Расчет производственной программы и оборудования ЭСПЦ производительностью 1,5 млн. тонн стали в год. Сталь 20 трубная

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное государственное  автономное образовательное

Учреждение высшего профессионального  образования

«Уральский федеральный  университет имени первого Президента

России Б.Н.Ельцина»

 

                                                            Кафедра  Металлургия железа и сплавов

                                                            Допустить к защите Боровинских Н.Н.

                                                            Зав. кафедрой Загайнов С.А.

 

 

 

 

 

 

Расчет производственной программы и оборудования ЭСПЦ производительностью 1,5 млн. тонн стали в год. Сталь 20 трубная

Курсовой  проект

150101. 413400.607 ПЗ

 

 

 

Руководитель

Доц. к.т.н.                                                                         Мысик В.Ф.

Консультант

Доц. к.т.н.                                                                         Мысик В.Ф.

Н.контр.

Доц. к.т.н.                                                                         Мысик В.Ф.

Студент

Гр. ЭУЧМ-200203                                                              Боровинских Н.Н.

 

 

 

Екатеринбург

2012

Введение

Электросталеплавильному способу  принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов, придающих стали особые свойства – хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и других элементов.

Преимущества электроплавки  по сравнению с другими способами  сталеплавильного производства связаны  с использованием для нагрева  металла электрической энергии.  Выделение тепла в электропечах происходит либо в нагреваемом металле, либо в непосредственной близи от его поверхности. Это позволяет  в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать значительную мощность и нагревать металл с большой  скоростью до высоких температур, вводить в печь большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и  безокислительные шлаки, что предполагает малый угар легирующих элементов; плавно и точно регулировать температуру металла; более полно, чем других печах, раскислять металл, получая его с низким содержанием неметаллических включений; получать сталь с низким содержанием серы. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавке относительно легко поддаются контролю и регулированию, что очень важно при автоматизации производства.

Электропечь лучше других приспособлена для переработки  металлического лома, причем твердой  шихтой может быть занят весь объем  печи, и это не затрудняет процесс  расплавления. Металлизированные окатыши, заменяющие металлический лом, можно  загружать в электропечь непрерывно при помощи автоматических дозирующих устройств.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание технологии  вплавляемой марки стали

 

1. Технология выплавки стали 20 (трубная)

Дуговая сталеплавильная  печь работает в едином комплексе  с агрегатом «печь-ковш». Вся сталь  после обработки на агрегате «печь-ковш»  разливается на МНЛЗ.

В состав шихты вводят: стальной лом, науглероживатели (чугун, коксик и  т.д.), шлакообразующие.

Стали для изготовления труб можно выплавлять методом полного  окисления, химический состав стали  приведен в таблице 1.1.

Для ускорения процесса плавления  при выплавке стали допускается  использование газокислородной  горелки (ГКГ) для разогрева шихты ( при этом шихтовка по содержанию углерода производится на 0,35-0,40% выше, чем без  применения ГКГ). Шлак периода плавления  должен быть активным, жидкоподвижным.

Окислительный период проводят с продувкой кислорода без  существенных изменений обычной  технологии. Задачей окислительного периода является уменьшение в составе  металла содержания фосфора, нагрев металла и доведения содержания углерода в расплаве до заданного  по марке (0,17-0,24%), дегазация металла  и удаление металлических включений. В окислительный период ведут  продувку кислородом для ускоренного  окисления углерода и фосфора.

В процессе плавки загрузка извести, железной руды, плавикового  шпата и окалины для ускорения  процесса дефосфорации осуществляется через специальное отверстие  в своде печи.

По ходу плавки проводят замер температуры и отбор  проб металла и шлака.

При достижении требуемого содержания углерода и температуры  производят выпуск в сталеразливочной ковш на сталевозе.

В ковше производят частичное  раскисление металла путем подачи в него перед выпуском ферросилиция и ферромарганца для получения  заданного содержания марганца в  стали.

Обработка металла в агрегате «печь-ковш» с донной продувкой  аргоном позволяет значительно  повысить качество стали по содержанию газов, серы и неметаллических включений. Для десульфурации в печи-ковше  наводят высокоосновные подвижные шлаки, с помощью извести и плавикового шпата, а так же обрабатывают наведенный шлак ферросилицием и молотым коксом для снижения оксидов железа в нем, так как оксиды железа отрицательно влияют на скорость десульфурации. Далее проводим доводку по химическому составу. С помощью трайб-аппарата, расположенного на рабочей площадке печи-ковша, проводим окончательное раскисление алюминиевой проволокой. После обработки металл разливаем на МНЛЗ, что позволяет увеличить выход годного металла.

Десульфурация металла происходит в «печи-ковше», где создается  восстановительная атмосфера и  минимальным содержанием FeO в шлаке, для этого в начале выпуска металла в ковш дают известь и плавиковый шпат. Также производят продувку аргоном, что способствует более интенсивному перемешиванию металла и шлака, а следовательно и более интенсивная десульфурация металла.

Предварительное раскисление  стали производят FeSi, FeMn непосредственно при  выпуске металла из ДСП в сталеразливочный ковш. Основное раскисление происходит в «печи-ковше» при добавлении FeMn.

Сталь 20 для изготовления труб нефлокеночувствительна, поэтому обработка ее на вакууматоре не является обязательной, но желательна для улучшения физико-механических свойств.

 

Технология выплавки дуплекс-процессом

По мере развития способов внепечной обработки стали приоритет  отдается выплавке стали  одношлаковым процессом, когда ДСП используется преимущественно для расплавления и дефосфорации жидкого металла. Раскислительное рафинирование, легирование, доводка стали по температуре  и химическому составу осуществляется вне печи, в специализированном ковше, с использованием специальных агрегатов. Такая технология называется дуплекс  – процессом.

Суть концепции сводится к использованию ДСП  для выплавки полупродукта при максимальном усорении процесса расплавления лома и переносе операции рафинирования и доводки стали до заданных требований в агрегат печь – ковш.  Концепция технологии высшего уровня представлена на рис. 1.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1. Концепция технологии высшего уровня

 

Эта технология характеризуется  следующими принципами:

1. Основной технологической операцией в ДСП является дефосфорация стали, совмещенная с плавкой шихты.
2. Продувка кислородом, наличие известкового основного шлака в начальный период плавления и относительно низкая температура металла способствуют переходу фосфора в шлак. Самопроизвольный сход шлака через порог печи и обновление его за счет периодической присадки шлакообразующих через свод ускоряют и облегчают процесс дефосфорации;
3. Поддержание максимальной длины дуг и максимальной их мощности. Работа печи на повышенном напряжении. Это обеспечивается поддержанием заполнением печи (до 80%), по возможности, длительный период времени с подвалкой (≈1/3 части шихты); созданием вспененного шлака за счет периодической присадки шлакообразующих и вдуванием углеродсодержащих материалов, что экранирует дуги и предохраняет футеровку свода и стен печи от высокой тепловой нагрузки, создается на водоохлаждаемых панелях защитный гарнисажный слой;
4. Предварительный подогрев лома ускоряет процесс плавления за счет физического тепла, внесенного металлом, и благодаря лучшим условиям горения дуг;
5. Применение топливно-кислородных горелок в «холодных» зонах печи обеспечивает выравнивание фронта плавления по сечению печи, интенсифицирует процесс, снижает расход электроэнергии и электродов;
6. Присадка науглероживателей в свежую шихту на «болото» металла или инжекция угольного порошка в сочетании с интенсивной продувкой кислородом на протяжении всего периода плавления снижают энергозатраты;
7. Интенсивная продувка кислородом с ориентированной на допустимо минимальную концентрацию углерода в полупродукте всех марок сталей приводит к существенному сокращению цикла плавки и к исключению регулирования остаточного углерода в печи;
8. Обеспечение заданного состава и температуры стали производится на внепечных агрегатах, которые выносятся в отдельный пролет или здание. Подогрев и доводка по температуре производится в ковше-печи путем подвода мощности примерно на порядок ниже, чем в дуговой печи в период плавления;
9. Внепечная обработка стали в целях доведения до заданного химического состава и температуры, а также воздействие на морфологию неметаллических включений должны предусматривать подогрев металла, вакуумную  обработку, набор средств для перемешивания металла, присадку кусковых и порошковых материалов;
10. Отсечка печного шлака, использование электродуговых печей нового поколения, позволяет отсекать печной шлак и полностью предотвращать его попадание в ковш, благодаря так называемому «болоту» в сочетании с истечением донного и эркерного выпусков (или сифонного).

Оценка эффективности  производства электростали осуществляется по трем параметрам: производительность, качество, стоимость.

В структуре себестоимости  электростали значительную часть занимают расходы по переделу (до 60%), которые  в свою очередь распределяются следующим образом, %: энергия – 43,1; электроды – 14,2; огнеупоры – 13,3; транспортные расходы – 11,7; обслуживание – 14,7; издержки производства – 2,5.

2. Состав шихтовых материалов

Шихту составляют из лома выплавляемой стали (сталь 20; химический состав в  табл. 1.1 и чугуна 20% (марки П1, химический состав приведен в табл. 1.2) содержание углерода в шихте должно составлять с учетом угара 0,24%. Для ускорения  процесса плавления применяют подогрев металлической шихты ГКГ. Шлак наводят, засыпая через специальное отверстие  в своде известь в количестве 2% от массы шихты, а также плавиковый шпат и окалину.

Таблица 1.1

Химический  состав стали марки Д трубная

С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Cu	As
0,17-0,24	0,17-0,37	0,35-0,65	<0,04	<0,035	<0,25	<0,25	<0,25	<0,08

 

Таблица 1.2

Передельный чугун марки  П1

Si	Mn	C	S	P
0,5-0,9	0,5-1,5	2,7	0,01-0,03	0,1-0,3

 

 

2. Расчет производственной  программы цеха

 

Производительность печи зависит от многих факторов: емкости  печи, мощности трансформатора, технологии выплавки стали, режима работы печи, планировки цеха, характеристики оборудования обслуживающего печь, внепечной обработки стали, конструкции печи, организации работы в цехе и т.д. Чем выше производительность печи в цехе, тем выше технико-экономические  показатели, выше экономическая эффективность, тем меньше капитальные вложения.

Производительность ДСП  определяется по формуле:

П=                                                              (2.1)

Где 1440 -  число минут  в сутках; Ф – фонд времени  работы печи, сут/год; а – выход  годного по цеху, %, а = 90%; t – средняя продолжительность плавки, ч; Т- емкость ДСП (по массе жидкой стали), т.

Средняя продолжительность  плавки складывается из следующих стадий:

t= τ_зап+ τ_зав+ τ_эл+ τ_распл+ τ_ок+ τ_вос+ τ_вып                                       (2.2)

где: τ_зап – продолжительность заправки печи; τ_зав – продолжительность завалки; τ_эл – время необходимое для перепуска и наращивания электродов; τ_распл - продолжительность расплавления; τ_ок – продолжительность окисления; τ_вос – продолжительность восстановительного процесса; τ_вып – продолжительность выпуска.

Продолжительность заправки печи (τ_зап) определяется степенью разрушения футеровки – подины, откосов, стен – на предыдущей плавке. Степень разрушения их зависит от качества лома, марки выплавляемой стали, технологии плавки и, наконец от квалификации сталеваров.

Отечественная и зарубежная практика показывают, что время заправки печей для одношлакового процесса составляет 5-6 минут. Принимаем это  значение равным 6 минутам.

Продолжительность завалки  шихты (τ_зав) определяется скоростными характеристиками механизмов печи, загрузочного крана и организационной работы: печь не должна ожидать бадью с шихтой. Машинное время разгрузки бадьи составляет 5-6 минут, продолжительность подвалок также составляет 5-6 минут.

Наращивание электродов (τ_эл) принимаем равным 5 минутам.

Продолжительность расплавления складывается из времени расплавления шихты при включенной печи (τ_вкл) и времени, необходимого для выполнения технологических операций, которые могут выполняться только при включенной печи (τ_выкл) – подвалка шихты, сталкивание кусков шихты в колодцы для предотвращения поломки электродов, принимаем равным 5 минутам.

τ_распл = τ_вкл + τ_выкл                                                                     (2.3)

Продолжительность расплавления без учета потерь времени на технологические  простои рассчитывается по формуле:

τ_вкл =                                                      (2.4)

где, Wэл – фактический удельный расход электроэнергии на расплавлении завалки, принимаем равным 420 кВт·ч/т; η_эл – электрический кпд печной установки, принимаем 0,94; η_ит – коэффициент учитывающий полноту использования тепловой энергии на нагрев, плавление и перегрев над ликвидусом металла и шлака, принимаем равным 0,835; Р_пот – мощность тепловых потерь на 1 т металлошихты на расплавлении. Представляет собой потери тепла с охлаждающей водой, через огнеупорную кладку, с проходящими через печь газами. Принимаем равной 301,6 МДж/(т·ч); Р_ср – средняя активная мощность, подаваемая в печь при расплавлении, МВт. Принимаем равной 84,5 Мвт·Т – масса жидкого металла, т. Т = 200т; b- выход жидкого металла на 1 т лома. Принимаем b = 0,994; W_к – энергия, выделяющаяся при окислении компонентов шихты газообразным кислородом, МДж/т. Принимаем W_к = 140 МДж/т; W_ТКГ – дополнительная энергия, вносимая при сжигании топлива с помощью топливно-кислородных горелок. Принимаем W_ТКГ = 280 МДж/т.