсягшлаку

м3.

Обсяг продуктів плавки.

vm = VМ + VШ = 0,428 +3,12 = 3,548 м3.

Рм і Рш - щільність металу і шлаку; 61,68 кг сплаву отриманоз 100 кг хромової руди, а в Колоші 1600 кг руди.

Висота циліндричної частини ванни

м.

Обсяг конічної частини ванни (Vк) визначається з припущення одночасного завантаження двохКолоша

м3,

де G -вага складових колоші;

Оір; Оісх;Оіu - насипна вага руди, сілікохрома івапна.

Обсяг конічної частини ванни

.

Оскільки кут нахилу вогнетривкої кладки стін прийнятий рівним45 В°, діаметр верхньої частини ванни

.

<...p> Якщо підставити значення ввираз для Vк, то отримаємо hк = 0,61 м.

Глибина ванни

hв = hц + hк = 0,61 +0,64 = 1,25 м.

5. Діаметр верхньої частини ванни

м.

6. Діаметр кожуха

.

Товщину верхній частині ванни приймаємо з практичних даних

мм.

Прийнявши мм, Dк = 3800 +2. 200 = 4200 мм.

7. Висота печі

.

Товщина поду печей,виплавляли рафінований ферохром, становить 1250-1300 мм. Беручи = 1250 мм, отримаємо висоту печіНп = 1250 +1250 = 2500 м.

У результаті розрахунку отримані наступні параметри печі:

Wmp = 2500 кВА; Wп = 2250 кВт; Uпол = 117 В;

Uл = 225 В; Jp = 6410A; dЕ = 300 мм;

Dв = 2650 мм; Dре = 900мм; мм;

hв = 1250 мм; Dк = 4200мм; НП = 2500 мм.

БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

1.Д.Я. Поволоцький,В.А.Кудрін, А.Ф. Вішкарев позапічної обробки сталі Москва В«МісісВ» 1995.

2.В.І. Явойський Теоріяпроцесів виробництва сталі. 2-е видання, доповнене і перероблене ВидавництвоВ«МеталургіяВ» Москва 1967.

3.МУ. до виконанняконтрольних завдань та курсового проекту з курсу В«електрометалургія сталі іферосплавів В»для студентів очного та очно-заочного навчання спеціальності110100 - В«Металургія чорних металівВ» Укладач Вечір В.Н. Липецьк 1999.

4.В.Г.Воскобойников, В.А. Кудрін, А.М. Якушев Загальна металургія Москва В«МеталургіяВ»1985.

---

Вернуться назад