Реферат по теме выпускной работы
Введение
В последнее время в мире все большее распространение получает электротермическое оборудование, которое работает на постоянном токе. Сталеплавильные печи, которые работают на постоянном токе, имеют токопроводящую подину, или подовый электрод (ПЭ), и один сводовый электрод (в редких случаях два сводовых электрода), расположенный в центре печи. Эти печи дают возможность совершенствовать действующие технологии и создавать новые, обеспечивать высокое качество металла при использовании рядовой дешевой шихты, в том числе той, что тяжело поддается переработке. Новые печи и электротехнологические процессы в них имеют высокие показатели по технико-экономическим и экологическим параметрам. В дуговых сталеплавильных печах постоянного тока (ДСППТ) наиболее полно реализованы преимущества электродугового нагрева, развиты и увеличены его возможности, ликвидированы основные недостатки.
Таким образом, дуговые печи постоянного тока имеют следующие преимущества: снижение удельных затрат электроэнергии на тонну продукции на 10-12 %; снижение затрат графитированных электродов в 2 - 5 раз в зависимости от подготовки шихты; увеличение коэффициента извлечения на 4% - 6% (в рудотермических печах); улучшение экологических показателей, снижения пылегазоочистки в 3 - 5 раза, шума на 25 - 30%; уменьшения угара технологических компонентов на 30 - 70%;
возможность использования электрохимических реакций на постоянном токе для удаления вредных примесей и улучшения качества продукции;
увеличение сроков службы футеровки; повышение ресурса высоковольтных трансформаторов и выключателей, снижения "фликер-эффекта" в 2 - 5 раза;
По данным заграничной информации и опыта эксплуатации на предприятиях переоборудование печей переменного тока на питание постоянным током окупается за один год.
Дуговые сталеплавильные печи постоянного тока (ДСППТ) находят применение в машиностроении и «большой металлургии» благодаря известным преимуществам перед печами переменного тока. В Украине используют более 10 ДСППТ вместимостью от 3 до 12 т. Подовый электрод (анод) является неотъемлемой частью такой печи.
Практика эксплуатации ДСППТ выявила серьезные проблемы стойкости узла подового электрода. В механизме износа анода и примыкающей футеровки основную роль играет движение жидкой ванны в результате МГД-воздействия (сила Лоренца) и тепло Джоуля, выделяющееся в электроде при прохождении тока. При этом мениск расплавленного стального стержня опускается вниз, образуя т.н. анодную яму жидкого металла в футеровке подины печи, негативно влияющую на долговечность анода и прилегающей футеровки.Известен способ защиты узла подового электрода «грибом» твердой металлической корки (рисунок 1), которая формируется в результате локального интенсивного охлаждения ванны при протекании эндотермической реакции разложения вдуваемого углеводорода. Однако информации о промышленном использовании данного решения нет.
Рисунок 1 - Ожидаемый «гриб» при локальном охлаждении ванны
Целью данной работы была проверка эффективности защиты подового электрода продувкой газом при локальном охлаждении ванны в условиях приближенных к промышленной 12-т ДСППТ. Для этого была изготовлена тигельная 80-кг ДСППТ (рисунок 2) на основе установки ЭШП У-360 с трансформатором мощностью 80 кВА при силе тока до 2кА. Подовый электрод диаметром 125мм был установлен в леточных периклазо-графитовых блоках с возможностью подачи газовой смеси СН4-СО2 через пористую сетку по периферии анода. Крекинг метана (СН4=С+2Н2) и реакция Белла (СО2+С=2СО) при температуре выше 1273 К, приводил к эндотермическому эффекту 4,35 МДж/кг газовой смеси в соотношении компонентов 1:1. При использовании СО2 исключалось выпадение сажистого углерода в продувочном канале, характерное для решения по рис. 1. Интенсивность продувки поддерживали около 1,3-1,4 л/мин из условия моделирования (путем пневматического воздействия на ванну) скорости движения метала в «анодной яме» около 0,2 м/с, что, по расчетам, имеет место в 12-т ДСППТ под действием силы Лоренца при силе тока 8кА (сила тока до 2 кА в опытной установке не обеспечивала подобия).
Рисунок 2 - Схема опытной установки и измерения износа футеровки
Износ огнеупорной футеровки определяли на фиксированном участке, расположенном на расстоянии 1,2 радиуса подового электрода, как разницу (относительно уровня начала отсчета - верхней срез кожуха тигля) между размером А на старте и сливе каждой плавки (рисунок 2) при помощи стального прутка диаметром 20 мм, погружаемого до упора в жидкую ванну. Всего проведено 2 плавки: с продувкой и без нее длительностью по 45 мин±5 мин. Параметры процесса были примерно одинаковыми: масса жидкой ванны 70±10 кг, температура 1843-1858 К, сила тока 1,8-2кА.
При использовании газовой смеси СН4-СО2 для защиты узла подового электрода ДСППТ получены умеренно позитивные результаты: скорость износа футеровки на плавке с продувкой была на 19% ниже в сравнении с плавкой без продувки (соответственно 0,80 мм/час и 0,98 мм/час). По-видимому эффект связан с локальным охлаждением ванны и замораживанием околоэлектродной области.
Актуальность
В результате ряда факторов в области установки электрода наблюдается повышенный износ футеровки. В результате этого усиливается теплоотдача от ванны к электроду, что ведет к повышенному расходу огнеупоров, а также к перегреву и преждевременному выходу из строя подового электрода. Поэтому исследования его работы представляют интерес.
Цель
Повышение стойкости подового электрода используя газодинамический способ защиты.
Заключение
В процессе выполнения данной работы планируются теоретические расчеты с целью оптимизация конструкции и условий работы подового электрода, а также физическое моделирование с целью исследования работы ПЭ дуговой сталеплавильной печи постоянного тока.
В настоящий момент на основе математического моделирования на ЭВМ произведены исследования влияния интенсивности охлаждения подового электрода на его тепловое состояние.
Литература
- И.Ю. Зиннуров, Ю.Н. Тулуевский, Ю.В. Нафтолин, А.Д. Киселев. Новая конструкция подового электрода для высокомощных дуговых сталеплавильных печей постоянного тока. Труды третьего конгресса сталеплавильщиков. Москва, 1996 г.
- Афонаскин А.В., Андреев И.О., Князев Д.В., Малиновский В.С., Малиновский В.Д. «Об эффективности работы дуговых печей постоянного тока нового поколения при выплавке чугуна и стали». Труды VII Съезда Литейщиков России. Новосибирск, 2005 г.
- В.С. Малиновский. "Подовый электрод электропечи". Патент РФ № 2112187.
- В.С. Малиновский, И.Б. Власова "Универсальные дуговые печи постоянного тока нового поколения – высокоэффективное оборудование для литейных производств", Индустрия, № 4/42, 2005 г.
- Е.И. Казанцев «Промышленные печи», М: Металлургия, 1975г.
- Калмыков В.А., Карасев В.П. Электрометаллургия стали: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. 292 с.
- И.М Ячиков, И.В. Портнова, В.Н. Манагаров. Моделирование электромагнитных процессов протекающих в ванне расплава ДППТ. Сообщение 2.// ИЗВЕСТИЯ высших учебных заведений. ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, 2006 - №11 – С.23 – 26.
|
