Проект современного сталеплавильного цеха с дуговыми печами. 2
Министерство образования и науки Российской федерации
Федеральное государственное
бюджетное образовательное
высшего профессионального образования
«Магнитогорский
государственный технический
(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)
Кафедра проектирования и эксплуатации металлургических машин и оборудования
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по дисциплине «Технологические линии и комплексы металлургических цехов»
на тему: Проект современного сталеплавильного цеха с дуговыми печами
Исполнитель: Муллаяров Альберт студент 4 курса, гр. КМ-10
Руководитель: Савельева Раиса Николаевна, к.т.н., доцент
Работа защищена «__» ______ 20__ г. с оценкой _____________
Содержание
Введение…………………………………………………………
- Технология производства стали и оборудование………….……………..5
- Устройство сталеплавильных цехов………………………….…....5
- Технологический процесс………………………………………..…6
- Организация основных работ и оборудования……………………8
- Расчетно-конструкторская часть…………………………………..……...9
- Технологическая схема производства стали в
дуговых электропечах………….……………………………..
- Выбор количества и емкости электропечей………………….…..12
- Выбор оборудования и расчет его количества………………...…12
- Доставка и заливка жидкого чугуна……………………………....14
- Миксерное отделение………………………………………….....
.16 - Доставка и загрузка сыпучих материалов и ферроспллавов…....17
- Выпуск металла и шлака …………………………………………19
- Проектирование линии разливки стали на МНЛЗ………….….20
Библиографический список………………………………………………24
Введение.
Основными способами производства стали в настоящее время являются кислородно-конвертерный цех и электросталеплавильный, причем доля первого составляет около 60% всей выплавляемой стали в мире. Работа современных сталеплавильных цехов характеризуется применением сталеплавильных агрегатов большой единичной мощности; интенсификацией процесса выплавки стали; применением непрерывной разливки стали; автоматизацией управление цехом и отдельными производственными процессами и участками; применением улавливающих и очистных устройств, предотвращающих загрязнение окружающей среды. В последние годы расширяется применение различных способов внепечной обработки и рафинирования жидкой стали.
Сталеплавильные агрегаты все чаще
используются лишь для расплавления
металла, его нагрева до требуемой
температуры и окисления
Производительность или
Сталеплавильный цех представляет собой сложный взаимосвязанный и оснащенный разнообразным оборудование комплекс зданий и сооружений, в котором осуществляют хранение запаса исходных шихтовых материалов, подачу и загрузку их в агрегат, выплавку и уборку продуктов плавки, внепечную обработку и разливку стали и подготовку оборудования, обеспечивающего эти технологические процессы.
- Технология производства стали и оборудование
- 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
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.
- 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
В технологии производства
стали в современных цехах
практические обязательным стало использование
агрегатов комплексной
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
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.
1.3 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
- 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
- Расчетно-конструкторская часть
- 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
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.
- 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.
Техническая характеристика печи
Тип…………………………………………….….ДСП-150
Номинальная вместимость, т………….......................
Диаметр кожуха на уровне откосов, мм…….…......7800
Мощность трансформатора
(максимально используемая),
МВА…..........................
Максимальное вторичное напряжение, В…………...761
Максимальный вторичный ток, кА………………….79,5
Диаметр электрода, мм………………………………..610
Толщина футеровки, мм………..………………..300-460
Время подъема свода, сек……………………………..30
Угол поворота свода, град………….………………...76
Угол наклона корпуса печи, град…………………….40
Время наклона корпуса печи, сек……………….….0-50
Количество электропечей в цехе
где годовая производительность цеха, т/год .
- Выбор оборудования и расчет его количества
Число кранов для контейнерной загрузки
При расчете кранов шихтового пролета можно принять, что 80% лома загружают в бадьи из контейнеров и 20% догружают магнитными кранами.
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
Число магнитных кранов
где: доля лома, загружаемого в бадьи магнитным краном. Вместимость бадей при загрузке шихты в 2 приема принимается равным 80т Чтобы удовлетворить потребности цеха возьмем 4 бадьи.
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.
2.4 Доставка и заливка жидкого чугуна
Количество заливочных ковшей
Емкость заливочного ковша зависит от количества чугуна в шихте и должна обеспечивать его заливку одной порцией. Используем ковши вместимостью 100 т.
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. Используем чугуновоз вместимостью 150т, соответствующий ТУ 24-1-979-75.
Техническая характеристика чугуновоза
Грузоподъемность, т………………………………………………….225
Скорость передвижения, км/ч………………………………………..2,9
Давление колеса на рельс, максимальное, кН………………………700
База, мм……………………………………………………………….
Ширина колеи, мм …………………………………………………...3600
Клиренс, мм:
чугуновоза……………………………………………………
ковша………………………………………………………………
Привод передвижения
Число
Электродвигатель:
тип…………………………………………………………....…
мощность, кВт………………………………………………….…..47
частота вращения, ……………………………………..……800
число на
привод........................
Редуктор:
тип………………………………………….…………………..
передаточное число………………………………………………52,42
число на привод………………………………………………………1
Тормоз:
тип………………………………………………………ТКП-
число на
привод………………………………………………….....
Привод подъема скребка
Электродвигатель:
тип…………………………………………………………....…
мощность,
кВт………………………………………………….…....1,
частота вращения, ……………………………………..…… 1290
число на
привод........................
Габаритные размеры, мм:
длина по осям сцепок, мм………………………………………..12470
ширина, мм………………...………………………………………4300
высота, мм………………………………………………………...2450
Масса чугуновоза, т…………………………………………………….50
- Миксерное отделение
