Технологический процесс выплавки стали в ДСП

Курсовой проект

Часть 1: Электротехнологические промышленные установки

Электрический расчёт дуговой сталеплавильной печи

Дисциплина: «Электрооборудование промышленности»

Вологда

2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ. 3

ВВЕДЕНИЕ. 4

1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ.. 5

1.1 Конструкция ДСП.. 5

1.2 Технологический процесс выплавки стали в ДСП.. 7

1.3 Электрическая схема питания ДСП и особенности эксплуатации печного электрооборудования. 8

1.4 Полная и упрощенная схемы замещения ДСП.. 11

2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ.. 13

2.1 Круговая диаграмма ДСП.. 13

2.2 Рабочие характеристики ДСП.. 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 19

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Выбор электрического режима работы, построение электрических характеристик дуговой сталеплавильной печи (ДСП) и схема питания с описанием особенностей электрооборудования.

1) Описать технологический процесс выплавки стали в ДСП

2) Описать конструкции ДСП

3) Привести электрическую схему питания ДСП и описать особенности эксплуатации печного электрооборудования

4) Привести полную и упрощенную схему замещения ДСП

5) Построить круговую диаграмму ДСП

6) Пользуясь круговой диаграммой построить рабочие характеристики ДСП в зависимости от вторичного тока электрического трансформатора: активной мощности; полезной мощности» выделяемой в дуге; мощности электрических потерь; коэффициента мощности; электрического коэффициента полезного действия; напряжения дуги (внешнюю характеристику источника питания).

Таблица 1 Исходные данные для расчета электрических характеристик ДСП

ВВЕДЕНИЕ

За последние годы в промышленности сильно расширилась область применения элекротехнологических процессов, вытеснивших многие технологические процессы с топливным нагревом. Переход на элекротехнологические процессы обеспечивает повышение качества продукции, позволяет во многих случаях проводить такие операции и получать такие материалы, которые иным путем осуществить невозможно, улучшать санитарные условия труда и снижать вредное воздействие на окружающую среду. Сейчас можно сказать, что нет таких отраслей промышленности, где бы широко не применялась электротехнология.

Термины «электротехнология», «электротехнологические процессы» весьма широки; по существу они охватывают все виды процессов, которые характеризуются использованием электрической энергии, когда она превращается в процессе производства в тепловую, механическую или химическую виды энергии. Однако так сложилось исторически, что некоторые технологические процессы, подпадающие под это определение, стали благодаря своему значению и широкому распространению предметом изучения специальных разделов науки и техники (превращение электроэнергии в механическую при механической обработке материалов и изделий, применение электроэнергии на транспорте, для освещения и для бытовых нужд).

Курсовой проект имеет целью рассчитать электрические и рабочие характеристики дуговой сталеплавильной печи.

В дуговой печи прямого действия тепловая энергия выделяется в электрических дугах, которые горят между концами электродов и расплавляемым материалом. Нагрев материала осуществляется при выделении энергии в опорных пятнах дуги, протекании тока через расплав, а также за счет излучения плазмы дуги, конвекции и теплопроводности.

Электродуговые печи применяются в металлургической, химической, машиностроительной и ряде других отраслей промышленности.

ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ

Конструкция ДСП

Дуговые сталеплавильные печи работают на трехфазном токе частотой 50 Гц. Они имеют чашеобразную форму; стенки печи выполнены из огнеупорного кирпича – магнезитового, если применяется основной шлак, и динасового, если шлак кислый (некоторые печи для фасонного литья). Дно ванны печи выполняют набивным из огнеупорного порошка, смешанного с каменноугольной смолой или жидким стеклом, чтобы создать слой, непроницаемый для жидкого металла. Сверху печь перекрывается сферическим огнеупорным сводом с тремя расположенными по вершинам правильного треугольника, отверстиями, через которые в печь входят три графитовых электрода. Электроды зажаты в бронзовых или стальных электрододержателях, рукава которых закреплены на стойках, перемещающихся вверх и вниз в направляющих при помощи электродвигателей или гидравлических механизмов. Ток подводится к электрододержателям от специального трехфазного понижающего трансформатора с помощью медных шин, трубошин и гибких кабелей. Дуги горят между концами электродов и металлом шины, который электрически является нулем трехфазной звезды нагрузки. Перемещениемэлектродов вверх и вниз можно регулировать длину дуги, а с ней ток и мощность каждой фазы печи, устраняя колебания тока, короткие замыкания и обрывы дуги. Кроме того, для регулирования режима печиприменяют изменение питающего печь напряжения, для чего обмотка электропечного трансформатора снабжается большим числом отводов. Переключение с одной ступени напряжения на другую на печах небольшой емкости производят при выключенном трансформаторе, а на мощных печах – с помощью специального переключателя ступеней без отключения печи от сети.

Футеровка печи находится в прочном стальном кожухе, в котором прорезаны одно рабочее окно, прикрываемое подъемной дверцей, и отверстие для летки со сливным носком, через которое производят по окончании плавки слив металла в ковш. Рабочее окно служит для наблюдения за состоянием ванны и футеровки, для заправки (исправления) подины и стен, для заброса в печь образующих шлак материалов и легирующих добавок и взятия пробы металла. Кроме того, через рабочее окно, находящееся против сливного носка, осуществляют скачивание шлака в шлаковницу, при этом печь наклоняют в сторону окна.

К нижним конструкциям печи прикреплена шахта с направляющими роликами, в которых перемещаются вертикально стойки печи, несущие электрододержатели с зажатыми в них электродами. Внизу кожух печи покоится на двух секторах, которыми он опирается на горизонтальные площадки или систему роликов. Механизм наклона печи осуществляет качение секторов по площадкам или роликам, тем самым, наклоняя всю печь со стойками и электродами на 40–45° в сторону слива металла в ковш и на 15° в сторону рабочего окна (при скачивании шлака). Привод механизма наклона печи может быть электромеханическим или гидравлическим.

Для загрузки печи свод ее приподнимают и отворачивают вместе с электродами специальными механизмами в сторону, оставляя ванну печи открытой. Шихту загружают в загрузочную бадью, они устанавливается краном над печью, дно бадьи раскрывается, и шихта падает в печь.

Крупные ДСП снабжают устройствами для электромагнитного перемешивания металла в ванне. Для этой цели под дном печи (днище выполняется при этом из магнитной стали) устанавливают статор, создают бегущее магнитное поле. Увлекаемый полем металл перемешивается, что обеспечивает выравнивание состава и температуры ванны. Кроме того, вызванное устройством движение верхнего слоя металла в сторону рабочего окна облегчает скачивание шлака. Для увеличения глубины проникновения магнитного поля в металл и увеличения эффективного движения последнего статор питают током пониженной частоты (0,4–0,6 Гц) от специального электромашинного или полупроводникового преобразователя. Таким образом, ДСП является большим и сложным плавильным агрегатом, снабженным рядом механизмов и быстродействующей системой автоматического регулирования электрического режима.

Технологический процесс выплавки стали в ДСП

Первым периодом плавки является расплавление шихты. Электроды опускают, они касаются шихты и приподнимаются; между их концами и металлом зажигаются дуги. Металл под электродами нагревается, начинает плавиться и каплями стекать на дно ванны. В шихте образуется выемка, а затем «колодец», в который по мере его проплавления опускается электрод. Этот процесс длится, пока электрод не доходит до лужи расплавленного металла на подине; затем шихта стенок колодцев начинает подправляться, колодцы расширяются, уровень расплавленного металла в ванне, а с ним и электроды начинают подниматься, пока вся шихта не расплавится. Это очень беспокойный, неустойчивый период плавки, так как окруженная холодной шихтой дуга очень коротка (2–3 см) и неустойчива, подправляемые дугой стенки колодцев обрушиваются, падают на электрод и вызывают короткие замыкания. В то же время период расплавления желательно провести как можно быстрее, на максимальной мощности, так как от времени расплавления зависит как производительность ДСП, так и ее КПД. Этот период можно проводить на максимальном напряжении, так как дуги окружены холодным металлом, защищающим футеровку стен и свода от их излучения.

В период окисления металл расплавлен и покрыт шлаком, дуга длиннее (5–10 см), режим спокойнее, излучение дуг на футеровку больше, и поэтому приходится снижать мощность и напряжение на 15–20%.

В период рафинирования металли стены очень горячие, дуги еще более удлиняются (до 20–30 см) и сильно излучают теплоту на футеровку, которая нагревается до предельной для материала температуры, поэтому напряжение снижают до 50–60% номинального. Потребность в энергии также сильно падает, мощность печи снижают до 30–50% номинальной.

Из изложенного следует, что необходимо иметь возможность регулировать в широких пределах мощность печи и ее напряжение, а ее электрооборудование должно выдерживать частые короткие замыкания и толчки нагрузки.

Кроме того, следует отметить, что ДСП является крупным и весьма неприятным для энергосистемы потребителем. Она, как правило, работает с низким коэффициентом мощности (0,8—0,7); дуга генерирует высокочастотные колебания, нежелательные для других потребителей, мощность, потребляемая из сети, меняется в течение плавки в широких пределах; электрический режим печи, особенно в начальный период, отличается частыми короткими замыканиями и обрывами дуги.