Электрические печи

окно применяют только на небольших печах. 
        При загрузке печи сверху в один-два приема в течение 5 мин меньше охлаждается футеровка, сокращается время плавки; уменьшается расход электроэнергии; эффективнее используется объем печи. Для загрузки печи свод приподнимают на 150-200 мм над кожухом печи и поворачивают в сторону вместе с электродами, полностью открывая рабочее пространство печи для введения бадьи с шихтой. Свод печи подвешен к раме. Она соединена с неподвижными стойками электрододержателей в одну жесткую конструкцию, покоящуюся на поворотной консоли, которая укреплена на опорном подшипнике. Крупные печи имеют поворотную башню, в которой сосредоточены все механизмы отворота свода. Башня вращается вокруг шарнира на катках по дугообразному рельсу. Бадья представляет собой стальной цилиндр, диаметр которого меньше диаметра рабочего пространства печи. Снизу цилиндра имеются подвижные гибкие сектора, концы которых стягиваются через кольца тросом. Взвешивание и загрузка шихты производятся на шихтовом дворе электросталеплавильного цеха. Бадья на тележке подается в цех, поднимается краном и опускается в печь. При помощи вспомогательного подъема крана трос выдергивают из проушин секторов и при подъеме бадьи сектора раскрываются и шихта вываливается в печь в том порядке, в каком она была уложена в бадье.

При использовании в  качестве шихты металлизованных  окатышей загрузка может производиться  непрерывно по трубопроводу, который  проходит в отверстие в своде печи.

Во время плавления электроды  прорезают в шихте три колодца, на дне которых накапливается жидкий металл. Для ускорения расплавления печи оборудуются поворотным устройством, которое поворачивает корпус в одну и другую сторону на угол в 80°. При этом электроды прорезают в шихте уже девять колодцев. Для поворота корпуса приподнимают свод, поднимают электроды выше уровня шихты и поворачивают корпус при помощи зубчатого венца, прикрепленного к корпусу, и шестерен. Корпус печи опирается на ролики.

         Футеровка печей

Большинство дуговых  печей имеет основную футеровку, состоящую из материалов на основе MgO. Футеровка печи создает ванну для металла и играет роль теплоизолирующего слоя, уменьшающего потери тепла. Основные части футеровки – подина печи, стены, свод. Температура в зоне электрических дуг достигает нескольких тысяч градусов. Хотя футеровка электропечи отделена от дуг, она все же должна выдерживать нагрев до температуры 1700°С. В связи с этим применяемые для футеровки материалы должны обладать высокой огнеупорностью, механической прочностью, термо- и химической устойчивостью. Подину сталеплавильной печи набирают в следующем порядке. На стальной кожух укладывают листовой асбест, на асбест—слой шамотного порошка, два слоя шамотного кирпича и основной слой из магнезитового кирпича. На магнезитовой кирпичной подине набивают рабочий слой из магнезитового порошка со смолой и пеком — продуктом нефтепереработки. Толщина набивного слоя составляет 200 мм. Общая толщина подины равна примерно глубине ванны и может достигать 1 м для крупных печей. Стены печи выкладывают после соответствующей прокладки асбеста и шамотного кирпича из крупноразмерного безобжигового магнезитохромитового кирпича длиной до 430 мм. Кладка стен может выполняться из кирпичей в железных кассетах, которые обеспечивают сваривание кирпичей в один монолитный блок. Стойкость стен достигает 100-150 плавок. Стойкость подины составляет один-два года. В трудных условиях работает футеровка свода печи. Она выдерживает большие тепловые нагрузки от горящих дуг и тепла, отражаемого шлаком. Своды крупных печей набирают из магнезитохромитового кирпича. При наборе свода используют нормальный и фасонный кирпич. В поперечном сечении свод имеет форму арки, что обеспечивает плотное сцепление кирпичей между собой. Стойкость свода составляет 50-100 плавок. Она зависит от электрического режима плавки, от длительности пребывания в печи жидкого металла, состава выплавляемых стали, шлака. В настоящее время широкое распространение получают водоохлаждаемые своды и стеновые панели. Эти элементы облегчают службу футеровки.

Ток в плавильное пространство печи подается через электроды, собранные  из секций, каждая из которых представляет собой круглую заготовку диаметром  от 100 до 610 мм и длиной до 1500 мм. В  малых электропечах используют угольные электроды, в крупных - графитированные. Графитированные электроды изготавливают из малозольных углеродистых материалов: нефтяного кокса, смолы, пека. Электродную массу смешивают и прессуют, после чего сырая заготовка обжигается в газовых печах при 1300 градусах и подвергается дополнительному графитирующему обжигу при температуре 2600 – 2800⁰С в электрических печах сопротивления. В процессе эксплуатации в результате окисления печными газами и распыления при горении дуги электроды сгорают. По мере укорачивания электрод опускают в печь. При этом электрододержатель приближается к своду. Наступает момент, когда электрод становится настолько коротким, что не может поддерживать дугу, и его необходимо наращивать. Для наращивания электродов в концах секций сделаны отверстия с резьбой, куда ввинчивается переходник-ниппель, при помощи которого соединяются отдельные секции. Расход электродов составляет 5-9 кг на тонну выплавляемой стали.

Электрическая дуга - один из видов электрического разряда, при котором ток проходит через ионизированные газы, пары металлов. При кратковременном сближении электродов с шихтой или друг с другом возникает короткое замыкание. Идет ток большой силы. Концы электродов раскаляются добела. При раздвигании электродов между ними возникает электрическая дуга. С раскаленного катода происходит термоэлектронная эмиссия электронов, которые, направляясь к аноду, сталкиваются с нейтральными молекулами газа и ионизируют их. Отрицательные ионы направляются к аноду, положительные к катоду. Пространство между анодом и катодом становится ионизированным, токопроводящим. Бомбардировка анода электронами и ионами вызывает сильный его разогрев. Температура анода может достигать 4000 градусов. Дуга может гореть на постоянном и на переменном токе. Электродуговые печи работают на переменном токе. В последнее время в ФРГ построена электродуговая печь на постоянном токе.

В первую половину периода, когда катодом является электрод, дуга горит. При перемене полярности, когда катодом становится шихта — металл, дуга гаснет, так как в начальный период плавки металл еще не нагрет и его температура недостаточна для эмиссии электронов. Поэтому в начальный период плавки дуга горит неспокойно, прерывисто. После того как ванна покрывается слоем шлака, дуга стабилизируется и горит более ровно.

Алена, добавь рисунок  и к нему немного описание

 

 

Схема рабочего пространства дуговой  электропечи:

1) куполообразный свод;

2) стенки;

3) желоб;

4) сталевыпускное отверстие;

5) электрическая дуга;

6) сферический под;

7) рабочее окно;

8) заслонка;

9) электроды.

 

2.2 Описание технологического процесса

Сталь - это сплав железа с углеродом, который содержит менее 2 % углерода. Постоянными примесями в стали являются марганец, кремний, фосфор и сера.

Главной составляющей, определяющей свойства сталей, является углерод. С увеличением процентного содержания углерода прочность стали повышается, а способность к пластической деформации понижается. Кроме углеродистых в автомобилестроении широко применяют легированные стали, в состав которых для улучшения тех или иных свойств дополнительно вводят хром, никель, молибден и другие элементы.

Сера и фосфор относятся  к вредным примесям. Сера уменьшает способность к ковке и свариваемость, делает сталь ломкой при нагреве (красноломкость). Фосфор придает стали хрупкость в холодном и горячем состоянии (хладноломкость).

Исходными материалами для получения стали служат:

-предельный чугун;

-стальной лом;

-ферросплавы.

Основная задача передела чугуна в сталь состоит в удалении избытка углерода и примесей с помощью окислительных процессов, протекающих в сталеплавильных агрегатах.

Состав, свойства и качества сталей в значительной степени зависят от способа ее производства. Основными способами производства стали являются:

-кислородно-конвертерный;

-мартеновский;

-электродуговой.

Производство стали в электропечах - наиболее совершенный способ получения стали, имеющий ряд существенных преимуществ по сравнению с производством стали в конвертерах и мартеновских печах, а именно:

-температура плавильного пространства (достигает 2000°С) позволяет расплавлять металл с высокой концентрацией тугоплавких компонентов (хрома, вольфрама, молибдена и др.), способствует более полному удалению вредных примесей (серы, фосфора и неметаллических включений);

-возможность производства любых марок стали с заданным содержанием легирующих элементов, таких, как хром, никель, ванадий, титан и других;

 

-обеспечивается точность и простота регулирования температур режима плавки;

-значительно уменьшается угар металла и особенно легирующих элементов благодаря регулированию температуры.

В электрических печах  выплавляют высококачественные конструкционные, инструментальные стали и сплавы со специальными свойствами (жаро-, коррозионностойкие). Для выплавки стали применяют дуговые и индукционные электрические печи.

Алена, хим реакции, что происходит в печи

Дуговая печь постоянного  тока является более перспективным плавильным агрегатом по сравнению с индукционной печью благодаря следующим факторам: уменьшение времени плавки, более низкий расход электроэнергии, возможность проводить окислительно-восстановительные реакции, возможность выплавки шлаков с низким содержанием металлов, использование шихты разного вида в т.ч. стружки и пылевидных материалов, повышенная стойкость футеровки, взрывобезопасность, отсутствие выбросов дымовых газов в цех.

 

2.3 Характеристика  огнеупорных материалов

Футеровка основных сталеплавильных дуговых электропечей выполняется из асбестового картона толщиной 10-20 мм, наклеиваемого на кожух на жидком стекле, одного-двух рядов легковесного или шамотного кирпича и трех рядов магнезитового кирпича, из них два на плашку и один на ребро насухо с заполнением швов магнезитовым порошком.

Кладку откосов, являющихся основанием для стен, выполняют из легковесного шамота и магнезитового  кирпича с засыпкой швов магнезитовым порошком. Зазор толщиной 50-70 мм между легковесным кирпичом и кожухом заполняют диатомитовым порошком. Стены печи выкладывают из магнезита толщиной в 11/2-2 кирпича аналогично откосам.

Для предохранения огнеупорной  кладки подины от механических повреждений  и разъеданий металлом и шлаком производят набивку ее на толщину 150-400 мм массой следующего сое-тава (по объему): магнезитового порошка 89%, каменноугольной смолы 10% и кварцевого песка 1%. Своды печи выкладывают в форме шарового сегмента из динасового или в последнее время из магнезито-хромитового кирпича. Распор свода воспринимается металлическим кольцом. Такая конструкция сводов удобна тем, что их можно убирать при завалке печи (в случае если она производится сверху) и быстро менять при выходе из строя.

 

2.4 Применение  готовой продукции

Сталь (от нем. Stahl) — сплав (твёрдый раствор) железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. Содержание углерода в стали не более 2,14 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Учитывая, что в сталь  могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

Сталь — важнейший  конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей промышленности.

Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении — для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.

Пружины, рессоры машин  и упругие элементы приборов характеризуются  многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при  больших статических, циклических  или ударных нагрузках в них  не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении — релаксационной стойкостью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЕЧИ

 

 

Приход тепла

1) Тепло, вносимое шихтой, ГДж

 

                                        Q_ш=G· d_ш·c_ш·t_ш ,                                                 (1)

 

где G - емкость дуговой сталеплавильной печи, кг;

d_ш- доля металла в шихте (d_ш=0,97-0,99);

c_ш- теплоемкость шихты (c_ш=0,460·кДж/(кг·к);

t_ш- температура шихты (t_ш=20 С)

          

Q

= 135000·0,98·0,469 =1240974=1,240974

 

2) Тепло, вносимое электрическими дугами, ГДж

 

Q = η_эл ·W_эл ·10^-6 (2)

 

где η_эл -электрический к.п.д., равный 0,87-0,92;

W_эл -используемая в печи  электроэнергия, кДж

 

3)Тепло экзотермических  реакций, ГДж

 

С

СО₂         135000·0,074=9990

 

С

СО           135000·0,053=7155

 

Si

SiO₂               135000·0,092 =12420

 

Mn

MnO       135000·0,0249=3361,5

 

Fe

Fe ₂O₃      135000·0,0098=1323

 

Fe

FeO          135000·0,0248=3348