Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Технологический процесс и оборудование для производства плавленалитых огнеупорных изделий

1.1 Технологический процесс плавки огнеупорных изделий

Производство электроплавленалитых огнеупорных изделий происходит по единой технологической схеме. Шихта заданного химического состава плавится в электродуговой печи при температуре > 2500 С. Полученный расплав заливают в специальные формы, в которых происходит его охлаждение и формирование структуры (рис.2).

Технологический процесс характеризуется следующими операциями:

- установка выбранного электрического режима ( напряжение, ток ),

- загрузка в печь шихты производится 2 раза в начале плавки 3,0 - 3,5 тонны, после расплавления первой порций через 45 - 60 минут 1,5 - 2 тонны,

- расплавление шихты, длительность плавки зависит от выбранного электрического режима (мощности). Плавка производится под слоем шихты, так называемая плавка ''под шубой'',

- отключение печи, слив расплава в изложницу емкостью 5 тонн.

Затем цикл периодически повторяется.

Целью начального этапа технологического цикла электродуговой плавки шихты - является получение однородного расплава с необходимыми физико-химическими свойствами. Протекание всех последующих звеньев технологического процесса в значительной степени определяется его первым этапом. Только из хорошо гомогенизированного расплава можно получить продукцию с требуемой структурой и высокими физико-техническими свойствами.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.2 Конструкция руднотермической печи ОКБ-2126

Основными элементами руднотермической печи являются: электропечной трансформатор, кожух печи, футеровка ванны, электроды, электрододержатель, механизмы перемещения и перепуска электрода, короткая сеть.

Кожух печи изготавливается из конструкционной или котельной стали. Размеры и форма кожуха соответствуют форме ванны печи. Основное назначение кожуха - обеспечить размещение в нем магнезитовой, хромомагнезитовой футеровки. Внутренняя поверхность футеровки образует ванну печи и должна обладать необходимыми свойствами для удержания огнеупорных расплавов при проведении заданного технологического процесса, а также для снижения тепловых потерь ванны и обеспечения на кожухе печи температуры, допустимой по условиям прочности металла кожуха. Поскольку футеровка при нагревании расширяется, и на кожух могут передаваться усилия в несколько сотен тонн, его усиливают вертикальными ребрами и горизонтальными поясами жесткости.

Футеровка печи состоит из трех основных частей:подины, кладки стен и свода. Основанием футеровки, вмещающей ванну печи, служит подина, играющая существенную роль при плавке. Она работает в тяжелых тепловых и механических условиях. На раскаленную подину укладывается при загрузке холодная шихта; подина испытывает резкие температурные колебания, удары и давление, поэтому она должна иметь необходимую механическую прочность при температуре 1500 - 2000 С. При перемешивании жидкой ванны подина подвергается размывающему действию расплавленной шихты. Наконец, подина должна иметь тепловое сопротивление, достаточное для того, чтобы обеспечить минимальный температурный перепад по глубине ванны. Тепло в печи выделяется в дугах, у поверхности металла и тепловой поток направлен от поверхности к подине. Подину печи ОКБ-2126 выкладывают из магнезитового кирпича. Стены печи обычно выкладывают из хромомагнезитового кирпича всухую с пересыпкой швов хромомагнезитовым порошком. Теплоизоляционный слой состоит из динасового легковеса, толщиной 20 мм., стены печи охлаждаются водой.

Электроды. На печи ОКБ-2126 применяют графитированные электроды, которые изготовляют из электрографита путем графитации угольных электродов в специальных электрических печах при температуре 2000 - 2400 С.

В производстве огнеупорных изделий основным достоинством графитированных электродов является снижение науглероживания расплава кроме того, графитированные электроды имеют меньшее удельное электрическое сопротивление чем угольные, что позволяет применять электроды меньшего диаметра, облегчает конструкцию стоек и электрододержателей и уменьшает электрические потери в электродах. В эксплуатации графитированные электроды намного удобнее угольных: они более прочны, меньше окисляются, не требуют специальных паст для смазывания сращиваемых стыков в целях уменьшения переходного сопротивления.

Электрододержатели. Они представляют собой зажимы, служащие для закрепления электродов и подвода к ним электрического тока. Сжимающее усилие должно быть достаточно для удержания электрода. Электрододержатели выполнены из бронзы, так как сопротивление ''бронза - графит'' значительно меньше сопротивления ''сталь - графит'' и работают длительно и надежно при наличии водяного охлаждения. На ОКБ-2126 применяется пружинно-пневматический зажим электрода в электрододержателе. Электрический ток подводится к электрододержателю с помощью медных водоохлаждаемых труб, проходящих на изоляторах вдоль рукавов стоек. В таких трубчатых шинах допускается плотность тока до 6 - 8 А / мм². Идущая по трубчатым шинам вода используется и для охлаждения корпуса электрододержателя. Трубчатые шины соединяются одним концом с электрододержателями, а другим через медные башмаки с гибкими кабелями, соединяющими их в свою очередь через неподвижные башмаки с шинами печного трансформатора.

Электрододержатель во время включенного состояния печи находится под напряжением и поэтому должен быть электрически хорошо изолирован от заземленных кареток и стоек, а также от штока с помощью миканитовых, асбестовых или асбоцементных прокладок и шайб.

Механизм перемещения электродов должен обеспечивать самостоятельное движение каждого электрода вверх и вниз при включении печи и в период ее работы. Движение электродов вверх и вниз должно быть медленным, постепенным и в то же время весьма быстрым в случае необходимости - например, при ликвидации к.з. или обрыва дуги. Электромеханические механизмы перемещения электродов состоят из электродвигателя постоянного тока, самотормозящего редуктора и передачи, преобразующей вращение выходного вала редуктора в возвратно - поступательное движение стоек. Перемещение электрододержателей от крайнего верхнего до крайнего нижнего положения составляет 1530 - 180 мм у печей емкостью до 5 тонн. Предельный ход электродов на подъем, и спуск ограничивают обычно конечными выключателями.

Короткая сеть дуговой печи - токопровод, соединяющий печной трансформатор с электродами. Короткая сеть должна иметь минимальные электрические потери, обеспечить равномерное распределение мощности по фазам и иметь, возможно, меньшую индуктивность, с тем чтобы коэффициент мощности печной установки был по возможности более высоким. Вторичный токоподвод печи ОКБ-2126 водохлаждаемый. В охлаждаемых водой кабелях и трубошинах можно доводить плотность тока до 6 - 8 А / мм². Не менее важным оказывается влияние индуктивности короткой сети на электрический режим печи. Для ограничения токов коротких эксплутационных замыканий и для обеспечения устойчивого горения дуги требуется, чтобы реактивность контура составляла около 30 %. Если индуктивность короткой сети составляет более 30 %, то применяют различные схемы соединения.

Электрическая схема соединения печной установки ОКБ-2126 - /. Печной трансформатор ОКБ-2126 должен иметь механическую и перегрузочную способность, так как по обмотке проходят токи килоамперного класса. Трансформатор печи ОКБ-2126 снабжен 12 ступенями напряжения, переключение ступеней напряжения осуществляется при отключенной печи ( без нагрузки ).

Реактивное сопротивление печного трансформатора составляет 7 - 8 %. Марка трансформатора ЭТЦПК - 6300 / 10. В печных трансформаторах обеспечивается газовая защита. Они также снабжены сигнальными термометрами, сигнализирующими о перегреве масла, также обеспечивается защита от аварийных коротких замыканий и от перегрузок. В составе электрооборудования электродуговой печи ОКБ-2126 реактор отсутствует, так как режим работы печи спокойный.

Механизм наклона печи обеспечивает слив расплава из печи по окончании плавки, угол наклона должен быть 40 - 45⁰ . На печи ОКБ-2126 используется гидроцилиндр прикрепленный подвижной частью (цилиндр) к кожуху печи с боку. Нижняя часть гидроцилиндра прикреплена к бетонному основанию.

1.3 Режимы работы руднотермической печи ОКБ-2126

Руднотермическая печь ОКБ-2126 работает в периодическом режиме, предназначен для плавки огнеупорных изделий ( корунд, бакор, бадделеито-корундовых ), процесс плавки бесшлаковый.

Руднотермическая печь для плавки огнеупорных изделий ОКБ-2126 работает как в режиме сопротивления, так и в режиме открытых дуг. Во втором режиме электродуговая печь работает значительное время, так как в этом режиме науглероживание расплава значительно ниже, чем в режиме сопротивления.

Процесс плавки начинается в режиме сопротивления, дугу поджигают путем замыкания электродов на токопроводящий кокс, с проплавлением, электроды постепенно поднимаются и агрегат переходит в режим работы с открытыми дугами.

При плавке открытой дугой интенсивно разрушается футеровка вследствие вытеснения дуг пондеромоторными электромагнитными силами к стенке тигля. Этот недостаток решен следующим простым способом; шихта подается в горячие зоны расплава между каждым из электродов и стенкой тигля, это позволяет повысить коэффициент использования дуги, увеличить кампанию печи, уменьшить излучение расплава на свод, повысить тепловой КПД печи, а также увеличить интенсивность плавки, понизить удельный расход электроэнергии.

Анализ процессов плавки различных огнеупорных изделий в электродуговых печах показывает, что для всех электродуговых печей характерен резко выраженный нестационарный режим работы с большими колебаниями токов и напряжений. Это приводит к значительным колебаниям температуры в рабочем пространстве и неравномерному по времени и поверхности расплава газовыделениям, ликвидации компонентов в объеме расплава. Свойственная 3-х фазным электродуговым печам неравномерность распределения мощности по фазам ( перенос фаз, наличие ''дикой и мертвой'' фаз ), в свою очередь, обусловливает неравномерность плавления шихты в разных электродных зонах.

По известным данным активная мощность 3-х фазной рудно-термической печи при выплавке белого электрокорунда колеблется в пределах ( -22 + 12 ) %, а колебания активной мощности по фазам ''А'' и ''С'' достигает +44 - 86%. Указанное явление усугубляется высокой температурой плавления шихт огнеупорных материалов (>1600С ), низкой теплопроводностью и высокой вязкостью их расплавов. Гомогенизация расплава идет практически только путем тепло гравитационной конвекции, т.е. мало интенсивно. В результате возникают ''холодные'' зоны и не проплав шихты по различным зонам ванны печи, что приводит к появлению физической и химической неоднородности расплава, затягиванию периода рас плавления, повышенному расходу электроэнергии. Резкие колебания температуры в ходе плавки, особенно отрицательное влияние, оказывает на газонасыщенность расплава. Это ухудшает литейные свойства расплава и плотность слитков. Все перечисленные отрицательные факторы в конечном итоге приводят к снижению качества конечной продукций.

Применяемые в настоящее время технологические приемы регулировки процесса плавления количеством и составом загружаемой шихты, ее периодичностью, продолжительностью времени плавки, газовой средой в рабочем пространстве, изменением электрических параметров печи (напряжения, силы тока, мощности), положением электродов и др., не позволяет устранить указанные отрицательные явления.

Некоторое сокращение продолжительности процесса плавления и повышения качества получаемых изделий достигается обмыванием поверхности расплава газо-воздушной смесью со скоростью (1- 20) м/с.

Процесс плавки подразделяется на следующие технологические стадии: огнеупорный руднотермическая печь плавленалитый

- начало плавки (загрузка, послезагрузочный режим). Продолжительность режима 30-45 минут, в том числе длительность загрузки 3 тонн шихты 18-20 минут. Характеризуется резкими колебаниями тока и напряжения;

- режим спокойного горения дуг, продолжительность 18 - 24 минуты. Отличается от начального режима наименьшими колебаниями токов и напряжения;

- режим открытой дуги. Характеризуется большими колебаниями токов и напряжений.

После вторичной загрузки 1,5 - 2,0 тонны, перечисленные стадии повторяются в такой же последовательности. Продолжительность режимов при этом за счет меньшего объема загружаемой шихты сокращается в 1,5 - 2,0 раза, т.е. начальный этап до 15 - 20 минут, спокойный режим 9 - 18 минут.

2 Разработка руднотермической печи типа ОКБ-2126 для производства плавленалитых огнеупорных изделий

2.1 Расчет параметров руднотермическои печи типа ОКБ-2126

2.1.1 Расчет геометрических и энергетических параметров руднотермическои печи ОКБ-2126

Существует большое количество эмпирических методов расчета этих печей, однако при определении их электрических и геометрических параметров учитываются следующие основные особенности печей периодического действия:

- большая величина межплавочных простоев;

- значительное время работы в режиме с открытой дугой;

- дополнительные потери энергии на разогрев футеровки.

1. Руднотермическая печь призводительностью 60 т/сутки предназначена для производства титанового шлака. Число электродов равно 3 (n=3). Удельный расход электроэнергии W=3200.

1. Определим мощность печного трансформатора:

где К^/=0,97 для печей периодического действия ниже 14 МВА

Примем S= 4МВА

2. Определяем полезную электрическую мощность, выделяемую в ванне печи:

Р_пол = 40000,75 = 3000 кВт

3. Определяем рабочее полезное фазовое напряжение печи:

U_пол = 3000^0,339,8 = 138 В

4. Линейное напряжение на выводах низкого напряжения трансформатора:

U_л =

5. Линейный ток в электроде:

I_л =кА

6. Активное сопротивление ванны:

R_в =

7. Максимальный линейный ток в электроде:

I_л =

8. Диаметр электрода составит:

d_эл = = 15 см

Принимаем стандартный электрод;

d_эл= 150 мм или 200 мм

Проверяем по допустимой плотности тока:

J=

9. Определяем фактическое значение _эл и соs:

_эл =

соs =

Произведение _эл на соs отличается от принятого на 3%, что меньше 5%, расчет окончательный.

Выбор диаметра ванны, диаметра распада электродов, рекомендуется проводить с учетом удельной мощности печи в пределах площади, ограниченной окружностью распада электродов и площадью ванны.

10. Диаметр ванны:

D_в= , м (12)

где

S=4000 кВА - мощность печной установки;

W_уд = 310 кВА/м² - удельная мощность на площадь ванны из экспериментальных данных печи, /1/.

D_в = <2 m

11. Диаметр распада электродов:

D_р = , м (13)

где

W_уд = 3500 кВА/м² - удельная мощность на площадь распада, /1/.

D_в = <0,8 m

12. Расстояние между осями электродов:

r = (14)

Высота ванны:

Н_в =(0,5-0,6)D_в = 0,554000 = 2,2м (15)

14. Диаметр кожуха при охлаждении водой:

D_к =D_в +2, м (16)

где = 240мм - толщина стенки с учетом огнеупорного и теплоизоляционного слоя.

D_к = 4000 + 2240 = 4480мм

15. Размеры рабочего окна выбираются в пределах:

d_ок = (0,1-0,15)D_1, мм (17)

где D₁=3400 мм - диаметр ванны на уровне откосов.

d_ок = (0,1453400)= 500мм

Толщина свода лежит в пределах L= (0,23 - 0,35)м для печей емкостью до 10т, /1/.

Принимаем толщину свода равной 0,25м.

2.1.2 Построение электрических и рабочих характеристик руднотермическои печи ОКБ-2126

Электрические характеристики печи ОКБ-2126

Рудотермическая печь ОКБ-2126, как правило, работает круглосуточно с остановками на слив, загрузку шихты, на ремонт и профилактический осмотр. Небольшая единичная мощность печного агрегата определяет большие расходы электрической энергии, поэтому перед энергетической службой промышленных предприятий и технологами стоят задачи выбора рационального режима работы печи, обеспечивающего, с одной стороны, высокую производительность, а с другой минимальный расход электроэнергии.

Так как опытным путем не представляется возможности это сделать, то эти оптимальные режимы определяем теоретически на основании его схемы замещения (рисунок 2).

Схема замещения на одну фазу

где

х_п.с - реактивное сопротивление подводящей сети;

r_п.с - активное сопротивление подводящей сети;

х_к.с - реактивное сопротивление короткой сети;

х_тр - реактивное сопротивление трансформатора;

r_тр - активное сопротивление трансформатора;

r_к.с - активное сопротивление короткой сети.

Рисунок 2

Задавшись значениями тока от 0 до тока короткого замыкания строим электрические характеристики печи.

Определяем ток короткого замыкания:

I_2к.з =, кА (20)

где

r = 0,7 мОм - активное сопротивление подводящего контура, /2/.

х = 8,6 мОм - реактивное сопротивление печного контура, /2/.

U_ф.п = 138 В - полезное фазовое напряжение.

I_2к.з =

Электрические параметры для построения характеристик определяются по следующим формулам:

соs =, (21)

_эл = 1 - , (22)

Р_а = 3 I, кВт (23)

Р_п = 3I²R, кВт (24)

Р_д = 3I, кВт (25)

U_д = , В (26)

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Электрические параметры РКЗ-4

I, А	соs	эл	Ра, МВТ	Рп, МВТ	Рп, МВТ	Uд, В
0	1	1	0	0	0	138
3500	0,97	0,98	1,417	1,391	0,025	135
Iн =7250	0,89	0,96	2,675	2,565	0,11	118
10000	0,78	0,94	3,24	3,03	0,21	101
13000	0,58	0,88	3,16	2,8	0,35	72
16000	0,076	0,1	0,5	0	0,5	0

Рабочие характеристики печи ОКБ-2126

Электродуговая печь ОКБ-2126 - это технологический агрегат, характеризуемый удельным расходом электроэнергии и производительностью. Для того, чтобы выявить режим с минимальным удельным расходом электроэнергии и режим с максимальной производительностью, для этого необходимо построить рабочие характеристики печи.

Для определения этих показателей используются следующие формулы:

W = - удельный расход электроэнергии, кВтч/т, (44)

g = - часовая производительность печи, т/ч, (45)

t = - время проплавления одной тонны окислов, ч/т, (46)

= - полный КПД печной установки (47)

где

P_акт - активная мощность установки зависит от величины тока, кВт;

1200 кВт ч/т - удельный расход электроэнергии;

P_пол - полезная мощность печи зависит от величины тока, кВт.

Расчетные показатели приведены в таблице 2.

Таблица 2 Технологические показатели ОКБ-2126

I, А	g, т/ч	W, кВтч/т	t, ч/т
0	0	0		0
3500	0,5	1234	2	0,98
Iн =7250	0,9	1372	1,1	0,94
10000	1,08	1400	0,93	0,93
13000	1,003	1550	0,99	0,88
16000	0			0

Определяем ток I'', которому соответствует максимальная мощность дуги и при котором достигается максимальная производительность (g) электродуговой печи ОКБ-2126, этому же току соответствует минимум удельного времени расплавления (t);

I'' = , кА (48)

где

U_ф.п = 138 В - полезное фазовое напряжение;

r = 0,7 мОм -

x = 8,6 мОм - соответственно, активное и реактивное

сопротивление печного контура, /2/.

I'' =

Определяем ток I', который соответствует минимальному расходу электроэнергии:

I' = I_рм, кА (49)

где

P_п.н = 500 кВт - потери в подводящей сети при токе к.з.;

P_т.п = 1293 кВт - тепловые потери печи.

I_р.м = (50)

I' = 11

Таким образом, рациональные пределы работы находятся между токами I' и I''.

Размещено на Allbest.ru

...