Двухванный мартеновский агрегат

Оценка отлично. Московский институт стали и сплавов, 2010 год ...

Введение

1 Конструкция двухванной сталеплавильной печи

2 Работа двухванной печи

3 Недостатки двухванных печей

Заключение

Список литературы

Мартеновские печи долгое время оставались основным сталеплавильным агрегатом благодаря своей универсальности в отношении шихты, состава готовой стали, используемого топлива. Преобладающая часть тепла поступает в мартеновскую ванну из рабочего пространства печи в результате теплоотдачи от факела и элементов кладки.
На металлургических комбинатах в мартеновских печах переплавляют обычно 50 – 70% жидкого чугуна и 25 – 50% скрапа (скрап-рудный процесс). На металлургических заводах, не имеющих доменных печей, и на машиностроительных заводах шихта мартеновских печей состоит практически из скрапа (скрап-процесс), твердый чугун добавляется в том случае, если необходимо обеспечить требуемое содержание углерода в готовой стали.

Полная автоматизация мартеновских печей предусматривает автоматическое регулирование горения топлива в рабочем пространстве, перекидки клапанов, регулирование дешёвых нагрузок, подачи воздуха и воды.
По виду исходных материалов различают несколько способов плавки:
1. Плавка на твердом чугуне и металлическом ломе, называемая “скраппроцессом”.
2. Плавка на жидком чугуне, при которой для окисления примесей вводят руду - такой способ называют рудным процессом.
3. Плавка на жидком чугуне, скрапе и руде, называемая скрап-рудным процессом.
Рудный и скрапрудный процессы ведут только в основных печах, так как в кислых печах под и стены разрушаются закисью железа, содержащейся в руде. Плавку стали в мартеновских печах ведут скраппроцессом на тех заводах, где нет доменных печей для получения жидкого чугуна.
Для плавки стали скраппроцессом в мартеновскую печь загружают стальной лом (скрап), чушковой передельный чугун и известь. Соотношение стального лома к чушковому чугуну принимают такое, чтобы загруженная шихта имела следующее содержание примесей: 2,4% С; 0,65% Si; до 1,5% Мп; до 0,13% Р и 0,05% S. Загрузку шихты ведут ускоренно, не допуская охлаждения печи. Во время расплавления шихты почти полностью окисляется кремний и частично окисляется углерод, марганец и фосфор. После расплавления содержание примесей в металле понижается и составляет: С - 1,0%, Si - следы; Мп - 0,25%, Р - 0,05% и S - 0,040%.
Над расплавленным металлом образуется слой шлака, богатый закисью железа. Дальнейший процесс окисления примесей протекает под слоем шлака за счет растворяющейся закиси железа в металле, которая переходит из шлака. Процесс перехода закиси железа в металл протекает следующим образом. Закись железа FeO окисляется на поверхности шлака за счет кислорода пламени до FезО4,которая, диффундируя через слой шлака на границе жидкого металла, окисляет железо по реакции:

Fe3O4 + Fe = 4FeO
Образующиеся скислы переходят в шлак. Кремнезем и пятиокись фосфора, в основном, связываются с окисью кальция, образуя двукальциевый силикат:
SiO2 + 2СаО — 2 (СаО) - SiO2
и соль фосфорной кислоты:
(FeO)3 • Р205 + 4СаО —> (СаО)4 • Р2О5 + 3FeO
Для более прочного соединения пятиокиси фосфора в шлаке поддерживается свободная окись кальция. Образующийся шлак из печи сливают для того, чтобы не произошло восстановление фосфора из шлака в металл. За этот период плавки температура металла повышается и углерод вступает в реакцию с закисью железа:
С - FeO —> Fe + СО.
Во время окисления углерода ванна кипит, металл перемешивается, железо восстанавливается из FeO, из металла удаляются сера, неметаллические включения и газы.
Для обессеривания металла в ванну добавляют свежеобожженную известь. По температуре и содержанию углерода металл доводят до заданных технологических пределов в соответствии с получаемой маркой стали. После кипения в стали все же остается некоторое количество закиси железа, поэтому по окончании плавки металл раскисляют путем введения раскислителей: марганца, кремния или алюминия.
В случае получения легированной стали после раскисления в металл вводят легирующие добавки в составе ферросплавов (феррохрома, ферротитана и др.) или чистые металлы (никель, медь и др.). Готовую сталь из печи выпускают в ковши, которые с помощью кранов подают на участки разливки стали. Выход жидкой стали при этом процессе плавки составляет около 96% от веса загружаемой металлической шихты в печь.
В зависимости от качества шихты, организации ее подачи и скорости загрузки одна двухванная печь производит за одни сутки 4 – 8 тыс. т. стали. Двухванные печи, работающие на отечественных заводах, расходуют в настоящее время на 1 т. стали 70 – 75 м3 кислорода и 3 – 4 кг огнеупоров. Расход топлива определяется составом шихты (главным образом расходом и составом чугуна).

3 Недостатки двухванных печей
К недостаткам существующих конструкций двухванных печей следует, отнести меньший выход годной стали, повы­шенный расход жидкого чугуна и выбивание большого ко­личества технологических газов через завалочные окна в цех.
Выбивание газов из рабочего пространства происходит через завалочные окна при поднятых заслонках и по пе­риметру закрытых заслонок, а также через стационарные желоба для заливки чугуна. Как показала практика, опти­мальное с точки зрения тепловой работы существующих двухванных печей давление под сводом печи составляет 30 – 40 Па. При этом нулевая линия давления располагается на уровне порога печи или несколько выше его. При этих ус­ловиях, как показывают расчеты, через одно открытое окно выбивается 6 – 8 тыс. м3 газа в час (запыленность 20 – 40 г/м3). В отдельные периоды плавки расчетное количе­ство выбивающихся газов превышает 20 % всего количест­ва газов, поступающих в дымоотводящий тракт.
На некоторых печах вследствие недостаточной пропуск­ной способности дымоотводящего тракта давление под сво­дом при интенсивной продувке повышается до 50 – 60 Па, что приводит к еще большему увеличению количества газов, поступающих в цех.
Выбивание газов ухудшает условия труда, затрудняет обслуживание печи, загрязняет воздушный бассейн. Часть пыли не удаляется через фонарь здания, а циркулирует над рабочей площадкой печного пролета и попадает в разли­вочный пролет. Выбивание приводит также к ухудшению тепловой работы печи, так как часть оксида углерода и фи­зического тепла дыма не используется для нагрева лома.
Радикальный способ устранения выбивания из печи - снижение давления под сводом с 30 - 40 до 20 Па. В этом случае нулевая линия давлении располагается, выше проема завалочного окна, и оно будет находиться в зоне разрежения. Выбивание дыма при этом полностью исключается. Вместе с тем, в печь подсасывается большое количество холодного воздуха. Источниками этого воз­духа являются подсосы через вертикальный канал, через который не удаляются дымовые газы и на который действует тяга, соз­даваемая дымовой трубой. Кроме того, отрицательно сказывается эжектирующее действие, воздушных завес, установленных на ам­бразурах для продувочных фурм и в задней стенке для термопары, а также подсосы через завалочные окна печи. Вследствие боль­шого количества подсасываемого воздуха в продувочной камере дожигается с большим избытком воздуха практически весь выделяющийся из ванны оксид углерода.
Расчеты показывают, что подсос воздуха создает такую ситуацию, когда тепла сжигания оксида углерода недостаточно даже для нагрева дымовых газов до температуры, при которой они удаляются из продувочной камеры. Следовательно, возникает дефицит тепла на компенсацию потерь через кладку и охлажда­емые элементы печи, а также на догрев дымовых газов, который покрывается за счет тепла, выделяющегося внутри жидкого металла.
Для 280-т двухванной печи, начиная с расхода подсосанного воздуха в количестве 20 000 , потребность для компенсации дефицита количества тепла возрастает с увеличением количества подсасываемого воздуха. При этом все меньшая часть тепла дожигания оксида углерода используется полезно для нагрева ванны и все большее количество тепла, выделяющегося внутри жидкой ванны, затрачивается на покрытие потерь тепла. Для решения вопроса о необходимом степени дожигания окиси угле­рода и продуваемой камере и оптимальном распределении тепла оксида углерода между двумя камерами были выполнены совме­стные расчеты уравнений газового, материального и теплового балансов продувочной камеры и камеры нагрева, которые пока­зали, что:
1) на двухванных сталеплавильных печах при существующих
суммарных тепловых потерях на обе ванны и наличии более 28 %
лома в шихте в продувочной камере существует дефицит тепла,
эквивалентный 20 – 100 % теплового эффекта сжигания оксида
углерода;
2) количество воздуха, фактически поступающее в про­дувочные камеры существующих печей, существенно превышает
необходимое для сжигания расчетной доли оксида углерода, что
еще больше усугубляет дефицит тепла;
3) при ограничении подсоса и рациональном нагреве скрапа в двухванной печи удельный расход чугуна может быть уменьшен, с 780-750 до 680-700 кг/т годной стали (содержание лома в шихте 38–40 %).