Отчет по преддипломной практике "Описание технологического процесса завода электросталей"

                                                                                                     (2)

где Р - мощность трансформатора, кВА; G - заданная суточная производительность печи, т/сутки; W - удельный расход электроэнергии, МДж/т; сosф - коэффициент мощности печи, равный для мощных печей (без установок компенсации  реактивной мощности) 0,85-0,87, а для рафинировочных 0,93 - 0,96, К - коэффициент использования мощности печи, учитывающий степень загрузки трансформатора за время фактической работы, технологические простои печи и условия, осложняющие ее работу.

Эта же формула  в случае, если W выражен в кВт-ч, приобретает следующий вид:

                                                                                                        (3)

Для трансформации  трехфазного тока применяют трехфазные трансформаторы или группы из трех однофазных трансформаторов. Для мощных ферросплавных печей (свыше 15 MBА) лучше пользоваться группой из трех однофазных трансформаторов, что дозволяет сократить размеры короткой сети и улучшить созф. В этом случае достаточно, чтобы в резерве был один однофазный трансформатор на группу печей, что значительно дешевле и удобнее при замене или ремонте, чем в случае работы с трехфазными трансформаторами. Количество ступеней вторичного напряжения принимают в зависимости от назначения трансформатора и особенностей технологического процесса. Напряжение можно регулировать как при отключенной печи, так и под нагрузкой в зависимости от конструкции переключателя, управляемого дистанционно с пульта управления печи. Электрические потери печного трансформатора полностью превращаются в тепло, выделяющееся в сердечнике и в обмотка требует хорошего их охлаждения. Для этого применяют устройства искусственного охлаждения с принудительной циркуляцией масла через водоохлаждаемую колонку или змеевик. Относительно спокойный режим работы ферросплавных печей, при большем значении силы тока не требует применения дросселя.

 

 

 

3.2.2.3 Короткая  сеть

 

Токоподвод  вторичного напряжения (короткая сеть) является важной частью конструкции  ферросплавной печи, он включает проводники тока от обмотки трансформатора к  контактным щекам, щеки и электроды.

Электрический баланс мощной ферросплавной печи показывает, что потерн в короткой сети составляют около 35% общих потерь или 7-15% подведенной мощности (в том числе 3-10% в шинах трубах, щеках и 4-12% в электродах).

По короткой сети мощных ферросплавных печей  протекают токи силой в десятки тысяч ампер, что обусловливает появление вокруг проводников сильных магнитных полей. Поэтому многие явления, с которыми в обычных силовых сетях не считаются вследствие их незначительности, здесь приобретают большое значение. К ним относятся поверхностный эффект и эффект близости, неравномерная нагрузка фаз по силе тока и мощности, индукционный нагрев металлических конструкций токопроводов и печи. При большой силе тока высокое индуктивное сопротивление короткой сети приводит к значительному падению напряжения между трансформатором и печью, а также к загрузке сети большой реактивной мощностью. При конструировании короткой сети мощных печей важно получить минимальное индуктивное сопротивление, прибегая к максимальному сокращению длины сети, расположению проводников различных фаз возможно ближе друг к другу и бифилярности сети, выбору наивыгоднейшей формы сечения проводника с учетом того, что коэффициент самоиндукции уменьшается с увеличением отношения периметра к площади поперечного сечения, а также максимально возможному удалению проводников от массивных стальных конструкций.

Серьезное внимание должно быть обращено и на уменьшение активных потерь в токопроводе и, в частности, на хорошее охлаждение его, так как с ростом температуры растет активное сопротивление проводника и, следовательно, потери электроэнергии в нем.

Экономичная плотность тока для медных шин составляет 1,5-2,0, а для алюминиевых 0,8 А/мм. Гибкие ленты или кабели токоподвода располагают по возможности в стороне от прямого воздействия тепла, выделяемого колошником. Желательно также защищать также их от воздействия лучистой теплоты асбестовыми щитами иди, еще лучше, заменять их водоохлаждаемыми кабелями. Плотность тока в гибкой связи допускают в 1-1,7 А/мм.

Кабели  или ленты с неподвижного конца  закрепляют в неподвижных башмаках шинного пакета, по которому подается ток от трансформатора, а у подвижного конца - в подвижных башмаках, от которых идет токопровод к щекам электрододержателя самой печи. Условия работы контактного башмака, расположенного над колошником или вблизи него, очень тяжелы. Водяное охлаждение здесь обязательно. Рекомендуемая плотность тока в контактах башмаков должна составлять 0,1-0,2А на 1 мм поверхности контакта.

Токоподвод  от подвижного башмака к щекам  электродержателя выполняют, как правило  в виде охлаждаемых водой труб размерами 50/30, 60/40 или 80/50 мм, т. е. с толщиной стенки 10-15 мм. Плотность тока в медных водоохлаждаемых трубах можно принимать 4-7 А/мм. Наиболее слабыми местами токопровода, вызывающими большое количество простоев, являются контакты. Необходимо, по возможности, заменить контактные соединения сваркой.

Обеспечение удовлетворительных электрических  характеристик (cosφ и Р_пол) печной установки при заданном рабочем напряжении все более затрудняется по мере увеличения мощности печи ввиду роста индуктивного сопротивления печного контура. Уменьшение величины Х_к.с.. может быть получено применением тока пониженной частоты (25 и 16 2/3 Гц), однако обеспечение питания мощных печей такими источниками энергии встречает большие технические трудности, и в настоящее время для печей большой мощности (30 - 100 МВА) применяют искусственную компенсацию реактивной мощности включением в цепь печи емкостного сопротивления конденсаторной батареи.

 

3.2.2.4 Электроды

 

В ферросплавной  промышленности широкое применение получили набивные самоспекающиеся электроды, основными преимуществами которых являются возможность изготовления электродов большого диаметра и их низкая стоимость в 3 раза дешевле графитированных и в 1,5 раза дешевле угольных). Угольные электроды применяются при выплавке кристаллического кремния, а графитированные - при производстве безуглеродистого феррохрома и д.р.

Обычно  применяют круглые самоспекающиеся  электроды диаметром до 1,5м, реже на прямоугольных печах применяют  плоские электроды размером до 3200x800 мм. Для обеспечения надёжного  контакта между электродом и щекой  необходимо, чтобы форма электрода была геометрически правильной.

Основными составляющими электродной массы  для самоспекающихся электродов являются антрацит и каменноугольный кокс. Антрацит характеризуется высоким содержанием углерода, большой механической прочностью, малой пористостью, низким содержанием золы и летучих. Каменноугольный кокс отличается относительно высокой зольностью (от 8 до 18%), но более низким электросопротивлением. Самоспекающийся электрод представляет собой заполненный электродной массой металлический кожух с внутренними ребрами, выполненный из листовой стали толщиной от 1,25 до 3 мм. Кожух, изготавливаемый из отдельных секций длиной 1,4 - 1,8 м, служит формой для электродной массы, предохраняет электрод от окисления воздухом, обеспечивает прохождение электрического тока от электрододержателя к обожженной части электрода, а также усиливает передачу тепла к верхней необожженной части электрода.

Назначение  внутренних ребер состоит в увеличении поверхности соприкосновения с электродной массой для лучшего удержания последней и улучшении электропроводности и механической прочности электрода. Число ребер колеблется в зависимости от диаметра электрода от 3 до 12, причем высота ребра соответственно увеличивается от 100 до 300 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОСПЛАВОВ

 

4.1 Производство  ферротитана

 

Титан - металл, плотность которого равна 4,5 г/см³, температура плавления   1670° С, температура кипения 3170° С. Титан входит в состав разнообразных минералов: ильменита Fe0*TiO₂, рутила TiO₂ , и др. Основным сырьем для получения ферротитана в России служат ильменитовые концентраты.

Титановый концентрат 1 сорта, используемый для производства Fe0*TiO₂, рутила TiO₂ и др. Основным сырьём для получения ферротитана в России служат ильменитовые концентраты. Его подвергают окислительному обжигу при температуре 1100 - 1150° С для снижения содержания серы с 0,1 - 0,5 до 0,04% и разрушения кристаллической решетки ильменита с переходом закисного железа в окисное, что позволяет повысить термичность процесса, увеличить использование титана и снизить расход алюминия. Для  производства  ферротитана  используют также  отходы металлического титана, которые должны быть сухими, стружка - брикетированной или спакетированной в железной таре.

В качестве восстановителя используют крупкуиз вторичного алюминия и порошок ФС75. Алюминиевую крупку получают распылением жидкого алюминия сжатым воздухом, пропускаемым через форсунку, что лучше, азотом. Флюсом служит молотая известь известь с содержанием СаО > 90% и < 1,0% С.

Наибольшее   распространение   получил   алюминотермический   процесс   получения ферротитана.

Для нормального  протекания алюминотермического процесса производства ферротитана требуется, чтобы удельная теплота процесса составляла 2,55—2,60 МДж/кг (610—620 ккал/кг), что достигается соответствующим составом шихты и ее нагревом, в результате чего повышается удельная теплота процесса приблизительно на 125,6 кДж/кг (30 ккал/кг) на каждые 100°С подогрева.

В  процессе производства ферротитана происходит растворение титана в железе и образование соединений титана с алюминием и кремнием, что способствует развитию реакции восстановления и увеличивает переход титана в сплав. Увеличению выхода титана в сплав способствует также увеличение количества алюминия в шихте, но это приводит в то же время к повышению содержания алюминия в сплаве.

В связи  с образованием прочного силицида титана Ti₅Si₃ значительного повышения извлечения титана и уменьшения остаточного содержания алюминия в   сплаве достигают введением в шихту ферросилиция марок ФС45 или ФС75 при повышении содержания кремния в сплаве до 5—5,5%.

При выплавке ферротитана тепло расходуется  следующим образом: на нагрев сплава 29,2%, на нагрев шлака 52,5% и на потери 18,2%. Температура процесса равна 1950° С. Подготовленные к плавке шихтовые материалы дозируют, смешивают и затем шихту засыпают в плавильный бункер, откуда она подается шнековым питателем в плавильную шахту.

Плавильная  шахта состоит на разборной цилиндрической чугунной шахты, установленной на эафутерованной огнеупорным кирпичом тележке, на которой затем наплавляют постоянную подину, представляющую собой блок 10-15%-ного ферротитана.

Колоша  шихты состоит на 100 кг концентрата, 42,5 - 45,4 кг алюминиевого порошка, 10,5 кг извести и 0,95 - 1,85 кг 75%-ного ферросилиция. На плавку дают 36 колош. Плавку ферротитана проводят с нижним запалом. На подину загружают 50 кг шихты, поджигаемой электрозапалом. После начала реакции в шахту равномерно (скоростью 300 кг/(м²-мин)) задают шихту. Нормальная продолжительность плавки на 4т концентрата составляет 15-18 мин. Замедленный ход плавки может быть вызван низкой удельной теплотой процесса или недостатком восстановителя.  Бурный ход плавки в основном вызывается присутствием повышенного количества влаги в шихте или футеровке.

По  окончании  плавки  на  поверхность  расплава  задают железотермитную  смесь, состоящую из 300 кг железной руды, 56-67 кг алюминиевого порошка, 18-20 кг ферросилиция и 100 кг извести. В результате этого разжижается шлак и обеспечивается осаждение корольков ферротитана, что повышает выход титана в сплав. Для успешного осаждения корольков сплава применяют электроподогрев шлака.

 

4.2 Производство ферробора

 

Бор - металлоид, плотность которого в кристаллическом состоянии равна 2,34 г/см³, температура плавления 2075, температура кипения 3860° С. В системе железо - бор существуют бориды железа Fe₂B и FeB, температура плавления которых соответственно равна 1389 и 1540⁰ С.

Для производства ферробора наиболее важное промышленное значение   имеют минералы кернит NaB₄O₇ 2H₂O и бура NaB₄O₇ 10H₂O с максимальным содержанием В₂О₃ соответственно 50 и 30-35%. Руду для удаления кристаллизационной влаги перед плавкой обжигают во вращающихся печах при температуре - 700°С и измельчают до крупности 1-2 мм. Для плавки чистых и богатых бором сплавов и лигатур используют химически чистый (98%В₂0₃) и технический (86-94% В₂0₈) борный ангидрид и борную кислоту.

Теоретическая температура начала реакций восстановления соответственно равна 1751 и 1702° С, поскольку карбид, бора является очень стойким химическим соединением, в случае углеродотермического восстановления бора полученные    сплавы будут неизбежно содержать большое количество углерода, вследствие чего на практике углевосстановительный процесс распространения не получил.

Выплавку  ферробора ведут в электропечи  с набивной футеровкой из электродной массы (толщиной 150-180 мм). Сменная ванна печи размещается на выкатывающейся тележке. В начале плавки, после проплавления запальной шихты и прогрева, расплава, в печь шнеком равномерно загружают основную шихту. Затем при поднятых электродах для более полного осаждения из шлака корольков сплава на поверхность расплава дают «осадитель». По окончании плавки через летку выпускают шлак. Сплав извлекают из печи после затвердевания. Полученный сплав содержит 10-12% В, 6-8% Si и 1,5-2,5 Аl. Низкокремнистый ферробор выплавляют внепечным способом из борного ангидрида или борной кислоты. В качестве восстановителя пользуются смесью первичного алюминиевого и 50%-ного алюминиевомагниевого порошков. Вследствие бурного протекания процесса (удельная теплота 2,93 МДж/кг (700 ккал/кг)) его ведут с верхним запалом. Полученный сплав содержит до 20%В и менее 1% Si. Наиболее распространенный сплав с бором ФБ-2 (ферроборал) производят внепечной плавкой с нижним запалом и применением железотермитного осадителя или чаще электропечкой плавкой в сменных шахтах. Шихта, предназначаемая для плавки, состоит из 3400 кг обожженной боратовой руды, 3400 кг железной руды, 2050 кг алюминия. В состав осадителя входят 600 кг железной руды, 20 кг алюминия и 1200 кг извести. Электропечную плавку ферроборала ведут аналогично печной плавке ферробора, но обычно в одной шахте после слива шлака от первой плавки проводят проплавление второй навески шихты, затем вновь сливают шлак и охлаждают блок сплава в течение 32 ч.