Реферат
Курсовой проект 36 с., 12 рисунков, 1 таблица, 10 источников, 2 листа графического материала формата А1.

Ключевые слова: дуговая сталеплавильная печь, кожух печи, футеровка печи, водоохлаждаемые свод и панели, уплотнители электродных отверстий, механизм наклона печи, механизм зажима и перемещения электродов, механизм отворота и поворота свода, газокислородные горелки.

Объектом исследования является дуговая сталеплавильная печь вместимостью 100 тонн

Целью работы является проектирование печи в двух видах.

В результате по расчетам, представленным в пояснительной записке, разработаны сборочные чертежи дуговой сталеплавильной печи в двух видах, вид сверху и вид спереди.

Особенностью проекта является электронная форма выполнения проектировочных работ. Данные сборочных чертежей и спецификаций синхронизированы.

Записка к курсовому проекту выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2003, графическая часть к пояснительной записке выполнена в графическом редакторе Компас 3-D V8.
 
Содержание
Введение                                                                                               

1 Общая часть                                                                                      

1.1 Краткое описание узлов и механизмов                                                            1.1.1 Кожух печи                                                                

       1.1.2 Водоохлаждаемые панели                                                                        1.1.3 Водоохлаждаемый свод                                   

       1.1.4 Экономайзеры                                          

       1.1.5 Механизм наклона печи                                                                 

       1.1.6 Механизм подъема и поворота свода                                                     1.1.7 Механизм зажима электродов                                   

       1.1.8 Механизм перемещения электродов                                    

1.1.9 Футеровка ДСП                                                 

       1.1.10 Выпуск стали                                                                      

1.2 Электроснабжение дуговых сталеплавильных печей                    

       1.2.1 Электрическая схема дуговой печи

       1.2.2  Электрическое оборудование печи

       1.2.3 Электрод графитированный

       1.2.4 Устройство короткой сети

2 Расчетная часть                                                                                                    2.1 Выбор мощности трансформатора ДСП                            

       2.2 Расчет геометрических и электрических параметров            

       2.3 Тепловой расчёт футеровки ДСП                                           

       2.4 Расчет элементов короткой сети                                            

3 Специальная часть                                                                            

Заключение                                                                                           

Список использованных источников                                                  

Спецификация

ФЮРА   210.140.001.000 СБ            

ФЮРА   210.140.001.000                                                                                   


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[9].

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.

       В последние годы начали строить высокомощные (удельная мощность печного трансформатора 600-1000 кВА/т) печи  с водоохлаждаемыми сводом и стенками. Из-за увеличения  тепловых потерь с охлаждающей водой, работа печи по технологии с длительной выдержкой металла стала неэкономичной,  и печи перевели  на новую технологию, которая заключается в расплавлении шихты и проведение краткого окислительного периода, т.е. получение в печи жидкого полупродукта, который далее отправляют на установки внепечной обработки для доведения до заданного химического состава и свойств[10].


1 Общая часть
1.1. Краткое описание узлов и механизмов ДСП
ДСП современной конструкции (рисунок 1.1) представляет собой сложный с точки зрения изготовления и эксплуатации агрегат, оснащенный большим количеством узлов и механизмов, основными из которых являются:

Кожух печи и свод;

Уплотнители электродных отверстий (экономайзеры);

Водоохлаждаемые панели;

Механизм наклона печи для слива металла и скачивания шлака;

Механизм подъема и отворота свода для загрузки шихты;

Механизмы перемещения электродов;

Короткая сеть (вторичный токоподвод) для передачи тока от выводов вторичных обмоток трансформатора до рабочих концов электродов [6].



Рисунок 1.1 – Современная дуговая сталеплавильная печь

1.1.1       Кожух печи

Кожух – это часть корпуса, расположенная выше порога рабочего окна. Кожух водоохлаждаемых печей цилиндрической формы со сферическим днищем. Кожух состоит из двух частей: нижняя часть, является опорой кладки пода, её делают из стальных листов, и верхняя часть (выше порога рабочего окна), является опорой стеновых водоохлаждаемых панелей, её выполняют в виде решетчатого каркаса, он изготавливается из горизонтальных и вертикальных  труб, они опираются на фланец нижней части кожуха (рисунок 1.2).


1 – нижняя часть кожуха;

3 – фланец;

4 – вертикальные трубы;

5, 6 – кольцевые трубы;

7 – кладка низа стен.

Рисунок 1.2 – Кожух печи
 1.1.2 Стеновые водоохлаждаемые панели

Внутри решетчатого каркаса стен по всему его периметру закреплено

16 водоохлаждаемых панелей (рисунок 1.3).


        
1 – ряд параллельных труб;

2 – переходники;

3 и 4 – патрубки для отвода и подвода охлаждающей воды

Рисунок 1.3 – Водоохлаждаемая стеновая панель фирмы “Krupp”

Каждая из панелей имеет самостоятельные подвод и отвод воды. Для предотвращения контакта стеновых панелей с жидким металлом их устанавливают на уровне 400 мм над откосами. На панелях имеются штыри и при вспенивании шлака, шлак разбрызгивается, попадает на эти штыри и застывает[8]. Образуется шлаковая корка, которая защищает панели.

При установке стеновых панелей объем рабочего пространства печи увеличивается на 10 – 30% (по сравнению с футерованными стенами), что позволяет уменьшить количество подвалок шихты или снизить требования к плотности лома.

Для изготовления трубчатых панелей используют стальные трубы диаметром 76 – 90 мм с толщиной стенки 14 – 16 мм. В конструкции трубчатых панелей фирмы “Krupp” ряд горизонтальных труб соединяют штампованными переходами [7].

 Водоохлаждаемые панели улучшают условия работы футеровки нижней части стен (стойкость увеличивается до 500 плавок вследствие охлаждающего воздействия панелей [5]. Однако при этом возрастает расход электроэнергии на 2% и существенно возрастает расход воды.

1.1.3      Водоохлаждаемый свод печи

В данном проекте свод выполняют комбинированным [6]. Периферийную часть делают из водоохлаждаемых панелей, а центральную, через которую проходят электроды, из огнеупорного кирпича, чтобы предотвратить возможное короткое замыкание между электродами и металлической водоохлаждаемой частью свода. Центральную часть футеруют магнезитохромитовым кирпичом. Обычно периферийная водоохлаждаемая часть занимает около 80% поверхности свода, а центральная часть около 20%(6).

Стойкость водоохлаждаемой части комбинированного свода колеблется в пределах 1500 – 4500 плавок. Стойкость центральной огнеупорной части около 200 плавок, после чего ее заменяют [10]. К преимуществам водоохлаждаемых сводов относятся:

1) возможность работы на мощных длинных дугах;

2) высокая степень использования электрической мощности трансформатора.


1 – центральная часть свода;

10,12 – нижнее и верхнее трубчатые кольца соответственно;

4 – изогнутые трубы;

13 – водоохлаждаемые панели;

8–отверстие для отвода печных газов;

5 – гарнисаж;

7 – отверстие для электродов;

9 – водоохлаждаемое опорное кольцо.

Рисунок 1.4– Трубчатый куполообразный свод
1.1.4 Экономайзеры

Для предотвращения интенсивного окисления электродов, понижения температуры выступающей над сводом части электродов, уменьшения количества проходящего через печь воздуха и уменьшения тепловых потерь с газами электродные отверстия уплотняют при помощи специальных устройств – экономайзеров (рисунок 1.5)

Экономайзер представляет собой металлическую коробку, в которой тангенциально подается сжатый воздух.


1 – кольцо уплотнительное верхнее;

2 – кольцо уплотнительное нижнее.

Рисунок 1.5 – Экономайзер
1.1.5 Механизм наклона печи

Механизм наклона служит для наклона печи в сторону сталевыпускного отверстия на угол 12º для слива металла и в сторону рабочей площадки на угол 10-12º для скачивания шлака. Для опоры корпуса печи на фундамент и для наклона печи служит люлька (3). Она выполнена в виде горизонтальной коробчатой плиты с двумя опорными сегментами. На современных печах устанавливается гидравлический механизм наклона, при котором подаваемая под давлением жидкость в гидроцилиндры (1), вызывает выдвижение или опускание штоков (2) (рисунок 1.6).



1 – гидроцилиндры;

2 – шток;

3 – люлька;

4 – рабочее окно;

5 – эркер.

Рисунок 1.6 – Механизм наклона печи
1.1.6 Механизм подъема и поворота свода

Механизм подъема свода (рисунок 1.7) предназначен для поднятия свода на 150-200мм. Шток гидроцилиндра поднимает опорно-поворотный вал, который входит в зацепление с полупорталом и далее поднимает полупортал вместе со сводом на высоту 150-200мм. Опускание свода происходит под действием собственного веса при снятии давления. Скорость подъема до 5 метров в минуту, скорость опускания 1-2 метра в минуту.

Отворот свода осуществляется гидравлическим методом. Поднятый свод поворачивается на опорно–поворотном валу с помощью гидроцилиндра, расположенного в горизонтальной плоскости. Механизм поворота свода состоит из одного плунжерного гидроцилиндра двустороннего действия


1 – свод;

2 – подвеска;

3 – полупортал;

4 – тумба;

5 – опорно-поворотный вал;

6 – гидроцилиндр поворота;

7 – гидроцилиндр подъёма

Рисунок 1.7 – Механизм подъёма и поворота свода с гидравлическим приводом
1.1.7 Механизм зажима электрода

Электрододержатель представляет собой зажим для закрепления электродов и подвода к ним тока. Для предотвращения выскальзывания электродов, конструкция электрододержателя должна обеспечивать плотный зажим электрода. Электрододержатель должен быть достаточно жестким, чтобы не прогибаться под тяжестью электрода (масса которого может достигать 2-3 тонны) и исключать вибрации.

В пружинно-пневматическом зажиме электрод зажимается между щеками корпуса электрододержателя (2) и зажимной колодкой (3). Колодка зажимает электрод с усилием, достаточным для предупреждения его проскальзывания, с помощью штока (6) и мощных пружин (7), расположенных внутри рукава стойки (5). Освобождение электрода производится дистанционно с помощью пневмоцилиндра (8), сжимающего пружины (рисунок 1.8).

1 – хомут;

2 – щека;

 3 – токоподвод;

4 – рукав;

5 – зажимная пружина;

 6 – пневмоцилиндр;

7 – шток.

Рисунок 1.8 – Механизм зажима электрода
1.1.8 Механизм перемещения электродов

Механизм перемещения электродов должен обеспечивать самостоятельное движение каждого электрода вверх и вниз при включении и отключении печи и в период ее работы. Движение должно быть медленным, постепенным и в то же время быстрым.

Электроды перемещаются вдоль стоек, которые представляют собой пустотелые колонны круглого сечения, закрепленные у одной из боковых сторон печи. В крупных печах применяют телескопические стойки, перемещающиеся по роликам в вертикальной шахте, закрепленной на корпусе печи (рисунок 1.9).


1 – электрод;

2 – рукав электрододержателя;

3 – телескопическая стойка (подвижная);

4 – неподвижная стойка;

5 – гидроцилиндр.

Рисунок 1.9 – Механизм перемещения электродов с телескопическими стойками
1.1.9 Футеровка ДСП

Футеровка электродуговых печей (рисунок 1.10) выполняется из основных  огнеупорных материалов. Отдельные части футеровки - подина, стены и свод - работают в различных условиях, что и обусловливает неодинаковую их стойкость. В наиболее тяжелых условиях находятся свод и стенки печи. Эти части футеровки, и особенно свод, подвергаются значительному перегреву за счет лучистой энергии электрических дуг, химическому воздействию раскаленных газов, содержащих окислы железа и известковую пыль.

Они также испытывают резкие перепады температур, особенно в период загрузки шихты, и значительные механические напряжения [6].

Различные условия работы существенным образом отражаются на конструкции отдельных частей футеровки, способах их изготовления и сортах применяемых огнеупорных материалов.



Рисунок 1.10 – Футеровка ДСП
1.1.10 Выпуск стали

Печь с эркерным выпуском имеет с противоположной от рабочего окна стороны выступ (эркер), в котором во время плавки находятся металл и шлак (рисунок 1.11).

 В дне эркера помещено сталевыпускное отверстие; дно с отверстием расположено на такой высоте, что для слива металла достаточен наклон печи на 10 – 12º.

Эркерный выпуск осуществляется следующим образом: ковш помещают под выпускное отверстие, затем открывают запорное устройство  и выпускают плавку. Во время выпуска печь слегка наклоняют в сторону ковша, чтобы обеспечить постоянный уровень металла над выпускным отверстием. Наклон печи автоматически блокируется при достижении требуемого максимального угла наклона 12°.

Эркерное отверстие заполняется огнеупорной крупкой, во время плавки крупка в своей верхней части спекается. При наклоне печи на 12⁰С ферростатического давления оказывается достаточно, чтобы пробить эту спекшуюся массу.

Прижатие графитовой плиты обеспечивают рычагом, который может быть отвернут от отверстия вбок или вниз. Для выпуска стали, отводят рычаг с графитовой плитой, из отверстия высыпается магнезитовый порошок и сталь вытекает через отверстие без шлака в ковш.


      
1 – подина;

2 – заслонка;

3 – стеновая водоохлаждаемая панель;

4 – трубчатый каркас стен;

5 – свод эркера;

6 – эркер;

7 – сталевыпускное отверстие;

8 – запорная пластина;

9 – рабочее окно

Рисунок 1.11 – Печь с  эркерным выпуском

Когда в ковше оказывается необходимое количество металла, печь возвращается в исходное положение, выпускное отверстие при этом остается открытым. Сверху с рабочей площадки печи отверстие промывают струей кислорода. Оставшийся в отверстии застывший металл удаляют снизу. Для этого под печью смонтирована убирающаяся рабочая площадка, позволяющая осматривать и обслуживать выпускное отверстие. После обслуживания отверстия затвор закрывают и сверху в отверстие засыпают огнеупорную смесь MgO, SiO₂ и 10% Fe₂O₃. Операция обслуживания выпускного отверстия продолжается не более 3 мин.
1.2 Электроснабжение дуговых сталеплавильных печей
       1.2.1 Электрическая схема дуговой печи

Электропечные установки являются мощными потребителями электроэнергии, которая поступает на металлургический завод по высоковольтным линиям электропередачи (ЛЭП) на главную понижающую подстанцию цеха .

Высоковольтный разъединитель служит для снятия напряжения с главного выключателя для создания видимого разрыва в цепи высокого напряжения (на период ремонта печи). Его включают и выключают только при снятой нагрузке.

Напряжение от высоковольтного распределительного устройства по линии (схемы электропитания) подаётся к печной подстанции, в которой размещается понижающий печной трансформатор и вспомогательное электрооборудование [6]

Схема включения электропечи предусматривает:

а) учёт активной и реактивной электроэнергии с высокой стороны печного трансформатора;

б) измерение активной мощности;

в) измерение напряжения на высокой и низкой стороне печного трансформатора;

г) сигнализацию положения высоковольтного выключателя и предупреждающую сигнализацию о превышении температуры масла печного трансформатора и срабатывании газового реле. Питание постоянным током цепей сигнализации и управление осуществляется от блока питания типа, установленного отдельно.

Таким образом, электрическая схема ДСП включает следующее оборудование [6]:

1) печь с электродами, исполнительными механизмами регуляторов мощности печи и ванны, в которой горят дуги, и находится расплавленный металл.

2) понизительные трансформаторы со встроенными дросселями, служащими для увеличения индуктивного сопротивления сети и улучшения условия горения дуг.

3) короткую сеть, соединяющую вторичные выводы трансформатора с электродами печи.

4) коммутационную, измерительную и защитную аппаратуру, провода высокого и низкого напряжения.

Печной трансформатор служит для преобразования электроэнергии высокого напряжения в энергию низкого напряжения.

Трансформатор состоит из трёх обмоток высокого напряжения, выполненных из медного провода относительно небольшого сечения и трёх обмоток низкого напряжения, выполненных из шин большого сечения [4].

Над трансформатором установлен соединённый с ним бочёк расширитель, в котором содержится резерв масла. Этим обеспечивается постоянное заполнение маслом всего объёма трансформатора и уменьшается поверхность соприкосновения масла с воздухом. В случае повреждения или оголения обмоток происходит разложение масла с выделением газа. О появлении газов в трансформаторе сигнализирует газовое реле, установленное в верхней части бака трансформатора. Газовое реле при появлении небольшого количества газов – продуктов разложения масла подаёт предупредительный сигнал. Для ограничения силы токов короткого замыкания в трансформатор встроен дроссель, включение и выключение которого осуществляется специальным шунтирующим контактором.





1.2.2 Электрическое оборудование ДСП

Рабочее напряжение электродуговых печей составля­ет 100 – 800В, а сила тока измеряется десятками тысяч ампер. Мощность отдельной установки может достигать 50 – 140 МВА. К подстанции электросталеплавильного цеха подают ток напряжением до 110 кВ. Высоким на­пряжением питаются первичные обмотки печных транс­форматоров. На рисунке 8 показана схема электрического питания печи [8]

В электрическое оборудо­вание дуговой печи входят следующие приборы:

1. Высоковольтный воздушный разъединитель (ВВР), предназначен для от­ключения всей электропечной установки от линии высо­кого напряжения во время производства ремонтных ра­бот на печи.

2. Главный высоковольтный выключатель (ГВВ), служит для отключения под нагрузкой электрической цепи, по кото­рой протекает ток высокого напряжения. При неплотной укладке шихты в печи в начале плавки, когда шихта еще холодная, дуги горят неустойчиво, происходят обвалы шихты и возникают короткие замыкания между электродами. При этом сила тока резко возрастает. Это приводит к большим перегрузкам трансформатора, который может выйти из строя. Когда сила тока превысит   установленный предел, выключатель автоматически отключает установку, для чего имеется реле максимальной силы тока.

3. Трансформатор напряжения и трансформаторы тока (ТН и ТТ) необходимы для понижения напряжения и тока. После них включают измерительные приборы.

4. Печной трансформатор (ПТ) необходим для преобразования высокого напряжения в низкое (с 6-10 кВ до 100-800 В). Обмотки высокого и низкого напряжения и магнитопроводы, на которых они помещены, располагаются в баке с маслом, служащим для охлаждения обмоток. Охлаждение  создается  принудительным  перекачиванием масла из трансформаторного кожуха в бак теплообменника, в котором масло охлаждается водой. Трансформатор устанавливают рядом с электропечью в специальном помещении. Он имеет устройство, позволяющее переключать обмотки по ступеням и таким образом ступенчато регулировать подаваемое в печь напряжение.

5. При переключении масляных выключателей (МВ) можно изменить подаваемую в печь мощность в 3 раза.

6. Участок электрической сети от трансформатора до электродов называется короткой сетью. Выходящие из стены трансформаторной подстанции медные водоохлаждаемые трубы при помощи гибких, водоохлаждаемых кабелей подают напряжение на электрододержатель. Длина гибкого участка должна позволять производить нужный наклон печи и отворачивать свод для загрузки. Гибкие кабели соединяются с медными водоохлаждаемыми трубами, установленными на рукавах электрододержателей. Трубы непосредственно присоединены к головке электрододержателя, зажимающей электрод. Помимо указанных основных узлов электрической сети в нее входит различная измерительная аппаратура, подсоединяемая к линиям тока через трансформаторы тока или напряжения, а также приборы автоматического регулирования процесса плавки[10].