Реферат на тему "Произврдство в доменой печи и сплавы"




Реферат на тему

текст обсуждение файлы править категориядобавить материалпродать работу




Диплом на тему Произврдство в доменой печи и сплавы

скачать

Найти другие подобные рефераты.

Диплом *
Размер: 65.51 кб.
Язык: русский
Разместил (а): Антон
1 2 3 4 5 6 Следующая страница

добавить материал

1 Общая часть
1.1  Свойства ведущего элемента, область применения
Кремний занимает промежуточное положение между металлами и неметаллами в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Это второй элемент IV главной группы, серо-стального или черного цвета с металлическим блеском, твердый и хрупкий. Электронная структура его 1S22S22p63S23p2. Элементарный кристалл кремния представляет собой куб с ребром длиной 0,5417 нм. В соединениях с неметаллами кремний проявляет преимущественно положительные валентности 4 и 2. Кремний образует соединения почти со всеми металлами и проявляет отрицательную валентность 4.
Кремний имеет следующие основные физико-химические свойства:
·           атомную массу 28,08;
·           плотность 2,33 г/см3;
·           температуру плавления 1683 К;
·           температуру кипения 2953 К;
Упругость пара над жидким кремнием описывается уравнением, Па:
lg Psi = 9,017 – 16260 / Т
По электрическим свойствам кремний относится к полу­проводникам.
С кислородом кремний образует кремнезем SiO2, температура плавления которого 1710єС. Кремнезем имеет несколько модификаций: кварц α и β, кристобаллит α и β, тридимит α, β и γ и кремнеземистое стекло.
Теплота образования одного моля SiO2:
по реакции Si(T) + O2(г)= SiO2(α-кварц);
Δ H є = - 872,1 кДж
и для этой реакции
Δ G є298 - 1690·К = - 883500 – 12,5·Т·Lg(Т) + 218,7 Дж/моль
Кремний с кислородом может образовывать также моноокись SiO2.
Теплота образования газообразного оксида SiO2 составляет
(- 89,45) - (- 91,96) кДж/моль,
а энтропия равна S є298 = 211,5 Дж/(моль·К).
Зависимость изменения свободной энергии образования газообразного оксида SiO2 от температуры имеет вид для реакции
Siж + 0,5 О2 = SiO2;
Δ G єТ = - 163217 - 42,62·Т Дж/моль
С углеродом кремний образует карбид SiC, температура плавления которого выше 2700єС. Теплота образования карбида составляет 62,8 кДж/моль. Энтропия SiC составляет 16,5 Дж/(к·моль) [2, 3, 6].
1.2  Свойства и назначение сплава
Ферросилиций – сплав кремния с железом и применяется как раскислитель и легирующая добавка при выплавке стали. Поэтому с железом кремний сплавляется в любых соотношениях (рис. 2.1) и образует ряд силицидов – Fe2Si3, FeSi, FeSi2, Fe3Si2 и др., из которых наиболее прочным является FeSi, его температура плавления 1410єС и Δ H є273 = - 80,38 кДж/моль.
Система Fe–Si. Принятая диаграмма Fe–Si представлена
Кремний относится к ферритообразующим элементам и поэтому сужает область γ–Fe. Максимальная растворимость кремния в γ–Fe составляет 1,63%Si. Двухфазная область (a) простирается до 1,94%Si. В системе существуют три эвтектики: первая, соответствующая содержанию 20%Si и температуре плавления 1195єС, вторая- 51%Si и 1212єС и третья – 59%Si и 1207єС. В системе Fe–Si существует ряд силицидов: Fe3Si (14,28%Si), Fe2Si (20%Si), Fe5Si3 (23,18%Si), FeSi (33,46%Si) и FeSi2 (50,15%Si).
Устойчивы до температуры плавления силициды FeSi и FeSi2. Моносилицид FeSi (ε-фаза) имеет область гомогенности (33,2-34,2 % Si), кристаллизуется в кубической системе (а = 0,44898 нм). На рис. 1.2 отмечена область гомогенности силицида FeSi2,3 (ξ-фаза).
Анализ частной диаграммы FeSi–Si
подтверждает, что при 1220єС образуется высокотемпературная модификация FeSi2,3 (ξ-фаза), называемая лебоитом, которая при 940єС эвтектоидно распадается на кремний и низкотемпературную модификацию сисилицида FeSi2. Эта же модификация образуется при 982єС по перитектоидной реакции:
FeSi + FeSi2,3 D FeSi2 .
В частной системе FeSi–Si имеются две эвтектики: FeSi + FeSi2,3 + FeSi2,3 + Si  при 1206єС и 1202єС соответственно. Механизм образования FeSi2 (β - FeSi2) при затвердевании эвтектики FeSi2,3 (α-Fe2Si5) + (ε-FeSi) зависит от температуры. Выше 865єС  β-FeSi2 образуется по перитектической реакции: α-Fe2Si5 + ε-FeSi " β-FeSi2. Скорость образования β-FeSi2 снижается при повышении температуры и выше 950єС фаза β-FeSi2 не образуется даже после выдержки 200 ч, ниже 860єС β-FeSi2 образуется  в  результате  диспропорционирования   α-Fe2Si5 " β-FeSi2 + Si. При 800єС α-Fe2Si5  полностью переходит в  β-FeSi2  через 4ч.
Кривая ликвидус сплавов системы Fe-Si имеет сложный характер и это следует учитывать при разработке технологии выплавки и разливки ферросилиция. При увеличении атомной доли кремния до 20% температура ликвидус снижается с 1539єС для чистого железа до эвтектической 1195єС, а затем повышается и достигает максимального значения 1410єС для эквиатомного состава, соответствующего моносилициду FeSi. В интервале концентраций кремния частной диаграммы FeSi-FeSi2,3 температура снижается до эвтектической 1206єС. Силицид FeSi2,3 плавится при 1220єС. В частной системе FeSi2,3 - Si температура повышается от температуры эвтектики 1202єС до температуры плавления чистого кремния 1415єС.
Микроструктура  ферросилиция.
Сплав марки ФС 45 промышленной выплавки после травления аншлифов (1 часть HF + 10 частей HNO3 + 10 частей ледяной уксусной кислоты) представлен светлой эвтектической фазой, в которой сконцентрирован Al, и крупными серыми дендритами ε-фазы (FeSi), содержащий в сравнительно больших количествах Cr и Mn (в марке ФС 45 допускается 0,6% Mn и 0,5% Cr). Последние изоморфно замещают атомы железа в моносилициде [(Fe, Mn, Cr) Si].
В сплаве ФС 45 соотношение плотностей ε- и лебоитной фазы составляет 1 : 0,78. В зависимости от содержания кремния в сплаве и скорости кристаллизации слитка лебоит может обогащать верхнюю или нижнюю части слитков.
Вследствие значительного различия плотностей железа и кремния существует обратная зависимость между плотностью ферросилиция и содержанием в нем кремния. Ниже приведены температура плавления и плотность ферросилиция марки ФС 45:
Марка ферросилиция..................................................... ФС 45
Массовое содержание кремния, %............................... 41 – 47
Температура плавления єС, ..................................... 1210 – 1300
Кажущаяся плотность, г/см......................................... 4,9 – 5,4
Кремний является хорошим раскислителем, поэтому его сплавы используют при производстве сталей многих марок. Расход ферросилиция (в пересчете на ФС 45) составляет ~ 0,65% от выпуска стали. Обычно в сталях содержится 0,12-0,35% Si, в высоколегированных кремнистых сталях его содержание достигает 2-3% и более. Введение в конструкционную сталь до 2% Si повышает ее твердость, прочность, пределы упругости и текучести, способствует образованию волокнистой структуры, кремний улучшает свойства рессор и пружин. В шарикоподшипниковой стали (ШХ15СГ, Si – 0,4-0,65%) кремний уменьшает критическую скорость закалки, снижая тем самым склонность стали к короблению и трещинообразованию при закалке. В электротехнической стали (Si 0,8-4,5%) кремний является единственным элементом, который улучшает электротехнические свойства железа. Наличие кремния увеличивает магнитную проницаемость и электросопротивление стали, понижает коэрцитивную силу, уменьшая тем самым потери и на перемагничивание, и на вихревые токи. В трансформаторной стали (Si – 3-4,5%) кремний снижает потери на гистерезис. В сочетании с другими элементами, особенно с хромом, кремний добавляют в инструментальные, коррозионно- и жаростойкие, рессорно-пружинные и другие стали.
Ферросилиций также широко используют в качестве восстановителя в металлотермических процессах для приготовления термитных смесей и взрывчатых веществ, при получении кремнийорганических соединений, для изготовления сварочных электродов и в ряде других областей промышленности [3-5, 13].
1.3  Выбор типа печи
Все цехи ферросплавного завода по назначению делятся на две группы: основные плавильные цеха, предназначенные для получения готовой продукции завода – ферросплавов, и вспомогательные цехи, обеспечивающие нормальную работу основных цехов. В свою очередь, плавильные цехи можно классифицировать по способу выплавки получаемых в них ферросплавов.
Ферросплавы производят двумя основным способами: электропечным и металлотермическим. Основное количество ферросплавов (96 % от общего объема производства) получают электропечным способом. Электропечные способы производства ферросплавов разделяют на непрерывные и периодические.
Характер процесса производства ферросплавов (непрерывный или периодический) определяет тип применяемого плавильного агрегата, систему дозировки  шихты, способ разливки  сплавов и тем самым проектные решения ферросплавных цехов. Таким образом, все действующие и проектируемые цехи по характеру применяемого процесса производства ферросплавов можно разделить на две группы: цехи для непрерывных процессов и цехи для периодических.
В зависимости от периода постройки и мощности установленных электропечей можно выделить четыре типа ферросплавных цехов по производству ферросилиция (ФС 45) для непрерывных процессов: с печами малой мощности, с печами средней мощности, с прямоугольными печами большой мощности.
В дипломе рассматривается технология производства ферросилиция марки ФС 45.
ФС 45 выплавляют в закрытой рудовосстановительной печи среднем мощности (печь типа РК3-24) непрерывным процессом.
Цехи по производству ферросилиция (ФС 45) с печами средней мощности, построенные в 60-70 гг. ,  оборудованы закрытыми рудовосстановительными печами мощностью 16,5-27 МВ·А. В дипломе рассматривается печь типа РК3-24. На печи установлена система улавливания и очистки отходящих газов. Металл разливается с применением конвейерных машин. Цех состоит только из двух пролетов одинаковой высоты: печного и разливочного.
Печь снабжается шихтой из отделения шихтоподготовки, расположенного в отдельном здании. Дозировка шихты осуществляется непрерывно, шихтоподача автоматизирована.
Цехи этого типа отличаются лучшими условиями труда и более высокой степенью механизации вспомогательных и ремонтных работ.
Выбор способа производства сплава зависит от типа применяемого плавильного агрегата. Так, производство ферросилиция марки ФС 45 углеродотермическим способом (УТП) осуществляется в рудовосстановительной электропечи.
При выборе мощности ферросплавной электропечи следует исходить из максимального ее значения. Практика показывает, что увеличение мощности электропечи позволяет улучшить все основные технико-экономические показатели производства (производительность труда, удельный расход электроэнергии, капитальные и эксплуатационные затраты).
Увеличение единичной мощности ферросплавной электропечи сопровождается одновременным укрытием и герметизацией подсводового пространства. Применение закрытой печи обеспечивает утилизацию физического и химического тепла колошникового газа, охрану окружающей среды, улучшение санитарно-гигиенических условий труда и эксплуатации оборудования [7].
1.4     Определение основных параметров печи, диаметра электродов и их распада
Ферросплавную печь характеризуют следующие параметры:
 1) номинальная мощность (мощность трансформатора) PT, кВ·А ;
 2) производительность, G, т/сут ;
 3) интервал вторичных напряжений, В;
 4) максимальная сила тока в электроде, кА ;
 5) удельный расход электроэнергии w, МДж (кВт·ч)/т ;
 6) коэффициент мощности печи cos φ ;
 7) электрический к.п.д., ηэ ;
 8) диаметр электрода, dэ , мм ;
 9) внутренний диаметр ванны, dв , мм ;
10) диаметр распада электродов, dр ;
11) глубина ванны, h, мм ;
12) диаметр кожуха печи, dк , мм ;
13) высота кожуха печи, H, мм ;
В настоящей дипломной работе рассматривается круглая трехфазная печь типа РК3-24. В круглой печи, электроды которой расположены по треугольнику, тепло концентрируется достаточно хорошо для того, чтобы образующиеся под каждым электродом плавильные тигли соединились между собой. Это позволяет работать с одним выпускным отверстием. У такой печи минимальна по величине теплоотдающая поверхность и у нее лучше используется тепло. При рациональной конструкции короткой сети и наличии установки искусственной компенсации реактивной мощности такая печь может работать с высоким коэффициентом мощности, достигающим 0,95 , и минимально выраженным явлением «мертвой» и «дикой» фаз.
Длина рабочего конца электродов у закрытой печи несколько больше, чем у открытой, что сказывается на увеличении потерь электроэнергии. Но в то же время в закрытой печи резко снижается индуктивное сопротивление короткой сети, т.к. шихтованный пакет шин доводится почти до центра свода печи.
Параметры ванны ферросплавной печи и, в частности, внутренний диаметр ванны dв выбирают исходя из диаметра электрода dэ , диаметра распада электродов dр , являющегося, в свою очередь, функцией диаметра электрода и рода выплавляемого сплава, и допустимой величины зазора а между и футеровкой.
Т.к. для определения параметров ферросплавной печи еще не создана научно обоснованная методика, их выбирают исходя из условия подобия размеров проектируемых и хорошо работающих печей. Основные параметры печи типа РК3-24 приведены в табл.1.1.
Таблица 1.1 – Основные параметры печи типа РК3-24.
Ферросплав
Электропечь
Ртр , МВ·А
Ра , МВт
Uн.с.,
В
Imax , кА
Размеры
ванны, м*
H, м
Dэ , м
dр , м
ФС 45
РК3-24
24,0
22,0
127-240
86
8,9/7,2
2,6
1,4
3
Примечание:
Ра    -    активная мощность электропечи;
Uн.с         -       напряжение на низкой стороне;
Imax          -       максимальная сила тока на электроде;
H,  -    глубина ванны;
Dэ   -    диаметр электрода;
dр    -    диаметр распада электрода.
Как правило, диаметр электрода выбирают, исходя из допустимой плотности тока на 1 см2 поперечного сечения электрода, величину которой снижают с увеличением диаметра электрода.
Допустимая плотность тока в электроде зависит от его материала и диаметра и составляет для самоспекающихся электродов 6-8 А/см2.
При выборе параметров печи важно правильно определить диаметр распада электродов. Слишком малый диаметр распада электродов приводит к наложению реакционных зон и, следовательно, к очень большой концентрации мощности. В результате температура в этой зоне резко повышается и понижается полезное сопротивление шихты, что приводит к высокой посадке электродов и к повышенным потерям в улет восстановленных элементов и тепла, особенно марганца, кальция, кремния. Выбор завышенного диаметра распада электродов приводит к дополнительным потерям тепла из-за слишком больших размеров ванны печи и к холодному ходу печи, к образованию под электродами отдельных, не связанных между собой реакционных тиглей и к затруднениям с выпуском сплава. В большинстве работ рекомендуется принимать диаметр распада электродов из условия dр  > 2,5·dэ .
Для печей с вращающейся ванной диаметр dр может быть уменьшен до девяти десятых диаметра распада электрода печи аналогичной производительности, но со стационарной ванной. Это возможно, поскольку глубокая посадка электродов обеспечивается охлаждением реакционной зоны надвигающейся шихтой, разрушением хорошо электропроводного карборунда, уменьшением размеров тигля и изменением его формы, а также ввиду уменьшения вязкого и хорошо электропроводного слоя вокруг газовой полости тигля.
Отмеченные выше факторы и постоянное перемещение очагов высокой температуры относительно пода и стен печи облегчают службу футеровки печей с вращающейся ванной и позволяют снизить величину расстояния а от электрода до футеровки печи на 30% против принятой для стационарных печей до (0,8-1,0) dэ применительно к бесшлаковым процессам (выплавка ферросилиция ФС 45).
Для выбора диаметра ванны рекомендуются следующие соотношения:
1.     Для стационарных печей при бесшлаковом процессе
dв = dр + dэ + 2а = dр + 2,7dэ .
2. Для печей с вращающейся ванной (печь типа РК3-24) при выплавке 45%-ного ферросилиция (бесшлаковый процесс)
dв 0,9dр + 2,5dэ .
Отечественная практика и зарубежные данные показывают, что диаметр ванн для закрытых печей (РК3-24) обычно увеличивают на величину до 1,0·dэ сравнительно с аналогичными открытыми печами.
1 2 3 4 5 6 Следующая страница


Произврдство в доменой печи и сплавы

Скачать дипломную работу бесплатно


Постоянный url этой страницы:
http://referatnatemu.com/15168



вверх страницы

Рейтинг@Mail.ru
Copyright © 2010-2015 referatnatemu.com