Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Исследование работы погруженных в шлаковый расплав металлических электродов с целью создания нерасходуемого электрода для многошлаковых электропечей медноникелевого производства

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Применение нерасходуемых электродов (НЭ) предполагает исключение эксплуатационных расходов по статьям графитированных электродов или электродной массе, позволит избежать затрат на наращивание самоспекающихся электродов, улучшить условия труда и экологическую ситуацию в районах металлургического производства. Кроме того, конструкция электрода нерасходуемого электрода дает возможность… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ
    • 1. 1. Электроды, применяемые на электропечах черной и цветной металлургии
      • 1. 1. 1. Самоспекающиеся электроды
      • 1. 1. 2. Графитированные и угольные электроды
      • 1. 1. 3. Другие разновидности электродов
    • 1. 2. Расход электродов
    • 1. 3. Способы снижения расхода электродов
      • 1. 3. 1. Защитные покрытия
      • 1. 3. 2. Защита с помощью газа
      • 1. 3. 3. Охлаждение электрода
      • 1. 3. 4. Другие способы снижения расхода электродов

Исследование работы погруженных в шлаковый расплав металлических электродов с целью создания нерасходуемого электрода для многошлаковых электропечей медноникелевого производства (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В металлургии тяжелых цветных металлов широко используются электротермические процессы. В их числе:

• рудно-термическая электроплавка сырья содержащего цветные металлы (РТП);

• электропечное обеднение жидких шлаков (конвертерных и шлаков автогенных процессов) (ЭПОШ).

Несмотря на широкое развитие автогенных процессов для переработки высокосернистого сырья (плавка в печи Ванюкова, автогенный комплекс комбината «Североникель», взвешенная плавка на НГМК и т. д.), рудно-термическая электроплавка (РТП) по-прежнему широко распространена и имеет определенные преимущества перед другими пиро-металлургическими процессами. Это, безусловно, относится к переработке малосернистого, тугоплавкого и окисленного сырья, а в ряде случаев справедливо и для многосернистого сырья. Кроме того, реализация автогенных процессов в большинстве случаев требует применения ЭПОШ, осуществляемого в мощных обеднительных электропечах (ОЭП).

Использование того или иного процесса в современных условиях определяется его технико-экономической эффективностью и возможностью решения экологических проблем, возникающих при его реализации.

Технико-экономическая эффективность РТП, в основном, определяется двумя показателями: удельным расходом электроэнергии и потерями ценных металлов с отвальными шлаками. На эффективность влияют также и особенности конструкции агрегата. С ними, в частности, связаны расходы на электродное хозяйство печи, которые в последние годы значительно выросли в связи с ростом цен на электродные материалы и транспортные расходы.

В настоящее время на руднотермических и обеднительных электропечах, т. е. на печах, имеющих высокую шлаковую ванну, применяются графитированные или самоспекающиеся электроды. Систему электродного хозяйства, применяемого на РТП и ОЭП, нельзя считать удовлетворительной. В процессе работы электропечи происходит обгорание концов электродов в расплаве и подсводовом пространстве, т. е. их расход. Обгорание электродов требует постоянного их удлинения, т. е. перепуска в электрододержателях и, соответственно, влечет за собой эксплуатационные расходы на электроды или электродную массу. Необходимость перепуска электродов требует в конструкции электрододержа-телей иметь механизмы для его осуществления.

Использование самоспекающихся электродов, помимо их громоздкости, существенно затрудняющей возможности герметизации агрегатов, связано со значительными материальными и трудовыми затратами и существенным выделением экологически вредных компонентов в атмосферу. С этой точки зрения работы, посвященные совершенствованию системы электродного хозяйства РТП и ОЭП, являются актуальными.

В институте Гипроникель при разработке процессов обеднения шлаковых расплавов продувкой их восстановительными газами, подаваемыми в приэлектродную зону, была испытана подача природного газа в расплав через полые графитированные электроды или через фурмы с графитир о ванными наконечниками [1, 2]. Было замечено, что износ графитированных наконечников при подаче через них в расплав газа, да и самих электродов резко сокращается. Продуваемый в расплав восстановительный газ как бы защищает электрод от взаимодействия с оксидным расплавом. Возможная гидродинамическая картина защиты электрода-фзфмы с графитированными наконечниками дана в работах [3, 4]. Было логичным предположить, что продувка восстановительными газами может позволить защитить и электроды из неуглеродистых материалов, например, стали, меди и пр.

Целью настоящей работы было исследование работы погруженных в шлаковый расплав металлических электродов и создание электрода из неуглеродистого материала с ресурсом работы, позволяющим считать его нерасходуемым, разработка методики расчета параметров и режимов работы указанных электродов для действующих руднотермиче-ских и обеднительных печей предприятий цветной металлургии.

Применение нерасходуемых электродов (НЭ) предполагает исключение эксплуатационных расходов по статьям графитированных электродов или электродной массе, позволит избежать затрат на наращивание самоспекающихся электродов, улучшить условия труда и экологическую ситуацию в районах металлургического производства. Кроме того, конструкция электрода нерасходуемого электрода дает возможность запроектировать более простой и экономичный электродо-держатель и токопровод, что в свою очередь упростит компоновку устройств и механизмов в надсводовом пространстве электропечи и существенно снизит затраты на их сооружение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Обзор литературных данных показал, что до сих пор не найдено решение, позволяюш (ее существенно снизить затраты при производстве металлов и сплавов, существенно уменьшив статью расхода электродов и затраты на обслуживание электродного хозяйства. Эта статья затрат является достаточно высокой в передельных затратах электротермических процессов и имеет тенденцию к увеличению в связи с ростом цен на материалы, энергоресурсы и трудозатраты. Попытки создания принципиально новых конструкций, или попытки использования неуглеродистых материалов для изготовления электродов промышленных печей успеха не имели, либо эти электроды были использованы для единичных процессов.

2. Проведены исследования в укрупненно-лабораторном масштабе работы металлических электродов в шлаковых расплавах в режимах без подачи газа через электрод, с подачей нейтрального газа и с подачей восстановительного газа. Изучено влияние на скорость расходования электрода в шлаке следующих параметров и характеристик: электрической мощности, вводимой через электродплотности тока на электродеобъемной плотности мощности в приэлектродной зонеконструкции электродаматериала электрода.

Проведенные испытания электродов в режимах без подачи газов и с подачей нейтральных и восстановительных газов определили оптимальные области их параметров и характеристики, в которых имеют место убыль, стабилизация и прирост веса электрода. Важнейшими параметрами электрода, определяющими его стойкость, явились плотность тока на электроде, вводимая через электрод мощность (энергия) и охват торца наконечника обратной струей подаваемого в расплав через электрод газа.

Величины оптимальных параметров, определенные опытным путем, следующие:

• подача в электрод через одно осевое сопло природного газа с расходом 5 + 10 мл/час;

• плотность тока на электрод более 18 + 25 А/см';

• объемная плотность вводимой через электрод мощности в при-электродной зоне не менее (10 + 20) -10л кВт/мл.

• охват обратной струей подаваемого через электрод газа площади торца наконечника электрода — не менее 20%.

3. Предложен возможный механизм процесса стабилизации (прироста) веса электрода, включающий следующие стадии:

• пиролиз углеводородсодержащего восстановителя в высокотемпературной приэлектродной зоне;

• съем тепла в приэлектродной зоне за счет протекания эндотермических процессов пиролиза;

• интенсивное протекание процессов восстановления расплава и образование металлизированного электропроводного слоя на электроде.

Сделан вывод, что при подаче через электрод углеводородсодер-жащих восстановителей и в определенном электрическом режиме его работы на шлаках промышленного состава возможно достижение эффекта нерасходуемости электрода при работе на шлаках промышленного состава.

4. Разработана методика расчета параметров металлического электрода для руднотермических электропечей и электропечей обеднения предприятий медно-никелевой промышленности. Составлена программа расчета параметров электрода. Разработанная программа позволяет производить расчет нерасходуемого электрода для любой действующей многошлаковой электропечи.

5. Разработан эскизный проект нерасходуемого электрода для печи.

— 137 2 Никелевого завода НГМК, даны варианты размещения электрода на действующей печи. Все предложенные варианты размещения предполагают в большей или меньшей степени минимальные затраты на реконструкцию электропечной установки и использование установленных на печи трансформаторов.

6. Ожидаемый экономический эффект от внедрения нерасходуемо-го электрода на электропечах взамен самоспекающихся или графитиро-ванных электродов по данным Проектной части института «Гипрони-кель» составит 1 млн. рублей в год в расчете на одну печь в ценах 1998 года.

7. Способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве и конструкция нерасходуемого электрода защищены тремя патентами Российской Федерации.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. В. Исследование процесса обеднения шлаков шахтной плавки окисленных никелевых руд природным газом- Дис. канд. техн. наук- 05.16.18 Зашлищена 11.03. 77- Утв. 27.07.77- Л., 1977 — 252 с: ил. — Библиогр.: с. 233 — 252.
  2. М.Р. и др. О высоте подъема ванны расплавленного шлака при продувке его газом // Сб. Металлургия никеля и кобальта // Сб. шуч. тр. / ин-т Гипроникель. вып. 58. — 1973. — С. 193−199.
  3. М.Р., Востриков Г. В., Тумасов В. Ф. Использование фурм с графитовыми наконечниками для продувки шлаков природным газом. //Цветная металлургия. Бюллетень ЦНИИ. М.: 1979, № 16.
  4. М.С., Грань Н. И. Влияние силы тока и мощности на скорость окисления электродов в шлаке и газах. // Сб. Металлургия никеля и кобальта // Сб. науч. тр. / ин-т Гипроникель. вып. 57.-. Д.: 1973.
  5. А.И. и др. Об эффективности использования графитиро-ванных электродов на обеднительных электропечах. // Цветная металлургия. Бюллетень ЦНИИ, М.: 1984. — 86 с.
  6. Технические условия на графитированные электроды. //ТУ-48−12−52−88 и ТУ-14−5-203−89.
  7. .М. Руднотермические плавильные печи. М.: Металлургия, 1972. — 368 с.
  8. М.И. Электроды рудовосстановительных электропечей. -М.: Металлургия, 1984. 248 с.
  9. Г. В., Распокин В. Г., Горбунов В. К. и др. Цветная металлургия. Бюлл. НТИ, 1982, № 9, с. 22−23.
  10. Д.А., Онищин Б. П., Линев В. Д. Металлургия ферроникеля. М.: Металлургия, 1983. — 256 с.
  11. М.М. Электротермия в металлургии меди, свинца, цинка. М.: Металлургия, 1971.
  12. Elektrowarme International, 1972, № 2, Bd. 74 82, S. 49, 50.
  13. Elektrowarme International, 1971, № 4, Bd. 29, S. 223 229.
  14. Zollner D., Schieber F., Lippert W. u.a. Neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der Electroden fur Lichtbogenofen // Fachberichte Huttenpraxis Metallweiterverarbeitung. 1981. Bd. 19. № 1. S. 37 41.
  15. M.M., Портноян Д. К. Электротермическое оборудование (Руднотермические печи), ЦНИИ Цветметинформации, М.: 1974.
  16. Д.Я., Гудим Ю. А., Зинуров И. Ю. Устройство и работа сверхмоидных дуговых сталеплавильных печей. М.: Металлургия, 1990. — 176 с.
  17. Becvaz J. Snizovani spotreby grafitovych elektrod u abloukovydi peci pouztim oplastench a kombinovanych vodou chlazenych elektrod // Hut-nik CSSR. 1983. V. 33. № 3, S. 90 99.
  18. Zoellner D.H. Nouvelleelectrode compozite avec partie refroidie protege par un revetement a base de graphite // Revue de Metallurgie. 1982. № 6. P. 561 562.
  19. Pugh R.W. Consommation reduite d’electrodes an four a arc par emploi d’electrodes composites refroiidies // Revue de Metallurgie. 1982. № 4. P. 363 370.
  20. Prenn O.E., Pugh R.W., Rivers A.B., Lowler R.N. Stelco’s water cooled electrode systems // Fachberichte Huttenpaxis Metallweiterverarbeitung. 1984. Bd. 22. № 5. S. 476 480.
  21. К., Вильшельм Г., Цельнер Д. Охлаждение электрода дуговых печей // Черные металлы. 1983. № 18. С. 22 27.
  22. Б.И. Медовар и др. Электрошлаковый переплав. М.: Металлургия, 1963.
  23. Патент США № 3 777 042, МКИ H 05в7/06. Заявл. 19.10.71. Опубл. 04.10.72. British Steel Corp.
  24. Патент Франции № 2 222 821, МКИ F-27oll/10, Н05в7/06, 7/12. Заявл. 20.03.73. Опубл. 22.11.74. IRSID, Франция.
  25. Авторское свидетельство СССР № 337 019 Нерасхо дуемый охлаждаемый металлический электрод. /Медовар Б.И. и др. МКИ С21с5/56. Заявл. 10.10.70, опубл. 05.12.77. Ин-т эл. сварки им. Е.О. Па-тона.
  26. Raw material, melting, casting, recycling critical review. iCramer K.-H. «Titanium 1986: Prod, and Appl.: Proc. Techn. Program Int. Conf. 1986. Vol. 2». Dayton, 1987, p. 963 984.
  27. DC electrodes: a key factor for progress in EAF steel production/ Klein R.-D., Wimmer K.// MRT: Met. Plant and Technol. Int. 1995. — 18, №-1414. p.p. 54 — 56, 58, 60, 62 — 63.
  28. Potential and limitations of graphite electrodes for DS furnaces / Lefrank P.A. // Iron and Steelmaker. 1994. 21, № 3. P. 69 — 74.
  29. Производство и эксплуатация крупногабаритных электродов в мощных электросталеплавильных печах / Калядов Е. В., Давыдович Б. И., Апалькова Г. Д. // Междунар. конф. «Черная металлургия России и стран СНГ», Москва, 6−10 июня 1994 г. Т. 3,1994, с. 51 52.
  30. Термическая стойкость крупногабаритных угольных электродов. / Ружевская Л. Н., Габбасов И. Р., Кондрашенкова Н. Ф., Устиновская Л. Т. // Соверш. технол. электрод, пр-ва. М. 1988. С. 98 — 103.
  31. Герцык СИ Пути снижения расхода электродов при выплавке стали в дуговых печах. / Черн. металлургия, 1989, — № 2, — С. 16 — 24.
  32. Modelkechnungen zum Elektrodenverbrauch im Lichtbogenofen.
  33. Schieber Franz. «Stahl und Fisen», 1988, 8, № 3, 27 31,79.
  34. Основные области применения углеродных конструкционных материалов в цветной металлургии. / Авдеенко М. А., Розенман И. М. // Применение углеродных материалов в цветной металлургии. М., 1989. С. 4- 13.
  35. Применение углеродных материалов в цветной металлургии: Сб. научи, тр. Гос. НИИ констр. матер, на основе графита. / Ред. Костиков В. М. М., Мин. цв. металлургии, 1989, 131 с.
  36. М.С. // Proceedings of IX Polish Graphite Conference. Zakopane 25 28. 09. 1988. 1. P. 137 -151.
  37. Fitzgerald D. Arc Furnace steelmaking. An Except // Iron and Steelmaking. 1982. Ч. P. 24 31.
  38. Вааге R.D., Overgaard J., Rasmussen Е. An eccentric bottom tapping system 18 -months experience // Iron and Steel Eng. 1984. v. 7. P. 27 -32.
  39. Д. и др. Направления развития электросталеплавильного производства. // Черные металлы, 1981,-№ 4, С.8−18.
  40. . Опримальное использование графитовых электродов. // Черные металлы, 1982, № 23, — С. 9 — 15.
  41. В.Г. и др. Анализ эксплуатационной стойкости гра-фитированных электродов. // Цветные металлы, 1989, № 5, — С. 68−72.
  42. Sposob ochrony elektrod weglowych i/lub grafitowych przed ut-lenianiem, Gebka Kazimierz, Dziwinski Wladyslaw, Domagala Stanislaw,
  43. Niemiec Janina- Huta «Zawiercie». Пат. 136 572, ПНР. Заявл. 20.02.84, № 246 277. МКИ С 04 В 41/06, Н 05 В 7/06.
  44. Т.В. В кн.: Производство стали. — М.: Металлургия, 1980, С. 14−15.
  45. Becvar J. Hutnik (CSSR), 1980, t. 30, № 1, s. 11 — 15.
  46. Новожилов Н. Г и др. Повышение эксплуатационной стойкости пропитанных электродов // Сталь. 1981. № 1. С. 42 45.
  47. Коновалова Е. А и др. Защита графитированных электродов от коррозионного и эрозионного разрушения покрытием на основе ферросплавов // Сталь. 1986. № 12. С. 54 55.
  48. Г. А., Кокушкин Б. Я., Конокотин В. В. Поверхностная защита жидким стеклом электродов дуговых печей. // Цветные металлы, 1986, № 2, — С.47−49.
  49. Г. А., Коновалова Е. А., Глушков Н. В. Термическое напряжение в защитных покрытиях на графите. // Цветные металлы, 1989, -№ 5,-С. 73−74.
  50. Е.А. и др. Электроды с плазменным покрытием и их эксплуатация. /Соврем, пробл. электрометаллургии стали: Сб. тез. докл. научн.-техн. конф. //Челяб. гос. техн. ун-т. Челябинск, 1992. С. 5.
  51. Гуантиан Ли и др. Пропитка графитовых электродов раствором ДГТ. // Цветные металлы, 1993, № 11, — С. 38.
  52. Extractive Metallm-gy. / Gastie J.F. // Mining Annu. Rev. 1989. June.P.B89-B104.
  53. A.c. 1 381 738 СССР МКИ Н 05 В 7/085 Способ регенерации графитовых электродов плавильных печей. //Александров В.М., Кулаков Б. А., Дубровин В. К. и др. Челябинский политехи, ин-т. Заявл. 06.01.86. № 4 007 154/31−02. Опубл. в Б.И., 1988, № 10.
  54. H.A. Способ снижения бокового расхода графитирован-ных электродов дуговых сталеплавильных печей.// Тр. 3 Конгр. сталеплавильщиков. Москва, 10 — 15 аир. 1995. — М.: 1996. — С. 165 — 166.
  55. A.c. 1 492 488 СССР, МКИЛ Н 05 В 7/06/ Способ защиты полых электродов в рудно-термических печах, / Ершов В. А., Кузнецова В. Л., Алябин В. И. и др. Ленингр. технол. ин-т. № 4 177 236/31−02. Заявл. 04.01.87. Опубл. 07.07.89. Бюл. № 25.
  56. Improvement of water-cooled electric arc ftirnace electrodes. / Zollner D., Under K.-D., Cizar H. // MPT: Met. Plan, and Technol. 1988. -11, № 6, p. 22,24−25.
  57. Direct cooling system of electrode. «Trans. Iron and Steel Inst. Jap.» 1988, 28 № 3.222.
  58. Заявка 2 176 980 Великобритания. Cooling furnace electrodes. /Adolph Goerres, Harald Jerabek, Manfred Jerabek. Parr Construction Services. Ltd. Заявл. 28.06.85, № 8 516 479. Опубл. 07.01.87. МКИ Н 05 В 7/12.
  59. Патент 137 307, ПНР МКИ Н 05 В 7/06 Elektroda dia piecow lukowych. Soltysiak Jozef, Tomczuk Lotar, Stelmach Stefan, Widera Ta-deusz, Kuna Tadeusz- Instytut Metallurgii Zeleza im. Stanislawa Staszica,
  60. Gliwice- HutaBaildon. Заявл. 17.07.84. № 24 883. Опубл. 31.07.87.
  61. A. с. СССР № 726 840, Металлургический агрегат для обеднения шлаков. / Русаков М. Р., Востриков Г. В., Гнедин И. И. и др. Заявл. 14.06.76. Опубл. 14.12.79.
  62. Исследование и разработка аппаратурного оформления процесса обеднения шлаков продувкой расплава природным газом Отчет о НИР (промежуточный) /Институт Гипроникель Руководитель М. Р. Русаков. — Л.-Орск. — 1976.
  63. Recycling of graphite electrodes. // Fachber. Huttenprax. Metall-weiterverarb. 1987, 25, № 8. P. 758 789.
  64. Д.А. Контроль и автоматизация процессов в цветной металлургии. М.: Металлургия. 1967 г.
  65. .Л., Кирсанов A.A. О внедрении газовой струи в жидкость. //Изв. ВУЗов, Черная металлургия, 1970, № 8.
  66. Е.А. Исследование процесса обеднения шлаков никелевого производства природным газом с применением методов математического моделирования. Дис. канд. техн. наук Л.: 1980, Гипроникель.
  67. Е. М. Математическое моделирование процессов никелевой промышленности. /Совершенствование методов расчета гидродинамических и теплофизических явлений в металлургических процессах. /Отчет института Гипроникель, 1976.
  68. М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. /Теплотехнические расчеты по обобщенным константам продуктов горения. М.: Наука, 1964.
  69. Г. Ф. Параметры и электрические режимы металлургических электродных печей. М.-Л.: Энергия, 1965 г.
  70. .М. Расчеты руднотермических печей. М.: Металлургия, 1982.
  71. П.В. Энергетические закономерности руднотермических электропечей, электролиза и электрической дуги. Издательство АН Каз. ССР, 1963 г.
  72. К.И. Исследование и усовершенствование энерготехнического и технологического режимов работы электропечей для плавки сульфидной медно-никелевой шихты Дис. канд. техн. наук. Л.: ЛПИ, 1974.
  73. Д.А. Печи цветной металлургии. М.: Метал-лургиздат, 1956.
  74. Г. А. Электрическая дуга в электрической печи. М.: Металлургиздат, 1961.
  75. Г. Ф. Распределение мош-ности по шлаку руднотер-мической печи свинцовой плавки. /Труды АГМНИИ АН Каз. ССР, т. V, 1957.
  76. Нус Г. С. Исследование температурных и электрических полей рудоплавильной электропечи методом моделирования. //Сборник трудов Гинцветмета. Металлургиздат.: — 1962. — № 19.
  77. П.П. Исследование распределения тока в трехфазной руднотермической печи на моделях. /Известия вузов. Энергетика, № 1, 1964.
  78. К. И., Русакова Н. И., Грань Н. И. Влияние формы электродов и размеров ванны круглой руднотермической электропечи на её электрическое сопротивление. // Тр. ин-та Гипроникель.- Л.: Б. и. -1966.-№ 26.-С. 44−53.
  79. Г. Ф. Выбор методики изучения распределения мощности в слабопроводящей среде электропечей для прикладных целей./ Известия вузов. Энергетика, № 4, 1959.
  80. П.В. Определение основных электрических параметров руднотермических печей с большим объемом шлака. /Труды АГМНИИ АН Каз. ССР, т. IV, 1957.
  81. Тетельбаум. Электрическое моделирование. М.: Госфизматиздат, 1959.
  82. Атлас шлаков / Под ред. И. С. Куликова. М.: Металлургия, 1985.
  83. В.Н., Чекин Б. В., Нестеренко СВ. Жидкие металлы и шлаки. М.: Металлургия, 1977.
  84. М.Р., Востриков Г. В., Мосиондз К. И. Электрическое сопротивление шлаковой ванны при продувке расплава газом. //Цветные металлы, 1979. -№ Ю.
  85. Баптизманский В И. Механизм и кинетика процессов в конвертерной ванне. М.: Металлургиздат, 1960.
  86. Д.А. Металлургические печи цветной металлургии. М.: Металлургия, 1970.
  87. Патент № 2 166 843 Российская Федерация, МПКЛ Н 05 В 7/08. Нерасходуемый электрод. / Русаков М. Р., Рябко А. Г., Боборин СВ. и др. (РФ). № 99 116 425 Заявлено 28.07.99- Опубл. 10.05.2001, Бюл. № 13, Приоритет 28.07.99, (РФ). — 3 с: илл.
  88. Решение о выдаче патента Российской Федерации, МПКЛ Н 05 В 7/08. Нерасходуемый электрод для руднотермических и обеднитель-ных многошлаковых электропечей. / Русаков М. Р., Рябко А. Г., Боборин СВ. и др. (РФ). № 99 126 129 Заявлено 06.12.99- Не опубл.
Заполнить форму текущей работой