Печи для массовой выплавки стали

  Учитывая  накопленный опыт комбинированного использования в ДСП электроэнергии, газообразного и твердого топлива, а также тепла отходящих газов для предварительного высокотемпературного нагрева лома, специалисты НИИМ разработали двухстадийный топливно-дуговой сталеплавильный процесс и основные технические решения по конструкции топливно-дугового сталеплавильного агрегата (ТДСА). В ТДСА входят дуговая сталеплавильная печь и шахтный водоохлаждаемый подогреватель лома. Печь оборудована эркерными газо-кислородными горелками суммарной мощностью 40 МВт и фурмой для вдувания угля и кислорода. В стенах печи установлены также кислородные фурмы для дожигания  СО.

  Плавка  в ТДСА проводится в две стадии. На первой стадии подогретый лом нагревается  до температуры 1200 - 1400 °С только за счет топлива: природного газа и угольной пыли, которые сжигаются в кислороде. На второй стадии плавление и нагрев жидкой ванны осуществляются за счет совместного использования электроэнергии и порошкообразного угля. В конце плавки с целью гомогенизации ванны по составу и температуре вдувание угля прекращают, и плавка доводится только на электрических дугах. Длительность плавки составляет 60-65 мин. Годовая производительность 40-60-т ТДСА-250-400 тыс.т. Благодаря высокотемпературному нагреву лома отходящими газами и использованию в больших количествах топлива расход электроэнергии сокращается до 130-180 кВт*ч/т, а расход электродов – до 1,0-1,8 кг/т. При этом затраты первичной энергии на выплавку стали по сравнению с обычной ДСП снижаются в 1,5-1.6 раза.

  Таким образом, анализ энергоемкости стали, выплавляемой в различных агрегатах, показал, что энергетическая оптимизация процесса получения стали обеспечивается при выплавке ее в ДСП, работающей на шихте, состоящей из 100% лома, с использованием максимально возможных количеств органического топлива, преимущественно угля, и наибольшей утилизации тепла отходящих газов для высокотемпературного подогрева лома. Снижение энергозатрат на выплавку стали не только обеспечивает повышение экономической эффективности процесса, но и улучшает экологию. Все это необходимо учитывать при выборе структуры сталеплавильного производства на предприятии как при строительстве, так и при модернизации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Технические характеристики, описание работы и правила  эксплуатации 

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

  Плавку  ведут в рабочем пространстве; на большинстве печей оно имеет  куполообразный свод, стенки, сферический  под выполненные из огнеупорного материала. Огнеупорная кладка пода и стен заключена в металлический кожух. Съемный свод набран из огнеупорного кирпича, опирающихся на опорное кольцо. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токоподводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь питается трехфазным переменным током.

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

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

  Шихту в современных печах загружают  сверху в открываемое рабочее  пространство с помощью корзины  с открывающимся дном; лишь на отдельных  ранее построенных печах небольшой ёмкости (<40 т.) сохранилась завалка шихты через рабочее окно.

  Механическое  оборудование ДСП включает в себя: корпус, свод, опорную конструкцию, механизм наклона, электродержатель, механизм передвижения электродов, вспомогательные  механизмы и устройства, систему удаления и очистки газов.

  Корпус, футерованный изнутри, формирует рабочее  пространство. На корпус действуют  различные механические нагрузки: статистические – от массы футеровки и металла; динамические – при загрузке металлошихты через верх печи; термические напряжения вследствие неравномерного нагрева корпуса до 375…475 К, давление футеровки подины и стен вследствие её теплового расширения во время плавки. Поэтому корпус должен быть достаточно жестким и прочным. Корпус включает днище, кожух, песчаный затвор, рабочее окно, выпускное отверстие и сливной желоб (кроме печей с эркерным выпуском). На ДСП, оборудованных устройством электромагнитного перемешивания, днище изготавливают из немагнитной стали. Днище печей с эркерным выпуском имеет выступ с вырезом, усиленным ребрами жесткости и фланцем, к которому болтами крепят металлоконструкцию эркера. Эркер имеет необходимую арматуру выпускного отверстия с откидным или шиберным затвором,  имеющим гидравлический привод и дистанционное управление.

  Кожух имеет цилиндрическую, коническую или комбинированную обечайку в зависимости от формы «свободного» пространства и профиля футеровки стен. Для облегчения условий труда при холодных ремонтах футеровки стен корпус делают разъёмным в горизонтальной плоскости на уровни откосов ванны. В этом случае нижний фланец кожуха соединяют с верхним фланцем днища штырями, в которых имеются пазы для забивки клиньев с целью ускорения монтажа и демонтажа кожуха. Кожух печей высокой и сверхвысокой мощности предназначен для крепления водоохлаждаемых панелей (на внутренней стороне) и для монтажа водопроводов системы охлаждения (на наружной стороне).

  Песчаный  затвор, устанавливают на верхнем  фланце обечайки кожуха, предназначен для уплотнения линии разъёма  между корпусом и поднимающимся сводом. Песчаный затвор представляет собой кольцеобразный желоб, заполненный периклазовым порошком. В порошок входит кольцевой нож, прикреплённый к сводовому кольцу.

  Рабочее окно состоит из рамы, заслонки со смотровым  окном, арки, порога, гребенки, и механизма подъёма заслонки в виде электродвигателя или гидравлического цилиндра. Для более плотного прилегания заслонки к рабочему окну её помещают в наклонных направляющих, размещённых на наружном листе, выполняющих роль плоскости скольжения.

    Выпускное отверстие может быть круглое или прямоугольное. Горизонтальное отверстие (для слива металла по сливному желобу) формируют кирпичной кладкой столбиков и арочки, закрывая на время плавки сыпучим огнеупорным материалом. Вертикальное отверстие (для донного слива) формируют огнеупорными трубками соответствующих размеров, закрывая на время плавки откидными или скользящими крышками-затворами с гидравлическим приводом.

  Опорная конструкция ДСП представляет собой  стальную сварную платформу, на верхнюю  горизонтальную раму которой устанавливают корпус. Снизу платформа опирается на два опорных элемента качения, которые могут перекатываться по фундаментным балкам под действием механизма наклона, обеспечивая наклон печи для обеспечения технологических операций слива металла по сливному желобу на угол на 40…45^О и скачивания шлака через порог рабочего окна на угол 10…15^О.

  Свод, закрывающий рабочее пространство, устанавливают на корпус. Свод имеет  несколько отверстий разного  диаметра для ввода графитированных  электродов, ТКГ, кислородных фурм и других технологических устройств, а также для организованного отвода печных газов. Свод печей высокой с сверхвысокой мощности предназначен для крепления водоохлаждаемых панелей. Несмотря на добавочные тепловые потери, водяное охлаждение повышает надёжность конструкции свода, устраняя температурное расширение, местные перегревы и коробление кольца, а также охлаждая наиболее нагруженные пятовые кирпичи футеровки свода.

  Графитированные электроды ДСП предназначены  для кондукционного подвода электрического тока к дугам.

  Электрододержатель  служит для крепления электрода, создавая необходимую силу трения для  уравновешивания силы тяжести электрода  и для подвода к нему электроэнергии. Электрододержатель состоит из корпуса  и механизма зажима электрода.

  Несущая конструкция электрододержателя предназначена  для передвижения электрода вверх  и вниз. Механизм передвижения электродов предназначен для поддержания заданной электрической дуги.

    ДСП современной конструкции представляет собой сложный с точки зрения изготовления и эксплуатации агрегат, оснащенный большим количеством узлов и механизмов, основными из которых являются следующие:

-кожух (корпус) печи и свод;

-опорная конструкция - люлька для установки кожуха;

-механизм наклона печи для слива металла и скачивания шлака (шарнирно связан с люлькой);

-механизм подъема и отворота свода для загрузки шихты;

-портал;

-механизмы перемещения электродов;

-короткая сеть (вторичных токоподвод) для передачи тока от выводов вторичных обмоток трансформатора до рабочих концов электродов;

-система отбора и очистки газов.

     ДСП  оборудована трансформатором, а также оснащена системой эркерного выпуска металла, стеновыми газокислородными горелками и ориентирована на производство легированных и конструкционных сталей.

    Дополнительное оборудование печи включает: три токопроводящие консоли электродов сварной коробчатой конструкции из плакированных медью листов полученных способом вакуумной прокатки (патент фирмы «Фёст-Альпине») с гидравлическими цилиндрами; три устройства зажима электродов; охлаждение каждого электрода путём орошения; три подъёмные колонны с гидроцилиндрами; систему донной продувки металла инертными газами для интенсификации процесса плавления.

    Основные технические характеристики и параметры ДСП  приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Основные технические характеристики и параметры  ДСП – 100