Разработка методов расчета и способов снижения угара металла при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи

• Автор: Шишимиров, Матвей Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. СОВРЕМЕННЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ И РЕЗЕРВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕК ТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛЛВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1.1. Сравнение энергоемкости различных способов выплавки стали в ДСП

1.2. Рост удельной вводимой мощности при выплавке стали в ДСП

1.3. Применение альтернативных источников энергии при выплавке стали в ДСП

1.3.1. Применение топливнокислородных горелок ТКГ

1.3.2. Использование тепла отходящих газов

1.3.2.1. Шахтные печи

1.3.2.2. Оптимизированные ДСП традиционной конструкции

1.3.2.3. Сравнение технических показателей эксплуатации ДСП различного типа

1.3.3. Продувка инертными газами
1.3.4. Донная продувка металла кислородом
1.4. Угар металла основной сдерживающий фактор дальнейшей интенсификации электроплавки
Глава 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Модель теплообмена в системе дуга поверхность вапны шлак
2.2. Дуговая сталеплавильная печь вместимостью т ДСП
ЭСПЦ ОАО ММЗ Серп и молот
2.3. Проведение опытных плавок
2.3.1. Измерение температуры жидкого металла
2.3.2. Определение массы материалов
2.3.3. Подача охладителя на поверхность ванны внутри окружности распада электродов
2.3.4. Интенсивное перемешивание металла
2.3.5. Перемещение сопла кислородной трубки в объеме ванны
2.3.6. Обработка плавильных карт
2.3.7. Оценка возможных погрешностей эксперимента
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПЛАВКИ НА УГАР МЕТАЛЛА
3.1. Решение модельной задачи об испарении железа в среду собственного пара
3.1.1. Расчет плотности теплового потока излучением и теплопроводностью
3.1.2. Определение интенсивности и мощности потока испарения железа в среду собственного пара
3.2. Разработка метода расчета испарения в среду, содержащую посторонний неконденсируемый компонент
3.3. Решение задачи об испарении железа в среду собственного пара при подаче охладителя на поверхность ванны внутри окружности распада электродов
3.3.1. Постановка задачи
3.3.2. Расчетная модель допущения, метод решения и результаты
3.4. Исследование качественной картины испарения на физической модели теплообмена
3.5. Выводы Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ УГАРА МЕТАЛЛА
В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
4.1. Определение угара металла по действующей в цехе методике
4.1.1. Определение угара железа, хрома, никеля, кремния, марганца
4.2. Подача охладителя на поверхность ванны внутри окружности распада электродов
4.3. Интенсивное перемешивание металла
4.4. Перемещение сопла кислородной трубки в объеме ванны
Глава 5. ВОЗМОЖНЫЕ СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ УГАРА МЕТАЛЛА ПРИ ВЫПЛАВКЕ СТАЛИ В СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОКОМОЩНЫХ ДСП
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Результаты расчета угара металла и элементов
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Технические характеристики трансформаторов печей ЭСПЦ ОАО ММЗ Серп и молот
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. План проведения опытных плавок на печах ЭСПЦ ОАО ММЗ Серп и молот
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акт опробования технологии ведения плавки, обеспечивающей снижение угара металла
ВВЕДЕНИЕ


Снижение энергозатрат на выплавку стали не только обеспечивает повышение экономической эффективности процесса, но и улучшает экологическую обстановку 4. Подтверждением вывода о резком увеличении энергоемкости ДСП с увеличением доли чугуна в завалке являются результаты, полученные авторами 5. Так при использовании в шихте ДСП чугуна энергоемкость электростали выше на , чем у конвертерной стали и на 8 , чем у стали, выплавленной в мартеновской печи. Результаты анализа энергоемкости сталеплавильных процессов, приведенного в 6 также подтверждают эффективность электросталеплавильного производства по сравнению с другими процессами выплавки стати. Энергоемкость выплавки стали в ДСП примерно на меньше, чем в других процессах конвертерный, скрапрудный, скраппроцесс, выплавка в двухванном агрегате, даже несмотря на то, что в расчете энергоемкости в ДСП принималось содержание жидкого чугуна в мсталлошихте равное . Рассматривая пути снижения энергоемкости при выплавке стали в ДСП, автор приводит следующие энергосберегающие технологии, получившие широкое распространение в мире продувка ванны кислородом дожигание СО до СО2 в объеме ДСП применение топливнокислородных горелок для нагрева лома использование тепла отходящих газов для нагрева лома. ДСП нивелируются увеличением скрытых затрат для получения жидкого чугуна. Одним из перспективных направлений снижения энергоемкости электросталеплавильного производства стали в ДСП является применение альтернативных источников энергии. Произошедшие в последнее время изменения в технике и технологии плавки в ДСП способствовали снижению основных статей условнопеременных затрат удельные расходы электроэнергии, электродов и огнеупоров и росту производительности печей 7,8. Известно, что конечной целью любого сталеплавильного процесса является получение высококачественной стали при максимальной производительности агрегата и минимальных затратах. Достижение этой цели в элсктросталеплавильном производстве осуществлялось за счет увеличения вводимой удельной мощности. Рост этой величины до кВАт и выше, а также использование кислорода до м3т, которым продувают металл в течение минут, привели к тому, что угар металла становится одним из основных сдерживающих факторов дальнейшей интенсификации плавки. В современных высокомощных ДСП выход годного составляет против на маломощных ДСП литейных цехов, где вводимая мощность составляет около 0 кВ Ат 9. Удельный расход электроэнергии в современных печах без альтернативных энергоносителей в период расплавления находится в пределах кВтчт. Средний удельный расход электроэнерг ии с использованием альтернативных энергоносителей составляет приблизительно 0 кВтчт. Таким образом, общая экономия электроэнергии при использовании альтернативных энергоносителей достигает максимум кВтчт . Однако, применение топливнокислородных горелок не исключает технологической необходимости использования кислорода для продувки ванны. Использование топливнокислородных горелок в печи приводит к неизбежному дополнительному утру металлошихты. Величина угара оценивается приблизительно, но она не ниже абс. Следовательно, нет никаких оснований считать, что указанное выше снижение удельного расхода электроэнергии достигается в основном за счет теплотворной способности вводимых дополнительно альтернативных теплоносителей. Их вклад минимален, тепла экзотермических реакций окисления составляющих шихты достаточно для указанного снижения расхода электроэнергии и без использования дополнительных видов топлива. Исходя из всего изложенного выше, следует заключить, что применение топливнокислородных горелок в электросталеплавильных печах переменного тока в период расплавления оправдано, прежде всего, технологически для ликвидации холодных зон, улучшения условий плавления скрапа, повышения производительности, но оно приводит к дополнительному угару металла, не обеспечивает энергосбережения в целом и усложняет соблюдение необходимых экологических нормативов . Значительный интерес вызывает вопрос использования тепла отходящих из печи газов для нагрева лома и экономии на этой базе технологической электроэнергии.