Исследование тепловой работы печи нагрева СПЦ-1

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Старооскольский технологический институт им. А.А.Угарова

(филиал) федерального государственного автономного

образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный  исследовательский  университет  «МИСиС»

 

 

Факультет ММТ Кафедра металлургии  и металловедения  им. С.П.Угаровой ДисциплинаКНИР   Направление подготовки   150400.62 – Металлургия

 

 

 

КУРСОВАЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА 

 

Исследование тепловой работы печи нагрева СПЦ-1

(тема)

 

Студент                          

(подпись, Ф.И.О.)

Группа                            М (ОМД)

Руководитель работы

д.т.н., профессор

                                                                                     (подпись, ученая степень, звание, Ф.И.О.)

Отчет защищен с оценкой

Комиссия:

 

 

(подпись, ученая степень, звание, Ф.И.О.)

 

 

«____»  __________________ 20____г.

 

 

 

 

 

 

 

Старый Оскол – 2015

 

 

Содержание

 

1. Технологические особенности  ОЭМК………………………………………..3

2. Технологические  основы производства проката……………………………..4

3. Устройство цеха и конструкция печей…………………………...………….10

4. Участок нагревательных печей………………………………………………16

5.  Технология нагрева непрерывнолитых заготовок  перед

 прокаткой  в СПЦ – 1…………………………………………………………...18

6.  Пуск и разогрев печи………………………………………………………...32

7. Техника безопасности………………………………………………………..35

8.  Ремонт печей…………………………………………………………………36

Список литературы………………………………………………………….…..38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Технологические особенности  ОЭМК

Принципиально новая технология производства металла, основанная на прямом получении железа из руды, позволяет исключить из состава комбината такие сильные источники загрязнения атмосферы, как аглофабрика, коксохимическое производство, доменный цех. Отсутствуют выбросы в атмосферу серы, фенолов, цианидов и других вредных веществ. Исключение из процесса высоконагретых продуктов при восстановлении окисленных окатышей улучшает условия труда рабочих.

Применение металлизованных окатышей в качестве основного шихтового материала для производства стали, что позволяет получить металл нового уровня качества, особо чистого по содержанию вредных примесей и примесей цветных металлов (в два-три раза ниже, чем в металле, выплавленном традиционными методами). Это особенно важно в связи с происходящим загрязнением металлолома.

Среднее содержание остаточных элементов в стали из металлизованных окатышей составляет в процентах: серы – 0,006; фосфора – 0,008; никеля – 0,05; меди – 0,06; вольфрама – 0,12; молибдена – 0,01; ванадия – 0,003.

Впервые регламентировано содержание остаточных цветных металлов в процентах: свинца – менее 0,003; цинка – менее 0,004; сурьмы – менее 0,003; олова – менее 0,005; висмута – менее 0,001.

Выплавка высококачественной стали из металлизованных окатышей в сверхмощных электродуговых печах с непрерывной разливкой металла в сортовые заготовки. Для снижения вредных воздействий на окружающую среду электропечь заключена в шумоизолирующий кожух. Материалы по программе подаются в печь или ковш; окатыши и известь в процессе плавки загружаются непрерывно через отверстие в своде печи.

Применение гидротранспорта для поставки железорудного концентрата (пульпы). Исключены железнодорожный транспорт, парк вагонов, операции погрузки и разгрузки, потери материалов, обслуживающий персонал, ручной труд. Процесс бесшумен, легко поддается контролю, регулированию и автоматизации. Транспорт не зависит от погоды.

Использование для межцеховых и внутрицеховых перевозок не железнодорожного транспорта, а конвейерных систем и специального автотранспорта. Это позволило более компактно расположить цехи, повысить гибкость управления их работой.

Использование при обслуживании концентрата блочной системы фильтрации, при которой каждый фильтр обслуживает отдельный вакуумный насос, что повышает качество фильтрации и стабильность работы оборудования при повышении энерговооруженности процесса. Эксплуатация элегазовых подстанций на 330/110 и 110/10 кВ повышает надежность работы оборудования и сокращает площади для подстанций.

Использование современного оборудования, сырья нового качества и прогрессивных технологических приемов производства и контроля качества (металлизованные окатыши, внепечная обработка жидкого металла, защита от вторичного окисления металла на машинах непрерывного литья заготовок, автоматическое поддержание уровня металла в кристаллизаторах, использование шиберных затворов на промышленных ковшах, водо-воздушное вторичное охлаждение заготовок, регламентированное охлаждение литой заготовки, термообработка, обточка и УЗК) позволяют гарантированно получать металлопродукцию заданного высокого качества.

 

2. Технологические основы  производства проката

 

Для производства агломерата, окатышей и чугуна используется железная руда. В карьерах Стойленского и Лебединского ГОК добывают руду, содержащую 17-54 % железа. Затем ее обогащают, используя магнитные и другие свойства оксидов железа. На ЛГОК добывается руда, в которой содержится в среднем 34 % железа, и из нее магнитным методом получают концентрат, содержание железа в котором составляет 68,5 % [3].

При транспортировке пульпы 27 км. По трубопроводу от ЛГОК до ОЭМК необходимо соблюдать определенный режим подачи, т.е. скорость подачи водородной жидкости, размер частиц в смеси, содержание кислорода в ней, учитывать износостойкость стенок труб и т.д. Давление для продвижения пульпы создают специальными насосами. Их цилиндры и поршни подвергались бы сильному износу без необходимой защиты, осуществляемой двумя путями: использованием диафрагм для разделения пульпы и рабочей жидкости насоса (масла) и разделением пульпы и масла вследствие разности их плотностей и несмешиваемости. Пульпу необходимо подавать по трубопроводу со скоростью l,3 м/с, чтобы материал витал и не осаждался, т.е. находился бы в псевдоожиженном состоянии.

В цехе окомкования пульпу сгущают и флюсуют. Флотация - процесс всплытия твердых частиц концентрата (Fe2О3, Fe3О4, и др.) с пузырьками воздуха (или другого газа). При продувке жидкости воздухом частицы концентрата всплывают на поверхность и затем удаляются скребками.

Для того, чтобы ускорить процесс осаждения частиц в сгустителях, пульпу намагничивают, при этом образуются флокулы, интенсивнее идет сгущение пульпы. Затем пульпу размагничивают, пропуская ее через переменное магнитное поле [3].

Для производства 1 т чугуна требуется 1,5 т. товарной руды и 0,5 т. кокса, или 0,75 т. коксующихся углей. Поскольку коксующиеся угли находятся в Донбассе, Кузбассе, в Воркутинском, Карагандинском месторождениях и в Якутии, то для использования типовой технологической схемы металлургического производства в Старом Осколе потребовались бы огромные затраты на перевозку угля железнодорожным транспортом. Взамен угля на ОЭМК используют природный газ Ставропольского и других месторождений, что более экономично еще и потому, что рядом находятся железные руды КМА. Это и предопределило целесообразность производства металла из руды там, где ее добывают, при поставке топлива (природного газа) по газопроводам, а электроэнергии - от Нововоронежской АЭС. В технологической схеме ОЭМК предусмотрена подача железорудного сырья из фабрики дообогащения ЛГОК по трубопроводу; пульпа-мелкая механическая смесь железорудного концентрата с водой под давлением до 3 МПа движется по трубам со скоростью >1 м/с.

Выбор сырья для прямого получения губчатого железа (взамен чугуна) в схеме ОЭМК (см. рисунок 1) имеет ряд специфических особенностей. С кислородом железо образует гематит Fe2O3, магнетит Fe3O4 и вюстит FeO. Гематит в чистом виде содержит 70 % железа и 30 % кислорода, имеет удельную массу 4,9 - 5,3 т/м3. Для получения губчатого железа необходимо использовать более богатое железорудное сырье с низким содержанием кремния и вредных примесей (серы, фосфора и др.)

Железорудный концентрат, поступающий с ЛГОК на ОЭМК по пульпопроводу, содержит 70,1 % Feобщ и состоит из 65,52 % Fe3O4; 4,58 % Fe2O3; 27,03 % кислорода и 2,87 % пустой породы (SiО2). Для процессов прямого получения железа тонкоизмельченный концентрат при поступлении в цех окомкования (ЦО) окомковывается в 10-25-мм окатыши и подвергается затем окислительному обжигу в обжиговых печах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛГОК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шлак потребителям

 

 

 

Известь

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1. Схема технологических взаимосвязей между основными цехами ОЭМК

 

В качестве основного топлива на ОЭМК применяют природный газ, представляющий смесь углеводородов метанового ряда с примесью оксида углерода и водорода (горючие компоненты), а также азота, сероводорода, кислорода и инертных газов. Оксиды азота и углерода (СО) ухудшают теплотехнические характеристики природного газа, так как снижают теплоту сгорания из-за уменьшения горючей массы. Высшая (Qв) и низшая (Qн) теплоты сгорания связаны соотношением [3]:

                                    ,          (1.1)

где Н - содержание водорода в газе,

W – содержание влаги.

Возможность получения высокой температуры горения характеризуется наряду с теплотой сгорания жаропроизводительностью топлива, 0С:

                                                                    (1.2)

где [ ], низшая теплота сгорания, кДж/м3,

 - объем  продуктов полного сгорания топлива без избытка воздуха ( );

- средняя  объемная теплоемкость дыма в  интервале температур от 0 до tmax, кДж/(м3 0С).

Горение природного газа - физико-химический процесс окисления в нем 98-99 % метана:

                                                   (1.3)

При нагревании метана без доступа воздуха происходит его крекинг (термическое разложение) с выделением сажи (углерода):

                                            (1.4)

Необходимое количество сухого воздуха для сжигания газа:

    (1.5)

В процессах прямого получения железа используют руды и окатыши с высоким (> 66 %) содержанием железа. При выплавке стали в электропечах основность шлака поддерживают в пределах 1,5-2,0, вводя для офлюсования пустой породы ( ) известь ( ). В окатышах ОЭМК содержание до 3% SiО2 является достаточно высоким, и при выплавке стали в дуговых печах требуются определенные расходы электроэнергии и извести.

Фосфор, как и кремнезем, при металлизации не удаляется, поэтому желательно его минимальное содержание в железорудных материалах; в окатышах ОЭМК содержимся 0,01% Р. Из железорудных материалов при восстановлении удаляется 40-30% S в виде соединений H2S и COS, что в некоторых случаях, когда для конверсии используется колошниковый газ, может привести к отравлению катализатором. В этом случае технологический газ для очистки от серы перед подачей в реформер приходится пропускать через губчатое железо, используя его как охлаждающий газ. Все эти условия должны обеспечиваться после подачи железорудного сырья в виде пульпы в цех окомкования.

Из цеха окомкования окатыши поступают в цех металлизации, где и повышают степень содержания железа в окатышах. После цеха металлизации окатыши поступают в ЭСПЦ, как основное сырье для плавки. В ЭСПЦ сталь плавиться в ДСП-150 (Дуговая Сталеплавильная Печь), которая по завершению поступает на МНЛЗ (Машина Непрерывного литья заготовок). Разливка ведется в 4 ручья. В сортопрокатный цех литые заготовки поступают с МНЛЗ по плавкам. После взвешивания все заготовки поступают через один из рольгангов к загрузочно-погрузочным устройствам или непосредственно к печам нагрева и гомогенизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Устройство цеха и конструкция печей

 

Сортопрокатный цех ОЭМК производит сортовой прокат сечением круг диаметром 80-180мм, и квадрат 70х70\110х110мм. Из легированных сталей в количестве 1.240.000 т/год.

В составе цеха 9 крупных участков: 

  участок 1- склад для непрерывно-литых заготовок;

  Склад  литой заготовки (СЛЗ) предназначен: для приемки непрерывно-литой  стали заготовки из ЭСПЦ-2, складирования  и накопления ее в монтажные  партии прокатки, посадки в печи  нагрева в СПЦ-1, а также для  отгрузки товарной литой заготовки  потребителям.

  СЛЗ  размещается в трех пролетном  корпусе между СПЦ-1 и ЭСПЦ-2. Ширина  каждого пролета 33 метра, длина 144 метра. Пролеты расположены перпендикулярно транспортным рольгангам ЭСПЦ-2. Для перемещения литой заготовки на СЛЗ установлены две транспортные линии. Каждая состоит из рольганга, являющегося продолжением рольганга ЭСПЦ-2 и трех погрузочно-разгрузочных решеток (шлепперов). Рольганги ЭСПЦ – 2 – оснащены весами, позволяющими взвешивать передаваемый металл массой до 10 т. с точностью ±10 кг.

  Для  складирования и подачи заготовок  используют шесть электромагнитных  кранов грузоподъемностью 32,5 т. Для  передачи заготовок между пролетами  используется передаточная тележка  грузоподъемностью 160 т. Для возврата  бракованных заготовок с печей  нагрева используется отдельный  рольганг с приемо–погрузочной решеткой. Это оборудование может использоваться для посада металла в печь гомогенизации при использовании ее в режиме нагрева.

  Общая  вместимость СЛЗ до 35000 т.

  Для  отгрузки товарных литых заготовок  на сторону в двух пролетах  расположены железнодорожные пути, длина которых позволяет размещать  по два железнодорожных вагона.

    участок 2- печи нагрева и гомогенизации;

  В  цехе используются печи нагрева  и гомогенизации. В некоторых  случаях печь гомогенизации может  использоваться как нагревательная.

  Нагрев  заготовок осуществляется с использованием  автоматизированной системы «Микро - зет» по установкам рассчитанным  ЭВМ управления печами PR-0.

  Для  обеспечения качественного нагрева  пространство печи по управлению  тепловым режимом, видам и мощности  горелок разделено на три участка  зон: подогрева (методическая), нагрева (сварочная), и выравнивания (томильная). Каждый обозначенный участок  печи имеет верхнюю и нижнюю  зоны. Нижний нагрев всех участков  рабочего пространства осуществляется  длинофакельными, а верхний – сводными плоскофакельными горелками. Для каждой марки выплавляемой стали, используют свои графики нагрева металла.

  Оборудование  участка: рольганг перед печами  нагрева; рольганг за печами нагрева; передаточный шлеппер перед печью гомогенизации; рольганг перед и за печью гомогенизации; механизм загрузки печи.

  участок 3- Дуо-реверсивная клеть;

  Все  операции на стане «1000» включая  кантовку, осуществляются автоматическом  режиме за исключением кантовки  грейферным кантователем.

  После  получения сообщений о готовности  стана оператор ПУ – В8 объявляет  о запуске механизмов стана  и выдает разрешение на выдачу  металла из печи нагрева. В  прокатку допускаются только  заготовки без внешних дефектов (трещин, рванин, скворечников и т.д.). В процессе прокатки, при необходимости, раскат правится с помощью  линеек манипулятора.

 При  прокатке заготовка точно устанавливается  по оси калибра и поддерживается  линейками манипулятора во все  время прокатки в данном калибре.

  участок 4- непрерывный прокатный стан:

  На  непрерывно – заготовительном (НЗС) стане прокатываются заготовки  сечением 230х230 мм и 190х190 мм, развесом 5 – 10 т. Все дефекты сечения заготовки  должны быть вырезаны. Дефектные  раскаты перед группой НЗС  возвращаются на ножницы 800 т, где  режутся в обрезь или снимаются краном. Оборудование и последовательности прокатки на НЗС приведены ниже.

  участок 5 - печи отжига и холодильники:

  Термической  обработке подвергается сортовой  прокат и трубная заготовка  углеродистых, легированных и других  марок стали. В состав участка  входят:

1. холодильник перед печами отжига;
2. передаточный шлеппер перед печами отжига;
3. подводящий рольганг печей отжига;
4. три печи отжига;
5. отводящий рольганг;
6. рольганг, предназначенный для транспортировки проката, не подвергающегося термообработке, от передаточных шлеперов за пилами горячей резки к холодильникам за печами отжига;
7. четыре холодильника за печами отжига;
8. отводящий рольганг холодильников за печами отжига;
9. весы рольганг.

Расположение технологического оборудования обеспечивает

непрерывное одновременное движение металла, подвергаемого термообработке и охлаждению на холодильниках.

  участок 6 - промежуточный склад;

  Приемку  металла со стеллажей, из отделений  зачистки и обдирки осуществляют  бригады отгрузки, стропальщики  и сортировщики, сдатчики склада  готовой продукции. Поступающий  из отделения отделки и стеллажей  металл убирается мостовыми кранами с клещевыми затворами. Также с помощью мостовых кранов формируют штабели. Металл маркируют.

  участок 7- зачистка;

  участок 8 - обдирка;

  участок 9- склад готовой продукции.

В цех поступают литые заготовки с МНЛЗ сталеплавильного цеха по плавкам, весом 5-10 т.(каждая), сечением 300х360мм, длиной 6-12 м, уложенные на их широкой стороне на одном из двух работающих параллельно рольгангах со скоростью 1,7 м/с.

Все заготовки, поступающие из ЭСПЦ, останавливаются и автоматически взвешиваются на весах, находящиеся на конце рольгангов.

После взвешивания все заготовки одной плавки без смешивания с заготовками другой плавки, поступают через один из рольгангов к загрузочно-погрузочным устройствам или непосредственно к печам нагрева.

На участке нагревательных печей заготовки поплавочно сталкиваются на загрузочные столы перед печами, а с этих столов шагающими балками в печи. Заготовки одной плавки распределяются поровну на две печи, что обеспечивает готовность их к прокатке в той же последовательности, как и при загрузке в печи. Заготовки длиной 7-12м подаются в печь в один ряд, заготовки длиной 5-бм загружаются в два ряда.

Выдача нагретых заготовок из печей на отводящий рольганг осуществляется по отдельности с помощью механизмов выдачи.

Печи нагрева обеспечивают нагрев заготовок до 1250С на поверхности с отклонением в 20С по длине заготовки средняя производительность каждой печи 150 т/час. В печи гомогенизации обрабатываются только шарикоподшипниковые стали, печь работает в камерном режиме.

Заготовки из печи нагрева в печь гомогенизации подаются с температурой 1200С. Выдержка времени (время выдержки и время разгрузки) составляет 8 часов. Загрузка и выгрузка происходит одновременно в одном такте.

Отожженные заготовки разгружаются из печи гомогенизации с температурой 1200С. Печь гомогенизации можно эксплуатировать дополнительно, как нагревательную печь и при этом она работает в непрерывном режиме.

Нагретые и выданные из печи блюмы всех марок сталей, кроме подшипниковых, отводящим рольгангом подаются к установке гидросбива для удаления с их поверхности окалины водой высокого давления. Очищенный от окалины блюм рольгангом подается на рабочий рольганг реверсивной клети (Дуо) и в соответствии с программой прокатки устанавливается линейками манипулятора перед соответствующим калибром волков, кантуется на 90 и рабочими рольгангами задается в валки.

Прокатка блюмов в раскаты сечением 230х230мм выполняется за 5,а сечением 190х190мм - за 7 проходов. Привод волков допускает возможность прокатки некоторых сталей с низким содержанием углерода в раскаты 190х190 мм за 5 проходов из заготовки весом 5 т.

Все операции, в реверсивной клети включая кантовку металла, осуществляется автоматически за исключением кантовки грейферным кантователем. Оператор имеет возможность в любой момент с поста управления включиться в работу реверсивной клети.

Все раскаты подвергаются обрезке концов и при необходимости делятся на части, на стационарных ножницах горячей резки (усилием 800т).

После ножниц горячей резки раскаты транспортируются к первой группе непрерывно заготовочного стана.

Непрерывно-заготовочный стан (НЗС) состоит из 8 прокатных клетей которые расположены в двух расположенных со смещением группах с четырьмя вертикальными и четырьмя горизонтальными клетями попеременно.

Прокатные клети: V1;Н2;VЗ;Н4 - образуют группы клетей 1. Прокатные клети: V5;Нб;V7;Н8 - группу клетей 2.

Прокат можно подавать из группы клетей 1 и из группы клетей 2 непосредственно в линии пил.

Связь между группами клетей 1 и 2 осуществляется при помощи системы поперечных шлепперов.

Прокатка на стане производится в основном по непрерывному режиму.

За линиями пил горячей резки расположены подъемно - шагающие решетки, они предусмотрены для накопления проката перед дальнейшей транспортировкой передаточными шлепперами на холодильник перед печами отжига, а если материал не подвергается отжигу - по рольгангу к холодильникам за печами отжига.

Материал перед загрузкой в печь отжига охлаждается до температуры 600С на холодильнике перед печами отжига. А из печей отжига прокат поступает на холодильники, когда материал остынет до 80С, его транспортируют на промежуточный склад.

Агрегат зачистки предназначен для снятия фасок с обеих сторон, правки, очистки от окалины, контроля поверхностных дефектов, зачистки дефектов, контроля внутренних дефектов, порезки на мерные длины согласно программы резки, взвешивание и от сортировки заготовок по критериям «годно», «годно с долью брака», «брак» и транспортировки пакетов на склад готовой продукции.

На участке зачистки прокат проходит через дробеметную, правильную установки, шлифовальные станки установку контроля внутренних дефектов, пилы холодной резки, клеймителей, весы- рольганг, установку формирования и обвязки пакетов.

Назначение агрегата обдирки аналогично агрегату зачистки, только на участки обдирки прокат проходит через правильные машины и обдирочные станки «Кизерлинг», пилы холодной резки, контрольные установки для поверхностных и внутренних дефектов, клеймителей, весы - рольганг, установки формирования и обвязки пакетов.

Пакеты с линии обдирки транспортируются на склад готовой продукции. Готовая продукция грузится в железнодорожные вагоны клещевыми кранами и отправляется заказчику.

 

 4. Участок нагревательных печей

 

 Нагрев  заготовок осуществляется с использованием  автоматизированной системы «микро-зет»  по установкам, рассчитываемым ЭВМ  управления печами PR-0.

 Управление  печами осуществляется в автоматическом  или полуавтоматическом режиме (в  любом случае через систему  «микро-зет»).

 В  зависимости от марочного состава  нагреваемых заготовок с поста  управления К-1 выбирается режим  нагрева металла по температуре, скорости нагрева и общей длительности  нагрева.

Для обеспечения качественного нагрева пространство печи по управлению тепловым режимом, видам и мощности горелок разделено на три участка зон:

1. подогрева (методическая);
2. нагрева (сварочная);
3. выравнивания (томильная).

 Каждый  обозначенный участок печи имеет  верхнюю и нижнюю зоны.

Нижний нагрев всех участков рабочего пространства осуществляется длинофакельными, а верхний – сводовыми плоскопламенными горелками.

 Минимальная  продолжительность нагрева заготовок  из шарикоподшипниковых сталей  ШХ15 и ШХ15СГ-5,5 час., в том числе : в зонах (3-4-5-6)-2,0-2,5 часа; в зонах (3-4) не менее 1,0 часа.

 Для всех групп нагрева  температура загружаемого в печь  металла должна быть не ниже +5 оС.

 Нагрев заготовок стали 20 К производить по следующему режиму:

• температура I-II зон -не более 1100 оС;
• температура III-IV зон - 1500-1180 оС;
• температура V-VI зон -1140-1150 оС.

Продолжительность нагрева не менее 3,5 часов. 

При нарушении режимов нагрева возможны следующие виды дефектов:

1. неравномерность нагрева (темные пятна);
2. перегрев;
3. пережог;
4. обезуглероживание;
5. трещины (скворечники).

 При остановках стана продолжительностью  более 1 часа температура в 3-4 зонах  снижается до 1180-1200 оС .При остановке стана продолжительностью более 2-х часов температура в 3-4-5-6 зонах снижается до 1100 оС .Подъем температуры до технологической осуществляется за 20-30 мин. до пуска стана. При простоях стана более 6 час. температура во всех зонах печи снижается до 900 оС.

 Нагрев подшипниковых марок  стали производить по сквозной ТИ. При увеличении темпа выдачи из одной печи нагрева более 20 заготовок в час температуру в 3-4 зонах поддерживать на верхнем пределе.

 Перед  плановой остановкой стана продолжительностью  более 8 часов запрещается садить заготовки плавок, назначаемых на экспорт.

 Заготовки  подшипниковой стали разрешается  садить, при этом температура в рабочем пространстве по зонам устанавливается 950-1000 оС, продолжительность не должна превышать 16 часов.

 

 

 

5. Технология нагрева непрерывнолитых заготовок