2020-01-14
128
В результате изучения технологического процесса было определено:
1. Технологическое назначение промышленной установки в общем потоке производства предприятия.
Данный агрегат является одним из основных, так как не будет печи, не будет и всего производства на заводе ПФ ТОО "Кастинг" (да и на любом заводе, занимающимся выплавкой стали). Кроме того, дуговая печь может быть довольно хорошо герметизирована, сгорающие графитовые электроды поддерживают в ней восстановительный характер атмосферы, что позволяет полностью раскислить металл. Она представляет собой агрегат, в котором легко управлять выделяемой мощностью. Поэтому наиболее ответственные сорта стали, требующие тщательной очистки, или высоколегированные, такие как шарикоподшипниковая, электротехническая, инструментальная, нержавеющая, жаропрочная, выплавляются в дуговых сталеплавильных печах (ДСП).
1.1. Показатели, характеризующие качество:
Конечным продуктом плавки является сталь определённой марки. Марки стали отличаются друг от друга содержанием легирующих элементов, и, в зависимости от этого имеют различное предназначение. Для того чтобы получить надлежащее качество сталинеобходимо в правильном количестве подавать в печь ферросплавы, выдерживать необходимую температуру металла в печи, время и режим плавки, контролировать слив шлака во время работы печи и химический состав стали взятием пробы и проведением анализа в экспресс – лабораториях.
Температура металла при выпуске стали от 1600oC до 1640oC. Выше нагревать металл нельзя, так как увеличивается содержание фосфора в стали, т.е. фосфор со шлака начинает переходит назад в металл.
Температура футеровки во время плавки до 1100оС – 1900оС. Температура 1900oC – критическая.
Химический состав шлака (хим. состав):
SiO2 – оксид кремния,
Al2O3 – оксид алюминия,
CaO – оксид кальция,
MgO – оксид магния,
S – сера.
Для каждой конкретной плавки численные значения данных компонентов различны в зависимости от состава шихты и марки стали, которую необходимо получить.
Основность шлака – соотношение 
.
Сумма всех оксидов не менее 90%.
Хим. состав металла: например, сталь марки 35ГС (сталь содержит Г – марганец, С – кремний, причём содержание легирующих элементов не превышает 1,5%; сталь невысокого качества, так как нет указания на это (А)).
C (углерод) = 0,31 – 0,35; Si (кремний) = 0,60 – 0,70; Mn (марганец) = 1,00 – 1,15; P (фосфор) = 0,025 – не более; S (сера) = 0,025 – не более; Cr (хром) = 0,30 – не более; Ni (никель) = 0,30 – не более; Cu (медь) = 0,30 – не более; Nb (ниобий) – нет; Al (алюминий) – нет.
В зависимости от того сталь какой марки необходимо получить на конечном этапе плавки, содержание выше перечисленных элементов будет различным.
1.2. Регулирование показателей качества приведёт к снижению брака, поэтому нужно стремиться к их автоматическому регулированию этих показателей, хотя это не всегда достаточно просто осуществить, особенно в металлургии.
2. Характеристики материальных и энергетических потоков.
2.1. Номинальные значения расходов и диапазон изменений при различных режимах работы: сюда могут быть отнесены расход металлошихты, расход ферросплавов, расход электроэнергии, потребляемой ДСП в зависимости от времени плавки (время под током), расход охлаждающей воды на выходе из охладительной арматуры, расход кислорода в печь, расход аргона и рафинирующих металлов (используется на агрегате АКП – агрегат ковш – печь), расход природного газа и кислорода для предварительного подогрева (на заводе ПФ ТОО “Кастинг” подогрев металлошихты не осуществляется) и другое.
Природный газ и кислород для предварительного подогрева металлошихты нет необходимости оценивать. Так как металлошихту подают в печь без предварительного подогрева.
Параметры охлаждающей воды:
- кожух 142м3, пост. 17oC, выход 20oC;
- эркер 53м3, пост. 17oC. выход 22oC;
- свод 150м3, пост. 17oC, выход 19oC.
Количество израсходованной электроэнергии: примерно 12200 кВтч и более зависимости от времени работы печи под током (данные приведены в таблице 4).
Таблица 4 - Расход электроэнергии, потребляемой ДСП, в зависимости от времени металла под током
| Расход электроэнергии | 15048 кВтч | 15548 кВтч | 12279 кВтч | 14562 кВтч | 14491 кВтч |
| Время под током (минуты) | 73' | 77' | 59' | 69' | 68' |
Из расчёта примерно 750 кВтч на одну тонну материала.
Расход аргона и расход рафинирующих материалов: аргоном плавка продувается на АКП (агрегат ковш – печь), на печи аргона нет.
2.2 Номинальные и предельные значения физических параметров потоков, характер влияния этих потоков на качество продукции –
На качество продукции оказывают большое влияние давление и температура охлаждающей воды, давление газов в рабочем пространстве печи (примерно 50 – 500 Н/м2 (1мм водяного столба равен 9,81 Па; 1мм ртутного столба равен 133,3 Па), – возможные колебания 5 – 50 Па), расход, температура и хим. состав отходящих газов и др.
Поддержание данных параметров на определённом уровне плодотворно сказывается на работе печи. При нарушении регламента печь может перегреться, накопить большое количество газов в рабочем пространстве, что неминуемо приведёт к разрыву печи и останову производства. С газами из металла удаляется ненужный углерод (в виде CO). Правильное дозирование его удаления повышает качество продукции.
Сталеплавильные дуговые печи во время работы выделяют в атмосферу значительное количество запылённых газов. Применение кислорода и порошкообразных материалов ещё более способствует этому. Содержание пыли в газах электродуговой печи достигает 10 г/м3 и значительно превышает норму. Для улавливания пыли производится отсос газов из рабочего пространства печи мощным вентилятором. Для этого в своде печи делают отверстие с патрубком для газоотсоса. Патрубок через зазор, позволяющий наклонять или вращать печь, подходит к стационарному трубопроводу. По пути газы разбавляются воздухом, необходимым для дожигания CO. Затем газы охлаждаются водяными форсунками в теплообменнике и направляются в систему труб Вентури, в которых пыль задерживается в результате увлажнения. Применяют также тканевые фильтры, дезинтеграторы и электрофильтры. Используют системы газоочистки, включающие полностью весь электросталеплавильный цех, с установкой зонтов дымоотсоса под крышей цеха над электропечами. Из всего выше описанного следует, что нельзя оставлять без внимания контроль параметров отходящих газов и необходимо устанавливать газоочистные сооружения. На заводе “Кастинг” в ЭСПЦ-1 это не очень развито. Ни расход, ни температура, ни химический состав газов на заводе не контролируют (поэтому численное значение достаточно сложно определить). Но система автоматизации ДСП должна включать приборы по контролю и сигнализации данных параметров, поэтому они имеют место на функциональной схеме, приведённой в следующем пункте настоящей курсовой работы.
3. Характеристики агрегатов участка.
3.1. Состав оборудования:
В электрическое оборудование дуговой печи входят:
1) Воздушный разъединитель, предназначенный для отключения всей электропечной установки от линии высокого напряжения.
2) Главный автоматический переключатель (IV на функциональной схеме дуговой печи), служащий для отключения под нагрузкой электрической цепи, по которой протекает ток высокого напряжения. При неплотной укладке шихты в печи в начале плавки, когда шихта ещё холодная, дуги горят неустойчиво, происходят обвалы шихт 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 (12 – 24кА в зависимости от ёмкости печи), выключатель автоматически отключает установку, для чего имеется реле максимальной силы тока.
3) Печной трансформатор (II на функциональной схеме дуговой печи) необходим для преобразования высокого напряжения в низкое (с 6 – 10кВ до 100 – 800В). Обмотки высокого и низкого напряжения и магнитопроводы, на которых они помещены, располагаются в баке с маслом, служащим для охлаждения обмоток. Охлаждение создаётся принудительно 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 (III на функциональной схеме дуговой печи). Участок электрической цепи от трансформатора до электродов называют короткой сетью.Выходящие из стены трансформаторной подстанции фидеры 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 соединяют с медными водоохлаждаемыми шинами, устанавливаемыми на рукавах электрододержателей. Турбошины непосредственно присоединены к головке электрододержателя, зажимающей электрод.
Помимо указанных основных узлов электрической сети в неё входит различная измерительная аппаратура, подсоединяемая к линиям тока через трансформаторы тока или напряжения, а также приборы автоматического регулирования процесса плавки.
3.2 Аварийные режимы ДСП:
1) Неравномерная температура: вверху горячий металл, внизу – холодный.
2) Прогар футеровки.
3) Неисправности в работе электродов (например, поломка электродов).
4) Попадание воды в печь.
5) Прогар кожуха.
6) Нарушение системы водоохлаждения (свод, кожух, эркер, газоотсос).
Во всех случаях требуется отключить печь от питания. Если необходимо, провести наладочные работы (заменить неработоспособный электрод, заделать футеровку, наладить систему водоохлаждения) или создать необходимое перемешивание металла (для равномерного обеспечения температуры).
На основании проведённого анализа составляется задание на автоматизацию в виде таблицы (таблица 5).
Таблица 5 – Техническое задание на автоматизацию
| № | Наименование технологического агрегата | Назначение | Наименование параметра | Величина параметра | Степень автоматизации | Точность поддержания (5% от заданного значения) |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | Печной трансформатор | Преобразо-вание высокого напряжения в низкое (с 6 – 10кВ до 100 – 800кВ) | 1) Напряжение фазы 2) Ток фазы 3) Активная мощность фазы (P=I . U) 4) Количество израсходован-ной электроэнер-гии | 280В 16 – 24кА (от 1 до 10кА) 5мВт 12200 – 15600 кВтч | - контроль, - регистрация, - автоматичес-кое регулирование - контроль, - регистрация, - автоматичес-кое регулирование - регистрация, - автоматичес-кое регулирование - регистрация, - автоматичес-кое регулирование | ±14В ±0,8 – 1,2кА ±250 кВт ±610 – 780 кВтч |
| 2 | Дуговая плавильная печь | Для выплавки стали | 1) Положение электрода 2) Температура футеровки 3) Температура металла 4) Давление газов в рабочем пространстве печи | от 0 до 100% хода ИМ 1100 – 1900оС 1620 – 1640оС (от 1500 до 1750оС) 5 – 500 Па | - контроль, - сигнализация - контроль, - регистрация, - автоматичес-кое регулирование - контроль, - регистрация - контроль, - регистрация, - автоматичес-кое регулирование | ±5% хода ИМ 55 – 95оС ± 81 – 82оС 5 – 50 Па |
Продолжение таблицы 5
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 3 | Охладительная арматура | Для обеспечения правильного режима работы печи | 1) Давление охлаждаю- щей воды 2) Расход воды 3) Температура воды 4) Расход кислорода в печь | _____ 372м3 на входе 17оС (постоянно) на выходе 19 – 22оС за сутки 27987м3, за 1 час 1105м3 | - регистрация, - сигнализация - регистрация, - сигнализация - регистрация, - сигнализация - контроль, - регистрация, - сигнализация | 5% от заданного значения 5% от заданного значения по каждому элементу печи в отдельности ±1оС За сутки ±45оС (от 1060м3 до 1750м3) |
| 4 | Газоотсос | Отвод газов из рабочего пространства печи | 1) Расход 2) Темпера-тура 3) Химичес-кий состав | ______ | - контроль, - регистрация | 5% от заданного значения |
Примечание. Параметры, для которых в таблице не указаны численные значения, не замеряются на заводе ПФ ТОО “Кастинг” в настоящее время в ЭСПЦ-1, но для лучшего качества ведения технологического процесса их необходимо контролировать.
