Изучение свойств ферросиликохрома
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева
Горно-металлургический институт имени О.А. Байконурова
Кафедра металлургических процессов, теплотехники и технологии специальных
материалов
Утигалиева А.В.
Изучение свойств ферросиликохрома
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
специальность 050709 – Металлургия
Алматы 2013
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева
Горно-металлургический институт имени О.А. Байконурова
Кафедра металлургических процессов, теплотехники и технологии специальных
материалов
ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ:
Зав. кафедрой МПТиТСМ
д-р техн. наук,
профессор
___________А.О. Байконурова
________________2013 г.
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
на тему: Изучение свойств ферросиликохрома
050709 – Металлургия
Выполнил: Утигалиева А.В.
Рецензент Научный руководитель:
канд. техн. наук, вед. д-р техн. наук, профессор
науч. сотрудник __________ В.А. Луганов
__________ В.А. Ковзаленко
________________2013 г. ________________2013г.
Алматы 2013
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева
Горно-металлургический институт имени О.А. Байконурова
Кафедра металлургических процессов, теплотехники и технологии специальных
материалов
050709 – Металлургия
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой МПТиТСМ
д-р техн. наук,
профессор
___________А.О. Байконурова
________________2013 г.
ЗАДАНИЕ
на выполнение дипломной работы
Обучающемуся Утигалиевой Айнаре Викторовне
Тема: Изучение свойств ферросиликохрома
Утверждена приказом ректора университета № 833-п от 29 декабря 2012 г.
Срок сдачи законченной работы (проекта) ________________2013 г.
Исходные данные к дипломной работе (проекту): ферросиликохром ФС-45,
производства Аксуского ферросплавного завода; химический,
термогравиметрический, рентгеноструктурный анализы ферросиликохрома.
Перечень подлежащих разработке в дипломном проекте вопросов или краткое
содержание дипломной работы:
а) современное состояние проблемы производства ферросиликохрома, при
анализе которого проработать научную литературу по теме исследований;
б) экспериментальная часть, в которой отразить данные по химическому,
термогравиметрическому, рентгеноструктурному анализам ферросиликохрома ФС-
45, производства Аксуского ферросплавного завода.
в) экономическая часть, в которой отразить затраты на выполнение дипломной
работы и оценить ее эффективность;
г) раздел по безопасности и охране труда, в котором отразить вредные и
опасные факторы, оказывающие воздействие на человека, разработать
мероприятия по охране труда и произвести необходимые расчеты.
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)
демонстрационный материал представить не менее, чем на 15 слайдах с
результатами исследований
Рекомендуемая основная литература ___________________________________ _
_____________________________из 25 наименований______________________
График
подготовки дипломной работы (проекта)
Наименование разделов, перечень Сроки представления Примечание
разрабатываемых вопросов научному руководителю
или консультанту
Введение 5.02.2013 г.
Аналитический обзор современного 19.02.2013 г.
состояния проблемы производства
ферросиликохрома
Экспериментальная часть 9.04.2013 г.
Экономическая часть 30.04.2013 г.
Безопастность и охрана труда 30.04.2013 г.
Заключение 23.04.2013 г.
Нормоконтроль 30.04.2013 г.
Подписи
консультантов и нормоконтролера на законченную дипломную работу (проект)
с указанием относящихся к ним разделов работы (проекта)
Наименования Научный руководитель, Дата Подпись
разделов консультанты, И.О.Ф. (уч. подписания
степень, звание)
Экономическая часть М.У. Дуйсемалиева, канд.
эконом. наук, доцент
Экспериментальная В.А. Луганов, д.т.н.,
часть профессор
Безопастность и М.Т.Жараспаев, д-р техн.
охрана труда наук, профессор
Нормоконтроль Г.А. Усольцева, канд. техн.
наук, старший преподаватель
Научный руководитель_______________________ ______ В.А.Луганов
Задание принял к исполнению обучающийся _________ А.В.Утигалиева
Дата ___________________2013 г
АННОТАЦИЯ
Настоящая дипломная работа состоит из задания, введения, 5 глав,
заключения, списка литературы. Дипломная работа изложена на 81 странице,
содержит 9 рисунков, 19 таблиц.
Объектом исследований являлся ферросиликохром, целью работы является
изучение его свойств.
В работе приведен аналитический обзор литературных источников.
Представлены результаты химического, термогравиметрического,
рентгеноструктурного анализов ферросиликохрома ФС-45, производства
Аксуйского ферросплавного завода.
Исследования показали, что:
1. Ферросиликохром имеет ряд непрерывных фазовых, магнитных переходов.
2. Ферросиликохром имеет гексагональную структуру. Образование
непрерывного ряда промежуточных соединений подтверждается результатами
микроскопического и рентгеноструктурного анализов.
Выполнен расчет экономических затрат на проведение исследований,
разработаны мероприятия по охране труда.
Ключевые слова: ферросплав, ферросиликохром, феррохром, диаграмма
состояния, химический, термогравиметрический, рентгеноструктурный анализы.
ANNOTATION
The present diploma work is consists of tasks, introduction 5
chapters, conclusion, list of used sources. Diploma work is expounded on 81
pages, including 9 pictures and 19 tables.
The goal of is research is ferrosilicochrome, the aim of work is
studying of its property.
In Research analytical review of literature sources are conducted.
Results of chemical, thermogravinometric, x-ray analysis of
ferrosilicochrome FS-45, which is production of Aksui ferrosilicochrome
factory, are represented.
The Research showed results:
1. Ferrosilicochrome has a row of continuous phase, magnetic
transitions.
2. Ferrosilicochrome has a hexagonal structure formation of
continuous now of intermediate connections proved by the
results of microscopic and x-ray analysis.
The calculation of economic expenses is executed on the lead
through of researches, measures are executed on a protection.
Key words: ferroalloy, ferrosilicochrome, ferrochrome, diagram of
condition, chemical, thermogravinometric and x-ray analyzes.
АҢДАТПА
Қазіргі дипломдық жұмыс тапсырмадан, кіріспеден, 5 тараудан,
қорытындыдан, қолданылған материалдандан тізімінен тұрады.
Дипломдық жұмыстың мазмұны 81 беттен, 9 сүретпен және 19 кестіден
құралған.
Зертту объектісі феросиликохром болып табылады және жұмыстың мақсаты
оның қасиеттерін зерттеу.
Негізгі сөздер: ферросплавтар, ферросиликохром,диаграмманың жайы,
химикалық термогравинотрикалық, ренген құрылымдық анализдар.
Өткізілген жұмыста әдеби деренмамалардың аналитикалық бақылау
жргізілген .
Бұл зерттеудің химикалық , термогравинометрикалық , рентген құрылымдық
феросиликохромның ФС-45 анализдерінің Ақсүй ферросиликохром заводында
өндірілген, нәтижилері.
Зерттеудің қорытындысы:
1. Ферросиликохромда бірнеше тоқтаусыз фазалық және магниттік айналымы
бар.
2. Ферросиликохромда гексоганалдық құрылым бар. Микроскопиялық және
рентген құрылымдық анализдердің қорытындысы тоқтаусыз бірнеше аралық
қатыныстың пайдаболғанын дәлелдейді.
Зерттеуді жасаудың экономикалық шығынның есебі орындалынған, еңбек
қорғау шаралары қаралынған.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Аналитический обзор современного состояния проблемы производства11
ферросиликохрома
Производство хромистых сплавов 11
1.1.1 Мировое производство хромистых сплавов 11
1.1.2 Производство феррохрома в Казахстане 12
Электродуговые печи Аксуйского завода ферросплавов 15
Механическое оборудование печи 18
1.1.5 Форма и размеры плавильного пространства электродуговой печи 19
1.1.6 Футеровка основной электродуговой печи 20
1.1.7 Электроды 22
1.1.8 Электрооборудование печи 23
1.2 Металлургическое производство с точки зрения охраны окружающей 25
среды
1.3 Системы газоотвода и газоочистки 27
1.4 Утилизация технологических выбросов 28
1.5 Утилизация шлаков сталеплавильного производства 29
1.6 Основные направления развития ферросплавного производства 30
2 Производство ферросиликохрома 33
2.1 Феррохром 33
2.2 Производство ферросиликохрома 34
2.2.1 Состав и применение ферросиликохрома 34
2.2.2 Физико-химические основы процесса получения ферросиликохрома 36
2.3 Технология выплавки ферросиликохрома двухстадийным 40
методом
2.3.1 Печи для производства ферросиликохрома 40
2.3.2 Электрический режим выплавки ферросиликохрома 40
2.4 Расчет шихты для выплавки 45%-ного ферросилиция 42
3 Экспериментальная часть 47
3.1 Диаграмма состояния феррохром и ферросилиций 47
3.2 Методика и аппаратура 49
3.2.1 Термогравиметрия (ТГ) или термогравиметрический анализ 49
3.2.2 Применения термогравиметрической кривой (ТГ) 52
3.2.3 Дифференциальный термический анализ (ДТА) 53
3.2.4 Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) 53
3.2.5 Области применения ДТА и ДСК 54
3.3 Результаты и их обсуждение 56
4 Экономическая часть 58
4.1 Расчет себестоимости 58
4.2 Расчет затрат на проведение исследований 58
4.3 Затраты на основные и вспомогательные материалы 58
4.4 Расчет затрат на электроэнергию 59
4.5 Расчет затрат на холодную воду 59
4.6 Расчет заработной платы и начислений 60
4.7 Расчет амортизационных отчислений 60
4.8 Расчет общей суммы затрат 61
4.9 Расчет рентабельности исследования 62
4.10 Технико–экономические показатели 63
5 Безопасность и охрана труда 65
5.1 Законодательные основы охраны труда РК 65
5.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов 67
5.3 Организационные мероприятия 69
5.4 Расчет защитного заземления 70
5.5 Расчет вытяжного шкафа 73
5.6 Санитарно-гигиенические мероприятия 75
5.6.1 Обеспечение спецодеждой и предохранительными приспособлениями 75
5.6.2 Организация искусственного освещения 75
5.6.3 Расчет искусственного освещения 76
5.6.4 Противопожарные мероприятия 77
Заключение
Список использованной литературы
введение
В условиях обостряющейся конкурентной борьбы на внутреннем и мировом
рынках ферросплавов весьма актуален рост их конкурентоспособности за счет
снижения затрат на производство, повышения качества продукции, расширения
ее сортамента. Основные поиски ведутся с учетом всего комплекса инженерно-
технических и технологических мероприятий, воплощение которых в
производство обеспечивает максимально высокие технико-экономических
показателей ферросплавных процессов.
В число крупнейших производителей феррохрома входят: Китай, Россия,
Норвегия, Япония и Швеция, не имеющие значительных запасов хромитов, но
располагающие мощностями и достаточными энергоресурсами для их
переработки.
В Казахстане ферросплавы производятся на двух крупных ферросплавных
заводах - Аксуском и Актюбинском, выпускающих массовые марки ферросплавов:
ферросилиций, феррохром и силикомарганец.
Казахстан занимает видное место в мире по производству ферросплавов и
является одним из крупнейших их экспортеров, в промышленных масштабах
производится с конца 60-х годов 19 века.
Он содержит в качестве примесей углерод, кремний, серу, фосфор и азот.
Ферросиликохром применяется для легирования и раскисления стали и
сплавов, модифицирования чугуна, а также для использования в качестве
восстановителя при выплавке феррохром.
Ферросиликохром позволяет сократить расход дорогостоящего
низкоуглеродистого феррохрома. Может использоваться ферросиликохром и при
модифицировании чугуна. Ферросиликохром поставляют в кусках или в виде
дробленных и просеянных частиц.
Актуальность проблемы. Ферросиликохром является импортозамещающей
продукцией и основное его количество идет на экспорт. Поддержание и
расширение рынка ферросиликохрома требует получения продукции широкой
номенклатуры и высокого качества. В связи с этим контроль за качеством
сплава является очень важным звеном в цепи производства - продажи. В связи
с этим тема дипломной работы, направленная на изучение свойств
ферросиликохрома - актуальна.
Цель работы - изучение свойств ферросиликохрома.
Задачи работы - химический, термогравиметрический, рентгеноструктурный
анализы ферросиликохрома ФС-45, производства Аксуского ферросплавного
завода.
Новизна - впервые для оценки качества сплава использован комплекс
физико-химических анализов.
Практическая значимость – результаты исследований могут быть
использованы предприятием для совершенствования технологии получения
ферросиликохрома.
1. Аналитический обзор современного состояния проблемы производства
ферросиликохрома
1. Производство хромистых сплавов
1.1.1 Мировое производство хромистых сплавов
В число крупнейших производителей феррохрома входят Китай, Россия,
Норвегия, Япония и Швеция, не имеющие значительных запасов хромитов, но
располагающие мощностями и достаточными энергоресурсами для их
переработки. Ведущие позиции занимает ЮАР (40 % мирового производства
феррохрома в 2006 г.), которой значительно уступает Казахстан - 16 %, Китай
- 14 %, Индия - 11 %, Зимбабве и Финляндия - по 3 %, Россия - 7 % и другие
страны.
Рост производства феррохрома был обусловлен активизацией спроса на
нержавеющую сталь, в производстве которой используется примерно 90 % всего
мирового выпуска феррохрома. Высокие темпы производства были обусловлены
стремительным ростом потребления нержавеющего плоского проката не только
Китаем, но и другими регионами.
Лидером роста производства является Китай. Основным производителем
нержавеющей стали является Китай. При резком увеличении производства
нержавеющей стали все более строго стоит проблема увеличения импорта
феррохрома.
Особенностью организации производства ферросодержащей продукции
является тенденция к объединению в рамках одной компании мощностей по
выпуску товарной руды и феррохрома, а также нержавеющей стали, на выпуск
которой расходуется основная часть ферросодержащих сплавов, в основном
высокоуглеродистого феррохрома.
Хромовая промышленность Казахстана представлена, помимо Донского ГОКа,
такими предприятиями по производству ферросплавов Аксуский и Актюбинские
заводы ферросплавов.
В России практически все производство феррохрома сосредоточено на
Урале, где его выпускают Челябинский электрометаллургический комбинат
(ЧЭМК), Серовский и Ключевский заводы ферросплавов.
В Индии характерной особенностью хромовой промышленности является
обилие мелких компаний-производителей хромитов и особенно – феррохрома.
Большую часть выпущенного по толлингу феррохрома Индия эксплуатирует в
Японию.
В Зимбабве практически вся руда перерабатывается внутри страны на двух
ферросплавных заводах. Оба завода находятся в центральной части страны, в
г. Квекве и Гверу.
Турция в отличие от Зимбабве большую часть хромовой руды
эксплуатирует, не располагая достаточными мощностями по ее переработке в
феррохром.
Финляндия добилась самых низких в мире издержек производства
нержавеющей стали, благодаря преимуществам вертикальной интеграции и
передовым технологиям.
В настоящее время спрос на металлический хром на мировом рынке
составляет, по оценке, 25-30 тыс. т в год, в том числе 50 % приходится на
США, 25 % - на Европу (включая Россию) , 23 % - на Японию и 12 % - на
прочие страны. Спрос на высокочистый металлический хром в мире оценивается
в 10 тыс. т в год. Он используется в производстве специальных хромовых
сплавов для АРКП, а также в электронной промышленности.
1.1.2 Производство феррохрома в Казахстане
Хромовая промышленность Казахстана представлена предприятиями по
производству ферросплавов - Актюбинским и Аксуским заводами ферросплавов,
входящими в состав АО Транснациональная компания Казхром.
ТНК Казхром - крупнейшее предприятие в Казахстане и одно из
крупнейших в мире по производству ферросплавов.
Аксуский завод ферросплавов (АЗФ).
Ферросплавное производство в республике представлено транснациональной
компанией Казхром в составе АО Донской ГОК, АО Аксуский завод
ферросплавов, АО Феррохром, ТНК Казхром; имеет 42 электропечи с общей
установленной мощностью более 1000 МПА, производство свыше 1,0 млн. т
ферросплавов и около 2,5 млн. т товарной хромовой руды в год.
В Казахстане ферросплавы производятся на двух крупных ферросплавных
заводах — Аксуском и Актюбинском, выпускающих массовые марки ферросплавов:
ферросилиций, феррохром и силикомарганец. Казахстан занимает видное место
в мире по производству ферросплавов и является одним из крупнейших их
экспортеров [1-3].
В последнее время возросли объемы выпуска ферросплавов, построены
мощности по переработке шлаков. Освоена технология выплавки марганцевых
сплавов из собственного сырья. Сейчас Казахстан производит 1100 тыс. т
ферросплавов в год, что на 400 тыс. т больше достигнутого показателя 1996
г.
Аксуский завод ферросплавов (АЗФ) был запущен в эксплуатацию в 1968 г.
Это одно из крупнейших и уникальных предприятий в мире по производству
ферросплавов. Его проектная мощность 1,0 млн. т. ферросплавов в год. Завод
имеет в своем составе четыре плавильных цеха и комплекс вспомогательных
цехов и участков.
Основная номенклатура выпускаемой продукции - феррохром, ферросилиций,
ферросиликохром, ферросиликомарганец и марганцевые сплавы.
Сырьем для преоприятия являются: хромовая руда (АО Донской ГОК),
кварцит (АО Алаш), марганцевый концентрат (АО Жайремский ГОК, АО Элрое
Казахстан, АО Алаш), кокс (Алтайский коксохимический завод), электродная
масса (Челябинский электродный завод).
Перспектива развития предприятия связывается с наращиванием
производства сплавов за счет улучшения использования действующих мощностей.
Объем производства феррохрома составил 680 тыс. т к 2003 г., т.е. по
сравнению с 1997 г. увеличился на 135 %.
Актюбинский завод ферросплавов (АкЗФ) производит углеродистый
феррохром (ФХ800, ФХ900) - 93850 тгод, рафинированные марки феррохрома -
33900 тгод с потреблением хромитовой руды Донского месторождения 296700
тгод, содержащей мелочь 30 % (89000 т). Однако для дальнейшего развития
производства, а также достижения меньшей зависимости от меняющейся
конъюнктуры рынка сбыта сплавов с хромом АкЗФ в настоящее время принимает
следующие меры, расширяющие сортамент выпускаемых сплавов и снижающие
себестоимость сплавов с хромом:
1. обогащение титановой руды с получением ильменитового концентрата,
его окускование и освоение производства ферротитана марки ФТ75;
2. оптимизация технологии выплавки рафинированных сортов феррохрома;
3. освоение технологии выплавки металлического хрома и ее оптимизация;
4. окускование мелочи хромитовой руды, образующейся на заводе после
рассева;
5. разработка технологий и организация производства широкого
сортамента ферросплавов малой группы, ранее не производимых в
Казахстане (ферровольфрама, ферромолибдена, магнийсодержащих
лигатур, ферроциркония и т.д.).
Состав предприятия. Основное производство представлено тремя
плавильными цехами: цех № 1 с семью открытыми электропечами и двумя
конвертерами, цех № 2 с семью печами, цех № 3 с вакуумметрическими и
алюмотермическими отделениями для выпуска феррохрома, модификаторов и
лигатур.
Попутная продукция - карбид кальция, кирпич силикатный, щебень
шлаковый, порошки (абразивный, огнеупорный, ферропыль), кислород, азот,
углекислый газ, стекло натриевое жидкое, огнеупоры (кирпич огнеупорный,
сифоновый припас), известь.
Экспорт ферросплавов - США и почти все европейские страны. Отгрузка
продукции осуществляется при разнарядке трейдера — фирмы Alloys Finland
по портам западного направления — Клапейда, Херсон, Таллинн.
Управляющая национальная компания Казхром проводит гибкую
инвестиционную стратегию, своевременно реагируя на конъюнктуру рынка
перестраивая производство на выпуск ферросплавов, необходимые потребителю.
Приоритеты развития предприятия: расширение сырьевой базы производства
ферросплавов; расширение номенклатуры и повышение качества производимой
продукции; внедрение систем автоматизации производства и учета движения
материальных и финансовых потоков; решение экологических проблем
производства за счет внедрения мероприятий по сокращению вредных выбросов;
переход на безотходные и энергосберегающие технологии, переработка
шлакового отвала.
В связи с тем, что Казахстан обладает уникальной сырьевой базой хрома,
стратегия и тактика в хромовой подотрасли должна быть ориентирована на
снижение экспорта хромовой руды и увеличение выпуска высококачественных
ферросплавов.
На предприятии осуществляются следующие мероприятия по модернизации и
техническому перевооружению:
1. капитальный ремонт плавильных агрегатов с увеличением на ряде; из них
мощностей трансформаторов;
2. освоение производства металлического хрома и безуглеродистого
феррохрома, объем производства которых соответственно возрастет с 2,0
тыс. т в 2000 г. до 3,6 тыс. т в 2005 г.;
3. улучшение качества перерабатываемого сырья за счет расширения
производства брикетов из мелких классов хромовой руды, объем
производства которых возрастет с 24 тыс. т в 1999 г. до 200 тыс. т в
2005 г.;
4. объем производства товарных ферросплавов к 2005 г. увеличится на
19,073 тыс. т по отношению к 1999 г.;
5. перспективные цели в развитии Актюбинского завода ферросплавов;
6. выпуск новых видов продукции (рутил и циркониевые концентраты,
ферротитан, азотированный феррохром и др.);
7. совершенствование конструкции и увеличение эффективности работы
газоочистных сооружений;
8. сокращение потерь хрома, извлечение хрома из шлаков существующего
отвала;
9. увеличение выпуска продукции за счет модернизации печей с повышением
мощностей печных агрегатов.
Перед Донским ГОКом стоит проблема окускования мелочи добываемой
хромитовой руды методами окатывания или агломерации. Для решения этой
проблемы Евразийской группе предстоит организация производства хромитовых
окатышей на ССГПО или создание цеха окускования непосредственно в ДонГОКе.
3. Электродуговые печи Аксуского завода ферросплавов
На Аксуском заводе ферросплавов наибольшее распространение получили
трехфазные дуговые печи с тремя электродами и непроводящей подиной. По
принципу нагрева эти печи относятся к типу электродуговых печей прямого
действия. Электродуговая печь изображена на рисунке 1. В них электрические
дуги горят непосредственно между каждым из электродов и металлической
садкой. Нагрев металла происходит в основном за счет тепла, излучаемого
дугами.
По способу загрузки печи делятся на два типа: печи с загрузкой сверху
и печи с загрузкой через рабочее окно. Цех выплавки ферросплавов изображен
на рисунке 2. Через рабочее окно загружают печи небольшой емкости, причем
загрузка производится или завалочной машиной при помощи мульд, или лотками
и в редких случаях вручную специальной лопатой. Печи с загрузкой через окно
имеют стационарно укрепленный свод и более простую конструкцию, чем печи с
загрузкой сверху.
Более совершенным способом является загрузка печей сверху, хотя она и
вызывает значительные усложнения конструкции печи, так как при этом
возникает необходимость подъема и отвода свода в сторону. Шихта загружается
в один прием в течение 3-6 мин при помощи специальной корзины (бадьи).
Резкое сокращение (в 8-10 раз) продолжительности загрузки по сравнению с
загрузкой через рабочее окно позволяет повысить производительность печи.
Кроме того, при загрузке сверху достигается снижение расхода
электроэнергии, лучшее использование объема печи за счет загрузки большого
количества шихты, облегчение условий труда.
Печи с механизированной загрузкой сверху разделяются на три типа:
1) печи с выкатываемым корпусом (ванной);
2) печи с откатываемым сводом;
3) печи с поворотным сводом.
В печах с выкатываемым корпусом свод подвешивается к неподвижному
порталу. Откат корпуса осуществляется при помощи гидравлического цилиндра
или электромеханического привода по рольгангу. В печах с откатывающимся
сводом корпус печи неподвижен, а свод вместе с электродержателями подвешен
к портальному мосту, который может перемещаться по рельсам, уложенным по
обеим сторонам печи.
Наиболее рациональной и распространенной в последнее время является
конструкция печи с поворотным сводом. Свод при помощи специальных
механизмов приподнимается над корпусом печи на 150-200 мм и отворачивается
в сторону на угол 95-110 °. Печи с отворачивающимся сводом имеют следующие
преимущества: почти полное отсутствие механических сотрясений кладки печи
при подъеме свода, меньший вес печи и ее перемещающейся части, некоторое
удешевление конструкции. Подобную конструкцию имеют наши печи большой
емкости. От емкости печи зависит мощность трансформатора, от которого
питается печь, размеры ее рабочего пространства, диаметр электродов и
другие технические характеристики.
Рисунок 1. Электродуговые печи
Рисунок 2. Цех выплавки ферросплавов
1.1.4 Механическое оборудование печи
Кожух печи выполняется сварным или клепаным из листового железа
толщиной 10-30 мм. Он должен обладать достаточной прочностью, чтобы
выдержать футеровку, металл и шлак, свод и давление расширяющейся при
нагреве кладки, причем нагрев самого кожуха не должен превышать 100-150°С.
Кожух имеет, обычно коническую или цилиндрическую форму. Коническая форма
облегчает изготовление наклонной кладки печи и заправку откосов,
увеличивает стойкость футеровки. Для увеличения прочности кожуха его
укрепляют вертикальными ребрами, и горизонтальными поясами жесткости. Днище
кожуха больших печей делают сферической формы, которая обеспечивает высокую
прочность и минимальный вес кладки оно может быть также коническим с
плоской центральной частью или плоским.
Сводовое кольцо служит опорой для огнеупорной кладки свода сварное или
клепаное кольцо имеет водяное охлаждение что повышает его стойкость.
В печах с загрузкой сверху для обеспечения герметичности стыка свода и
кожуха устраивается песочный затвор. Кольцо свода имеет внизу выступ --
нож, который входит в заполненную песком полость верхнего кольцевого пояса
жесткости.
Рабочее окно служит для загрузки печей малой емкости, а также для
введения различных добавок и флюсующих материалов заправки подины и откосов
и др. В печах емкостью 80 т и выше для ускорения этих операций устраивают
дополнительно боковое окно. Рабочее окно обычно имеет следующие размеры:
ширина - 0,4-0,35 диаметра плавильного пространства, высота - 0,8 ширины
окна. Окно обрамляется литой или сварной рамой прикрепляемой к кожуху печи.
Вверху рамы устанавливают водоохлаждаемую коробку. Рабочее окно
перекрывается пустотелой водоохлаждаемой заслонкой. Герметичность
прилегания заслонки к арматуре окна обеспечивается наклоном (порядка 5-6 °
к вертикали) направляющих рамы, в которых движется заслонка Движение
заслонки обеспечивается пневматическим или электрическим приводом.
Сливной желоб предназначен для выпуска металла в ковш. Выпускное
отверстие - круглое (диаметром 120-150 мм) или прямоугольное (150X250 мм),
устраивается с противоположной стороны рабочего окна. На время плавки оно
заделывается сухим дробленым доломитом. К выпускному отверстию примыкает
металлический желоб, футерованный шамотным кирпичом с огнеупорной обмазкой.
Длина желоба всего 1-2 м, чтобы при выпуске не вызывать заметного
охлаждения и излишнего окисления жидкого металла.
Уплотняющие кольца (экономайзеры) закрывают промежуток между
отверстием в своде и электродом. Они предохраняют электроды от излишнего
окисления и нагрева газами, выходящими из печи, обеспечивают герметичность
зазора между электродом и сводом. Уплотняющее кольцо выполняется из стали
или бронзы в виде полой цилиндрической водоохлаждаемой коробки, которая
устанавливается на свод или утоплена в кладку свода. Довольно
распространены кольца в виде змеевика из цельнотянутой трубы опускаемого в
зазор.
Электрододержатели предназначены для подвода тока к электродам и
удержания их на определенной высоте в печи. Электрододержатель состоит из
головки, пружинно-пневматического зажима, рукава, телескопической стойки и
жесткой части вторичного токоподвода.
Головки электрододержателей изготавливают из стали, бронзы тили латуни
и делают водоохлаждаемыми.
Перемещение электродов осуществляется электрическим или гидравлическим
приводом. Печь ДСП-80 оснащена электрическим приводом. Подъем каждого из
трех электродов производится рейкой с приводом от электродвигателя, через
двухступенчатый червячный редуктор. Опускание электродов происходит под
действием массы несбалансированной части подвижных масс электрододержателя
и самого электрода, при отсутствии электрода - принудительно при помощи
рейки. Ход электродов 3600 мм. Скорость перемещения: при подъеме 1,8-2,5
ммин, при спуске 1,0-1,5 ммин. Управление перемещением электродов -
автоматическое.
Механизм наклона обеспечивает наклон печи в сторону выпуска (сливного
желоба) на угол 40-45 ° и на угол 10-15 ° в сторону рабочего окна для
скачивания шлака.
Печи средней и большой емкости, в том числе печь ДСП-80, оборудованы
механизмом наклона, в котором опорные сектора люльки перекатываются по
горизонтальной станине. Наклон печи ДСП-80 производится двумя зубчатыми
рейками, прикрепленными к секторам люльки, приводимыми в движение двумя
электромоторами через редукторы и направляющие коробки.
Механизм наклона обязательно оборудуется ограничителями хода в обе
стороны.
1.1.5 Форма и размеры плавильного пространства электродуговой печи
Внутреннее очертание футеровки ванны печи, стен и свода образует
плавильное пространство печи. Оптимальной формой ванны, в которой находятся
металл и шлак, является сфероконическая.
Коническая часть имеет уклон 45 °, что облегчает заправку печи и
позволяет поддерживать необходимую форму ванны в процессе работы печи.
Глубина ванны Н у больших печей равна 700-1300 мм. Высота сферической
части H1 обычно составляет 15 общей глубины, т. е. НН1 = 5. Между
глубиной ванны и ее диаметром D должно быть определенное соотношение,
обеспечивающее легкое опорожнение печи при ее наклоне на угол 40-45 °, а
также достаточную поверхность соприкосновения между металлом и шлаком, от
которой в значительной мере зависит скорость протекания ряда реакций.
Соотношение НD должно быть равно 5. На уровне зеркала ванны устраивается
порог рабочего окна. Чтобы предохранить стык между футеровкой стен и
откосами ванны от излишнего воздействия шлака, откосы поднимают выше
зеркала ванны (уровня порога окна) на 100-200 мм. При этом на уровне стыка
откосов со стенками образуется линия, имеющая форму окружности с диаметром
Рпп, называемым диаметром плавильного пространства. Учитывая, что откосы
имеют угол 45 °, получаем Бпп = D+2 (100:200) мм.
Высота плавильного пространства Н1 равная расстоянию от порога
рабочего окна до пят свода, у печей большой емкости связана с диаметром
ванны следующим соотношением: Н1D = 0,42:0,44. Увеличение высоты кожуха
дает возможность повысить в шихте долю более дешевого легковесного лома,
тем самым уменьшить количество дополнительных подвалок шихты, т.е. повысить
производительность печи и снизить себестоимость стали. Наклон футеровки
стен обычно делают примерно 100 мм на 1 м высоты; отсюда диаметр
плавильного пространства на уровне пят свода (верхней кромки кожуха) Вх =
Dпп + 2100 H1.
Высота подъема свода Н3 зависит от материала огнеупорной кладки и
находится в следующем соотношении с диаметром плавильного пространства:
Н3Dп,п = 18-19.
1.1.6 Футеровка основной электродуговой печи
Футеровка электродуговых печей выполняется из основных или кислых
огнеупорных материалов. Наиболее распространены печи с основной футеровкой,
в них выплавляется сталь для слитков, в печах с кислой футеровкой
выплавляется небольшое количество стали преимущественно для фасонного
литья.
Отдельные части футеровки - подина, стены и свод - работают в
различных условиях, что и обусловливает неодинаковую их стойкость. В
наиболее тяжелых условиях находятся свод и стенки печи. Эти части
футеровки, и особенно свод, подвергаются значительному перегреву за счет
лучистой энергии электрических дуг, химическому воздействию раскаленных
газов, содержащих окислы железа и известковую пыль. Они также испытывают
резкие перепады температур, особенно в период загрузки шихты, и
значительные механические напряжения. Различные условия работы существенным
образом отражаются на конструкции отдельных частей футеровки, способах их
изготовления и сортах применяемых огнеупорных материалов.
Подина основной печи ДСП-80 состоит из верхнего рабочего набивного
слоя, кирпичного основания и теплоизоляционного слоя. Теплоизоляция подины
включает: слой листового асбеста (20 мм), укладываемого на днище кожуха, и
слой шамотного порошка (20 мм), на который укладывают два ряда нормального
шамотного кирпича на плашку (130 мм). На теплоизоляционном слое возводится
кирпичное основание подины, состоящее из нескольких рядов магнезитового
кирпича (толщина 575 мм). Кладка выполняется таким образом, чтобы
вертикальные швы в соседних рядах не совпадали друг с другом, что
затрудняет проход жидкого металла в случае местного разрушения рабочего
слоя подины через кладку.
Верхний рабочий слой подины изготавливается набивкой из магнезитового
порошка с добавками в качестве связующих: каменноугольной смолы (10 % по
массе) и пека (~1 %). Толщина набивки 150 мм. Общая высота футеровки подины
составляет 900 мм.
В печах емкостью 80 т стойкость подины составляет 1300-1800 плавок, в
печах меньшей емкости - до 5000 плавок.
Кладка стен основных электропечей ДСП-80 выполняется из большемерного
без обжигового магнезитохромитового (толщина 380 мм) или
периклазошпинелидного кирпича (толщина стен 460 мм).
Стойкость стен крупных печей до 100-150 плавок.
Свод основных печей средней и большой емкости на наших заводах
набирают преимущественно из магнезитохромитового кирпича; ранее для сводов
использовали динасовый кирпич.
Динасовые своды обладают низкой стойкостью, что связано с их
оплавлением, вызываемым взаимодействием кремнезема с известковой пылью и
оксидами железа, содержащимися в атмосфере печи.
В настоящее время динасовые своды на наших заводах применяют в печах
малой емкости. За рубежом динас еще остается наиболее распространенным
материалом для сводов основных печей, что обусловлено высокой стоимостью
магнезита и отсутствием месторождений его сырья в США, Англии, ФРГ и других
странах. В США на ряде заводов для повышения стойкости сводов их
выкладывают из высокоогнеупорного высокоглиноземистого (муллитового и
силлиманитового) кирпича, содержащего до 60-70 % А12О8. Применяют также
комбинированные своды, выкладываемые из двух или более видов огнеупоров: из
динасового, особого шамотного и муллитового кирпича.
Стойкость магнезитохромитовых сводов в 2-3,5 раза превышает стойкость
динасовых и достигает 100-200 плавок (более высокие показатели относятся к
печам меньшей емкости).
Свод набирают из кирпича на специальном шаблоне в сводовом кольце.
Благодаря выпуклости шаблона кладка свода получается с необходимой
кривизной, оцениваемой величиной стрелы подъема, которая обеспечивает его
прочность. Отношение стрелы подъема к диаметру свода зависит от материала
свода. Для магнезитохромитового свода оно составляет 1:7 до 1:8, а для
динасового - не менее 1:12.
Толщина свода у печей емкостью 30-80 м достигает 300 мм. По окончании
изготовления подины и стен устанавливают свод и электроды и производят
сушку футеровки и спекание набойки подины. Для этой цели в печь загружают
слой кокса толщиной 200-400 мм, опускают на него электроды и включают ток.
Под действием раскаленного кокса происходит удаление летучих, коксование
смолы и пека и образование из отдельных зерен магнезита, сцементированных
коксовой решеткой, прочной монолитной массы.
1.1.7 Электроды
Подвод тока в плавильное пространство электродуговой печи
осуществляется тремя электродами цилиндрической формы. Материал электрода в
силу специфичности условий его работы должен обладать хорошей
электропроводностью и в то же время выдерживать весьма высокие температуры.
Кроме того, электрод должен иметь достаточную механическую прочность и
сопротивляемость окислительному воздействию атмосферы печи. Он не должен
разрушаться под действием собственной массы и при наклоне печи во время
выпуска металла. Этим требованиям в достаточной мере удовлетворяют только
изделия из углерода, а именно - угольные и графитированные электроды.
Угольные электроды применяются в печах малой емкости (обычно не более
5 т.), графитированные - в печах средней и большой емкости. Угольные
электроды изготавливают из антрацита или термоантрацита, литейного,
нефтяного кокса, природного графита с добавкой в качестве связующих
каменноугольного пека и смолы. Прокаленные и измельченные материалы
определенного гранулометрического состава смешиваются, прессуются,
обжигаются при температуре 1300 °С, а затем подвергаются механической
обработке для получения необходимых размеров. Для изготовления
графитированных электродов, используют высококачественные, малозольные
сорта нефтяного или пекового кокса и смолопека. Технология их изготовления
подобна угольным. Дополнительно, для их графитизации, т. е. получения
укрупненных кристаллов графита, электроды подвергаются длительному обжигу
при температуре около 2500 °С.
Графитированные электроды по сравнению с угольными имеют ряд
преимуществ, которые и предопределяют применение их в печах средней и
большой емкости. Они обладают в 4-5 раз меньшим удельным
электросопротивлением (8-13 Ом•мм2м), что позволяет допускать высокие
плотности тока (34-14 асм2). При одном и том же диаметре электродов в печи
с графитированными электродами можно подавать значительно большую мощность,
чем в печи с угольными электродами. Графитированные электроды лучше
противостоят окислительному воздействию атмосферы печи. В печах ДСП-80
применяют электроды диаметром 500 мм с допустимой плотностью тока не более
14,5 асм2. Диаметр электродов D рассчитывают, исходя из мощности
трансформатора (силы тока).
Электроды изготавливают с торцами, в которых имеются отверстия с
резьбой (так называемое ниппельное гнездо). Наличие этого гнезда позволяет
при помощи ниппеля соединять отдельные секции электрода. Подобное
соединение дает возможность устранить потери электродов по мере их сгорания
в печи, в виде огарков, путем наращивания новых секций электрода. Расход
графитированных электродов составляет на печах большой емкости 5,5-6 кгт
стали, угольных до 13-15 кгт стали. Стоимость графитрованных электродов в
2,3 раза выше, чем угольных.
1.1.8 Электрооборудование печи
Электрическая схема трехфазной дуговой печи включает высоковольтный
кабель, ток от которого при помощи воздушного разъединителя и главного
масляного выключателя подается через дроссель и переключатель напряжения к
первичной обмотке печного трансформатора. Со вторичной обмотки
трансформатора ток поступает через так называемую короткую сеть к
электродам. Кроме того, имеется выключатель, шунтирующий дроссель,
трансформаторы тока, а также защита, измерительные приборы и автоматика.
Воздушный разъединитель служит для отключения электропечи от
высоковольтного кабеля. Он включается или отключается только при
отключенном масляном выключателе. Разъединитель состоит из медных подвижных
ножей и неподвижных контактов (пинцетов), укрепленных раздельно на опорных
изоляторах.
Главный масляный выключатель предназначен для разрыва высоковольтной
цепи, находящейся под нагрузкой. Он состоит из железного, изолированного
внутри бака, заполненного до определенного уровня трансформаторным маслом,
в который погружен выключающий механизм. Масло гасит электрические дуги,
возникающие при отключении масляного выключателя под нагрузкой, и является
изоляцией между отдельными токоведущими частями.
Дроссель служит для увеличения устойчивости горения электрических дуг
и ограничения толчков тока при коротких замыканиях, возможных при обвалах
шихты, когда электрод соприкасается с металлом. Он представляет собой
добавочное сопротивление, подключаемое в цепь перед первичной обмоткой
трансформатора. Сопротивление (обмотка) насажено на магнитопроводы, которые
помещены в баке с трансформаторным маслом.
На печах большой мощности (свыше 10 тыс. ква.) дроссель не
устанавливают, так как индуктивное сопротивление трансформатора и короткой
сети достаточно для стабильного горения дуг и ограничения токов короткого
замыкания. Переключатель ступеней напряжения трансформатора позволяет в
процессе плавки изменять напряжение, а следовательно, и подводимую мощность
к печи. Вторичное напряжение, подаваемое к электродам, изменяется
переключением первичных обмоток с треугольника на звезду (вторичное
напряжение понижается, в 1,73 раза), а также включением или отключением
отдельных частей первичных обмоток, от которых сделано несколько отпаек.
Концы отпаек выведены на переключатель. Переключающий автотрансформатор
обычно находится в одном кожухе с печным трансформатором. Переключение
ступеней производится при снятом напряжении и включенном главном масляном
выключателе с помощью масляных выключателей, имеющих приводы с
дистанционным управлением с пульта печи. В последнее время получают
распространение устройства, позволяющие производить переключение ступеней
под нагрузкой. На рисунке 3 представлен цех.
Рисунок 3. Цех
Печной трансформатор служит для преобразования электроэнергии высокого
напряжения (от 6000 до 35000 В.) и малой силы в ток низкого напряжения (116-
420 В.) и большей силы. Тяжелые условия его работы, связанные с
перегрузкой, с частыми короткими замыканиями, имеющими место при зажигании
дуг и обвалах шихты при плавлении, предъявляют высокие требования к его
конструкции и качеству изготовления. Первичные и вторичные обмотки должны
иметь надежную изоляцию, высокую механическую прочность и интенсивное
охлаждение. Сердечник с обмотками находится в баке, заполненном
трансформаторным маслом. Трансформаторы печей средней и большой емкости
имеют принудительное водомасляное охлаждение. Трансформаторы обычно
устанавливают в отдельном помещении рядом с печью. Мощность трансформатора
является определяющим фактором продолжительности плавки и
производительности печи. Наибольшая мощность потребляется печью в период
плавления.
Короткая сеть - токоподвод от выводов вторичного напряжения
трансформатора до электродов, - должна быть выполнена как можно короче.
Короткая сеть состоит из медных шин - выводов от трансформатора за стену
трансформаторного помещения, гибкого кабеля и медных шин или
водоохлаждаемой трубы над рукавом электрододержателя.
Автоматическое регулирование движения электродов необходимо для
изменения мощности, подаваемой в печь. Изменение мощности производится
путем изменения вторичного напряжения или изменения тока электрической
дуги. Изменение напряжения
Перемещение электродов с целью регулирования этого расстояния
производится автоматически. Для этой цели применяются регуляторы
(вращающегося типа с электромашинным усилителем), управляющие двигателями
привода электрододержателя. Регулятор может работать совместно со
специальным вычислительным устройством, регулирующим количество вводимой в
печь электроэнергии.
1.2 Металлургическое производство с точки зрения охраны окружающей
среды
Литейные цехи. Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделения в
атмосферу в литейных цехах являются: вагранки, электродуговые и
индукционные печи, участки складирования и переработки шихты и формовочных
материалов; участки выбивки и очистки литья.
При плавке 1 т металла в открытых чугунолитейных вагранках выделяется
900-1200 м3 колошникового газа, содержащего оксиды углерода, серы и азота,
пары масел, полидисперсную пыль и др. При разбавлении колошникового газа
воздухом, подсасываемым через завалочное окно вагранки, количество
отходящих газов увеличивается в 1,5-3,5 раза. Химический состав ваграночной
пыли зависит от состава металлозавалки, топлива, условий работы вагранки и
может колебаться в следующих ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева
Горно-металлургический институт имени О.А. Байконурова
Кафедра металлургических процессов, теплотехники и технологии специальных
материалов
Утигалиева А.В.
Изучение свойств ферросиликохрома
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
специальность 050709 – Металлургия
Алматы 2013
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева
Горно-металлургический институт имени О.А. Байконурова
Кафедра металлургических процессов, теплотехники и технологии специальных
материалов
ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ:
Зав. кафедрой МПТиТСМ
д-р техн. наук,
профессор
___________А.О. Байконурова
________________2013 г.
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
на тему: Изучение свойств ферросиликохрома
050709 – Металлургия
Выполнил: Утигалиева А.В.
Рецензент Научный руководитель:
канд. техн. наук, вед. д-р техн. наук, профессор
науч. сотрудник __________ В.А. Луганов
__________ В.А. Ковзаленко
________________2013 г. ________________2013г.
Алматы 2013
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева
Горно-металлургический институт имени О.А. Байконурова
Кафедра металлургических процессов, теплотехники и технологии специальных
материалов
050709 – Металлургия
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой МПТиТСМ
д-р техн. наук,
профессор
___________А.О. Байконурова
________________2013 г.
ЗАДАНИЕ
на выполнение дипломной работы
Обучающемуся Утигалиевой Айнаре Викторовне
Тема: Изучение свойств ферросиликохрома
Утверждена приказом ректора университета № 833-п от 29 декабря 2012 г.
Срок сдачи законченной работы (проекта) ________________2013 г.
Исходные данные к дипломной работе (проекту): ферросиликохром ФС-45,
производства Аксуского ферросплавного завода; химический,
термогравиметрический, рентгеноструктурный анализы ферросиликохрома.
Перечень подлежащих разработке в дипломном проекте вопросов или краткое
содержание дипломной работы:
а) современное состояние проблемы производства ферросиликохрома, при
анализе которого проработать научную литературу по теме исследований;
б) экспериментальная часть, в которой отразить данные по химическому,
термогравиметрическому, рентгеноструктурному анализам ферросиликохрома ФС-
45, производства Аксуского ферросплавного завода.
в) экономическая часть, в которой отразить затраты на выполнение дипломной
работы и оценить ее эффективность;
г) раздел по безопасности и охране труда, в котором отразить вредные и
опасные факторы, оказывающие воздействие на человека, разработать
мероприятия по охране труда и произвести необходимые расчеты.
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)
демонстрационный материал представить не менее, чем на 15 слайдах с
результатами исследований
Рекомендуемая основная литература ___________________________________ _
_____________________________из 25 наименований______________________
График
подготовки дипломной работы (проекта)
Наименование разделов, перечень Сроки представления Примечание
разрабатываемых вопросов научному руководителю
или консультанту
Введение 5.02.2013 г.
Аналитический обзор современного 19.02.2013 г.
состояния проблемы производства
ферросиликохрома
Экспериментальная часть 9.04.2013 г.
Экономическая часть 30.04.2013 г.
Безопастность и охрана труда 30.04.2013 г.
Заключение 23.04.2013 г.
Нормоконтроль 30.04.2013 г.
Подписи
консультантов и нормоконтролера на законченную дипломную работу (проект)
с указанием относящихся к ним разделов работы (проекта)
Наименования Научный руководитель, Дата Подпись
разделов консультанты, И.О.Ф. (уч. подписания
степень, звание)
Экономическая часть М.У. Дуйсемалиева, канд.
эконом. наук, доцент
Экспериментальная В.А. Луганов, д.т.н.,
часть профессор
Безопастность и М.Т.Жараспаев, д-р техн.
охрана труда наук, профессор
Нормоконтроль Г.А. Усольцева, канд. техн.
наук, старший преподаватель
Научный руководитель_______________________ ______ В.А.Луганов
Задание принял к исполнению обучающийся _________ А.В.Утигалиева
Дата ___________________2013 г
АННОТАЦИЯ
Настоящая дипломная работа состоит из задания, введения, 5 глав,
заключения, списка литературы. Дипломная работа изложена на 81 странице,
содержит 9 рисунков, 19 таблиц.
Объектом исследований являлся ферросиликохром, целью работы является
изучение его свойств.
В работе приведен аналитический обзор литературных источников.
Представлены результаты химического, термогравиметрического,
рентгеноструктурного анализов ферросиликохрома ФС-45, производства
Аксуйского ферросплавного завода.
Исследования показали, что:
1. Ферросиликохром имеет ряд непрерывных фазовых, магнитных переходов.
2. Ферросиликохром имеет гексагональную структуру. Образование
непрерывного ряда промежуточных соединений подтверждается результатами
микроскопического и рентгеноструктурного анализов.
Выполнен расчет экономических затрат на проведение исследований,
разработаны мероприятия по охране труда.
Ключевые слова: ферросплав, ферросиликохром, феррохром, диаграмма
состояния, химический, термогравиметрический, рентгеноструктурный анализы.
ANNOTATION
The present diploma work is consists of tasks, introduction 5
chapters, conclusion, list of used sources. Diploma work is expounded on 81
pages, including 9 pictures and 19 tables.
The goal of is research is ferrosilicochrome, the aim of work is
studying of its property.
In Research analytical review of literature sources are conducted.
Results of chemical, thermogravinometric, x-ray analysis of
ferrosilicochrome FS-45, which is production of Aksui ferrosilicochrome
factory, are represented.
The Research showed results:
1. Ferrosilicochrome has a row of continuous phase, magnetic
transitions.
2. Ferrosilicochrome has a hexagonal structure formation of
continuous now of intermediate connections proved by the
results of microscopic and x-ray analysis.
The calculation of economic expenses is executed on the lead
through of researches, measures are executed on a protection.
Key words: ferroalloy, ferrosilicochrome, ferrochrome, diagram of
condition, chemical, thermogravinometric and x-ray analyzes.
АҢДАТПА
Қазіргі дипломдық жұмыс тапсырмадан, кіріспеден, 5 тараудан,
қорытындыдан, қолданылған материалдандан тізімінен тұрады.
Дипломдық жұмыстың мазмұны 81 беттен, 9 сүретпен және 19 кестіден
құралған.
Зертту объектісі феросиликохром болып табылады және жұмыстың мақсаты
оның қасиеттерін зерттеу.
Негізгі сөздер: ферросплавтар, ферросиликохром,диаграмманың жайы,
химикалық термогравинотрикалық, ренген құрылымдық анализдар.
Өткізілген жұмыста әдеби деренмамалардың аналитикалық бақылау
жргізілген .
Бұл зерттеудің химикалық , термогравинометрикалық , рентген құрылымдық
феросиликохромның ФС-45 анализдерінің Ақсүй ферросиликохром заводында
өндірілген, нәтижилері.
Зерттеудің қорытындысы:
1. Ферросиликохромда бірнеше тоқтаусыз фазалық және магниттік айналымы
бар.
2. Ферросиликохромда гексоганалдық құрылым бар. Микроскопиялық және
рентген құрылымдық анализдердің қорытындысы тоқтаусыз бірнеше аралық
қатыныстың пайдаболғанын дәлелдейді.
Зерттеуді жасаудың экономикалық шығынның есебі орындалынған, еңбек
қорғау шаралары қаралынған.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Аналитический обзор современного состояния проблемы производства11
ферросиликохрома
Производство хромистых сплавов 11
1.1.1 Мировое производство хромистых сплавов 11
1.1.2 Производство феррохрома в Казахстане 12
Электродуговые печи Аксуйского завода ферросплавов 15
Механическое оборудование печи 18
1.1.5 Форма и размеры плавильного пространства электродуговой печи 19
1.1.6 Футеровка основной электродуговой печи 20
1.1.7 Электроды 22
1.1.8 Электрооборудование печи 23
1.2 Металлургическое производство с точки зрения охраны окружающей 25
среды
1.3 Системы газоотвода и газоочистки 27
1.4 Утилизация технологических выбросов 28
1.5 Утилизация шлаков сталеплавильного производства 29
1.6 Основные направления развития ферросплавного производства 30
2 Производство ферросиликохрома 33
2.1 Феррохром 33
2.2 Производство ферросиликохрома 34
2.2.1 Состав и применение ферросиликохрома 34
2.2.2 Физико-химические основы процесса получения ферросиликохрома 36
2.3 Технология выплавки ферросиликохрома двухстадийным 40
методом
2.3.1 Печи для производства ферросиликохрома 40
2.3.2 Электрический режим выплавки ферросиликохрома 40
2.4 Расчет шихты для выплавки 45%-ного ферросилиция 42
3 Экспериментальная часть 47
3.1 Диаграмма состояния феррохром и ферросилиций 47
3.2 Методика и аппаратура 49
3.2.1 Термогравиметрия (ТГ) или термогравиметрический анализ 49
3.2.2 Применения термогравиметрической кривой (ТГ) 52
3.2.3 Дифференциальный термический анализ (ДТА) 53
3.2.4 Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) 53
3.2.5 Области применения ДТА и ДСК 54
3.3 Результаты и их обсуждение 56
4 Экономическая часть 58
4.1 Расчет себестоимости 58
4.2 Расчет затрат на проведение исследований 58
4.3 Затраты на основные и вспомогательные материалы 58
4.4 Расчет затрат на электроэнергию 59
4.5 Расчет затрат на холодную воду 59
4.6 Расчет заработной платы и начислений 60
4.7 Расчет амортизационных отчислений 60
4.8 Расчет общей суммы затрат 61
4.9 Расчет рентабельности исследования 62
4.10 Технико–экономические показатели 63
5 Безопасность и охрана труда 65
5.1 Законодательные основы охраны труда РК 65
5.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов 67
5.3 Организационные мероприятия 69
5.4 Расчет защитного заземления 70
5.5 Расчет вытяжного шкафа 73
5.6 Санитарно-гигиенические мероприятия 75
5.6.1 Обеспечение спецодеждой и предохранительными приспособлениями 75
5.6.2 Организация искусственного освещения 75
5.6.3 Расчет искусственного освещения 76
5.6.4 Противопожарные мероприятия 77
Заключение
Список использованной литературы
введение
В условиях обостряющейся конкурентной борьбы на внутреннем и мировом
рынках ферросплавов весьма актуален рост их конкурентоспособности за счет
снижения затрат на производство, повышения качества продукции, расширения
ее сортамента. Основные поиски ведутся с учетом всего комплекса инженерно-
технических и технологических мероприятий, воплощение которых в
производство обеспечивает максимально высокие технико-экономических
показателей ферросплавных процессов.
В число крупнейших производителей феррохрома входят: Китай, Россия,
Норвегия, Япония и Швеция, не имеющие значительных запасов хромитов, но
располагающие мощностями и достаточными энергоресурсами для их
переработки.
В Казахстане ферросплавы производятся на двух крупных ферросплавных
заводах - Аксуском и Актюбинском, выпускающих массовые марки ферросплавов:
ферросилиций, феррохром и силикомарганец.
Казахстан занимает видное место в мире по производству ферросплавов и
является одним из крупнейших их экспортеров, в промышленных масштабах
производится с конца 60-х годов 19 века.
Он содержит в качестве примесей углерод, кремний, серу, фосфор и азот.
Ферросиликохром применяется для легирования и раскисления стали и
сплавов, модифицирования чугуна, а также для использования в качестве
восстановителя при выплавке феррохром.
Ферросиликохром позволяет сократить расход дорогостоящего
низкоуглеродистого феррохрома. Может использоваться ферросиликохром и при
модифицировании чугуна. Ферросиликохром поставляют в кусках или в виде
дробленных и просеянных частиц.
Актуальность проблемы. Ферросиликохром является импортозамещающей
продукцией и основное его количество идет на экспорт. Поддержание и
расширение рынка ферросиликохрома требует получения продукции широкой
номенклатуры и высокого качества. В связи с этим контроль за качеством
сплава является очень важным звеном в цепи производства - продажи. В связи
с этим тема дипломной работы, направленная на изучение свойств
ферросиликохрома - актуальна.
Цель работы - изучение свойств ферросиликохрома.
Задачи работы - химический, термогравиметрический, рентгеноструктурный
анализы ферросиликохрома ФС-45, производства Аксуского ферросплавного
завода.
Новизна - впервые для оценки качества сплава использован комплекс
физико-химических анализов.
Практическая значимость – результаты исследований могут быть
использованы предприятием для совершенствования технологии получения
ферросиликохрома.
1. Аналитический обзор современного состояния проблемы производства
ферросиликохрома
1. Производство хромистых сплавов
1.1.1 Мировое производство хромистых сплавов
В число крупнейших производителей феррохрома входят Китай, Россия,
Норвегия, Япония и Швеция, не имеющие значительных запасов хромитов, но
располагающие мощностями и достаточными энергоресурсами для их
переработки. Ведущие позиции занимает ЮАР (40 % мирового производства
феррохрома в 2006 г.), которой значительно уступает Казахстан - 16 %, Китай
- 14 %, Индия - 11 %, Зимбабве и Финляндия - по 3 %, Россия - 7 % и другие
страны.
Рост производства феррохрома был обусловлен активизацией спроса на
нержавеющую сталь, в производстве которой используется примерно 90 % всего
мирового выпуска феррохрома. Высокие темпы производства были обусловлены
стремительным ростом потребления нержавеющего плоского проката не только
Китаем, но и другими регионами.
Лидером роста производства является Китай. Основным производителем
нержавеющей стали является Китай. При резком увеличении производства
нержавеющей стали все более строго стоит проблема увеличения импорта
феррохрома.
Особенностью организации производства ферросодержащей продукции
является тенденция к объединению в рамках одной компании мощностей по
выпуску товарной руды и феррохрома, а также нержавеющей стали, на выпуск
которой расходуется основная часть ферросодержащих сплавов, в основном
высокоуглеродистого феррохрома.
Хромовая промышленность Казахстана представлена, помимо Донского ГОКа,
такими предприятиями по производству ферросплавов Аксуский и Актюбинские
заводы ферросплавов.
В России практически все производство феррохрома сосредоточено на
Урале, где его выпускают Челябинский электрометаллургический комбинат
(ЧЭМК), Серовский и Ключевский заводы ферросплавов.
В Индии характерной особенностью хромовой промышленности является
обилие мелких компаний-производителей хромитов и особенно – феррохрома.
Большую часть выпущенного по толлингу феррохрома Индия эксплуатирует в
Японию.
В Зимбабве практически вся руда перерабатывается внутри страны на двух
ферросплавных заводах. Оба завода находятся в центральной части страны, в
г. Квекве и Гверу.
Турция в отличие от Зимбабве большую часть хромовой руды
эксплуатирует, не располагая достаточными мощностями по ее переработке в
феррохром.
Финляндия добилась самых низких в мире издержек производства
нержавеющей стали, благодаря преимуществам вертикальной интеграции и
передовым технологиям.
В настоящее время спрос на металлический хром на мировом рынке
составляет, по оценке, 25-30 тыс. т в год, в том числе 50 % приходится на
США, 25 % - на Европу (включая Россию) , 23 % - на Японию и 12 % - на
прочие страны. Спрос на высокочистый металлический хром в мире оценивается
в 10 тыс. т в год. Он используется в производстве специальных хромовых
сплавов для АРКП, а также в электронной промышленности.
1.1.2 Производство феррохрома в Казахстане
Хромовая промышленность Казахстана представлена предприятиями по
производству ферросплавов - Актюбинским и Аксуским заводами ферросплавов,
входящими в состав АО Транснациональная компания Казхром.
ТНК Казхром - крупнейшее предприятие в Казахстане и одно из
крупнейших в мире по производству ферросплавов.
Аксуский завод ферросплавов (АЗФ).
Ферросплавное производство в республике представлено транснациональной
компанией Казхром в составе АО Донской ГОК, АО Аксуский завод
ферросплавов, АО Феррохром, ТНК Казхром; имеет 42 электропечи с общей
установленной мощностью более 1000 МПА, производство свыше 1,0 млн. т
ферросплавов и около 2,5 млн. т товарной хромовой руды в год.
В Казахстане ферросплавы производятся на двух крупных ферросплавных
заводах — Аксуском и Актюбинском, выпускающих массовые марки ферросплавов:
ферросилиций, феррохром и силикомарганец. Казахстан занимает видное место
в мире по производству ферросплавов и является одним из крупнейших их
экспортеров [1-3].
В последнее время возросли объемы выпуска ферросплавов, построены
мощности по переработке шлаков. Освоена технология выплавки марганцевых
сплавов из собственного сырья. Сейчас Казахстан производит 1100 тыс. т
ферросплавов в год, что на 400 тыс. т больше достигнутого показателя 1996
г.
Аксуский завод ферросплавов (АЗФ) был запущен в эксплуатацию в 1968 г.
Это одно из крупнейших и уникальных предприятий в мире по производству
ферросплавов. Его проектная мощность 1,0 млн. т. ферросплавов в год. Завод
имеет в своем составе четыре плавильных цеха и комплекс вспомогательных
цехов и участков.
Основная номенклатура выпускаемой продукции - феррохром, ферросилиций,
ферросиликохром, ферросиликомарганец и марганцевые сплавы.
Сырьем для преоприятия являются: хромовая руда (АО Донской ГОК),
кварцит (АО Алаш), марганцевый концентрат (АО Жайремский ГОК, АО Элрое
Казахстан, АО Алаш), кокс (Алтайский коксохимический завод), электродная
масса (Челябинский электродный завод).
Перспектива развития предприятия связывается с наращиванием
производства сплавов за счет улучшения использования действующих мощностей.
Объем производства феррохрома составил 680 тыс. т к 2003 г., т.е. по
сравнению с 1997 г. увеличился на 135 %.
Актюбинский завод ферросплавов (АкЗФ) производит углеродистый
феррохром (ФХ800, ФХ900) - 93850 тгод, рафинированные марки феррохрома -
33900 тгод с потреблением хромитовой руды Донского месторождения 296700
тгод, содержащей мелочь 30 % (89000 т). Однако для дальнейшего развития
производства, а также достижения меньшей зависимости от меняющейся
конъюнктуры рынка сбыта сплавов с хромом АкЗФ в настоящее время принимает
следующие меры, расширяющие сортамент выпускаемых сплавов и снижающие
себестоимость сплавов с хромом:
1. обогащение титановой руды с получением ильменитового концентрата,
его окускование и освоение производства ферротитана марки ФТ75;
2. оптимизация технологии выплавки рафинированных сортов феррохрома;
3. освоение технологии выплавки металлического хрома и ее оптимизация;
4. окускование мелочи хромитовой руды, образующейся на заводе после
рассева;
5. разработка технологий и организация производства широкого
сортамента ферросплавов малой группы, ранее не производимых в
Казахстане (ферровольфрама, ферромолибдена, магнийсодержащих
лигатур, ферроциркония и т.д.).
Состав предприятия. Основное производство представлено тремя
плавильными цехами: цех № 1 с семью открытыми электропечами и двумя
конвертерами, цех № 2 с семью печами, цех № 3 с вакуумметрическими и
алюмотермическими отделениями для выпуска феррохрома, модификаторов и
лигатур.
Попутная продукция - карбид кальция, кирпич силикатный, щебень
шлаковый, порошки (абразивный, огнеупорный, ферропыль), кислород, азот,
углекислый газ, стекло натриевое жидкое, огнеупоры (кирпич огнеупорный,
сифоновый припас), известь.
Экспорт ферросплавов - США и почти все европейские страны. Отгрузка
продукции осуществляется при разнарядке трейдера — фирмы Alloys Finland
по портам западного направления — Клапейда, Херсон, Таллинн.
Управляющая национальная компания Казхром проводит гибкую
инвестиционную стратегию, своевременно реагируя на конъюнктуру рынка
перестраивая производство на выпуск ферросплавов, необходимые потребителю.
Приоритеты развития предприятия: расширение сырьевой базы производства
ферросплавов; расширение номенклатуры и повышение качества производимой
продукции; внедрение систем автоматизации производства и учета движения
материальных и финансовых потоков; решение экологических проблем
производства за счет внедрения мероприятий по сокращению вредных выбросов;
переход на безотходные и энергосберегающие технологии, переработка
шлакового отвала.
В связи с тем, что Казахстан обладает уникальной сырьевой базой хрома,
стратегия и тактика в хромовой подотрасли должна быть ориентирована на
снижение экспорта хромовой руды и увеличение выпуска высококачественных
ферросплавов.
На предприятии осуществляются следующие мероприятия по модернизации и
техническому перевооружению:
1. капитальный ремонт плавильных агрегатов с увеличением на ряде; из них
мощностей трансформаторов;
2. освоение производства металлического хрома и безуглеродистого
феррохрома, объем производства которых соответственно возрастет с 2,0
тыс. т в 2000 г. до 3,6 тыс. т в 2005 г.;
3. улучшение качества перерабатываемого сырья за счет расширения
производства брикетов из мелких классов хромовой руды, объем
производства которых возрастет с 24 тыс. т в 1999 г. до 200 тыс. т в
2005 г.;
4. объем производства товарных ферросплавов к 2005 г. увеличится на
19,073 тыс. т по отношению к 1999 г.;
5. перспективные цели в развитии Актюбинского завода ферросплавов;
6. выпуск новых видов продукции (рутил и циркониевые концентраты,
ферротитан, азотированный феррохром и др.);
7. совершенствование конструкции и увеличение эффективности работы
газоочистных сооружений;
8. сокращение потерь хрома, извлечение хрома из шлаков существующего
отвала;
9. увеличение выпуска продукции за счет модернизации печей с повышением
мощностей печных агрегатов.
Перед Донским ГОКом стоит проблема окускования мелочи добываемой
хромитовой руды методами окатывания или агломерации. Для решения этой
проблемы Евразийской группе предстоит организация производства хромитовых
окатышей на ССГПО или создание цеха окускования непосредственно в ДонГОКе.
3. Электродуговые печи Аксуского завода ферросплавов
На Аксуском заводе ферросплавов наибольшее распространение получили
трехфазные дуговые печи с тремя электродами и непроводящей подиной. По
принципу нагрева эти печи относятся к типу электродуговых печей прямого
действия. Электродуговая печь изображена на рисунке 1. В них электрические
дуги горят непосредственно между каждым из электродов и металлической
садкой. Нагрев металла происходит в основном за счет тепла, излучаемого
дугами.
По способу загрузки печи делятся на два типа: печи с загрузкой сверху
и печи с загрузкой через рабочее окно. Цех выплавки ферросплавов изображен
на рисунке 2. Через рабочее окно загружают печи небольшой емкости, причем
загрузка производится или завалочной машиной при помощи мульд, или лотками
и в редких случаях вручную специальной лопатой. Печи с загрузкой через окно
имеют стационарно укрепленный свод и более простую конструкцию, чем печи с
загрузкой сверху.
Более совершенным способом является загрузка печей сверху, хотя она и
вызывает значительные усложнения конструкции печи, так как при этом
возникает необходимость подъема и отвода свода в сторону. Шихта загружается
в один прием в течение 3-6 мин при помощи специальной корзины (бадьи).
Резкое сокращение (в 8-10 раз) продолжительности загрузки по сравнению с
загрузкой через рабочее окно позволяет повысить производительность печи.
Кроме того, при загрузке сверху достигается снижение расхода
электроэнергии, лучшее использование объема печи за счет загрузки большого
количества шихты, облегчение условий труда.
Печи с механизированной загрузкой сверху разделяются на три типа:
1) печи с выкатываемым корпусом (ванной);
2) печи с откатываемым сводом;
3) печи с поворотным сводом.
В печах с выкатываемым корпусом свод подвешивается к неподвижному
порталу. Откат корпуса осуществляется при помощи гидравлического цилиндра
или электромеханического привода по рольгангу. В печах с откатывающимся
сводом корпус печи неподвижен, а свод вместе с электродержателями подвешен
к портальному мосту, который может перемещаться по рельсам, уложенным по
обеим сторонам печи.
Наиболее рациональной и распространенной в последнее время является
конструкция печи с поворотным сводом. Свод при помощи специальных
механизмов приподнимается над корпусом печи на 150-200 мм и отворачивается
в сторону на угол 95-110 °. Печи с отворачивающимся сводом имеют следующие
преимущества: почти полное отсутствие механических сотрясений кладки печи
при подъеме свода, меньший вес печи и ее перемещающейся части, некоторое
удешевление конструкции. Подобную конструкцию имеют наши печи большой
емкости. От емкости печи зависит мощность трансформатора, от которого
питается печь, размеры ее рабочего пространства, диаметр электродов и
другие технические характеристики.
Рисунок 1. Электродуговые печи
Рисунок 2. Цех выплавки ферросплавов
1.1.4 Механическое оборудование печи
Кожух печи выполняется сварным или клепаным из листового железа
толщиной 10-30 мм. Он должен обладать достаточной прочностью, чтобы
выдержать футеровку, металл и шлак, свод и давление расширяющейся при
нагреве кладки, причем нагрев самого кожуха не должен превышать 100-150°С.
Кожух имеет, обычно коническую или цилиндрическую форму. Коническая форма
облегчает изготовление наклонной кладки печи и заправку откосов,
увеличивает стойкость футеровки. Для увеличения прочности кожуха его
укрепляют вертикальными ребрами, и горизонтальными поясами жесткости. Днище
кожуха больших печей делают сферической формы, которая обеспечивает высокую
прочность и минимальный вес кладки оно может быть также коническим с
плоской центральной частью или плоским.
Сводовое кольцо служит опорой для огнеупорной кладки свода сварное или
клепаное кольцо имеет водяное охлаждение что повышает его стойкость.
В печах с загрузкой сверху для обеспечения герметичности стыка свода и
кожуха устраивается песочный затвор. Кольцо свода имеет внизу выступ --
нож, который входит в заполненную песком полость верхнего кольцевого пояса
жесткости.
Рабочее окно служит для загрузки печей малой емкости, а также для
введения различных добавок и флюсующих материалов заправки подины и откосов
и др. В печах емкостью 80 т и выше для ускорения этих операций устраивают
дополнительно боковое окно. Рабочее окно обычно имеет следующие размеры:
ширина - 0,4-0,35 диаметра плавильного пространства, высота - 0,8 ширины
окна. Окно обрамляется литой или сварной рамой прикрепляемой к кожуху печи.
Вверху рамы устанавливают водоохлаждаемую коробку. Рабочее окно
перекрывается пустотелой водоохлаждаемой заслонкой. Герметичность
прилегания заслонки к арматуре окна обеспечивается наклоном (порядка 5-6 °
к вертикали) направляющих рамы, в которых движется заслонка Движение
заслонки обеспечивается пневматическим или электрическим приводом.
Сливной желоб предназначен для выпуска металла в ковш. Выпускное
отверстие - круглое (диаметром 120-150 мм) или прямоугольное (150X250 мм),
устраивается с противоположной стороны рабочего окна. На время плавки оно
заделывается сухим дробленым доломитом. К выпускному отверстию примыкает
металлический желоб, футерованный шамотным кирпичом с огнеупорной обмазкой.
Длина желоба всего 1-2 м, чтобы при выпуске не вызывать заметного
охлаждения и излишнего окисления жидкого металла.
Уплотняющие кольца (экономайзеры) закрывают промежуток между
отверстием в своде и электродом. Они предохраняют электроды от излишнего
окисления и нагрева газами, выходящими из печи, обеспечивают герметичность
зазора между электродом и сводом. Уплотняющее кольцо выполняется из стали
или бронзы в виде полой цилиндрической водоохлаждаемой коробки, которая
устанавливается на свод или утоплена в кладку свода. Довольно
распространены кольца в виде змеевика из цельнотянутой трубы опускаемого в
зазор.
Электрододержатели предназначены для подвода тока к электродам и
удержания их на определенной высоте в печи. Электрододержатель состоит из
головки, пружинно-пневматического зажима, рукава, телескопической стойки и
жесткой части вторичного токоподвода.
Головки электрододержателей изготавливают из стали, бронзы тили латуни
и делают водоохлаждаемыми.
Перемещение электродов осуществляется электрическим или гидравлическим
приводом. Печь ДСП-80 оснащена электрическим приводом. Подъем каждого из
трех электродов производится рейкой с приводом от электродвигателя, через
двухступенчатый червячный редуктор. Опускание электродов происходит под
действием массы несбалансированной части подвижных масс электрододержателя
и самого электрода, при отсутствии электрода - принудительно при помощи
рейки. Ход электродов 3600 мм. Скорость перемещения: при подъеме 1,8-2,5
ммин, при спуске 1,0-1,5 ммин. Управление перемещением электродов -
автоматическое.
Механизм наклона обеспечивает наклон печи в сторону выпуска (сливного
желоба) на угол 40-45 ° и на угол 10-15 ° в сторону рабочего окна для
скачивания шлака.
Печи средней и большой емкости, в том числе печь ДСП-80, оборудованы
механизмом наклона, в котором опорные сектора люльки перекатываются по
горизонтальной станине. Наклон печи ДСП-80 производится двумя зубчатыми
рейками, прикрепленными к секторам люльки, приводимыми в движение двумя
электромоторами через редукторы и направляющие коробки.
Механизм наклона обязательно оборудуется ограничителями хода в обе
стороны.
1.1.5 Форма и размеры плавильного пространства электродуговой печи
Внутреннее очертание футеровки ванны печи, стен и свода образует
плавильное пространство печи. Оптимальной формой ванны, в которой находятся
металл и шлак, является сфероконическая.
Коническая часть имеет уклон 45 °, что облегчает заправку печи и
позволяет поддерживать необходимую форму ванны в процессе работы печи.
Глубина ванны Н у больших печей равна 700-1300 мм. Высота сферической
части H1 обычно составляет 15 общей глубины, т. е. НН1 = 5. Между
глубиной ванны и ее диаметром D должно быть определенное соотношение,
обеспечивающее легкое опорожнение печи при ее наклоне на угол 40-45 °, а
также достаточную поверхность соприкосновения между металлом и шлаком, от
которой в значительной мере зависит скорость протекания ряда реакций.
Соотношение НD должно быть равно 5. На уровне зеркала ванны устраивается
порог рабочего окна. Чтобы предохранить стык между футеровкой стен и
откосами ванны от излишнего воздействия шлака, откосы поднимают выше
зеркала ванны (уровня порога окна) на 100-200 мм. При этом на уровне стыка
откосов со стенками образуется линия, имеющая форму окружности с диаметром
Рпп, называемым диаметром плавильного пространства. Учитывая, что откосы
имеют угол 45 °, получаем Бпп = D+2 (100:200) мм.
Высота плавильного пространства Н1 равная расстоянию от порога
рабочего окна до пят свода, у печей большой емкости связана с диаметром
ванны следующим соотношением: Н1D = 0,42:0,44. Увеличение высоты кожуха
дает возможность повысить в шихте долю более дешевого легковесного лома,
тем самым уменьшить количество дополнительных подвалок шихты, т.е. повысить
производительность печи и снизить себестоимость стали. Наклон футеровки
стен обычно делают примерно 100 мм на 1 м высоты; отсюда диаметр
плавильного пространства на уровне пят свода (верхней кромки кожуха) Вх =
Dпп + 2100 H1.
Высота подъема свода Н3 зависит от материала огнеупорной кладки и
находится в следующем соотношении с диаметром плавильного пространства:
Н3Dп,п = 18-19.
1.1.6 Футеровка основной электродуговой печи
Футеровка электродуговых печей выполняется из основных или кислых
огнеупорных материалов. Наиболее распространены печи с основной футеровкой,
в них выплавляется сталь для слитков, в печах с кислой футеровкой
выплавляется небольшое количество стали преимущественно для фасонного
литья.
Отдельные части футеровки - подина, стены и свод - работают в
различных условиях, что и обусловливает неодинаковую их стойкость. В
наиболее тяжелых условиях находятся свод и стенки печи. Эти части
футеровки, и особенно свод, подвергаются значительному перегреву за счет
лучистой энергии электрических дуг, химическому воздействию раскаленных
газов, содержащих окислы железа и известковую пыль. Они также испытывают
резкие перепады температур, особенно в период загрузки шихты, и
значительные механические напряжения. Различные условия работы существенным
образом отражаются на конструкции отдельных частей футеровки, способах их
изготовления и сортах применяемых огнеупорных материалов.
Подина основной печи ДСП-80 состоит из верхнего рабочего набивного
слоя, кирпичного основания и теплоизоляционного слоя. Теплоизоляция подины
включает: слой листового асбеста (20 мм), укладываемого на днище кожуха, и
слой шамотного порошка (20 мм), на который укладывают два ряда нормального
шамотного кирпича на плашку (130 мм). На теплоизоляционном слое возводится
кирпичное основание подины, состоящее из нескольких рядов магнезитового
кирпича (толщина 575 мм). Кладка выполняется таким образом, чтобы
вертикальные швы в соседних рядах не совпадали друг с другом, что
затрудняет проход жидкого металла в случае местного разрушения рабочего
слоя подины через кладку.
Верхний рабочий слой подины изготавливается набивкой из магнезитового
порошка с добавками в качестве связующих: каменноугольной смолы (10 % по
массе) и пека (~1 %). Толщина набивки 150 мм. Общая высота футеровки подины
составляет 900 мм.
В печах емкостью 80 т стойкость подины составляет 1300-1800 плавок, в
печах меньшей емкости - до 5000 плавок.
Кладка стен основных электропечей ДСП-80 выполняется из большемерного
без обжигового магнезитохромитового (толщина 380 мм) или
периклазошпинелидного кирпича (толщина стен 460 мм).
Стойкость стен крупных печей до 100-150 плавок.
Свод основных печей средней и большой емкости на наших заводах
набирают преимущественно из магнезитохромитового кирпича; ранее для сводов
использовали динасовый кирпич.
Динасовые своды обладают низкой стойкостью, что связано с их
оплавлением, вызываемым взаимодействием кремнезема с известковой пылью и
оксидами железа, содержащимися в атмосфере печи.
В настоящее время динасовые своды на наших заводах применяют в печах
малой емкости. За рубежом динас еще остается наиболее распространенным
материалом для сводов основных печей, что обусловлено высокой стоимостью
магнезита и отсутствием месторождений его сырья в США, Англии, ФРГ и других
странах. В США на ряде заводов для повышения стойкости сводов их
выкладывают из высокоогнеупорного высокоглиноземистого (муллитового и
силлиманитового) кирпича, содержащего до 60-70 % А12О8. Применяют также
комбинированные своды, выкладываемые из двух или более видов огнеупоров: из
динасового, особого шамотного и муллитового кирпича.
Стойкость магнезитохромитовых сводов в 2-3,5 раза превышает стойкость
динасовых и достигает 100-200 плавок (более высокие показатели относятся к
печам меньшей емкости).
Свод набирают из кирпича на специальном шаблоне в сводовом кольце.
Благодаря выпуклости шаблона кладка свода получается с необходимой
кривизной, оцениваемой величиной стрелы подъема, которая обеспечивает его
прочность. Отношение стрелы подъема к диаметру свода зависит от материала
свода. Для магнезитохромитового свода оно составляет 1:7 до 1:8, а для
динасового - не менее 1:12.
Толщина свода у печей емкостью 30-80 м достигает 300 мм. По окончании
изготовления подины и стен устанавливают свод и электроды и производят
сушку футеровки и спекание набойки подины. Для этой цели в печь загружают
слой кокса толщиной 200-400 мм, опускают на него электроды и включают ток.
Под действием раскаленного кокса происходит удаление летучих, коксование
смолы и пека и образование из отдельных зерен магнезита, сцементированных
коксовой решеткой, прочной монолитной массы.
1.1.7 Электроды
Подвод тока в плавильное пространство электродуговой печи
осуществляется тремя электродами цилиндрической формы. Материал электрода в
силу специфичности условий его работы должен обладать хорошей
электропроводностью и в то же время выдерживать весьма высокие температуры.
Кроме того, электрод должен иметь достаточную механическую прочность и
сопротивляемость окислительному воздействию атмосферы печи. Он не должен
разрушаться под действием собственной массы и при наклоне печи во время
выпуска металла. Этим требованиям в достаточной мере удовлетворяют только
изделия из углерода, а именно - угольные и графитированные электроды.
Угольные электроды применяются в печах малой емкости (обычно не более
5 т.), графитированные - в печах средней и большой емкости. Угольные
электроды изготавливают из антрацита или термоантрацита, литейного,
нефтяного кокса, природного графита с добавкой в качестве связующих
каменноугольного пека и смолы. Прокаленные и измельченные материалы
определенного гранулометрического состава смешиваются, прессуются,
обжигаются при температуре 1300 °С, а затем подвергаются механической
обработке для получения необходимых размеров. Для изготовления
графитированных электродов, используют высококачественные, малозольные
сорта нефтяного или пекового кокса и смолопека. Технология их изготовления
подобна угольным. Дополнительно, для их графитизации, т. е. получения
укрупненных кристаллов графита, электроды подвергаются длительному обжигу
при температуре около 2500 °С.
Графитированные электроды по сравнению с угольными имеют ряд
преимуществ, которые и предопределяют применение их в печах средней и
большой емкости. Они обладают в 4-5 раз меньшим удельным
электросопротивлением (8-13 Ом•мм2м), что позволяет допускать высокие
плотности тока (34-14 асм2). При одном и том же диаметре электродов в печи
с графитированными электродами можно подавать значительно большую мощность,
чем в печи с угольными электродами. Графитированные электроды лучше
противостоят окислительному воздействию атмосферы печи. В печах ДСП-80
применяют электроды диаметром 500 мм с допустимой плотностью тока не более
14,5 асм2. Диаметр электродов D рассчитывают, исходя из мощности
трансформатора (силы тока).
Электроды изготавливают с торцами, в которых имеются отверстия с
резьбой (так называемое ниппельное гнездо). Наличие этого гнезда позволяет
при помощи ниппеля соединять отдельные секции электрода. Подобное
соединение дает возможность устранить потери электродов по мере их сгорания
в печи, в виде огарков, путем наращивания новых секций электрода. Расход
графитированных электродов составляет на печах большой емкости 5,5-6 кгт
стали, угольных до 13-15 кгт стали. Стоимость графитрованных электродов в
2,3 раза выше, чем угольных.
1.1.8 Электрооборудование печи
Электрическая схема трехфазной дуговой печи включает высоковольтный
кабель, ток от которого при помощи воздушного разъединителя и главного
масляного выключателя подается через дроссель и переключатель напряжения к
первичной обмотке печного трансформатора. Со вторичной обмотки
трансформатора ток поступает через так называемую короткую сеть к
электродам. Кроме того, имеется выключатель, шунтирующий дроссель,
трансформаторы тока, а также защита, измерительные приборы и автоматика.
Воздушный разъединитель служит для отключения электропечи от
высоковольтного кабеля. Он включается или отключается только при
отключенном масляном выключателе. Разъединитель состоит из медных подвижных
ножей и неподвижных контактов (пинцетов), укрепленных раздельно на опорных
изоляторах.
Главный масляный выключатель предназначен для разрыва высоковольтной
цепи, находящейся под нагрузкой. Он состоит из железного, изолированного
внутри бака, заполненного до определенного уровня трансформаторным маслом,
в который погружен выключающий механизм. Масло гасит электрические дуги,
возникающие при отключении масляного выключателя под нагрузкой, и является
изоляцией между отдельными токоведущими частями.
Дроссель служит для увеличения устойчивости горения электрических дуг
и ограничения толчков тока при коротких замыканиях, возможных при обвалах
шихты, когда электрод соприкасается с металлом. Он представляет собой
добавочное сопротивление, подключаемое в цепь перед первичной обмоткой
трансформатора. Сопротивление (обмотка) насажено на магнитопроводы, которые
помещены в баке с трансформаторным маслом.
На печах большой мощности (свыше 10 тыс. ква.) дроссель не
устанавливают, так как индуктивное сопротивление трансформатора и короткой
сети достаточно для стабильного горения дуг и ограничения токов короткого
замыкания. Переключатель ступеней напряжения трансформатора позволяет в
процессе плавки изменять напряжение, а следовательно, и подводимую мощность
к печи. Вторичное напряжение, подаваемое к электродам, изменяется
переключением первичных обмоток с треугольника на звезду (вторичное
напряжение понижается, в 1,73 раза), а также включением или отключением
отдельных частей первичных обмоток, от которых сделано несколько отпаек.
Концы отпаек выведены на переключатель. Переключающий автотрансформатор
обычно находится в одном кожухе с печным трансформатором. Переключение
ступеней производится при снятом напряжении и включенном главном масляном
выключателе с помощью масляных выключателей, имеющих приводы с
дистанционным управлением с пульта печи. В последнее время получают
распространение устройства, позволяющие производить переключение ступеней
под нагрузкой. На рисунке 3 представлен цех.
Рисунок 3. Цех
Печной трансформатор служит для преобразования электроэнергии высокого
напряжения (от 6000 до 35000 В.) и малой силы в ток низкого напряжения (116-
420 В.) и большей силы. Тяжелые условия его работы, связанные с
перегрузкой, с частыми короткими замыканиями, имеющими место при зажигании
дуг и обвалах шихты при плавлении, предъявляют высокие требования к его
конструкции и качеству изготовления. Первичные и вторичные обмотки должны
иметь надежную изоляцию, высокую механическую прочность и интенсивное
охлаждение. Сердечник с обмотками находится в баке, заполненном
трансформаторным маслом. Трансформаторы печей средней и большой емкости
имеют принудительное водомасляное охлаждение. Трансформаторы обычно
устанавливают в отдельном помещении рядом с печью. Мощность трансформатора
является определяющим фактором продолжительности плавки и
производительности печи. Наибольшая мощность потребляется печью в период
плавления.
Короткая сеть - токоподвод от выводов вторичного напряжения
трансформатора до электродов, - должна быть выполнена как можно короче.
Короткая сеть состоит из медных шин - выводов от трансформатора за стену
трансформаторного помещения, гибкого кабеля и медных шин или
водоохлаждаемой трубы над рукавом электрододержателя.
Автоматическое регулирование движения электродов необходимо для
изменения мощности, подаваемой в печь. Изменение мощности производится
путем изменения вторичного напряжения или изменения тока электрической
дуги. Изменение напряжения
Перемещение электродов с целью регулирования этого расстояния
производится автоматически. Для этой цели применяются регуляторы
(вращающегося типа с электромашинным усилителем), управляющие двигателями
привода электрододержателя. Регулятор может работать совместно со
специальным вычислительным устройством, регулирующим количество вводимой в
печь электроэнергии.
1.2 Металлургическое производство с точки зрения охраны окружающей
среды
Литейные цехи. Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделения в
атмосферу в литейных цехах являются: вагранки, электродуговые и
индукционные печи, участки складирования и переработки шихты и формовочных
материалов; участки выбивки и очистки литья.
При плавке 1 т металла в открытых чугунолитейных вагранках выделяется
900-1200 м3 колошникового газа, содержащего оксиды углерода, серы и азота,
пары масел, полидисперсную пыль и др. При разбавлении колошникового газа
воздухом, подсасываемым через завалочное окно вагранки, количество
отходящих газов увеличивается в 1,5-3,5 раза. Химический состав ваграночной
пыли зависит от состава металлозавалки, топлива, условий работы вагранки и
может колебаться в следующих ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
