Проект современного сталеплавильного цеха с дуговыми печами

Министерство образования  и науки Российской федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Магнитогорский государственный технический университет  им. Г.И.Носова »

(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

Кафедра МОМЗ им. 50-летия МГМИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по дисциплине «Технологические линии комплекса металлургических цехов»

на тему: Проект современного сталеплавильного цеха с дуговыми печами

Исполнитель: Юров Денис студент 4 курса, гр. КМ-08

Руководитель: Савельева  Раиса Николаевна, к.т.н., доцент

Работа защищена «__» ______ 20__ г. с оценкой _____________

Магнитогорск  2011

Содержание

1. Введение………………………………………………………………….....4
2. Технология производства стали и оборудование………….……………..5
1. Устройство сталеплавильных цехов………………………….…....5
2. Технологический процесс………………………………………..…6
3. Организация основных работ и оборудования……………………8
3. Расчетно-конструкторская часть…………………………………..……...9
1. Технологическая схема производства стали в

дуговых электропечах………….……………………………..……..9

2. Выбор количества и емкости электропечей………………….…..12
3. Выбор оборудования и расчет его количества………………...…12
4. Доставка и заливка жидкого чугуна……………………………....14
5. Миксерное отделение……………………………………………...16
6. Доставка и загрузка сыпучих материалов и ферросплавов…......17
7. Выпуск металла и шлака…………………………………………..18
8. Проектирование линии разливки стали на МНЛЗ……………….19
4. Библиографический список………………………………………………22

 

Введение.

Электрометаллургия стали возникла в конце XIX века, в шестидесятых годах XX столетия получила наибольшее развитие в результате совершенствования способа выплавки стали в дуговых электропечах и в настоящее время стала одним из основных сталеплавильных процессов.

Доля мирового объёма производства стали в дуговых электропечах (ДСП) в 2009 году составила около 38 %. Прогнозы экспертов указывают на рост доли электростали в течение последующего десятилетия со скоростью 4 -5 %/год.

Совместно кислородно-конвертерный и  электросталеплавильный процессы практически  вытеснили мартеновский. Причём они, как бы, разделили металлошихту мартеновского процесса: жидкий чугун и небольшую часть лома перерабатывают в кислородных конвертерах, а остальной лом и небольшую часть жидкого чугуна в электропечах. Кроме того, современные электропечи подходят для переработки металлизованного сырья.

В настоящее время для производства электростали широко применяются трехфазные дуговые сталеплавильные печи, работающие на переменном токе. Такие агрегаты используются для расплавления шихты  и получения жидкого полупродукта, превращение которого в сталь  заданного химического состава  и качества осуществляется методами ковшовой металлургии.

Технология выплавки полупродукта в современных электродуговых печах  развивается в направлении интенсификации плавки. Основными способами интенсификации плавки являются применение топливо кислородных горелок, кислородных фурм, вдувание углеродсодержащего материала, применение в металлической шихте жидкого чугуна, работа с «болотом» на вспененном шлаке, продувка ванны инертным газом. Современные способы интенсификации плавки позволили сократить цикл плавки до 30 - 50 мин., а удельный расход электроэнергии до 300 - 400 кВтч/т.

В настоящее время, существуют ценные описания сталеплавильных процессов, однако, в описании не учитываются влияния современных способов интенсификации электроплавки на структуру материального и теплового балансов, отсутствует описание возможности применения металлизованного сырья, доля которого при выплавке электростали в мире по последним данным составляет около 14 %.

В результате коренной реконструкции  сталеплавильного производства ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») в электросталеплавильном цехе введены в эксплуатацию две дуговые сталеплавильные печи фирмы «VAI-FUCHS» вместимостью по 180 т.

1. Технология производства стали и оборудование.
1. Устройство электросталеплавильных цехов.

Электросталеплавильное  производство вначале предназначалось  для выплавки высококачественных легированных сталей. Сейчас в ЭСПЦ выплавляют и  рядовые углеродистые марки стали. ЭСПЦ оснащают в зависимости от сортамента и назначения выплавляемых в них  сталей электропечами разных типов. Более 90% всей производимой в мире электростали выплавляются в ДСП трехфазного  и постоянного тока.

Основное производственное отделение ЭСПЦ – главное здание, где размещены электропечи, агрегаты внепечной обработки, МНЛЗ, основное технологическое и транспортное оборудование.

В главном здании ЭСПЦ размещаются, как правило, два основных производственных отделения: отделение электропечей с участками внепечной обработки жидкой стали и отделение непрерывной разливки с участками обработки литой заготовки.

Один из вариантов электросталеплавильного  отделения представлен на рисунке 1 и состоит из следующих пролетов: печного , бункерного  , ковшевого    и раздаточного    . Отделение не имеет шихтового пролета, так как предусмотрена подача бадей с шихтой автобадьевозами непосредственно из скрапоразделочного цеха в печной пролет.

В печном пролете размещаются электропечи, установленные в шумопылезащитные кожухи, с печными электроподстанциями, с участками подачи бадей с шихтой и участком ремонта сводов электропечей. Печной пролет обслуживается кранами, транспортирующими бадьи со скрапом и заваливающими скрап в электропечи, выполняющими операции по замене и перепуску электродов и вспомогательные.

В бункерном пролете располагаются бункера с сыпучими и ферросплавами для хранения, дозирования и загрузки в электропечи, в сталеразливочные ковши при выпуске стали из печей и в ковши при обработки стали на агрегатах комплексной обработки. В бункера материалы поступают из отделения подготовки сыпучих материалов и ферросплавов по системе транспортеров и перегрузочных устройств.

В ковшевом пролете размещены агрегаты комплексной обработки стали (АКОС) с независимыми от печей сталевозами, что позволяет избежать возможных задержек во время плавки, когда электропечь и АКОС обслуживаются одним сталевозом. В ковшевом пролете размещены устройства для ремонта сталеразливочных ковшей и устройства для подготовки продувочных фурм.

В раздаточном  пролете размещаются приемные части поворотных стендов МНЛЗ, устройства для сушки и разогрева ковшей и другое оборудование. Раздаточный пролет обслуживается разливочными кранами.

 

2. Технологический процесс.

Современная технология предполагает работу электропечей как с металлошихтой, состоящей из стального лома и  металлизированных окатышей, так  и стального лома и жидкого  чугуна. Электропечи используют только для расплавления скрапа и металлизированных  окатышей, удаления фосфора и окисления  углерода. Рафинирование и легирование  металла, а также доведение его  температуры до величины, требуемой  для разливки, проводят в ковше  на установках для внепечной обработки  стали. Шлак в процессе плавки в электропечи  сбегает самотеком в шлаковый ковш. Выплавку стали проводят с  оставлением в печи при сливе  плавки в ковше части металла  и оставшегося в печи шлака. Полный выпуск металла со шлаком проводится один раз после восьми – десяти плавок. Заправляют печь только после  полного выпуска металла и  шлака.

Скрап  и металлизованные  окатыши расплавляют при максимальной мощности трансформатора. Защиту футеровки  и водоохлаждаемых стен электропечи  осуществляют созданием пенистого  шлака, вводя порошок науглероживателя в струе кислорода специальным  манипулятором через окно печи. При  плавке используются газокислородные  горелки для ускорения расплавления скрапа в холодных зонах на откосах  между электродами и для дожигания  в печи окиси углерода.

В технологии производства стали в современных цехах  практические обязательным стало использование  агрегатов комплексной обработки  жидкой стали в ковше с электродуговым подогревом. Осуществляется практически  полный отказ от подачи легирующих металлов и ферросплавов в электропечь, они даются в ковш при сливе  в него металла из печи и на установках внепечной обработки жидкого  металла.

Схема работы цеха включает организацию основных технологических  операций, необходимых для выплавки и внепечной обработки стали: подачу и загрузку скрапа, жидкого чугуна, сыпучих материалов и ферросплавов; ввод в электропечь кислорода и науглероживателя, скачивание из электропечи шлака, слив из электропечи металла, внепечную обработку жидкой стали, заправку электропечи, подготовку к плавке сталеразливочных ковшей, ремонтные и другие работы.

Современная организация  работ со скрапом включает подготовку скрапа к плавке в скрапоразделочном  цехе, погрузку скрапа магнитными и  грейферными кранами в бадьи, стоящие на весах, и передачу бадей, загруженных скрапом, к электропечам специальным автотранспортом или железнодорожным транспортом. Подают бадьи к электропечи и загружают в них скрап специальными быстроходными загрузочными кранами. В действующих ЭСПЦ и на заводах, где нельзя подать к электропечи бадьи со скрапом непосредственно со скрапоразделочного цеха, скрап подается россыпью или в контейнерах на железнодорожных платформах и автомобилях в шихтовый пролет ЭСПЦ, где перегружается в бадьи. Железнодорожными тележками бадьи со скрапом передаются к электропечам и загрузочными кранами скрап заваливается в электропечь.

Подача жидкого чугуна из доменного цеха в ЭСПЦ аналогична подаче в конверторный цех. Заливка  чугуна в печь из чугуновозного ковша  осуществляется заливочным краном по специальному желобу.

Образующийся по ходу по ходу плавки в электропечи шлак самотеком  стекает через порог рабочего окна печи в шлаковый ковш, установленный  на самоходной тележке или на полу цеха под рабочим окном электропечи. Заполненный шлаковый ковш заменяют порожним, используя автошлаковозы, транспортирующие заполненный шлаковые ковши из здания ЭСПЦ в отделения  шлакопереработки, где их освобождают  от шлака, обрабатывают известковым  молоком и возвращают в главный  корпус ЭСПЦ.

Слив металла из электропечи  в ЭСПЦ осуществляется с использованием эркерного донного выпуска. Металл из печи сливается в сталеразливочный ковш, установленный на сталевозе.

В ЭСПЦ ковши с жилкой сталью подаются на внепечную обработку  на агрегаты комплексной обработки стали. Для этого в большинстве случаев ковши с жидкой сталью снимаются разливочным краном со сталевоза электропечи и переставляются на сталевоз АКОС. После проведения внепечной обработки стали на АКОС разливочный кран переставляет ковш с жидким металлом со сталевоза на МНЛЗ для последующей разливки. В случае необходимости дополнительной внепечной обработки жидкой стали вакуум ковш с металлом после обработки на АКОС передается разливочным краном на вакуумную установку, а затем на МНЛЗ.

Заправляют электропечь  после полного слива металла  и шлака, через 8 – 10 плавок, магнезитовым порошком, подающимся в главное здание ЭСПЦ конвейерным или пневматическим транспортом в расходные бункера  с дозировочными устройствами. Используются машины центробежные для общей заправки и торкрет – машины – для  выборочной.

 

Межплавочная доставка сталеразливочных ковшей после слива остатков шлака  заключается в смене шиберных затворов и подогреве футеровки  и проводится во избежании потерь тепла футеровки в главном  здании ЭСПЦ.

 

2.3    Организация основных работ и оборудования.

Особенностями современного металлургического производства являются:

• большая массовость производства – завод в сутки перерабатывает несколько тысяч вагонов материалов и выдает десятки тысяч тонн продукции;
• непрерывность работы металлургических агрегатов, например простои, связанные с проведением ремонтов, составляют в доменных цехах 0,5 – 1,5 % календарного времени;
• тесная связь между смежными цехами – производство имеет последовательный характер, продукция и отходы одного производства служат сырьем или топливом для другого;
• высокая степень механизации и автоматизации;
• тяжелые условия работы оборудования, связанные с высокими температурами, скоростями и динамическими нагрузками.

Эти особенности определяют общие требования, предъявляемые  к металлургическому оборудованию:

- надежная, безаварийная  работа;

- высокая производительность  и долговечность;

- возможность удобного  обслуживания;

- проведение скоростных  ремонтов;

- максимально возможная  автоматизация.

Характерным для металлургического  оборудования является его индивидуальность, а нередко и уникальность большинства его видов, высокая интенсивность работы в тяжелых эксплуатационных условиях, а также необходимость автоматического управления многими типами машин и агрегатов в связи со специфическими условиями их работы.

Чем сложнее рабочий металлургический процесс, выполняемый машиной или  агрегатом, и чем больше производительность и размеры агрегата, тем более необходимой становится автоматизация. Таким образом, управлять современным металлургическим оборудованием должны автоматические системы, способные задавать наивыгоднейший режим работы агрегатов и поддерживать все требуемые параметры конечной продукции. Автоматизация металлургических машин и агрегатов включает в себя оснащение их целым комплексом довольно сложных устройств.

 

2. Расчетно-конструкторская часть.
1. Технологическая схема производства стали в дуговых электропечах.

 

 

Рис 1. Технологическая схема  производства стали в дуговых  электропечах.

1 – полувагон; 2 – платформа; 3 – контейнеры; 4 – бункера с магнитными материалами; 5 – корзина с ломом; 6 – печи для нагрева лома; 7 – кран; 8,9,12,13,16,21 – транспортеры, конвейеры; 10,17,18 – реверсивные конвейеры; 11,15,19 – бункера; 17 – весы; 20 – печь для нагрева ферросплавов; 22,23 – склиз; 24 – агрегат доводки стали; 25 – ковш для стали; 26 – электрическая печь; 27 – трансформатор; 28 – газокислородные горелки; 29 – сталевоз; 30 – шлаковоз; 31 – МНЛЗ; 32 – дымоход; 33 – зонт для улавливания газов; 34 – газоочистка; 35 – дымовая труба.

В состав аглофабрики входят следующие отделения: отделение вагоноопрокидывателей, отделение приемных бункеров шихтовых материалов, отделение дробления и измельчения топлива и флюсов, отделение шихтовых бункеров, отделение смешивания и окомкования шихты, отделение спекания , охлаждения, дробления и сортировки агломерата, отделение газоочистных сооружений.

Транспортная связь между  отделениями и отдельными  машинами и агрегатами фабрики осуществляется в основном ленточными конвейерами.

Принципиальная схема  технологического процесса агломерации, применяемого на агломерационной фабрике, представлена на рисунке 1.

Аглофабрики обычно располагают  непосредственно на металлургических заводах. Это связано с необходимостью использования большого объема продуктов и отходов металлургического производства, а также со сложностью транспортировки. При агломерате  используется помимо железорудного концентрата калашниковая пыль, которая является отходом доменного производства. Окалина образуется при горячей прокатке, а также в нагревательных и термических печах.

Состав и структура  комплексов входящих в аглофабрику  определяется технологией окускования  аглошихты.

Технологическая схема производства агломерата.

Шихтовые материалы поступают  на аглофабрику в железнодорожных вагонах и разгружаются вагоноопрокидывателями 1 в приемные бункера 2. Перед вагоноопрокидывателями установлены весы для взвешивания поступающего сырья. Из бункеров материалы подаются питателями, проходят через перегрузочные узлы и ленточными конвейерами направляется в отделение распределения материалов. Из этого отделения материалы передаются на усреднительные склады, где материалы штабелеукладчиками 3 укладываются в штабеля 4.

Из штабелей 4 сырье различными способами по данной схеме роторным экскаватором 5 загружается на отводящие ленточные конвейеры 6 и транспортируется в отделение шихтовых бункеров 10,11,12,13. Перед подачей топливо (кокс) подвергают дроблению в четырехвалковой дробилке 7. Для измельчения известняка используют молотковую дробилку 8, которая работает в замкнутом цикле с грохотом 9. Компоненты аглошихты после подготовки поступают в отделение шихтовых бункеров 10,11,12,13. Железорудный концентрат поступает с обогатительной фабрики по конвейеру 6 в отделение приемных бункеров.

Из бункеров  шихтовые материалы разгружаются  питателями, проходят через систему автоматизированного  взвешивания и дозирования, укладываются на смесительный конвейер 14 и направляются на смешивание.

В процессе агломерации для  смешивания шихты применяются смесители  барабанного типа 15. Затем шихта через ленточный транспортер 16 поступает в барабанный окомкователь 17, там они смешиваются, увлажняются и окомковываются.

Далее из окомкователя 17 подготовленная таким образом шихта подается в бункера распределители, где  грохочением из шихты выделяют крупную  фракцию – подстилочный материал (постель) и укладывают на движущиеся тележки агломашины. Питателями шихты укладывают сначала крупную фракцию, а затем остальную часть шихты. Уложенная на непрерывно движущиеся тележки шихта поступает под зажигательный горн, который зажигает находящийся в шихте коксик, и благодаря непрерывному просасыванию через шихту воздуха эксгаустером 28 происходит её спекание. Эксгаустер 28 создает разрежение под рабочей ветвью ленты машины в вакуум-камерах 19, что обеспечивает удаление в атмосферу газообразных продуктов горения через дымовую трубу 29. На участке газового коллектора 26 между машиной и эксгаустером продукты горения очищаются в газоочистительном устройстве 27 от пыли и просыпи шихты и агломерата.

После спекания готовый агломерат  в хвостовой части агломашины сходит со спекательных тележек, поступает  в одновалковую дробилку 20 и далее  подвергается рассеву на грохоте 21. На грохоте выделяется горячий возврат  – фракция менее 10 мм, который  после охлаждения в барабанном охладителе 23, возвращается в бункера 10,11,12,13. Средняя температура спекшегося агломерата составляет 500 – 600, а в нижней части 1200 ⁰С. Использование горячего агломерата в доменной плавке не активизирует процессы восстановления; вместе с тем оно отрицательно влияет на стойкость оборудования системы шихтоподачи к доменным печам и ухудшает условия работы в доменном цехе. Поэтому надрешетный продукт подается на охлаждение в прямолинейный охладитель 22, либо частично охлажденный на хвостовой части агломерационной ленты продувкой сверху вниз (или снизу вверх) холодного воздуха через слой материала. Агломерат с грохота в охладитель подается питателем. Из охлажденного агломерата на грохоте 24 выделяется мелочь и направляется в бункера возврата. Годный продукт , готовый агломерат отгружается в вагоны доставляется в доменный цех в агловозах 25 (специальных металлических железнодорожных вагонах),  либо ленточными конвейерами.

 

2. Выбор количества и емкости электропечей.

Годовая производительность одной электропечи () определяется по формуле

 

 

где   G емкость печи, т;

   коэффициент выхода годного;

   число рабочих суток в году;

   продолжительность плавки, мин.

Число рабочих суток в  году представляет собой разность между  календарным временем (365 суток) и  временем простоя на холодных ремонтах (338 суток). Продолжительность плавки зависит от мощности печного трансформатора и типа технологического процесса. Продолжительность плавки можно принять в пределах 50 – 70 мин. Коэффициент выхода годного равен 0,96 – 0,98.

Электропечи должны соответствовать  существующему типовому ряду емкостей: 6, 12, 25, 50, 100, 150, 200 т. Выбираем электропечь емкостью 150т.

 

 

 

Количество  электропечей в цехе

 

 

 

где годовая производительность цеха, т/год .

 

 

 

3. Выбор оборудования и расчет его количества.

Число кранов для контейнерной загрузки

 

 

 

 

где число плавок в сутки, пл/сут.;

       число контейнеров на плавку;

  задолженность крана на загрузку одного контейнера, мин/конт;

  коэффициент учитывающий выполнение вспомогательных работ, =1,1;

   коэффициент использования крана, .

 

 

Число контейнеров

 

 

 

где  емкость электропечи, т.;

       удельный расход лома, т/т стали;

       доля лома, загружаемого в корзины из контейнеров;

       емкость контейнера, ; 

        насыпная масса лома, .

Принимаем, что металошихта  состоит из  стального лома и жидкого чугуна. Тогда удельный расход лома составит 0,7. Емкость контейнера можно принять равной 15, насыпную массу лома равной 1,0 – 1,5 т/.

Задолженность крана по разгрузке  одного контейнера включает операции по захвату его краном, подъему  и транспортировке пустого совка  к месту складирования и составляет 4 – 5 мин. 

 

 

 

Число магнитных  кранов

 

 

 

где: доля лома, загружаемого в бадьи магнитным краном.

Коэффициент выполнения вспомогательных  работ  = 1,1, коэффициент использования крана = 0,8. Задолженность крана по догрузке можно принять равной 1,5 – 2 мин/т.

 

 

 

 

Число мостовых завалочных кранов

 

 

 

где: задолженность крана на одну плавку, мин/пл.

Коэффициент неравномерности  можно принять в пределах 1,0 – 1,3. Коэффициент использования крана = 0,8.

Задолженность крана  слагается из следующих операций: захват груженой скрапом бадьи, её транспортировку к электропечам, установку над открытым печным пространством, высыпания скрапа в печь, транспортировку бадьи к месту ожидания. Её можно принять равной 20 – 30 минут.

 

 

4. Доставка и заливка жидкого чугуна.

Количество  заливочных ковшей

 

 

 

где число ковшей, находящихся в обороте;

        число ковшей, находящихся в ремонте.

Коэффициент запаса ковшей = 1,1 – 1,2.

 

 

 

Количество  ковшей в обороте

 

 

Продолжительность оборота  ковшей зависит от организации работ в цехе и составляет 0,4 – 0,6 ч.

 

 

 

 

 

Количество  ковшей, находящихся в ремонте

 

 

 

где   продолжительность ремонта, ч.;

         стойкость футеровки ковша между ремонтами (число наливов).

Для расчетов стойкость футеровки  можно принимать 550 наливов.

 

 

 

Количество  чугуновозов

 

 

 

где   продолжительность оборота чугуновоза, мин.

         Величина  определяется с учетом следующих операций: ожидание слива чугуна из ковша миксерного типа, слив чугуна, переезд в загрузочный пролет и обратно, скачивание шлака из заливочного ковша. можно принять равной 20 – 30 мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Миксерное отделение.

Суммарная потребная  емкость миксеров, (т.)

 

 

 

где потребное количество чугуна в сутки;

           количество оборотов миксера.

 

 

 

Количество  миксеров

 

 

 

где емкость одного миксера, т.

         Оптимальным следует считать  наличие в цехе не более  двух – трех миксеров. В настоящее  время выпускают миксеры емкостью 1300 и 2500 т.

 

 

 

Грузоподъемность миксерных  кранов зависит от емкости (100 и 140 т.) ковшей с чугуном, поступающих из доменного цеха. Для использования  этих ковшей устанавливают краны  грузоподъемностью соответственно 140 и 180 т.

 

Количество  миксерных кранов

 

 

 

где    общие затраты времени на обработку всех ковшей, поступающих из доменного цеха, мин.

 

 

 

  

где   количество ковшей поступающих из доменного цеха;

        время на обработку одного ковша с чугуном, мин;

        коэффициент, учитывающий выполнение вспомогательных работ, .

 

 

 

 

 

  

где:   емкость ковша, т.

 

 

 

 

 

6. Доставка и загрузка сыпучих материалов и ферросплавов.

Расчет ленточного конвейера, (м.)

 

 

 

где  часовая производительность конвейера, т/ч.;

        коэффициент, учитывающий продолжительность простоев на ремонт, обслуживание конвейера, = 1,2 – 1,5;

         С  коэффициент, зависящий от угла естественного откоса материала, С = 200 – 250 с/ч.;

         скорость перемещения материала, м/с;

         насыпная масса материала, т/. 

 

 

 

 

Таблица 1.

Удельные расходы и  насыпные массы материалов

 

Материалы	Расход, т/т стали	Насыпная масса, т/
Известь	0,035	0,8 – 1,0
Доломит	0,004	1,2 – 1,4
Плавиковый шпат	0,003	1,6 – 1,8

 

Скорость движения ленты  для этих материалов можно принять  равной 0,8 – 1,2 м/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем ширину ленты равную 500 мм.

 

7. Выпуск металла и шлака

Количество  разливочных кранов

 

 

 

где задолженность крана на одну плавку, мин/пл.

Коэффициенты неравномерности  = 1 для цеха с двумя – тремя печами, коэффициент использования крана = 0,8.

 

 

 

Годовая пропускная способность АКОС, (т/год)

 

 

 

где масса плавки, т.;

         число рабочих суток в году;

         время обработки на АКОС одной плавки, мин/пл.

 

Число рабочих суток на АКОС в году обычно 300.

Время обработки одной  плавки составляет от 45 до 60 мин.

 

 

 

Количество  АКОС

 

 

 

где   годовая производительность цеха, т/год.