Реферати українською » Химия » Проізврдство в доменні печі та сплави


Реферат Проізврдство в доменні печі та сплави

Страница 1 из 6 | Следующая страница

1 Загальна частина

 

1.1 Властивості ведучого елемента, сферу застосування

Кремній займає проміжне становище між металами інеметаллами в Періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва. Це другий елемент IV головною групи, сіро-сталевого чи чорного кольору, з металевим блиском, твердий, і тендітний. Електронна структура його1S2>2S2>2p6>3S2>3p2. Елементарний кристал кремнію є куб з руба довжиною 0,5417 нм. У з'єднаннях знеметаллами кремній виявляє переважно позитивні валентності 4 і 2. Кремній утворює сполуки майже з усіма металами і виявляє негативну валентність 4.

Кремній має такі основні фізико-хімічні властивості:

· атомну масу 28,08;

· щільність 2,33г/см3;

· температуру плавлення 1683 До;

· температуру кипіння 2953 До;

>Упругость пара над рідким кремнієм описується рівнянням,Па:

>lgP>si = 9,017 – 16260 / Т

По електричним властивостями кремній належить до підлоги лідерів.

З киснем кремній утворює кремнеземSiO2, температура плавлення якого 1710>З. Кремнезем має низку модифікацій: кварц і,кристобаллит і,тридимит, і ікремнеземистое скло.

Теплота освіти одного моляSiO2:

за реакцією Si(T) +O2(р)=SiO2(>-кварц);

> H = - 872,1кДж

й у цієї реакції

> G298 -1690·К = - 883500 –12,5·Т·Lg(Т) + 218,7Дж/моль

Кремній з киснем може утворювати такожмоноокисьSiO2.

Теплота освіти газоподібного оксидуSiO2 становить

(- 89,45) - (- 91,96)кДж/моль,

а ентропія дорівнює P.S298 = 211,5Дж/(моль·К).

Залежність зміни вільної енергії освіти газоподібного оксидуSiO2 від температури має вигляд для реакції

Siж + 0,5 Про2 =SiO2;

> GТ = - 163217 -42,62·ТДж/моль

З вуглецем кремній утворює карбідSiC, температура плавлення якого вище 2700>З. Теплота освіти карбіду становить 62,8кДж/моль.ЭнтропияSiC становить 16,5Дж/(к·моль) [2, 3, 6].

1.2 Властивості й призначення сплаву

Феросиліцій – сплав кремнію з залізом використовується якраскислитель ілегирующая добавка при виплавкою сталі. Тому з залізом кремній сплавляється у різноманітних співвідношеннях (рис. 2.1) і утворить ряд силіцидів – Fe2Si3, >FeSi, >FeSi2, Fe3Si2 та інших., у тому числі найбільш міцним єFeSi, його температура плавлення 1410>З повагою та > H273 = - 80,38кДж/моль.

СистемаFe–Si. Прийнята діаграмаFe–Si представлена

Кремній належить доферритообразующим елементам і тому звужує область–Fe. Максимальна розчинність кремнію в–Fe становить1,63%Si.Двухфазная область (a+>) простирається до1,94%Si. У системі існують триевтектики: перша, відповідна змісту20%Si і температурі плавлення 1195>З, друга-51%Si і 1212>З повагою та третя –59%Si і 1207>З. У системіFe–Si існує низка силіцидів: Fe3Si (>14,28%Si), Fe2Si (>20%Si), Fe5Si3 (>23,18%Si),FeSi (>33,46%Si) іFeSi2 (>50,15%Si).

Стійкі до температури плавленнясилицидиFeSi іFeSi2.МоносилицидFeSi (>-фаза) має область гомогенності (33,2-34,2 % Si), кристалізується в кубічної системі (а = 0,44898 нм). На рис. 1.2 відзначено область гомогенностісилицидаFeSi2,3 (>-фаза).

Аналіз приватної діаграмиFeSi–Si

підтверджує, що з 1220>З утворюється високотемпературна модифікаціяFeSi2,3 (>-фаза), званалебоитом, яка за 940>Зевтектоидно розпадається на кремній і низькотемпературну модифікаціюсисилицидаFeSi2. І ця модифікація утворюється під час 982>З поперитектоидной реакції:

>FeSi +FeSi2,3 DFeSi2 .

У приватному системіFeSi–Si є двіевтектики:FeSi +FeSi2,3 +FeSi2,3 + Si при 1206>З повагою та 1202>З відповідно. Механізм освітиFeSi2 (> -FeSi2) призатвердеванииевтектикиFeSi2,3 (>-Fe2Si5) + (>-FeSi) залежить від температури. Вище 865>З-FeSi2 утворюється поперитектической реакції:-Fe2Si5 +-FeSi "-FeSi2. Швидкість освіти-FeSi2 знижується у разі підвищення температури і від 950>З фаза-FeSi2 не утворюється навіть по витримки 200 год, нижче 860>З-FeSi2 утворюється внаслідокдиспропорционирования-Fe2Si5 "-FeSi2 + Si. При 800>З-Fe2Si5  повністю перетворюється на-FeSi2  через4ч.

Криваликвидус сплавів системиFe-Si має складний характері і це потрібно враховувати в розробці технології виплавки і розливання феросиліцію. При збільшенні атомної частки кремнію до 20% температураликвидус знижується з 1539>З для чистого заліза доевтектической 1195>З, та був підвищується, і сягає максимального значення 1410>З дляеквиатомного складу, відповідногомоносилицидуFeSi. У інтервалі концентрацій кремнію приватної діаграмиFeSi-FeSi2,3 температура знижується доевтектической 1206>З.СилицидFeSi2,3 плавиться при 1220>З. У приватному системіFeSi2,3 - Si температура підвищується від температуриевтектики 1202>З до температури плавлення чистого кремнію 1415>З.

>Микроструктура феросиліцію.

Сплав маркиФС 45 промислової виплавки після травленняаншлифов (1 частинаHF + 10 частинHNO3 + 10 частин крижаної оцтової кислоти) представлений світлоїевтектической фазою, у якій сконцентрованийAl, та великими сіримидендритами-фази (>FeSi), яке у порівняно багатоCr іMn (в марціФС 45 допускається 0,6%Mn і 0,5%Cr). Останні ізоморфно заміщають атоми заліза вмоносилициде [(Fe,Mn,Cr) Si].

У сплавіФС 45 співвідношенняплотностей- ілебоитной фази становить 1 : 0,78. Залежно від змісту кремнію в сплаві і швидкості кристалізації зливкалебоит може збагачувати верхню чи нижню частини зливків.

У результаті значного відмінностіплотностей заліза і кремнію існує зворотна залежність між щільністю феросиліцію і вмістом у ньому кремнію. Нижче наведені температура плавлення і щільність феросиліцію маркиФС 45:

Марка феросиліцію.....................................................ФС 45

Масове зміст кремнію, %............................... 41 – 47

Температура плавлення >З, ..................................... 1210 – 1300

Позірна щільність,г/см......................................... 4,9 – 5,4

Кремній є гарнимраскислителем, тому його сплави використовують під час виробництва сталей багатьох марок. Витрата феросиліцію (враховуючиФС 45) становить ~ 0,65% випуску стали. Зазвичай, у сталях міститься 0,12-0,35% Si, в високолегованих кременистих сталях його вміст досягає 2-3% і більше. Введення ЄІАС уконструкционную сталь до 2% Si підвищує її твердість, міцність, межі пружності і плинності, сприяє освіті волокнистій структури, кремній покращує властивості ресор і пружин. У шарикопідшипникової стали (>ШХ15СГ, Si – 0,4-0,65%) кремній зменшує критичну швидкість гарту, знижуючи цим схильність стали докороблению ітрещинообразованию при загартуванню. У електротехнічній стали (Si 0,8-4,5%) кремній єдиний елементом, який покращує електротехнічні властивості заліза. Наявність кремнію збільшує магнітну проникність іелектросопротивление стали, знижуєкоерцитивную силу, зменшуючи цим втрата часу та наперемагничивание, і вихрові струми. У трансформаторній стали (Si – 3-4,5%) кремній знижує втрати нагистерезис. У поєднанні з іншими елементами, особливо з хромом, кремній додають в інструментальні,коррозионно- іжаростойкие,рессорно-пружинние та інші стали.

Феросиліцій також широко використовують як відновлювача вметаллотермических процесах на приготуваннятермитних сумішей і вибухових речовин, і при отриманні кремнійорганічних сполук, виготовлення зварювальних електродів та низці інших галузей промисловості [3-5, 13].

1.3 Вибір типу печі

Усі цехи феросплавного заводу з призначенню діляться на дві групи: основні плавильні цеху, призначені щоб одержати готової продукції заводу – феросплавів, й допоміжні цехи, щоб забезпечити нормальну роботу основних цехів. Натомість, плавильні цехи можна класифікувати за способом виплавки одержуваних у них феросплавів.

>Ферросплави виробляють двома основним способами:електропечним іметаллотермическим. Основне кількість феросплавів (96 % від загального обсягу виробництва) отримуютьелектропечним способом.Электропечние способи виробництва феросплавів поділяють на безперервні і періодичні.

Характер процесу виробництва феросплавів (безперервний чи періодичний) визначає тип застосовуваного плавильного агрегату, систему дозування шихти, спосіб розливання сплавів і тим самим проектні рішення феросплавних цехів. Отже, всі діючі і проектовані цехи характером застосовуваного процесу виробництва феросплавів можна розділити на дві групи: цехи для безперервних процесів і цехи для періодичних.

Залежно від періоду будівництва та потужності встановлених електропечей можна назвати чотири типи феросплавних цехів із виробництва феросиліцію (>ФС 45) для безперервних процесів: з печами малої потужності, з печами середньої потужності, з прямокутними печами великої потужності.

У дипломі розглядається технологія виробництва феросиліцію маркиФС 45.

>ФС 45 виплавляють у зачиненійрудовосстановительной печі середньому потужності (піч типуРК3-24) безперервним процесом.

>Цехи із виробництва феросиліцію (>ФС 45) з печами середньої потужності, зведені вже 60-70 рр. , обладнані закритимирудовосстановительними печами потужністю 16,5-27МВ·А. У дипломі розглядається піч типуРК3-24. На печі установлено систему уловлювання і очищення відведених газів. Метал розливається із застосуванням конвеєрних машин. Цех полягає з цих двох прольотів однаковою висоти: пічного іразливочного.

Піч постачається шихтою з відділенняшихтоподготовки, що за окремому будинку.Дозировка шихти здійснюється безупинно,шихтоподача автоматизовано.

>Цехи цього відрізняються найкращими умовами праці та вищим рівнем механізації допоміжних і ремонтних робіт.

Вибір способу виробництва сплаву залежить від типу застосовуваного плавильного агрегату. Так, виробництво феросиліцію маркиФС 45углеродотермическим способом (>УТП) ввозятьсярудовосстановительной електропечі.

При виборі потужності феросплавної електропечі слід виходити із максимального її значення. Практика показує, що передвиборне збільшення потужності електропечі дозволяє поліпшити все основні техніко-економічні показники виробництва (продуктивності праці, питома витрата електроенергії, капітальні і експлуатаційні витрати).

Збільшення одиничної потужності феросплавної електропечі супроводжується одночасним укриттям ігерметизациейподсводового простору. Застосування закритою печі забезпечує утилізацію фізичного та хімічного тепла колошникового газу, охорони навколишнього середовища, поліпшення санітарно-гігієнічних умов праці та експлуатації устаткування [7].

 

1.4 Визначення основних параметрів печі, діаметра електродів та його розпаду

>Ферросплавную піч характеризують такі параметри:

 1) номінальна потужність (потужність трансформатора)PT,кВ·А ;

 2) продуктивність, G, т на добу ;

 3) інтервал вторинних напруг, У;

 4) максимальна сила струму в електроді,кА ;

 5) питома витрата електроенергії w,МДж (>кВт·ч)/т ;

 6) коефіцієнт потужності печіcos ;

 7) електричнийк.п.д.,е ;

 8) діаметр електрода,dе , мм ;

 9) внутрішній діаметр ванни,dв , мм ;

10) діаметр розпаду електродів,dр ;

11) глибина ванни, h, мм ;

12) діаметр кожуха печі,dдо , мм ;

13) висота кожуха печі, H, мм ;

У даний дипломної роботі розглядається кругла трифазна піч типуРК3-24. У круглої печі, електроди якій розташовано по трикутнику, тепло концентрується досить добре у тому, щоб які утворюються під кожним електродом плавильні тиглі з'єдналися між собою. Це дозволяє працювати з однією випускним отвором. У такий печі мінімальна за величиноютеплоотдающая поверхню й в неї краще використовується тепло. При раціональної конструкції короткій сіті й наявності установки штучної компенсації реактивної потужності така піч може працювати з великим коефіцієнтом потужності, сягаючим 0,95 , і мінімально вираженим явищем «мертвої» і «дикої» фаз.

Довжина робочого кінця електродів у закритою печі трохи більше, ніж в відкритої, що б'є по збільшенні втрат електроенергії. Але водночас у зачиненій печі різко знижується індуктивне опір короткій мережі,т.к.шихтованний пакет шин доводиться майже центру зводу печі.

Параметри ванни феросплавної печі і зокрема, внутрішній діаметр ванниdв вибирають з діаметра електродаdе , діаметра розпаду електродівdр , що є, своєю чергою, функцією діаметра електрода й роду виплавленого сплаву, та межі припустимої величини зазору а між іфутеровкой.

>Т.к. визначення параметрів феросплавної печі ще створена науково обгрунтована методика, їх вибирають з умови подоби розмірів проектованих і добре працюючих печей. Основні параметри печі типуРК3-24 наведені утабл.1.1.

Таблиця 1.1 – Основні параметри печі типуРК3-24.

>Ферросплав >Электропечь

Р>тр ,МВ·А

Ра , МВт

U>н.с.,

У

I>max ,кА

Розміри

ванни, м*

H, м

Dе , м

>dр , м

>ФС 45 >РК3-24 24,0 22,0 127-240 86 8,9/7,2 2,6 1,4 3

Примітка:

Ра    - активна потужність електропечі;

U>н.с         - напруга на низькою боці;

I>max          - максимальна сила струму на електроді;

H, - глибина ванни;

Dе   - діаметр електрода;

>dр    - діаметр розпаду електрода.

 

Зазвичай, діаметр електрода вибирають, з припустимою щільності струму на 1 див2 поперечного перерізу електрода, величину якої знижують зі збільшенням діаметра електрода.

Припустима щільність струму в електроді залежить з його матеріалу і діаметра і як длясамоспекающихся електродів 6-8А/см2.

При виборі параметрів печі важливо вірно знайти діаметр розпаду електродів. Занадто малий діаметр розпаду електродів призводить до накладенню реакційних зон і, отже, до дуже великі концентрації потужності. Через війну температура у цій зоні різко підвищується, і знижується корисне опір шихти, що зумовлює високої посадці електродів і до підвищеним втрат вулет відновлених елементів і тепла, особливо марганцю, кальцію, кремнію. Вибір завищеного діаметра розпаду електродів призводить до додатковим втрат тепла через дуже великих розмірів ванни печі і до холодного ходу печі, до утворення під електродами окремих, які пов'язані між собою реакційних тиглів і до утрудненням з випуском сплаву. У багатьох робіт рекомендують вживати діаметр розпаду електродів з умовиdр  >2,5·dе .

Для печей з обертовою ванній діаметрdр то, можливо зменшений до дев'яти десятих діаметра розпаду електрода печі аналогічної продуктивності, але з стаціонарної ванній. Це можна, оскільки глибока посадка електродів забезпечується охолодженням реакційної зони що насувається шихтою, руйнацією добреелектропроводногокарборунда, зменшенням розмірів тигля і зміною його форми, і навіть через зменшення грузького і добреелектропроводного шару навколо газової порожнини тигля.

Відзначені вище чинники та постійне переміщення осередків високої температури щодопода і стін печі полегшують службу футерівки печей з обертовою ванній та дозволяють знизити величину відстані як від електрода до футерівки печі на 30% проти прийнятої для стаціонарних печей до (0,8-1,0)dе стосовнобесшлаковим процесам (виплавка феросиліціюФС 45).

Для вибору діаметра ванни рекомендуються такі співвідношення:

1. Для стаціонарних печей прибесшлаковом процесі

>dв =dр +dе + 2а =dр +2,7dе .

2. Для печей з обертовою ванній (піч типуРК3-24) при виплавці45%-ного феросиліцію (>бесшлаковий процес)

>dв 0,9dр +2,5dе .

Вітчизняна практика й іноземні незалежні дані показують, що діаметр ванн для закритих печей (>РК3-24) зазвичай збільшують на величину до1,0·dе порівняно з відкритими печами.

>Наружний діаметр печі вибирають рівнимdв плюс подвійна товщина футерівки, визначене потужністю печі і технологічними особливостями процесу.

Глибину h ванни визначають залежно від діаметра електрода і щільність струму у ньому, роду виплавленого сплаву і печі. Зазвичай для закритих печей (піч типуРК3-24) висоту h визначають в умовах забезпечення належногоподсводового простору, що зумовлює її збільшення приблизно до 2,5-2,7dе [5, 6, 14,15].

 

1.5Футеровка печі, система охолодження, газоочищення

 

Конструкція і якість футерівки печі багато чому визначають техніко-економічні показники виробництва феросплавів. Вибір вогнетривких матеріалів для футерівки печі визначається технологією виплавки сплаву, складами шлаку і сплаву. Так, горн печі,виплавляющей феросиліцій (>ФС 45), викладають з вугільних блоків.

Робітникам шаром футерівки печі служить так званий металева кірка, тобто. плаха, освічена зпроплавляемой руди і сплаву. Характерна риса футерівкирудовосстановительной феросплавної печі – щодо велика товщинаподини. Велика товщина футерівки забезпечує велику теплову інерцію;аккумулированное тепло полегшує збереження стійкою температури в плавильної зоні печі при короткочасних простоях її. Загальна товщина футерівкиподини сягає 1,8 м (1,2 м – вугільні блоки і 0,6 м – теплоізоляцію).

Запорізький феросплавний завод виконуєфутеровку так. На кожухнастилают шар азбесту завтовшки 10 мм, насипають шар шамотній крупки

Страница 1 из 6 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація