Дуговая электросталеплавильная печь ДСП-12

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине «Оборудование цехов ОМД»

на тему: «Дуговая электросталеплавильная печь ДСП-12»

Выполнил: Проверил:

Студент группы: Доцент

_______________ ______________

«___»________2014 «___»________2014

Старый Оскол

2014

Содержание

1. Общие сведения и классификация дуговых электросталеплавильных печей

2. Дуговая сталеплавильная печь ДСП-6, ДСП-12

3. Электросталеплавильная печь ДСП-12

4. Производственный план

5. Сталелитейный цех

5.1 Технико-экономические показатели работы цеха

6. Расчет механизма наклона печи

6.1 Энергетический расчет привода

6.2 Выбор насосной установки

6.3 Выбор предохранительного клапана

6.4 Выбор дросселя

6.5 Выбор трубопровода

6.6 Выбор фильтрующего устройства

6.7 Расчёт штока гидроцилиндра на устойчивость

7. Мировой рынок стали

8. Анализ состояния ДСП литейного класса

8.1 Тенденция развития и улучшения технико-экономических показателей дуговой сталеплавильной печи

1. Общие сведения и классификация дуговых электросталеплавильных печей

В связи с тем, что основным способом выплавки стали является кислородно-конвертерный, потребляющий меньшее количество лома по сравнению с мартеновским, возникли предпосылки для более быстрого развития электросталеплавильного производства, работающего на твердой шихте. Вторая важная причина развития выплавки стали в электропечах - все возрастающая потребность в легированных сталях и чистом металле из металлизованных окатышей. Развитие электросталеплавильного способа производства стали будет идти параллельно с кислородно-конвертерным. На металлургических предприятиях с большим объемом производства низколегированной и трансформаторной сталей в основном применяют дуговые трехфазные электропечи вместимостью 50, 100 и 200 т. На специализированных заводах по производству высококачественной и специальной сталей применяют дуговые электропечи вместимостью 3-100 т, индукционные электропечи обычных конструкций и вакуумные.

Высококачественные слитки (по структуре и поверхности) получают в вакуумных электропечах с расходуемым электродом и в печах электрошлакового переплава. В последнее время для получения сталей для атомной и ракетной техники применяют электронно-лучевые плазменные печи. Ферросплавы выплавляют в дуговых электропечах на специализированных заводах. Выплавка стали в дуговых электропечах основана на том, что электрическая энергия превращается в тепловую вследствие электрического разряда, протекающего в газовой среде или в вакууме. В электрическом разряде сосредоточиваются высокая концентрация энергии и огромные мощности в небольших объемах металла, в результате чего получаются высокие температуры и быстрое расплавление металла.

По способу теплового воздействия электрической дуги на металл дуговые электропечи можно разделить на печи с независимой дугой, с закрытой дугой и с зависимой дугой.

Печи с независимой дугой - это дуговые печи косвенного действия, в которых электрическая дуга горит между электродами, а по нагреваемому металлу ток дуги не протекает. Нагрев и расплавление металла осуществляются косвенно, излучением. В таких печах можно плавить металлы и сплавы с низкой температурой испарения, в частности цветные металлы и даже сплавы, содержащие цинк.

Печи с независимой дугой - небольшие (до 500-600 кВ-А), обычно однофазные, служат для плавки металлов с температурой плавления не выше 1300-1400 °С. К дуговым печам косвенного действия можно отнести плазменные установки (плазмотроны).

Печи с закрытой дугой - это дуговые печи сопротивления, в которых электрическая дуга горит в газовой полости, внутри расплавляемой шихты, подключенной последовательно или параллельно с дугой. Вследствие большого сопротивления шихты выделяемое в ней джоулево тепло образует внутри шихты очаг высокой температуры. Эти печи позволяют расплавлять металлы с высокой температурой испарения и возгонки. Такие печи применяют для восстановительных рудотермических процессов, для производства ферросплавов и др. К печам этого типа можно отнести установки электрошлакового переплава, являющиеся по своему принципу печами сопротивления.

Печи с зависимой дугой - дуговые печи прямого действия, в которых шихта, как часть электрической цепи, обтекается полным током, дуговой разряд зависит от свойств расплавляемого металла.

Дуга горит между электродами и расплавляемым металлом, непосредственно нагревая последний. В электропечах с зависимой дугой можно применять длинные графитовые электроды большого сечения, допускающие значительную силу тока, что обеспечивает большую мощность и производительность этих печей. Они получили наиболее широкое распространение для выплавки электростали. В дуговую электропечь энергия вводится через трансформатор, который является неотъемлемой частью электропечной установки.

К дуговым печам с зависимой дугой можно отнести и вакуумные дуговые печи с не расходуемым и расходуемым электродами, в которых можно получать еще большие мощности, чем в сталеплавильных, и производить плавку таких тугоплавких металлов, как молибден, тантал, ниобий.

Дуговые электросталеплавильные печи строят с механизированной завалкой шихты, загружаемой сверху бадьей за один-два приема. Печи с верхней загрузкой имеют следующие достоинства: возможность заполнения шихтой почти всего рабочего пространства печи; применение крупногабаритного лома и рациональное размещение его в печи; сокращение паузы между выпуском и началом следующей плавки. В результате повышается производительность печи и уменьшается расход электроэнергии.

Конструкции дуговых электропечей постоянно претерпевают изменения, которые вызваны, с одной стороны, систематическим укрупнением печных агрегатов, а с другой - общим техническим прогрессом в области электрометаллургии.

Дуговые электропечи загружают металлической шихтой сверху саморазгружающимися бадьями (корзинами) при отведенном в сторону своде. В зависимости от схемы относительного смещения корпуса печи и свода различают следующие основные типы электропечей (рис. 1) : с выкатывающимся корпусом, портал с поднятым сводом и электродами остается на месте (рис. 1 а) ; с выкатывающимся порталом (рис. 1, б) ; с поворачивающимся сводом, свод с электродами поднимается и отводится в сторону (рис. 1, в).

Большегрузные печи выполняют с верхней загрузкой «с выкатывающимся корпусом (серия ДСВ) и с поворачивающимся сводом (серия ДСП).

Печи с выкатывающимся корпусом требуют больших площадей, увеличивается количество механизмов, повышается металлоемкость, а следовательно, увеличиваются масса печи, стоимость, простои. В последнее время в Советском Союзе и за рубежом выпускают печи, в основном, с поворачивающимся сводом. Объясняется это тем, что опорно-поворотная часть с полупорталом и механизмом поворота компактны, относительно просты по конструкции и не создают затруднений при загрузке печи. Для других типов механизмов необходима значительно большая производственная площадь, они сложнее и менее надежны в работе, затрудняют подачу и установку бадьи. Недостаток печей с поворачивающимся сводом-расположение полупортала и механизма его поворота на люльке - приводит к увеличению массы наклоняющейся части и требует усиления люльки.

На металлургических предприятиях в основном устанавливают электропечи с поворачивающимся сводом типовой серии ДСП (дуговые сталеплавильные печи) вместимостью 12, 25, 50, 100 и 200 т, в которых нашли отражение новейшие достижения электротермии и электропечного машиностроения. Электропечи средней серии ДСП-12, ДСП-25 и ДСП-50 выполняют с гидравлическими приводами основных механизмов, электропечи крупной серии ДСП-100, ДСП-200 изготавливают с электроприводами всех механизмов.

Печи наклоняют в сторону сливного желоба на угол 40-45° для слива металла в ковш и на угол 10-15° в сторону рабочего окна для скачивания шлака. Механизмы наклона дуговых сталеплавильных и рафинировочных ферросплавных печей делятся на секторный, роликовый и цапфовый.

Печь с секторным механизмом наклона опирается на два (в некоторых случаях на четыре) гладких или зубчатых сектора, перекатывающихся по плоским опорам. При этом сливной носок, опускаясь, перемещается вперед.

Печь с роликовым механизмом наклона опирается на систему роликов (с неподвижными или с подвижными осями), объединенных в специальные сепараторы. При наклоне печь поворачивается относительно неподвижной оси, расположенной недалеко от центра тяжести печи, а сливной носок опускается и перемещается назад.

Печь с цапфовым механизмом наклона опирается на две цапфы, расположенные у сливного носка. В этом случае неподвижная ось расположена на значительном расстоянии от центра тяжести печи и сливной носок перемещается незначительно.

Наиболее широкое распространение получил секторный механизм наклона. Роликовый механизм применяют реже, так как у крупных печей ввиду значительного отклонения сливного носка назад затрудняется слив металла в ковш. Цапфовый механизм наклона, в котором создаются большие усилия наклона, применяют редко и только в том случае, когда требуется обеспечить минимальные перемещения струи металла при разливке.

В зависимости от типа привода различают механизмы наклона с гидравлическим и электрическим приводами. Гидравлические приводы получили широкое распространение на печах вместимостью до 50 т.. К их преимуществам следует отнести плавность работы и. удобство ремонта. Применение гидропривода для более крупных печей усложняется технологическими трудностями изготовления гидроцилиндров большой длины.

Независимо от конструкции к механизму наклона предъявляются высокие требования долговечности и надежности работы, обеспечения легкого и плавного наклона печи на требуемый угол с необходимой скоростью и исключения опрокидывания печи при наклоне.

По месту расположения привода механизмы наклона подразделяются на боковые и нижние. Механизмы бокового типа применяют на печах небольшой вместимости, привод монтируется на стационарной стойке сбоку печи. Такое расположение весьма удобно для эксплуатации, так как привод всегда доступен для осмотра и. ремонта, и, не может быть поврежден при прорыве метала через кожух печи. Однако одностороннее приложение опрокидывающего момента вызывает в кожухе печи большие усилия и деформации, из-за чего механизм наклона бокового типа на печах средней и большой вместимости применять не рекомендуется. На этих печах применяют механизм наклона нижнего типа, приводы монтируют на фундаменте под печью со стороны рабочего окна. Они обеспечивают хорошую устойчивость печи, но защита их от шлака и металла в случае прогара днища менее надежна, чем боковых механизмов.

Для ускорения плавки и повышения производительности на крупных электросталеплавильных печах ванну поворачивают на 40° в одну и в другую стороны вокруг вертикальной оси со скоростью примерно один градус в секунду (т. е. один оборот за 6 мин).

Под электродами вместо трех проплавляют девять колодцев, что ускоряет плавку шихты и уменьшает опасность прожигания подины.

2. Дуговая сталеплавильная печь ДСП-6, ДСП-12

дуговая электросталеплавильная печь

Общее описание дуговой сталеплавильной печи

Дуговая печь состоит из рабочего пространства (собственно печи) с электродами и токоподводами и механизмов, обеспечивающих наклон печи, удержание и перемещение электродов, и загрузку шихты.

Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен заключена в металлический кожух. Съемный свод набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь питается трехфазным током.

Шихтовые материалы загружают на под печи, после их расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Плавление и нагрев осуществляется за счет тепла электрических дуг, возникающих между электродами и жидким металлом или металлической шихтой.

Выпуск готовой стали и шлака, осуществляется через сталевыпускное отверстие и желоб путем наклона рабочего пространства. Рабочее окно, закрываемое заслонкой, предназначено для контроля над ходом плавки, ремонта пода и загрузки материалов.

Энерготехнологические показатели выплавки стали в ДСП показаны в таблице 1.

3. Электросталеплавильная печь ДСП-12

Устройство и работа электросталеплавильной печи ДСП-12

Электропечь выполнена по трехэлектродной схеме с питанием от трехфазного печного трансформатора.

Ванна электропечи футеруется по выбору заказчика основной или кислой футеровкой. Сверху ванна электропечи накрыта футерованным сводом. Футеровка свода опирается на водоохлаждаемое сводовое кольцо.

Загрузка электропечи производится периодически через верх при открытом своде с помощью загрузочной корзины (желательно цепного типа).

Кожух электропечи сварен из листовой стали, имеет пояса жёсткости и проёмы для сливного отверстия, к которому крепится сливной желоб, а также отверстие для рабочего окна. В верхней части кожуха организован песочный затвор. Кожух электропечи выполнен цилиндро-конической формы.

Свод состоит из сварного водоохлаждаемого кольца и выложенной на нем футеровки. В нижней части сводового кольца имеется нож для вхождения в песочный затвор кожуха. В футеровке свода имеются отверстия для прохода электродов и отвода печных газов.

Экономайзеры предназначены для предотвращения выбивания газов из плавильного пространства через зазоры между электродом и стенкой электродного отверстия в своде и защищают от тепловых нагрузок участки футеровки свода, прилегающие к электродам.

Траверса состоит из шахты и полупортала. На траверсе предусмотрены направляющие ролики, в которых перемещаются стойки, несущие электрододержатели. К траверсе подвешен свод электропечи.

Рабочее окно представляет собой водоохлаждаемую прямоугольную коробку, обрамляющую проем в футеровке.

На коробке располагается и перемещается водоохлаждаемая дверца рабочего окна и установлен пневматический привод подъема и опускания дверцы. Управление пневмоцилиндром осуществляется с пневматического шкафа поворотом рукоятки пневмораспределителя. Для управления работой пневмоцилиндра применён 3-х-позиционный пневмораспределитель. Два рабочих положения пневмораспределителя обеспечивают движение дверцы вверх и вниз соответственно. Нейтральное положение - обеспечивает остановку дверцы в любом промежуточном положении. Крайнее нижнее положение дверцы ограничено футерованным выступом рабочего окна, верхнее - ходом пневмоцилиндра. На рабочем окне предусмотрены устройства для фиксации дверцы в верхнем положении.

Сливной желоб предназначен для слива металла. Он выполнен сварным, из листовой стали и предусматривает последующую футеровку.

Механизм наклона обеспечивает наклон электропечи относительно вертикальной оси в сторону сливного носка на 10о и 45є (для слива металла) и в сторону рабочего окна на 15є (для скачивания шлака). Механизм наклона состоит из двух секторов, закреплённых на люльке электропечи, и гидравлических цилиндров наклона. Сектора установлены на фундаментных балках, а цилиндры одним концом прикреплены к люльке, а другим - к фундаменту через специальные кронштейны. Положение электропечи при всех наклонах, а также нейтральное положение электропечи фиксируется по сигналу конечных выключателей.

Механизм подъема и поворота свода совместно с основаниями, подшипником и гидроцилиндром плунжерным обеспечивает открытие внутреннего пространства электропечи для загрузки и ремонта.

Подъём траверсы вместе со сводом производится гидравлическим плунжером с помощью толкателя, свободно перемещающегося в подшипниках корпуса. Корпус механизма крепится к фундаменту. При подъёме толкатель входит в сочленение с опорной поверхностью шахты и поднимает вверх траверсу со сводом. Для обеспечения поворота в теле толкателя нарезаны зубья, в зацеплении с которыми находится рейка, расположенная между двумя плунжерами, придающими ей по команде с пульта управления поступательное движение в ту или иную сторону. Перемещение свода фиксируется по сигналу конечных выключателей.

Электрододержатели выполнены в виде сварных балок, закрепленных на стойках. Зажим электрода осуществляется с помощью пружины, установленной на электрододержателе через систему тяг, соединённых в конце со скобой в виде хомута, которая прижимает электрод к головке электрододержателя. Отжим электрода производится подачей сжатого воздуха в пневмоцилиндр, который действует на систему тяг в направлении, обратном действию пружины зажима. Подача сжатого воздуха производится вручную с пневматического шкафа.

Токоподвод к каждому из электродов осуществляется через контактные щеки и водоохлаждаемые медные трубы, закрепленные через изолирующие прокладки на металлоконструкции электрододержателей.

Механизм перемещения электродов обеспечивает вертикальное перемещение каждого из электрододержателей с электродом и состоит из стоек, направляющих роликов и приводов перемещения электродов. Стойки перемещаются в шахте траверсы по направляющим роликам при помощи электромеханических приводов и реечных передач. Крайнее верхнее и нижнее положения электрододержателей фиксируются по сигналу конечных выключателей.

Система водоохлаждения предназначена для охлаждения узлов электропечи, подвергаемых термическим нагрузкам. Подача воды на охлаждение узлов электропечи производится через пульт водоохлаждения. Вода с пульта водоохлаждения через систему труб, установленных на стене, распределяется для охлаждения водоохлаждаемых кабелей, коробки и дверцы рабочего окна, трубошин и контактных щек сводовых электродов, сводового кольца, экономайзеров и газоотсоса. Слив воды в пульте водоохлаждения происходит через воронку, к которой подводятся все сливные линии. Контроль давления воды на входе, температуры и протока воды на выходе, а также регулирование протока воды осуществляется с помощью приборов и вентилей, установленных на пульте водоохлаждения.

Шкаф пневматический и система воздухопровода служат для обеспечения подвода (отвода) сжатого воздуха к пневмоцилиндрам электрододержателей и механизма подъёма дверцы рабочего окна, а также для управления работой пневмоцилиндров.

Система маслопровода предназначена для обеспечения подвода масла к гидроцилиндрам механизмов наклона, подъёма и поворота свода.

Гидроцилиндры механизмов питаются от гидроагрегата. Управление механизмами производится с помощью электрогидравлических золотников, установленных на гидравлической панели гидроагрегата. Разводка выполнена стальными трубами, а переход маслопровода от цеховых магистралей на электропечь выполнен гибкими рукавами высокого давления для обеспечения движения механизмов (наклон электропечи, поворот свода).

Система управления электропечью предназначена для обеспечения слаженной, надёжной работы электропечи и ее безопасной эксплуатации:

Для обеспечения безаварийной работы электропечи предусмотрены следующие блокировки:

а) наклон электропечи в сторону слива на угол более 10° возможен только при отсутствии напряжения на электродах;

б) наклон электропечи возможен только при опущенном своде;

в) при достижении электропечью угла 45є при наклоне в сторону слива и угла 15° при наклоне в сторону рабочего окна механизм наклона автоматически отключается;

г) включение механизма подъема и поворота свода возможно только при отсутствии напряжения на электродах и только при нахождении электропечи в вертикальном (нейтральном) положении;

д) включение механизма поворота свода возможно только при поднятых электродах и поднятом своде;

е) включение механизма подъема свода на опускание возможно только при нахождении свода по оси электропечи;

ж) при достижении сводом своих крайних положений при подъеме и опускании механизм подъема свода автоматически отключается;

з) при достижении сводом своих крайних положений при отвороте и возврате в исходное положение по оси электропечи механизм поворота свода автоматически отключается;

и) при достижении сводовыми электродами своих крайних положений, механизм перемещения электрода автоматически отключается;

к) при достижении сводовыми электродами своего верхнего положения, высоковольтный выключатель отключается;

л) при прекращении подачи воды в рабочей магистрали (аварийное падение давления воды) автоматически должна включаться аварийная магистраль.

Отключение высоковольтного выключателя производится вручную с пульта управления электропечью и автоматически с помощью реле:

- при снятом ключе - бирке;

- от максимальной токовой защиты;

- при перегрузке трансформатора;

- при наклоне электропечи на угол более 10° в сторону слива металла;

- при подъеме свода;

- при длительном (более 1, 5 мин.) нарушении протока воды и превышении температуры воды на выходе любой из магистралей системы водоохлаждения, или аварийного падении давления воды в магистрали системы водоохлаждения;

- при нарушении охлаждения трансформатора;

- при открытии калиток входа в район кабельной гирлянды и входа на траверсу.

Для обеспечения информации персонала о состоянии механизмов электропечи предусмотрена следующая световая технологическая сигнализацию:

а) включенного, отключенного и аварийно - отключенного состояния высоковольтного выключателя;

б) включенного состояния и положения всех механизмов;

в) нейтрального положения электропечи (лампочкой зеленого цвета) ;

г) наклона электропечи на 10?и 45є в сторону слива и на угол 15° в сторону рабочего окна (каждое положение своей лампочкой красного цвета) ;

д) наличия протока воды по каждому сливу;

е) повышения температуры воды по каждому сливу;

ж) крайних положений электродов.

В системе управления электропечью предусмотрен звуковой предупреждающий сигнал о повороте свода и наклоне электропечи в сторону слива свыше 10єС.

В системе управления электропечью предусмотрена световая и звуковая предупреждающая сигнализация безопасности о подаче электропитания на электропечь.

В системе управления электропечью предусмотрена аварийно - предупреждающая звуковая и световая сигнализация:

а) нарушения режима работы печного трансформатора;

б) уменьшения давления воды в подающей магистрали ниже допустимого;

в) нарушения протока воды;

г) увеличения температуры воды на выходе выше допустимого.

В системе управления электропечью предусмотрена индикация следующих параметров;

а) фазного тока;

б) линейного напряжения;

в) активной и реактивной энергии;

г) активной мощности;

д) температуры воды по всем точкам.

В системе управления электропечью предусмотрены визуализация и архивирование следующих параметров;

а) фазного тока;

б) линейного напряжения;

в) активной и реактивной энергии;

г) полной мощности;

д) аварийных ситуаций.

Механизм наклона печи ДСП-12 в приложении №2

4. Производственный план

Объем производства литейного цеха в настоящее время составляет 65205т фасонного литья и 17850т кузнечных слитков в месяц. Для этого в сталеплавильном отделении цеха выплавляется ~ 9060т жидкой стали в месяц или 108720т в пересчете на годовой объем.

Потребители продукции и количество покупаемой продукции указаны в таблице 2.

Программа производства литейного цеха показана в таблице 1.

Распределение программы производства по сталеплавильным агрегатам показано в приложении А на схеме 1.

5. Сталелитейный цех

Сталелитейный цех был построен для обеспечения ремонтным стальным литьем и сменным оборудованием предприятий горнорудной промышленности бассейна Курской магнитной аномалии. Цех сдан в эксплуатацию 27 октября 1982 года. Проектная мощность цеха 25 тыс. т фасонного литья в год. Характер производства индивидуальный и мелкосерийный. Литейный цех имеет в своем составе три отделения: шихтовое, сталеплавильное, формовочное. Основное оборудование цеха:

плавильные печи - 5шт (ДСП-15т - 2тш, ДСП-6т - 3шт), АКОС, формовочная линия ЛН218Г (пескометная формовка, пескомет Н2033), размер опок 2, 6х2, 78х0, 9 м; встряхивающие формовочные машины модель 234 - 2 шт., модель 235 - 1 шт., термические печи с площадью пода 36 м и 19 м., выбивные решетки - 2шт, дробеметная камера (литье до 5т.), бегуны марки 15107 и 15126.

В сталеплавильном отделении имеется пять электродуговых печи переменного тока ДСП с номинальной емкостью 14т - 2шт., 6т - 3шт, 1 агрегат комплексной обработки стали (АКОС). В этих печах выплавляются легированные, в основном высокомарганцовистые, также углеродистые марки стали, идущие на получение фасонного литья и кузнечных слитков.

Сталеразливочные ковши, вместимостью 15т и 10т (КС-15, КС-10), предназначены для приема жидкой стали из сталеплавильной печи, транспортирования и разливки. Общее количество ковшей: КС-15-4шт, КС-10- 5шт. Для обеспечения качественной подготовки ковшей, необходимо иметь в эксплуатации не менее трех ковшей на две одновременно работающих электропечи. Сушку ковшей после смены футеровки производить на стенде под вертикальной горелкой. После каждой плавки ковш очищается от остатков металла и шлака. Для этой цели разрешается применять кислород.

Разливка металла производится сифоном и в изложницы. Разливка производится в кузнечные слитки развесом 6, 5 тонны. Металл в изложнице поднимается «чистым зеркалом» или с дробленой пленой.

Углеродистые, низколегированные и высокомарганцовистые марки стали разливаются по литейным формам. Разливка металла по формам является одним из основных процессов, от которого зависит качество отливок. Заливка форм металлом производится из сталеразливочных стопорных ковшей, транспортируемых электромостовыми кранами. Формы отливок со встряхивающих машин заливаются на рольгангах, а крупные формы с ручной формовки (передние и задние стенки ковшей экскаваторов) - на плацу. Ковши с металлом передаются тележкой в формовочное отделение крупного литья. Учитывая необходимость параллельно литья из различных марок стали и для возможности разливки без задержки на литейных линиях, предусмотрены накопительные рольганги.

План плавильного участка в приложении №3.

5.1 Технико-экономические показатели работы цеха

Литейный цех производит стальные отливки массой до 8 т., размерами 4х4х1 м наибольший удельный вес (около 75 %) занимают высокомарганцовистые отливки на основе стали 110Г13Л. В основном это изделия для горно-обогатительных комбинатов и предприятий строительной индустрии. Номенклатура изделий литейного цеха насчитывает около 500 наименований. Объем производства литейного цеха составляет в настоящее время около 1500 т литья в месяц. Наибольшую серийность имеют зубья ковшей карьерных экскаваторов, которые изготавливаются в общем количестве до 1500 штук в месяц, при потребности заказчиков - несколько тысяч штук. Преимущественно изготавливаются два типа зубьев: для ковшей экскаваторов объемом 8-10 мі; для ковшей экскаваторов объемом 4, 6-5, 3 мі. Осваиваются в производство также гусеничные траки бурильных установок, которые также могут иметь общую серийность изготовления более 1000 штук в месяц.

С целью получения высокого качества сталь подвергается внепечной обработке на установке для продувки инертным газом. Максимальный объем разливочных ковшей до 10 т. Максимальные размеры и масса отливок: длина 4000 мм, ширина 4000 мм, высота 1000 мм, масса 7, 9 т. Номенклатура производимой цехом продукции представлена в таблице 5.

6. Расчет механизма наклона печи

6.1 Энергетический расчет привода

Вес печи составляет: вес свода + вес кожуха + вес траверсы + вес механизма перемещения электродами + вес электрододержателей + вес электродов + вес водоохлаждаемых труб.

Усилие, необходимое для наклона печи найдем по формуле:

где - угол между осью гидроцилиндра и осью центра тяжести печи.

Выберем типоразмер объемного двигателя, который должен обеспечить предельную скорость движения выходного звена и преодолевать максимальную внешнюю нагрузку .

Расчетная формула для определения главного параметра объемного двигателя - его удельного рабочего объема ;



У гидроцилиндров объем , равен эффективной площади поршня , поэтому расчетный диаметр поршня:

Выберем по справочным данным гидроцилиндр: ГЦП =250мм, =140мм.

Уточним по каталогу объем:

определим к/т соотношения эффективных площадей:

где - диаметр штока.

6.2 Выбор насосной установки

Подача насоса, необходимая для обеспечения заданной скорости выходного звена гидродвигателя:

где - скорость перемещения штока при соединении источника гидравлической энергии с поршневой полостью гидроцилиндра, м/с;

- объемный КПД гидродвигателя, = 0, 96

- объемный КПД гидроаппаратов в линии, = 0, 98

Мощность, отдаваемая насосом в гидросистему:

где - номинальное давление в системе.

Рабочий объем насоса:

где - частота вращения вала насоса.

где nН - частота вращения вала насоса.

По номинальному давлению, рабочему объему и мощности выбираем из каталога стандартный насос НПл 16/6, 3.

Гидробак должен вмещать весь объем рабочей жидкости гидросистемы с 50% -ным запасом для компенсации утечек и других потерь. Объем гидробака:

Vб = (200…300) •QН=300•621, 9•10-5 = 1, 863м3,

Бак выполняется обычно в форме параллелепипеда из стальных листов толщиной 3... 5 мм (рис. 2).

Рис. 2 Гидробак

Примем размер b = 1 м, тогда м.

6.3 Выбор предохранительного клапана

Роль клапана - защита гидропривода от давления, превышающего установленное значение. Он включается в работу лишь в аварийных ситуациях при достижении значения:

pmax = 1, 25…1, 5 pном

pmax = (1, 25…1, 5) •6, 3•106 = 7, 875…9, 45 МПа

Выбор клапана производится по номинальному давлению в системе и диаметру условного прохода:

,

,

Выбираем предохранительный клапан 32-20-1-11.

6.4 Выбор дросселя

Скорость движения штока цилиндра регулируется с помощью дросселя, который ограничивает расход масла, поступающего в цилиндр или отходящего из цилиндра.

При выборе схемы установки дросселя следует учитывать, что в варианте с дросселированием на входе давление в цилиндре меньше, поэтому снижается трение и улучшаются условия работы уплотнений.

Выбор дросселя осуществляется по необходимому расходу рабочей жидкости, диаметру условного прохода и рабочему давлению в системе.

Удельный рабочий объем холостого хода:

м3/м,

м3/сек = 16 л/мин

6.5 Выбор трубопровода

По диаметру трубопровод должен обеспечить расход жидкости, требуемый для выражения необходимой скорости движения штока гидроцилиндра.

где Q - расход жидкости через трубопровод, м3/с

V - скорость течения жидкости.

Расчет диаметров ведем отдельно для сливной и напорной линий.

Диаметр напорного трубопровода:

.

Диаметр сливного трубопровода:

.

Примем для напорной и сливной линий диаметры труб равными .



Рис. 3 Основные размеры трубопровода

Определим толщину трубы:

где s - толщина стенки трубы,

Dн - наружный диаметр трубы,

Dн = 2•s + dвн,

ув - временное сопротивление разрыву, для труб из Ст20 по ГОСТ 8734-78

ув = 420МПа,

n - коэффициент запаса прочности, n = 5.

,

отсюда .

Примем ,

с наружным диаметром Dн = 50 мм,

внутренним диаметром dвн = 45 мм,

толщина стенки трубы s = 3, 5 мм.

6.6 Выбор фильтрующего устройства

Загрязнение крайне вредно влияют на эксплуатационную надежность элементов гидропривода. Наиболее опасно присутствие в жидкости частиц большой твердости, размер которых соизмерим с зазором в подвижных соединениях. Абразивное изнашивание подвижных сопряжений приводит к снижению объемного КПД гидропривода. Особенно сильное влияние загрязнение жидкости оказывает на износ распределительной и регулирующей аппаратуры.

Наименьший зазор в подвижных соединениях гидроагрегата имеют место в золотниковых распределителях, поэтому они требуют повышенной чистоты жидкости.

Примем фильтр 32-10-М:

Диаметр условного прохода 32 мм,

Номинальная тонкость фильтрации 10 мкм,

Номинальный расход 160 л/мин,

Номинальный перепад давления 0, 16 МПа.

6.7 Расчёт штока гидроцилиндра на устойчивость

Шток гидроцилиндра рассчитывают на устойчивость, исходя из того, что он является тонким стержнем, а упругостью корпуса гидроцилиндра можно пренебречь. При этом критическая сила, при которой шток теряет устойчивость, выражается формулой Эйлера:

,

где Е - модуль упругости материала штока,

J - момент инерции сечения штока,

,

Lпр - приведенная длинна стержня, определяется в зависимости от условий закрепления гидроцилиндра.

Lпр = 0, 5L.

Условие устойчивости стержня:

Fкр > F,

где F - результирующая нагрузка на шток гидроцилиндра.

Рис. 4 Схема закрепления гидроцилиндра

Преобразовав, получим

,

,

где k - коэффициент запаса прочности.

м,

Примем диаметр штока dш = 140 мм.

7. Мировой рынок стали

Железо - ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе. Собственно, железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0, 8%), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2, 14 вес. % углерода) и чугун (более 2, 14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека. В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре - 4, 65% (4-е место после кислорода, кремния и алюминия). Считается также, что железо составляет большую часть земного ядра. По данным Геологической службы США, в 2012 году мировые запасы железной руды составили 170 млрд. тонн. Наибольшими запасами располагает Австралия - 35 млрд. тонн, также значительные запасы железной руды имеются в Бразилии, России, Китае, Индии и некоторых других странах.

Запасы на месторождениях железной руды в 2012 году, млн. тонн *

Выплавленное из руды железо обычно содержит больше углерода, чем желательно. Чтобы стать сталью, оно должно быть расплавлено и подвергнуто переработке для того, чтобы уменьшить содержание углерод до нужного количества. Кроме того, на данном этапе в сталь добавляются различные легирующие элементы, в зависимости от того, какие свойства требуется придать конечному продукту. Расплавленная сталь непрерывно подается на прокатные станы или разливается в слитки. Приблизительно 96% стали - это прокат, в то время как только 4% производятся в виде стальных слитков.

Далее, из полученной стали изготавливается продукция. На современных литейных заводах все этапы передела часто происходят на одном конвейере, на входе которого - железная руда, а на выходе - готовая стальная продукция.

Производство стали в мире в 2012 году достигло новой рекордной отметки - 1, 547 млрд т, однако динамика роста оказалась самой низкой за последние три года - всего 1, 2%. Китай, который еще недавно демонстрировал двузначные показатели роста выплавки стали, в 2012 году прибавил всего 3, 1%. Российские сталевары сумели нарастить производство на 2, 5%, но так и не достигли уровня докризисного 2007 года. Как следует из данных World Steel Association, в 2012 году рост производства стали был зафиксирован только в Азии, Северной Америке, на Ближнем Востоке и в Африке, тогда как другие макрорегионы, такие как Евросоюз, СНГ, Южная Америка и Океания, показали спад. При этом пятерка стран - лидеров по объему производства осталась прежней: Китай, Япония, США, Индия и Россия. У всех этих стран, за исключением Японии (снижение на 0, 3%), наблюдается рост в диапазоне 2, 5-4, 3%, при этом самую высокую динамику продемонстрировала Индия. Китай, на который уже приходится почти половина (46, 3%) мирового производства, в 2012 году увеличил выплавку стали на 3, 1%, до 716, 5 млн т. Более низкий прирост наблюдался только в 2008 году (на 2, 6%), тогда как в 2011 году производство выросло на 8, 9%, а в 2009 году - на 13, 5%. Впрочем, до 2008 года цифры роста были значительно выше. Главным неудачником 2012 года стал Евросоюз - все крупнейшие страны региона показали снижение, а в целом производство стали упало на 4, 3%, до 169, 4 млн т. Лидером здесь остается Германия, где производство в 2012 году составило 42, 7% (минус 3, 7%). Причина падения производства - долговой кризис и общее снижение деловой активности в Европе. Россия сумела в 2012 году нарастить производство на 2, 5%, до 70, 6 млн т. Причем данные World Steel расходятся с цифрами Росстата, который насчитал рост в 3, 3%, до 70, 4 млн т. При этом отечественным сталеварам пока не удается достичь докризисных показателей: к примеру, в 2007 году выпуск стали в России составил 72, 4 млн т. По итогам последних семи лет ведущим производителем стали в мире является компания Arcelor Mittal. В 2006 году объединившиеся в единый холдинг индийская компания Mittal Steel и люксембургская компания Arcelor, занимавшие соответственно в 2005 году первое и второе места по объемам производства в мире, вышли в бесспорные лидеры с общей производственной мощностью 120 млн. тонн стали в год. ArcelorMittal, владеющая сталелитейными заводами более чем в 20 странах на четырех континентах, лидирует во всех сегментах производства стали. В 2012 году она выпустила 88, 2 млн тонн стали, что составляет около 6% мирового производства. Кроме того, в 2012 году компания добыла 55, 9 млн тонн железной руды. Добывающие мощности ArcelorMittal расположены в 10 государствах, включая Россию, Казахстан и Украину. В планах Arcelor Mittal к 2014 году расширение производственной мощности до 150 млн. тонн. Другим крупнейшим в мире производителем стали является компания Baosteel, находящаяся в рейтинге производителей стали на втором месте, с объемом производства примерно в два раза ниже, чем лидера Arcelor Mittal. Baosteel - крупнейшая китайская компания. В 2012 году предприятие произвело 42, 7 млн. тонн стали. Южнокорейская компания POSCO (Pohang Ironand Steel Company) по итогам 2012 года заняла третье место в мире по производству стали. Холдинг производит горячий и холодный прокат, а также поставляет свою продукцию автомобиле- и кораблестроителям. На сегодняшний день компания имеет 41 производственный актив в 14 странах мира. Компанией было произведено 38, 0 млн. тонн.

Добыча стали в мире, млн. тонн* Таблица 10

* данные US Geological Survey

Железо и сталь широко используются при строительстве автомобильных и железных дорог, инфраструктуры, приборов и зданий. Самые большие современные сооружения, такие как стадионы и небоскребы, мосты, и аэропорты, имеют стальной скелет. Кроме того, сталь применяется в различных приборах и автомобилях. Несмотря на рост в использовании алюминия, сталь - все еще главный материал для кузовов автомобилей. Сталь используется во множестве других строительных материалов, таких как болты, гвозди и винты.

Другое общее применение стали включает кораблестроение, трубопроводный транспорт, горную промышленность, космос, бытовые товары (например, стиральные машины), тяжелое оборудование, такие как бульдозеры, мебель для офиса, инструменты, и броню как в форме жилетов, так и броню для военной техники. также, сталь - предпочтительный металл при создании многих скульптур. В конце 2012 года, эксперты Мировой ассоциации стали (Worldsteel Association) опубликовали оценку видимого потребления стали в мире в 2012 году и прогноз на 2013 год. Согласно оценке, по итогам 2012 года глобальное потребление стали выросло на 2, 1% против 6, 2% в 2011 году. В 2013 году потребление достигнет уровня 1, 455 млрд. т (+3, 2%). Эксперты ожидают, что ситуация в 2013 году постепенно будет улучшаться. В Китае потребление стали в Китае по итогам 2012 года выросло на 2, 5% до 639, 5 млн. т. В 2013 году правительственные меры по стимулированию экономики улучшат экономическую ситуацию, что будет способствовать положительному росту потребления стали (+3, 1% до 659, 2 млн. т). Кризис задолженности в странах Еврозоны привел к сокращению видимого потребления в 2012 году на 5, 6% до 144, 5 млн. т. Однако, в 2013 году, как ожидают эксперты Worldsteel, ситуация улучшится и потребление стали восстановится: +2, 4% до 148, 1 млн. т. В странах СНГ в 2012 году видимое потребление стали выросло на 0, 8% до 55, 2 млн. т, а в 2013 году на 3, 9% до 57, 4 млн. т. Это намного медленнее, чем темпы прироста в 2011 году (+13, 8%).

Цена на сталь, главным образом, определяется соотношением спроса и предложения на рынке. За последнее десятилетие мировые цены на «металл №1» выросли примерно в 2, 5 раза с 250 долл. /т до 650 долл. /т. Это объясняется, в первую очередь, значительным ростом экономики Китая, а также других азиатских стран. Пик цен пришелся на 2008 год, когда цены на сталь в отдельные периоды доходили до 1000 долл. /т и более. В 2009 году, ввиду мирового экономического кризиса, цены на сталь сократились примерно вдвое до примерно 500 долл. /т, однако затем к 2011 году стоимость металла подскочила до 750 долл. /т. В 2012 году цены на сталь стали снижаться и к началу 2013 года оказались ниже отметки 300 долл. /т.

Мировое производство стали в 2015 году может увеличиться на 20% до 1786, 5 млн тонн, потребление - на 21% до 1727, 5 млн тонн по сравнению с 2011 годом. Об этом говорится в прогнозе Минэкономразвития РФ на 2013 год на плановый период 2014-2015 годов. Развитие мировой черной металлургии в кратко- и среднесрочной перспективе по-прежнему будет определяться динамикой спроса со стороны промышленности и строительства. По данным мировой организации производителей стали Worldsteel, рост глобального потребления готовой стальной продукции после некоторого замедления в 2012 году, затем снова ускорится до 4, 5-6, 6% в 2013-2015 годах. При этом темпы роста спроса в Китае ожидаются даже несколько ниже среднемировых, что отражает тенденцию замедления динамики промышленности КНР и охлаждение рынка жилья и жилищного строительства. В то же время, согласно прогнозу Worldsteel, темпы роста потребление стали в странах СНГ будут несколько выше среднемировых. Значительное падение мировых цен на полуфабрикаты, зафиксированное в 2012 году, несет в себе угрозу распространения этой тенденции и на другую продукцию низких и средних переделов, на которой специализируется российская черная металлургия. Это уже привело к снижению рентабельности и объемов российских экспортных поставок стальной продукции. По оценкам Минэкономразвития в соответствии с базовым вариантом прогноза, цена на сталь в 2013 году сократится до 380 долл. /т в среднем по году, а в дальнейшем на фоне ускорения роста потребления увеличится до 420 долл. /т в 2015 году.

TOP-20 стран - ведущих производителей стали за 9 месяцев 2013 года, млн. тонн Таблица 13



Россия на мировом рынке стали за 9 месяцев 2013 года Рис. 5

Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов, придающих стали особые свойства - хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и других элементов.

Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами сталеплавильного производства связаны с использованием для нагрева металла электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в нагреваемом металле, либо в непосредственной близи от его поверхности. Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать значительную мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, вводить в печь большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки, что предполагает малый угар легирующих элементов; плавно и точно регулировать температуру металла; более полно, чем других печах раскислять металл, получая его с низким содержанием неметаллических включений; получать сталь с низким содержанием серы. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавке относительно легко поддаются контролю и регулированию, что очень важно при автоматизации производства.

Электропечь лучше других приспособлена для переработки металлического лома, причем твердой шихтой может быть занят весь объем печи, и это не затрудняет процесс расплавления. Металлизованные окатыши, заменяющие металлический лом, можно загружать в электропечь непрерывно при помощи автоматических дозирующих устройств.

8. Анализ состояния ДСП литейного класса

Производство стали в электропечах - один из наиболее эффективных способов получения металла заданного химического состава и качества. Выплавка стали в дуговых сталеплавильных печах увеличивается опережающими темпами: в 1995 году мировое производство стали составило 752 млн. т, доля производства в ДСП - 32, 6%, в 1999 году соответственно 788 млн. т. и 33, 5%. Вклад электросталеплавильного производства в рост объёма выплавки стали весьма велик, а в ряде стран - определяющий. В России постепенно выводятся из эксплуатации мартеновские печи, в результате доля прогрессивных технологий выплавки стали (конверторного и электросталеплавильного) увеличилась с 46, 6 до 75, 2%.

Опережающий рост выплавки стали в ДСП связан также с внедрением передовых технических и технологических разработок, позволяющих улучшить технико-экономические показатели. Произошедшие в последние время изменения в технике и технологии плавки в ДСП способствовали снижению основных статей условно-переменных затрат себестоимости (удельные расходы электроэнергии, электродов и огнеупоров) и росту производительности печей. Приведённые данные о улучшении показателей выплавки стали в ДСП в результате внедрения передовых разработок за 1965-2008 годы весьма наглядно отражают их влияние на технико-экономические показатели печей. Высокая производительность дуговых сталеплавильных печей может быть реализована только при значительных ёмкостях агрегатов и их высокой единичной мощности. Важным вопросом современной концепции развития дуговых электропечей является оптимизация их энергопотребления. Значительно развились методы оптимизации электрических режимов плавки в различные её периоды, которые базируются на богатом материале экспериментальных исследований и математического моделирования. Для реализации таких режимов широко используются специальные технологические приёмы (вспенивающиеся шлаки) и многоуровневые адаптивные компьютерные системы автоматического управления с рядом новых датчиков. Однако основное энергосбережение на современных печах наряду с мероприятиями по снижению электрических и тепловых потерь и простоев печей связано с использованием на ДСП комбинированного нагрева и утилизации вторичных энергоресурсов. Широкое распространение на дуговых печах получило применение топливно-кислородных горелок (ТКГ), которые используются для внепечного предварительного нагрева лома и оптимизации энергетических и технологических процессов расплавления шихты внутри печей. Это позволяет не только снизить расход более дорогой и дефицитной электроэнергии, но и существенно снизить время расплавления, что в свою очередь снижает энергопотребление.

Важным энергосберегающим мероприятием является и широкое использование кислорода, который применяется для снижения времени до-плавления шихты за счёт её «прорезки», дожигания СО в атмосфере печи, дополнительного подогрева металла при проведении операции раскисления и т. д.

Современные техника и технологии выплавки стали в ДСП должны обеспечивать производителю возможность получения достаточной прибыли, при этом ДСП представляет собой «первичный инструмент» для извлечения дохода. Использование новых разработок должно гарантировать повышение рентабельности в результате снижения издержек производства и приводить к повышению объёма производства.

Таким образом, основные пути развития техники и технологии плавки в ДСП условно можно разделить на две категории:

- применение ДСП новых конструкций

- модернизация ДСП традиционной конструкции путём использования оптимизированных современных технологий и оборудования.

В настоящее время имеется огромный парк литейных (емкостью 3-25 т) печей, находящихся в критическом состоянии, т. к. происходит моральное и физическое их старение. Основным атрибутом литейных печей является футеровка. Известно, что футеровка имеет ограниченную тепловую прочность, что приводит к износу футеровки и уменьшению её толщины. Приходится проводить дополнительные работы по частичному восстановлению футеровки методом заправки или проводить капитальные ремонты после значительного износа стен. Предпринимаются попытки замены элементов футеровки литейных печей на водоохлаждаемые, но в таком случае резко снижается энергетическая эффективность производства металла из-за возрастания безвозвратных тепловых потерь.

8.1 Тенденция развития и улучшения технико-экономических показателей дуговой сталеплавильной печи

Увеличение производства стали в ДСП предопределяет следующие основные тенденции развития технологических процессов выплавки стали, совершенствования ДСП и улучшение технико-экономических показателей их работы:

1) интенсификация технологических процессов (применение кислорода, продувка металла порошкообразными реагентами и т. д.) для сокращения длительности плавки и удельного расхода электроэнергии.

2) перенос технологических операций из ДСП в ковш или специальные агрегаты, для внепечной обработки стали, что обеспечивает сокращение времени плавки и улучшение технико-экономических показателей.

3) интенсификация периода расплавления твердой металлошихты за счет:

а) предварительного подогрева шихты

б) увеличение активной мощности дуг или при увеличении мощности трансформатора

4) комплексная механизация вспомогательных операций по обслуживанию ДСП, использование вычислительной техники для корректировки энергетического режима и технологического процесса плавки

5) увеличение фактического времени работы ДСП за счет сокращения «холодных» и «горячих» простоев в результате повышения стойкости футеровки, применение водоохлаждаемых панелей, повышения надежности, долговечности и ремонтоспособности механического и электрического оборудования.

6) укрупнение ДСП.

Список использованных источников

1. Егоров А. В. Электроплавильные печи черной металлургии. Москва, металлургия, 1985г.

2. Свенчанский А. Д. Электрические промышленные печи. Москва, энергия, 1970г.

3. Бахмутская О. Н., Анохин А. А. Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «Конструирование машин и оборудования металлургического производства»: СТИ МИСиС, 2002.

...