Исследование режима плавления металлизованных окатышей в ванне дуговой печи с целью интенсификации процесса электроплавки стали

• Автор: Гришин, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 185 с. : ил.

Введение

Глава 1. Современное состояние проблемы, постановка задачи и методика исследования

1.1. Особенности технологии электроплавки стали при непрерывной подаче металлизованных окатышей в ванну дуговой печи.
1.2 Анализ путей интенсификации энерготехнологического режима электроплавки стали с применением металлизованных окатышей.
1.3 Анализ существующих моделей плавления металлизованных окатышей в ванне дуговой печи
1.4 К вопросу о кинетике и механизме плавления металлизованных окатышей в железоуглеродистом расплаве.

1.5 Постановка задачи и методика исследования.

1.6 Выводы но главе 1.

Г лава 2. Исследование процесса плавления металлизованных окатышей

в расплаве методом холодного моделирования.

2.1 Разработка методики и экспериментальной установки для исследования процесса плавления твердого шарообразного тела в условиях ванны дуговой печи.
2.1.1 Разработка методики моделирования скорости плавления металлизованных окатышей в расплаве при вынужденной конвекции. .
2.1.2 Разработка методики моделирования скорости плавления металлизованных окатышей в расплаве при свободной конвекции
2.3. Анализ результатов исследования и вывод уравнения для определения скорости плавления металлизованных окатышей в ванне
дуговой печи
2.4 Выводы по главе 2.
Глава 3. Исследование механизма образования гарнисажной корочки при подаче окатышей в ванну дуговой печи.
3.1 Методика и установка для экспериментального изучения механизма образования гарнисажной корочки
3.2 Исследование структуры металлизованных окатышей до погружения в железоуглеродистый расплав
3.3 Исследование структуры металлизованных окатышей после погружения в железоуглеродистый расплав.
3.4 Исследование влияния свойств расплава на размеры образования гарнисажной корочки.
3.5 Выводы по главе
Глава 4. Исследование процесса обезуглероживания электросталеплавильной ванны с изменяющейся массой металла в ней
4.1 Исследование закономерностей процесса обезуглероживания металла в ванне 0 т. дуговой печи.
4.2 Использование математической модели режима обезуглероживания металла для разработки алгоритма прогнозирования поведения углерода в железоуглеродистом расплаве.
4.3. Влияние режима обезуглероживания металла на уровень перемешивания ванны и интенсивность плавления ЖМО в дуговой печи.
4.4 Выводы по главе 4.
Глава 5. Разработка рациональной технологии электроплавки стали на
основе синхронизации процессов обезуглероживания, плавления и загрузки окатышей в печь
5.1 Исследование тепловых потоков в рабочем пространстве дуговой сталеплавильной печи.
5.2 Разработка принципа управления эенерготехнологическим режимом электроплавки на основе учета параметров теплового состояния сталеплавильной ванны
5.3. Определение оптимальных параметров алгоритма управления скоростью загрузки металлизованных окатышей в ванну дуговой печи. .
Выводы по главе 5.
6. Общие выводы и заключение
Библиографический список.
Приложения.
Введение
С развитием общества непрерывно развивается металлургическая промышленность и машиностроение. В настоящее время с развитием новых технологии возникает необходимость в непрерывном повышении качества металлопродукции.
За последние лет развития черной металлургии доля электростали непрерывно увеличивается. Эго связано с увеличением объема выплавки стали в дуговых сталеплавильных печах ДСП. При сохранении существующего объема производства на уровне 0 млн.тгод доля электростали в году в общем объеме производства прогнозируется на уровне до 1, а году доля электростали вырастет до 2.
Российская черная металлургия в последнее время испытывает ряд трудностей связанных с ростом цен на энергоносители и электроэнергию. Снижение объема производства стали с года по составило 2,3 раза. При этом доля электростали сократилась соответственно с ,1 до ,5 3.
Причиной такого резкого спада с одной стороны является старение отрасли. На многих предприятиях находятся в эксплуатации маломощные печи, работающие в основном по устаревшим технологиям без внепечной обработки 3, 4. С другой стороны постоянное давление запада со стороны США и Европейского объединения угля и стали i, которое регламентирует условия, цены и объемы поставок по импорту стальных изделий из России в страны Европейского Сообщества, заставляет снижать темпы производства 5.
Исходя из этого, нужно разрабатывать мероприятия по совершенствованию существующей технологии электроплавки стали, с целью снижения удельной себестоимости готовой продукции. Для электросталеплавильного производства России актуален вопрос о значительном не менее чем на снижении удельного расхода электроэнергии на 1 т. стали в переделе до 6. Модернизация
сталеплавильных агрегатов по мнению 3, 6 тем более необходима, так как удельный расход электросталеплавильного производства в последние годы вырос и составил на старых печах 0 кВтчт. стали в г., что на больше, чем в Японии и Германии и других старанах.
Если говорить о расходе электроэнергии в отрасли, то е удельный расход на единицу продукции в целом в среднем величина относительно устойчивая. Но для конкретного предприятия она не применима. Если взять полный перечень значений, то нельзя получить результат ни классическими, ни вероятностными методами. Более того, разработанные ранее статистические модели, полученные на основе ретроспективы, нельзя использовать на перспективу даже на года, а тем более на лет. Вероятностностатистическая методика построения математических моделей, опирающаяся на технический и регрессионный анализы, должны быть заменены на методы, опирающиеся на иерархические информационные базы, портреты плавки, цеха, печи, на кластер анализ и более совершенные математические модели 4.
Снижение себестоимости продукции в первую очередь возможно за счет снижения расхода электроэнергии. Искать пути снижения следует 4, 6 на основе применения новых технологий и систем автоматизации. При этом важно осознать не только возможность арифметических расчетов, опираясь на технологические данные и физикохимические формулы законы. Важнее увидеть новые закономерности, которые возникаюг при действии множества возможных условий, факторов, процессов 6.
Актуальность


Причем, содержание азота в готовом металле находится в прямой зависимости от доли металлизованных окатышей в объеме печи и снижается от 0,,9 при использовании 0 лома, до 0,0, при использовании металлизованных окатышей. Металлизованные окатыши являются достаточно энергоемкой шихтой изза наличия в их составе определенной доли окислов железа и пустой породы, в основном оксидов кремния. Содержание оксидов железа характеризуется степенью металлизации окатышей, представляющей собой отношение содержания металлического железа к общему содержанию железа в окатышах 8. Рост степени металлизации на 1 приводит к снижению удельного расхода электроэнергии при использовании металлизованных окатышей в электропечи на ,5 кВтчт. Повышенное содержание 8Ю2 в металлизованных окатышах увеличивает расход электроэнергии на плавку, изза дополнительного расхода извести, для обеспечения необходимой основности шлака. Возрастание содержания пустой породы, также приводит к увеличению расхода электроэнергии на ,5 кВтчт. Втчт на каждые металлизованых окатышей в мсталлошихте. Электросталеплавильный цех ЭСПЦ ОАО ОЭМК имеет в своем составе четыре 0т ДСП, изготовленные фирмой Круп, мощность трансформатора МВА. Металлолом загружается бадьей челюстного типа, металлизованные и окисленные окатыши, известь и ферросплавы подаются в печь сверху через отверстие в своде. В условиях ОАО ОЭМК Рис. Рис. Схема установки для непрерывной загрузки металлизованных окатышей в ДСП 1 корпус печи 2 водоохлаждаемые сводовые панели 3 электроды 4 устройство для непрерывной загрузки металлизованных окатышей 5 стены 6 выпускное отверстие 7 металлическая ванна 8 шлаковый расплав 9 электрическая
Необходимым условием завершенности процесса электроплавки стали является полное расплавление окатышей и доводка металла по температуре и углероду. При этом скорость плавления металлизованных окатышей зависит от температуры металла, которая в свою очередь зависит от подводимой тепловой мощности, задаваемая соответствующей ступенью напряжения Рис. Рис. Ход электроплавки с содержанием металлизованных окатышей в печи емкостью 0 тонн в условиях ОАО ОЭМК, а характер изменения температуры С, содержания углерода в металле С и скорости загрузки окатышей Уок но ходу процесса б режим плавки по току и напряжению цифры ступени напряжения. Анализ литературных данных 8, 9, , , показывают, что оптимальный уровень перегрева металлической ванны лежит в пределах ИС, что позволяет снизить расход электроэнегргии, обеспечивая при этом высокую скорость обезуглероживания металла, общего и локального перемешивания шлака 8, . Основные характеристики дуговой печи активная мощность Ра, вводимая в печь мощность дуг полезная мощность Рд рабочий ток и напряжение дуги ид электрический к. А, нестрого соьф, связывающий активную мощность Ра, потребляемую печью, и кажущуюся мощность печного трансформатора 8ф. Ъ V X2 Я2 определяется практически реактивным сопротивлением печи реактансом X. Регулировать мощность, вводимую в ДСП, можно дискретно, переключая ступени печного трансформатора и меняя вторичное питающее напряжение 2л, и плавно за счет рабочего тока при вертикальном перемещении электродов, когда изменяется длина 1д и сопротивление дуги Яд. Электрические характеристики строятся в функции рабочего тока на фиксированных ступенях напряжения. При построении рабочих электрических характеристик в расчетные формулы вносятся эмпирические поправочные коэффициенты, учитывающие, в частности, возрастающие эксплуатационные значения реактивного сопротивления электропечного контура . Электроплавка стали требует экранирования дуг, с целью защиты футеровки от чрезмерного теплового воздействия, снижения тепловых потерь и повышения энергетического к. Это возможно, или путем увеличения рабочего тока , , когда длина дуги уменьшается и ее столб под воздействием электромагнитных сил заглубляется в металл, или пенистым шлаком, если печь оборудована устройствами и снабжена материалами для его вспенивания ,. Яд радиус столба дуги от центра к периферии. Таким образом, Рн 5, 9,, Н. Рц Э рЬ, 1. Ь глубина погружения дуги, мм. П Ьк1д, 1. Ад ЗРЛ , кгмин 1.