РЕФЕРАТ
По дисциплине«Физика»
Использованиепромышленных газов на металлургическом комбинате
ПЛАНОбщаяхарактеристика производства чугуна и сталиФизико-химическиесвойства получаемых и используемых газовНекоторые физическиеявления при использовании промышленных газов и пара на Челябинскомметаллургическом комбинатеПонимание физическихпроцессов – необходимость нашего времениСписок используемойлитературы
Общаяхарактеристика производства чугуна и стали
Железо имеет огромноезначение с давних времен. Еще до нашей эры его получали в пластичном состояниив горнах. Шлак отделяли, выдавливая его из губчатого железа ударами молота.
По мере развития техникипроизводства железа постепенно повышалась температура, при которой велсяпроцесс. Металл и шлак стали плавиться – стало возможным разделять их гораздополнее. Но одновременно в металле повышалось содержание углерода и другихпримесей – металл становился хрупким и нековким. Так появился чугун. Позднееего научились перерабатывать: зародился двухступенчатый способ производстважелеза из руды.
На ЧелябинскомМеталлургическом комбинате современная схема получения стали состоит издоменного процесса, в ходе которого из руды получается чугун (в доменных печах,выложенных из огнеупорных кирпичей, высотой около 30 метров, при внутреннемдиаметре 12 метров), и сталеплавильного передела (конвертора и электрическойпечи, где приводится к уменьшению в металле количества углерода и другихпримесей).
В металлургическомпроизводстве комбината широко применяются горючие и инертные газы, используетсяпар. Современный высокий уровень их использования основан на теоретическихисследованиях и открытиях в физике, химии и других науках. Физико-химическиесвойства получаемых и используемых газовДоменный газ
Является побочнымпродуктом в доменных печах при выплавке чугуна. Представляет собой механическуюсмесь окиси углерода, азота, метана, водорода.
Физические свойства:теплотворная способность 800-900 ккал/м3. Удельный вес 1,33 кг/м3то есть, немного тяжелее воздуха, удельный вес которого 1,29 кг/м3.Максимальная температура горения 1500 оС. Горит синеватымпламенем. Взрывоопасен. В смеси с воздухом, нижний предел взрываемости пообъему 37% (остальное воздух), верхний предел взрываемости 64% газа (остальноевоздух). Температура воспламенения 650 оС.
Очень ядовит из-заналичия в газе угарного газе (окиси или оксида углерода). Не имеет запаха,цвета, вкуса, из-за чего сильно опасен.
Доменный газ используетсядля обогрева воздухонагревателей доменного цеха, а также в ХПЦ-3, паросиловомцехе, на коксохимпроизводствах. В смеси с коксовым газом подается на печипрокатных цехов и термического производства. Остатки сжигаются на котлах ТЭЦ.Коксовый газ
Является побочнымпродуктом при спекании (без доступа воздуха – сухие перегонки) каменного угля вкоксовых печах.
Физические свойства:теплотворная способность 3600-3700 ккал/м3. Удельный вес 0,45-0,46кг/м3 (в три раза легче воздуха). Максимальная температура горения2060 оС. Горит красноватым пламенем. В смеси с воздухом взрывоопасен.Нижний предел взрываемости по объему 6% (остальное воздух), верхний пределвзрываемости – 32% газ (остальное воздух). Температура воспламенения 550 оС.Для сжигания 1 м3 газа требуется примерно 5 м3 воздуха.
Без цвета, вкуса, имеетрезкий запах нафталина, тухлых яиц за счет содержания сероводорода.
На организм человекадействует отравляюще вследствие того, что в его составе содержатся: окисьуглерода, аммиак, цианистые соединения и сероводород.
Коксовый газ используетсядля обогрева коксовых батарей, двух пекококсовых батарей, печейсмолоперегонного цеха. Наибольшее количество коксового газа в смеси с доменнымподается на печи прокатного и термического производства. Избытки сжигаются накотлах ТЭЦ.Смешанный газ
На ЧМК в качествегазообразного топлива применяется смесь газов:
- доменного икоксового;
- доменного иприродного;
- доменного,коксового и природного.
Используя явлениедиффузии в газах, когда происходит выравнивание концентрации молекул вещества,обусловленное хаотическим движением молекул, широко применяют смешивание газов.Его производят с целью достижения определенной теплотворной способности газа,применяемого на различных газопотребляющих агрегатах.
Смешивание происходит нагазоповысительных станциях газового цеха (см. схемы). При сжигании газа (ΔV отрицательно) положительную работувыполняют внешние силы. За счет работы внешних сил внутренняя энергия газавозрастает. При расширении газа (Δ V положительно) работа газа положительная, а его энергияуменьшается на величину произведенной работы.
Физические свойствасмешенного газа: теплотворная способность 2400 ккал/м3,удельный вес 0,9 кг/м3, в полтора раза легче воздуха. Температурагорения 1800 оС. Температура воспламенения 600 оС.Взрывоопасен в смеси с воздухом: нижний предел 20% газа (остальное воздух),верхний предел 65% газа (остальное воздух).
При сжигании смешенногогаза на газопотребляющих агрегатах цехов используется конвекция – теплообмен,который происходит при перемешивании неравномерно нагретых слоев газа поддействием силы тяжести.Природный газ
Физические свойства:теплотворная способность 8050 ккал/м3, удельный вес 0,73 кг/м3(почти в два раза легче воздуха). В смеси с воздухом взрывается в пределах от5% до 15% газа в воздухе. Температура воспламенения 550 оС,температура горения 2020 оС.
На комбинат поступает сУренгойского месторождения через газорегуляторные станции (ГРС) по подземныммагистральным газопроводам внешнего общего газоснабжения «Трансгаз». В южнойчасти комбината расположен газомерный узел общего назначения, от которогоприродный газ поступает в общезаводскую магистральную закольцованную системугазопроводов, а затем через автономные ГРП к потребителям газа. Некоторыефизические явления при использовании промышленных газов и пара на Челябинскомметаллургическом комбинате
На ЧМК длятранспортировки используемых в работе горючих газов проложен системагазопроводов. Надземные газопроводы промышленных газов изготовлены из стали,обладающей технологической свертываемостью, с отношением предела текучести кпределу прочности не более 0,75.
Опорные конструкциигазопроводов подразделяются:
- неподвижные(жесткие), не допускающие никаких перемещений;
- подвижные,допускающие перемещение газопроводов в направлении их продольной оси;
- маятниковые, допускающиеперемещение газопроводов в двух и более горизонтальных направлениях.
Для снятия возникающихтемпературных деформаций газопроводов, учитывая расширение тел при нагревании исжатие при охлаждении, то есть линейное расширение (линейное сжатие), установленыкомпенсаторы. Они могут быть линзовые, дисковые, сальниковые и П-образные.Каждая волна линзовых и дисковых компенсаторов, устанавливаемых нагоризонтальных участках газопроводов, оснащена двумя штуцерами,предназначенными для заливки антраценового масла.
Для непрерывного удалениявлаги (конденсата) из газопроводов через определенные расстояния установленыконденсатоотводчики. Минимальная высота баков в них на 500 мм больше расчетногодавления газа, но не менее 2000 мм. В этих баках постепенно накапливается вода.Именно она создает своеобразный «водяной затвор», не выпускающий газ наружу.
Для вытеснения остатковгаза из газопроводов при остановках и вытеснения воздуха при пусках в работуустановлены продувочные свечи-трубы высотой около пяти метров.
Кроме того нагазопроводах установлены задвижки, заглушки, вентили, краны, регулировочныедроссельные органы, быстродействующие отсечные клапаны, газосбросныеустройства, измерительные диафрагмы и многие другие механизмы, жизнь которым, всодружестве с другими науками, дал предмет «Физика».
Так, линейное расширение(сжатие) металлов широко используется в контрольно-измерительных приборах иразличных автоматических устройствах по измерению давления, температуры газа. Вних используется биметаллическая пластинка. Она состоит из двух разнородныхметаллических полос, склепанных друг с другом. При нагревании одна полосаизменяется больше другой и вся пластинка изгибается – в результате замыкаются иразмыкаются электрические цепи.
Используются приборы,состоящие из двух разнородных металлов со спаянными концами. Здесь создаетсяэлектрическая энергия за счет внутренней энергии другого тела, поддерживающегоразность температур спаев. Этот прибор – термопара. На ней часто делают одинспай, спаивая отрезки проволоки (или пластинки) из двух разнородных металлов, ак свободным концам присоединяют внешнюю цепь и измерительные приборы. Рольвторого (холостого) спая выполняют контакты с проводами внешней цепи.
Для измерениякалорийности газа применяют приборы-калориметры, работа которых основана навычислении количества теплоты при теплообмене.
Наружные газопроводызаземляются через 250 м. Причем сопротивление заземлителя растеканию тока неболее 10 Ом. В местах фланцевых соединений установлены токопроводящиеперемычки.Использованиеперегретого пара
Поскольку на превращениеводы в пар затрачивается много энергии, водяной пар при охлаждении иконденсации может выполнять большую работу и выделять много тепла. Энергиюводяного пара широко используют на комбината для работы паровых турбин,установленных на ТЭЦ предприятия. Полученный в котлах водяной пар с помощьюспециальных устройств нагревают до высоких температур, а затем полученныйнагретый пар направляют в паровые турбины. Давление пара достигает 300 атм.,при этом КПД турбин превышает 45%. Отработанный пар по специальным паропроводамподается в доменные печи, конвертов, кислородно-компрессорное производство. Паршироко используется в газовом хозяйстве: для удаления нафталиновых отложений,ледяных пробок (пережимов), обогрева дренажных линий, конденсатоотводчиков иподогрева баков, обогрева регулировочных дросселей и импульсных линий приборов,а при необходимости, для тушения горящего газа. Пониманиефизических процессов – необходимость нашего времени
Известно, что развитиенауки и техники определяется экономическими потребностями общества. Техническийуровень производства в значительной степени зависит от состояния науки. Историяразвития физики и техники, вся наша жизнь, показывает, какое большое значениеимели открытия в физике для создания и развития новых отраслей техники. Физикаявилась научным фундаментом, на котором выросли такие новые области техники,как электро- и радиотехника, электронная и вычислительная техника, космическаятехника и приборостроение, ядерная энергетика и лазерная техника и т. д.
В свою очередь, техникаоказывает большое влияние на прогресс самой физики.
Понимая все это, мы можемутверждать, что пути развития любой отрасли современного производства весьматесно переплетаются с физикой. Поэтому любой человек должен владеть физикой втакой степени, чтобы быть в состоянии применять достижения физической науки всвоей производственной деятельности и в своей повседневной жизни.
Список используемой литературы
1. «Межотраслевые правила поиспользованию промышленных газов на ЧМК»
2. «Металлургия» А.П. Гулеев, 1966 г.
3. «Необычные свойства обычных металлов»В.А. Займоловский, Т.Л. Колупаева, 1984 г.
4. «Технология металлов и другихконструкционных материалов» В.Т. Жодон, Б.Г. Гринберг, В.Я. Никонов. Изданиевторое.