Материал: Основные направления развития горно-металлургического комплекса в кратко- и долгосрочной перспективе

Основные направления развития горно-металлургического комплекса в кратко- и долгосрочной перспективе

Основные направления развития горно-металлургического комплекса в кратко- и долгосрочной перспективе

Введение

За последние 50 лет мирровое производство стали, увеличилось с 200 до 800 млн. т. Наиболее существенные изменения произошли в качественном совершенствовании металлопродукции. За счет повышения химических, физических, механических свойств стали, удалось снизить металлоемкость готовых изделий в 2,5. раза. В частности, металлоемкость автомобилей снизилась с 1,6 до 0,7 т (более чем в 2 раза), высотных зданий с 26 до 30 кг/м (почти в 3 раза), холодильников и стиральных машин со 110 до 27 (более чем в 4 раза). Такое стало возможным благодаря внедрению в черной металлургии прогрессивных ресурсосберегающих технологий. Таких, как непрерывная разливка, внепечная обработка, смена мартеновских печей конвертерами и электропечами новой конструкции. Такие же процессы наблюдаются в области производства цветных металлов.

В России располагающей собственными сырьевыми и энергетическими ресурсами, металлургия пользовалась особым вниманием государства со времен начала промышленного развития страны.

В настоящее время металлургический комплекс включает около 3 тыс. предприятий и организаций, 200 компаний, занимающихся подготовкой сырья и производством черных металлов, и 130 компаний производящих цветные металлы. Предприятия отрасли размещены в двадцати основных регионах. Доля металлургического комплекса в промышленности ряда областей составляет от 60 до 85%.

1. Общая часть

.1 Обоснование метода выплавки

Среди применяемых в настоящее время металлических процессов индукционная плавка занимает заслуженное место.

Преимуществами индукционных тигельных печей являются следующие: выделяющееся непосредственно в металле тепло, высокая равномерность металла по химическому составу и температуре, отсутствие источников загрязнения металла (помимо футеровки тигля), удобство управления и регулирования процесса, плавки гигиеничность условий труда. Кроме этого для индукционных тигельных печей характерны: более высокая производительность вследствие высоких удельных мощностей нагрева; возможность плавить твердую шихту; не оставляя металл от предыдущей плавки (в отличие от канальных печей); малая масса футеровки по сравнению с массой металла, что уменьшает аккумуляцию тепловой энергии в футеровке тигля, снижает тепловую инерцию печи и делает плавильные печи этого типа исключительно удобными для периодической работы с перерывами между плавками; компактность печи, что позволяет достаточно просто изолировать рабочее пространство от окружающей среды и осуществлять плавку.

В индукционной печи может быть выплавлены сплавы практически любого химического состава из самых различных шихтовых материалов, при малом угаре легирующих элементов.

Эти установки обладают высокой производительностью и достаточно универсальны, они могут использоваться для получения, как слитков, так и фасонного литья, в том числе центробежного. В индукционных печах можно получать крупные слитки массой в десятки, а может быть и в сотни тонн, в том числе слитки для последующего переплава в вакуумных дуговых электроннолучевых, плазменных и электрошлаковых печах.

Единственным серьезным принципиальным недостатком этих установок является контакт жидкого металла с огнеупорной футеровкой тигля, что могут снижать рафинирующий эффект плавки, а в отдельных случаях приводить к загрязнению металла, наличие относительно холодных шлаков (температура шлака меньше температуры металла), сложное и дорогое электрооборудование.

.2 Основные элементы конструкции открытой индукционной печи

Современные индукционные тигельные печи состоят из следующих основных конструктивных элементов: каркаса; индуктора с системой водяного охлаждения; футеровки, важнейшей частью которого является тигель; вспомогательного механизма наклона печи.

Каркас является основной печи, механически соединяющей в единое целое все конструктивные элементы.

Каркас печей большой емкости изготавливают в виде кожуха из немагнитной стали. Для облегчения и ускорения процесса смены футеровки и ремонта печи целесообразно каркас выполнять разъемным.

Каркас крепят таким образом, чтобы не образовались замкнутые электрические контуры вокруг индикатора, для чего в узлах каркаса устанавливают изолирующие прокладки и предусматривают электрическую изоляцию болтов, стержней и шпилек.

Индуктор предназначен для соединения переменного магнитного поля заданной напряженности, а также является важным элементом крепления тигля, удерживающим его от смещения при наклоне печи для слива жидкого металла. Поэтому конструкция индуктора должна удовлетворять не только электрическим требованиям, но также и требованиям механической жидкости и прочности при действии сил, стремящихся сдвинуть тигель.

Индуктор изготовляют из медной трубки специального профиля. Это необходимо для того, чтобы обеспечить минимальные электрические потери, пропустить через живое сечение отверстия трубки расчетное количество охлаждающей воды.

Индуктор представляет собой цилиндрическую катушку образованную либо винтообразно навитой медной трубкой с постоянным углом наклона либо плоскими витками, соединенными между собой короткими наклонными участками трубки.

Система водяного охлаждения индуктора предназначена для отвода активной мощности, теряемой в индукторе, и мощности тепловых потерь теплопроводностью от расплавленного металла через футеровки тигля. Условия надежной работы системы следующие:

температура индуктора не должна быть ниже температуры окружающего воздуха, так как в противном случае на индукторе будет консервироваться влага из воздуха. что приведет к пробою между витками;

необходимый напор воды при входе в индуктор по условиям заводских водопроводных магистралей следует ограничить до 200кПа;

скорость течения охлаждающей воды должна быть определенной: не менее 0,5 м/с для создания требуемого движения воды, предотвращающего осаждение на стенках трубки индуктора механических примесей и выпадающих из воды солей и не более 1,5м/с чтобы не увеличить потери давления сверх допустимого (~200кПа).

Футеровка. Огнеупорная футеровка индукционных тигельных печей, располагаемая внутри индуктора, состоит из тигля, образующего плавильное пространство и определяющего емкость печи, форма которого должна обеспечивать удобство ведения металлургического процесса, минимальные тепловые потери максимальный электрический К.П.Д. и достаточную механическую прочность в условиях ферростатического давления и электрического воздействия жидкого металла крышки, футерованной шамотным огнеупором (на крупных печах - свод); подины, служащей основанием, на которое устанавливают тигель и индуктор; леточной керамики (носка), предназначенной для создания струи жидкого металла при сливе его из тигля; воротника соединяющего тигель и леточную керамику.

В футеровку индукционных тигельных печей должен быть установлен сигнализатор, контролирующий состояние футеровки.

Работа футеровки тигля характеризуется тяжелыми условиями: тепловое, коррозионное и эрозионное воздействие жидкого металла, химическая коррозия шлака, механические усилия при загрузке шихты и, особенно при осаживании образующихся в процессе плавки мостов.

В качестве связующих материалов используют глину с увлажнением ее водным раствором жидкого стекла или патоку.

Механизм наклона печи предназначен для слива металла и является одним из важных узлов конструкции любой плавильной печи. Для этого, чтобы уменьшить длину струи металла и не перемещать разливочный ковш в соответствии с перемещением носка печи (как, например, при эксплуатации дуговых сталеплавильных печей), ось наклона индукционно тигельной печи помещают вблизи носка.

Гидравлический механизм наклона прост по конструкции обеспечивает плавильный наклон, но для его работы необходимо иметь гидравлическую напорную установку. Недостатком этого типа механизма наклона следует также считать необходимость довольно значительного пространства под печью для установки гидравлических (рабочих) цилиндров. Что в некоторых случаях исключает его применение.

В схеме управления механизмом наклона необходимо предусмотреть конечные выключатели, отключающие привод механизма при наклоне печи на максимально допустимый угол.

.3 Разработка технологии выплавки и разливки стали в открытых индукционных печах

.3.1 Подготовка печи к плавке

Для изготовления основной футеровки тигля индукционной печи применяют переклаз (плавленый магнезит) различных фракций: 5мм; 3,1мм; 1,0мм; 0,08мм.

Делается замес:

1 ведро - 50мм;

4 ведра - 3,1мм;

3 ведра - 1,0мм;

1 ведро - 0,08мм.

Всего на набивку 1т печи расходуется 1т смеси.

Все материалы при необходимости подвергаются дроблению, помолу, магнитной сепарации, промывке загрязненных материалов, сушке при температуре не ниже 1000С.

Готовые огнеупорные материалы должны хранится в закрытых закромах исключающих возможность загрязнения, увлажнения перепутывания. Смесь для обмазки воротников и сливного носка основной печи составляется из магнезита фракции менее 1мм и жидкого стекла. Смешение сухих компонентов производится в механическом смесителе в течение 20 минут в количестве 200-300кг на один замес. Готовая для набивки сухая смесь должна хранится в закрытой таре. Увлажнение смеси для обмазки воротника и сливного носка производится так, чтобы при сжатии ее рукой в комок она сохраняла форму и рассыпалась после легкого нажатия. Перед набивкой тигля необходимо проверить целостность и жесткость каркаса печи, а также исправность механизма наклона печи и устранить обнаруженные неисправности. Проверить исправность действия водоохлаждающей системы, крепление индуктора, электроизоляцию индуктора и каркаса печи.

Все элементы каркаса печи и токоведущие части обдуть сжатым воздухом и очистить от мусора и пыли. При необходимости заменить шамотную кладку подины печи с последующей тщательной сушкой подины газовой горелкой до полного высыхания.

Сборка секций индуктора производится на специальном стенде. Витки вновь собранного индуктора не должны выступать более. Чем на 5мм внутрь индуктора. Крепление отдельных секций и индуктора в целом должно быть жестким и плотным без зазора между витками. В случае образования зазоров, их следует уплотнить асбестовым шнуром. Установить вновь собранный индуктор в каркас печи, жестко закрепить его стяжками во избежание сдвига и закорачивания витков индуктора. После тщательного закрепления индуктора в каркасе печи, он проверяется на герметичность водой под давлением от 8 до 12 кг/см2. После гидроиспытаний и подсушки индуктора произвести обмазку его изолирующей массы: тальк на жидком стекле. Обмазку нанести слоем не более 5мм так, чтобы она заполняла пространство между витками индуктора. Поверхность обмазанного индуктора должна быть гладкой и ровной. Если старая обмазка сохранилась, то следует обмазывать только поврежденные места. Обмазку индуктора выдерживают на воздухе сутки. При отсутствии обмазки витков индуктора, набивать тигель печи категорически запрещается.

Набивку тигля производить по металлическому расплавленному шаблону, изготовленному из листового железа толщиной не менее 3мм. Форма и размеры шаблона воспроизводят плавильное пространство печи, при этом верхний край шаблона должен находится выше воротника печи. Внешнюю поверхность шаблона и особенно стыки и сварные швы необходимо тщательно зачистить для получения ровной гладкой поверхности без выступов и острых углов. Шаблон должен иметь сквозные отверстия диаметром 3мм расположенные в шахматном порядке на расстоянии 150200 мм друг от друга. Чтобы во время сушки тигля влага испарялась и выходила через отверстия. Набивка тигля производится пневмомолотком. Набивка подины - с помощью плоского наконечника в виде сегмента внутренний радиус, которого должен быть равняться наибольшему радиусу шаблона, а ширина - 2/3 минимальной толщины стенки тигля. Для ликвидации неоднородности массы в виде скоплений крупной фракции рекомендуется засыпать массу аккуратно, не допуская осыпания, ударов, перемешивать засыпанную порцию массы перед трамбовкой, либо убирать крупную фракцию совком. Набивка подины производится послойно в следующем порядке: насыпается слой, толщиной 60-80мм, проштыковывается металлической лопаткой, тщательно уплотняется с помощью пневмомолотка, затем поверхностный слой рыхлится на глубину 4-10мм острым штырем. Продолжительность уплотнения слоя составляет не менее 10 минут. Таким же образом набиваются остальные слои подины. Набивку подины нужно заканчивать на 20-30 мм выше требуемого уровня (170÷200мм), а затем избыток массы срезать. Уплотнение считается достаточным, если щуп диаметром 5мм внедряется в набивку на глубину не более 8мм. На набитую подину устанавливается шаблон, который центрируется с помощью клиньев и закрепляется.

Перед засыпкой первого слоя для набивки стен тигля необходимо взрыхлить массу на подине в зазоре между шаблоном и индуктором на глубину 5÷10мм и перемешать до полной однородности.

Набивка стен тигля производится послойно. Толщина насыпанного слоя должна составлять 40-50мм, а уплотненного 25÷30 мм. Наиболее плотно набивается слой, прилегающий к шаблону. Время уплотнения каждого слоя 5-7 минут. Поверхность уплотненного слоя (перед набивкой следующего) необходимо взрыхлить на глубину 5-8мм и перемешать до однородности. Набивка производится в начале пневмомолотком с сегментным бойком, а затем пневмотромбовкой с плоским бойком. Толщина стенок тигля находится в пределах 72-82мм вверху и 113-118мм внизу тигля. Высота стен тигля должна обеспечивать высоту воротника в пределах 50-60мм. Набивку стен необходимо заканчивать на 20-30мм выше уровня и затем срезать излишек массы. При набивке тигля не допускаются перерывы и сдвиги шаблона. Попадание посторонних примесей в массу недопустимо.

После набивки стенок воротник выкладывается из хромомагнитного или шамотного кирпича или заливается раствором на огнеупорном цементе.

Сушка тигля производится нагретым воздухом не менее двух часов. После установки каркаса с новым тиглем в печь производится проверка работы системы охлаждения и механизма наклона. Сушка тигля под током производится при мощности 30 кВт в течение 15 минут. Во время сушки шаблон не должен нагреваться до красного каления.

По окончании сушки в тигель загружается шихта и производится подъем мощности по следующему режиму:

30кВт - выдержка 15 мин.;

50кВт - 30 мин.;

70кВт - 30 мин.;

110кВт - 30 мин.;

125кВт - 30 мин.;

150кВт - 30 мин.

Затем мощность доводится до 200-300 кВт, которая поддерживается до расплавления металла. В процессе расплавления шихты следует производить ее подвалку, не допуская образования мостов. Для лучшего спекания воротника печи при первой плавке рекомендуется поднять уровень расплава выше стыков воротника со стенами тигля. Расплавленный металл нагревается до t0 1650÷17000С и выдерживается 20-30 минут. Затем нужно охладить его до t0 1590÷16500С и выпустить из печи. Продолжительность обжиговой плавки с момента расплавления шихты до момента слива металла составляет от 5 до 12 часов. После обжиговой плавки должна быть проведена закрепительная плавка. Продолжительность закрепительной плавки до 4 часов, t0 перед выпуском металла 1590÷16500С. После первой и второй плавки механическая очистка футеровки тигля от остатков металла и плавка не производится.

В ходе первых трех плавок шихту следует загружать особенно осторожно, не допуская ударов о футеровку. Весь процесс сушки и обжига тигля проводит сталевар под контролем мастера по плавкам. После выпуска каждых последующих плавок тигель и носок должны очищаться от остатков шлака и металла. При необходимости производится помазка поврежденной футеровки огнеупорной массы с жидким стеклом. Повреждения на дне тигля закладываются массой, употребляемой для набивки тигля.