Лекция 4. Стратегия развития антимонопольного регулирования в России до 2025 г

Стратегия развития антимонопольного регулирования в России до 2025 г.

Краткая характеристика металлургических фаз при электродуговой плавке.

Независимо от принципа нагрева металла в любом сталеплавильном агрегате имеется 4 металлургические фазы:

1. Газовая фаза { }

2. Шлаковая ()

3. Металлическая [ ]

4. Футеровка < >

Особенности фаз:

1. Все металлургические фазы гетерогенны.

В газовой фазе присутствуют пыль в виде оксидов металлов, пары металлов и компонентов воздуха, которые интенсивно прокачиваются через объем сталеплавильного агрегата.

В шлаковой фазе присутствуют нерастворившаяся известь (особенно при использовании твердообоженной извести), куски изношенной футеровки (MgO, Al₂O₃) твердые куски оксидов, капельки (“корольки”) металла диаметром 0,5 – 3,0 мм и пузырьки газов.

В металле присутствуют оксидные и нитридные неметаллические включения (НВ), могут попадаться нерастворившиеся куски футеровки и газовые пузырьки.

Футеровка пропитана металлом и шлаковыми расплавами.

В современных высокомощных печах (мощность печного трансформатора составляет более 600 КВА/т), стены и свод которых облицованы панелями – холодильниками, после первых 3-4 плавок работа идет на гарнисаже, который состоит из остатков футеровки, шлака и оксидов металла. Толщина гарнисажного слоя составляет одну треть от исходной толщины футеровки.

Положительная сторона: увеличивается внутренний объем дуговой печи, а также уменьшается расход на футеровку.

Отрицательная сторона: большая потеря тепла с отходящей водой и повышенный расход энергии.

Рис. 3.1. печь без гарнисажа и печь с гарнисажем

2. Температура и химический состав по объему каждой из фаз не одинаковы.

3. Все фазы находятся во взаимодействии друг с другом и в основном взаимодействие проходит по границам раздела фаз.

4. Между фазами никогда не достигается химического (термодинамического) равновесия. Однако законы термодинамики позволяют оценить направление или возможность протекания той или иной реакции

5. В объеме каждой из фаз (кроме футеровки) существуют мощные конвективные потоки; диффузионные процессы происходят в тонких граничных слоях.

6. Химический состав контактных слоев металла и шлака отличается от объемного состава, который контролируется в той или иной мере. Это вызвано наличием поверхностно-активных веществ (ПАВ). Для металла – O₂, S, N₂. Для шлака – SiO₂, P₂O₅, Fe₂O₃, B₂O₃/

Рис. 3.2. Зависимость поверхностного натяжение между металлом и шлаком от концентрации ПАВ

- концентрация ПАВ

Газовая фаза

Состав газовой фазы сталеплавильных агрегатов определяется главным образом характером нагрева, то есть источником тепловой энергии (пламенный факел в МП, электрическая дуга в ДСП, химическая энергия реакции окисления в КК). Кроме того, состав газовой фазы зависит от интенсивности выделения и состава газообразных продуктов химических реакций, протекающих в рабочем пространстве СПА.

Особенности газовой фазы:

1. Газовая атмосфера любого СПА по отношению к жидкому металлу имеет ярко выраженный окислительный характер (CO₂, O₂, H₂O).

2. В газовой фазе присутствуют молекулы газов, способные растворяться в расплавах на основе железа – {H₂}, {N₂}. Эти газы, растворяясь в металлическом расплаве, оказывает отрицательное влияние на служебные свойства стали и т.д.

Все периоды плавки, в особенности период плавления, характеризуются огромным количеством пыли – от 7,5 до 20 кг/т металлозавалки. При отводе и очистке печных газов нужно решить несколько задач. Прежде всего необходимо устранить чрезмерный подсос газа в рабочее пространство печи и направить поток выделяющихся газов наиболее рациональным путем. В настоящее время практически все электродуговые печи, в том числе и старой конструкции, оборудованы системой дымоотсоса через шиберное отверстие в своде печи (см. СДОС предыдущая лекция).

Рис. 3.3. свод ЭД печи

Необходимо отметить, что раньше допускался отвод газов через приоткрытое рабочее окно. Однако здесь мы имели огромную опасность с точки зрения содержания окиси углерода в отходящих газах.

После отвода газов из рабочего пространства печи необходимо обеспечит дожигание горючих составляющих газов, затем охладить газы, после чего выполнить тщательную очистку газов от пыли, доведя ее концентрацию до установленных норм.

Подавляющее число дуговых печей, особенно малых, расположены в крупных городах, поэтому требования к газоочистке очень серьезные. Значительное число компонентов газовой фазы просто не допустимы.

ПДК некоторых вредных веществ в воздухе рабочей зоны печи, мг/м³

NO2
HF	0,5
Соединения Mn	0,3
Cr2O3	0,01
диоксины	10^-^9

В целом газоочистные устройства дуговых печей являются очень сложными и дорогими, стоимость капитальных затрат на эти устройства составляют 15-20% стоимости всей установки.

Существуют три основных способа отвода газов от печи:

1). Усиленная аэрация цеха в месте установки печи за счет установки вентиляторов над печью.

2). Отсасывающие зонты и колпаки (СДОС), установленные выше электродов и механически несвязанные с печью.

При этих двух способах происходит сильное разбавление печных газов окружающим воздухом, охлаждение газов и понижение в них концентрации пыли. НО в 6-10 раз возрастает количество газов и загрязняется атмосфера цеха.

3). Отсасывающее устройство, закрепленное на печи и перемещаемое с ней при выполнении отдельных операций. Характерный пример гофрированные патрубки.

Максимальная загрязненность газовой фазы наблюдается в период плавления и составляет до 110 г/м³. В 100 т печах в час выделяется порядка 3500 м³ продуктов сгорания.

Современные системы дымогазоотсоса должны пропускать порядка 340 000 – 850 000 м³/час, такую производительность необходимо обеспечить на входе в дымовую трубу, то есть исходный газ разбавляется довольно таки значительным количеством воздуха (это позволяет понизить температуру дыма).

Необходимо отметить, что чем больше прокачивается воздуха через пространство дуговой печи (плохая герметизация), тем выше содержание FeO шлаке и меньше сульфидная емкость шлака (хуже развиты процессы десульфурации). Угар электродов также растет с увеличением количества прокачиваемого воздуха.

Газоочистка ЭДП включает в себя высоконапорные скрубберы (грубая очистка), электростатические и тканевые фильтры (тонкая очистка).

В зоне электрических дуг температура достигает более 10 000 °С. При таких условиях происходит ионизация газовых молекул или их возбуждение, что в значительной степени облегчает их диссоциацию и поступление в объем металла. Энергия диссоциации той или иной газовой молекулы зависит от ее энергетического состояния (нейтральная, возбужденная, положительно или отрицательно заряженная): Г₂, Г₂^*, Г₂⁺, Г₂^-

Так, энергия диссоциации для трех типов молекул водорода следующая, кДж/моль:

H2	H^+	H^-
		14.7

Так как растворение газов в металле определяется законом Сивертса, который предполагает диссоциацию газовой молекулы, то в условиях ЭДП это заметно.

H_2(г) → 2 [H]

K_H = [H]²/pH₂

[H] = K_H√ pH₂

Поэтому содержание газов (водорода и азота) в электростали на 20% больше, чем в КК или мартеновской стали. В этой связи одной из стадий внепечной обработки электростали должно быть вакуумирование металла, желательно порционное или циркуляционное.

Шлаковая фаза

Дата добавления: 2014-01-11