Проектирование кислородно-конвертерного цеха

1. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА СТРОИТЕЛЬСТВА

КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА №2 ОАО «ММК»

1. Общая характеристика комбината

1. Сырьевая база предприятия

Снабжение железорудным сырьем ОАО «ММК» в настоящее время сориентировано на привозные руды и руды местных месторождений. Потребность ММК в железорудном сырье составляет около 14 млн.т/год. Сырьевой базой ММК на ближайшее время остается рудник Малый Куйбас (общий объем добываемого сырья равен 1,5 млн.т сырой руды в год), рудник горы Магнитной, Качканарское и Лисаковское месторождения. Мощность горно-обогатительного комбината близ Лисаковского месторождения составляет около 35 млн. т/год исходной руды с содержанием железа 47,5 %.

Другим немаловажным источником получения местного сырья являются отвальные шлаки, которых насчитывается около 150 млн. т. В шлаках ММК содержится до 30 % железа.

Снабжение известняком ММК осуществляется с Агаповского месторождения (промышленные запасы известняка около 100 млн.т). В год добывается около 420 тыс. т сырого известняка. В зависимости от содержания основных компонентов различают три сорта известняков, состав которых приведен в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Состав известняка

Снабжение ММК доломитом осуществляется с Лисьегорского месторождения, промышленные запасы доломита которого составляют около 31 млн.т. Огнеупорная глина доставляется с Южно-Уральского рудника (промышленные запасы глины около 435 млн. т). Подготовка флюсовых материалов производится на базе Агаповского месторождения известняка.

В составе горно-обогатительного производства ММК эксплуатируются:

• дробильно-сортировочная фабрика № 2;
• дробильно-обогатительная фабрика № 5;
• агломерационные фабрики №№ 2, 3, 4 с общей площадью спекания 898,5 м2.

В состав известняково-доломитового производства входят:

• горный цех, объединяющий известняковый и доломитовый карьеры;
• дробильно-сортировочная фабрика;
• известняково-обжиговая фабрика № 1 с двумя вращающимися печами и дробильным отделением;
• известняково-обжиговая фабрика № 2 с печью КС-1200, производящая известь для кислородно-конвертерного цеха;
• известняково-обжиговая фабрика № 3, в состав которой входят дробильно-сортировочная фабрика и шахтные печи по обжигу известняка и доломита.

Коксохимическое производство ММК имеет в своем составе:

• углеподготовительный цех;
• три коксовых цеха (семь коксовых батарей);
• цех улавливания химпродуктов № 1 и 2;
• смолоперерабатывающий цех (введен в эксплуатацию в 1980 г. и имеет общее производство 315 тыс. т/год);
• химустановку (биохимочистку).

Огнеупорное производство ММК включает:

• шамотный цех № 1 (введен в 1935 г.), морально и физически устаревший;
• шамотный цех № 2 (введен в 1965 г.) с шамотно-обогатительной установкой, состоящий из двух вращающихся печей и участков вспомогательного назначения;
• участок переработки огнеупорного лома (введен в 1987 г.), где на установке по переработке огнеупорного лома ежегодно перерабатывается 110…120 тыс. т огнеупоров, из которых 60…70 тыс. т отбирается для дальнейшего использования [6].

2. Топливно-энергетические ресурсы

В настоящее время на ММК основным источником получения газообразного топлива являются доменные печи и коксовые батареи. Снабжение природным газом осуществляется от областного газопровода.

Основным потребителем кислорода на ММК являются доменный, кислородно-конвертерный, и мартеновский цеха. Снабжение кислородом осуществляется от кислородных станций № 4 и 5.

Подача аргона и азота осуществляется от кислородной стации № 5. Для подачи кислорода, азота и аргона в ККЦ № 2 ММК необходимо будет строительство новых трасс трубопроводов.

Обеспечение сжатым воздухом кислородно-конвертерного цеха № 2 планируется от Восточной компрессорной. Однако, в связи с тем, что ряд потребителей конвертерного цеха предъявляет жесткие требования к качеству воздуха (точка росы не выше –400С) необходимо будет пристроить к компрессорной установку осушки воздуха производительностью 1500 м3/мин.

Питание электрических нагрузок Магнитогорского промузла, в настоящее время, осуществляется от Магнитогорских тепловых станций, от ПС 500/220 кВ «Магнитогорская-1» и «Магнитогорская-2» («Смеловская»), а также по двум ВЛ-220 кВ от Троицкой ГРЭС. Электроснабжение всех промышленных предприятий города и жилого фонда осуществляется через подстанции и электрические сети ММК, поэтому развитие схемы электроснабжения ММК тесно связаны с развитием Магнитогорского промузла в целом [7].

Источником производственного водоснабжения ММК является река Урал. Подача воды осуществляется из заводского пруда насосными станциями. Существующее водопотребление ММК в 1995 г. составляет 344950 м3/ч, в том числе безвозвратные потери – 12307 м3/ч (3,42 м3/с). Общий годовой расход воды составил 2996244 тыс.м3 [6].

Покрытие безвозвратных потерь воды промрайона в маловодный год 95 % обеспеченности может быть осуществлен за счет водоотдачи существующих Верхне-Уральского и Магнитогорского водохранилищ, а также использования повторно доочищенных сточных вод хозяйственно-бытовой канализации очистных сооружений правого и левого берега г. Магнитогорска.

Береговые насосные станции № 9, 9а, 1, 1а, 17, 16, 16а, 12 полностью обеспечат подачу свежей воды на покрытие безвозвратных потерь систем оборотного водоснабжения цехов ММК и цехов, работающих на прямоточной системе.

3. Основные металлургические переделы

К основным металлургическим переделам комбината относятся доменное, сталеплавильное и прокатное производства.

В доменном цехе из 10 печей, в настоящее время, в работе находится 7 доменных печей (№ 2, 4, 6, 7, 8, 9, 10) суммарным объемом 10810 м3. Производство передельного чугуна на ММК в 2001г. составило около 8000 тыс. т [7].

В состав сталеплавильного производства ОАО «ММК» входят мартеновский и кислородно-конвертерный цеха. В мартеновском цехе выплавка стали осуществляется в мартеновских печах № 26, 27, 28 и на двухванных сталеплавильных агрегатах (№ 29 и 32). В мартеновском цехе выплавляются спокойная, кипящая, полуспокойая, низколегированная, легированная, автоматная и высококачественная марки стали. За 2001 г. производство стали в мартеновском цехе ММК составило 2427829 т.

Кислородно-конвертерный цех № 1 ОАО «ММК» включает в себя: три конвертера вместимостью по 370 т, две установки доводки стали, одну установку комбинированного вакуумирования стали и одну установку типа «печь-ковш». Цех также имеет четыре слябовые машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Получаемая заготовка имеет сечение 250 х (750…2350) мм. Всего в ККЦ № 1 за 1999 г. было произведено 6616056 т слябовых заготовок из стали следующего сортамента: углеродистой обыкновенного качества – 15,65 %; углеродистой качественной конструкционной – 39,52 %; автокузовной – 36,36 %; низколегированной – 3,84 % и легированной – 4,63 % [22]. Производство стали в ККЦ в 2001г. составило около 7,9 млн. т.

Сортопрокатное производство ММК в настоящее время представлено обжимно-заготовочным цехом (ОЦ № 2 – блюминг) и сортовым цехом, объединившим проволочно-штрипсовый и сортопрокатный цеха. В состав сортового цеха входят:

• проволочный стан 250-2 (введен в 1938 г.);
• мелкосортный стан 250-1 (введен в 1935 г.);
• среднесортный стан 300-1 (введен в 1935 г.);
• крупносортный стан 500 (введен в 1934 г.);
• штрипсовый стан 300-2 (введен в 1935 г.).

Все сортовые станы ММК морально и физически устарели.

В составе листопрокатного производства ММК в настоящее время имеются:

• стан 2500 горячей прокатки (введен в 1960 г.), поставляющий прокат для стана 2500 холодной прокатки, цеха гнутых профилей, цеха ленты и цеха жести;
• стан 2000 горячей прокатки (введен в 1994 г.);
• цех жести (ЛПЦ-3);
• цех покрытий (ЛПЦ-6);
• цех углеродистой ленты (ЛПЦ-8);
• цех гнутых профилей (ЛПЦ-8).

4. Утилизация отходов и экономическая обстановка

С учетом требований технологии и опыта эксплуатации отечественных и зарубежных цехов в планируемом ККЦ предусмотрены наиболее передовые технические решения по улавливанию и очистке технологических газов и неорганизованных выбросов.

Полное укрытие конвертера с индивидуальным отводом газов от укрытия на центральную газоочистную станцию с рукавными фильтрами, позволяет эффективно улавливать неорганизованные выбросы от конвертера, образующиеся при завалке металлолома, заливке чугуна, выпуске металла и сливе шлака. Применение рукавных фильтров обеспечивает нормальные условия труда в конвертерном отделении [1].

Улавливание и очистка неорганизованных выбросов до санитарных норм в двухступенчатых газоочистках предусмотрено также при выполнении следующих технологических операций:

• при переливе чугуна из миксерных ковшей;
• при скачивании шлака из заливочных ковшей;
• при перегрузке сыпучих материалов и ферросплавов по тракту;
• при внепечной обработке металла на агрегатах доводки;
• при порезке заготовок на машинах газовой резки.

Для обеспечения цеха водой заданных параметров по качеству и создания бессточной системы водоснабжения сооружено четыре оборотных цикла: «грязные» циклы газоочисток и МНЛЗ, циклы установки вакуумирования и оборудования цеха.

Технические решения по безотходности технологии включает:

• утилизация шламов от газоочисток конвертера и МНЛЗ;
• использование пара, вырабатываемого в котлах-охладителях на нужды цеха;
• переработку конвертерных шлаков с извлечением из них металла и получением фракционированного щебня и гранулированного шлака;
• использование конвертерного газа в качестве топлива;
• использование отсеиваемой мелочи извести для приготовления шлакообразующих смесей, а также в агломерационном производстве;
• переработку огнеупорного боя для вторичного использования в огнеупорном производстве и для нужд восстановления изношенной футеровки агрегатов.

В настоящее время на ММК имеется отвальный шлак в количестве 150 млн. т и шлак текущего производства – доменный, мартеновский и конвертерный. Для переработки шлака действуют следующие установки:

1. По переработке доменных шлаков  текущего производства:

• гидрожелобная грануляционная установка треста «Магнитострой» мощностью 1500 тыс. т/год граншлака;
• бассейновая грануляционная установка треста «Магнитострой» мощностью 270 тыс. т/год легкого граншлака;
• шлакопемзовая струйная установка треста «Магнитострой» мощностью 150 тыс м3/год шлаковой пемзы;
• барабанная грануляционная установка цементного завода мощностью 1000 тыс. т/год граншлака;
• три траншеи для приема скардовин длиной по 160 м.

2. По переработке отвальных доменных  шлаков, где переработка осуществляется  на дробильно-сортировочных комплексах (ДСК) мощностью 1,2 млн. т/год.

3. По переработке шлаков текущего мартеновского производства:

• шлаковые дворы № 1 и 2;
• эстакада разгрузки шлаков;
• две передвижные установки SKJ (Финляндия).

4. По переработке шлаков конвертерного  производства:

• участок первичной переработки;
• установки СП «Трейдметинвест» мощностью 2,4 млн. т/год.

Магнитогорский металлургический комбинат является крупнейшим производителем проката для различных предприятий Южно-Уральского региона. В их числе находится немало ведущих предприятий метизной промышленности, таких как: Магнитогорский калибровочный завод, Магнитогорский метизно-металлургический завод, Белорецкий металлургический комбинат, УралАЗ и др. Производство сортового проката на ММК в настоящее время находится на уровне 2,0 млн. т/год. Однако, ожидаемый в течение ближайших лет подъем отечественной экономики, сопровождаемый модернизацией существующих и строительством новых промышленных предприятий, несомненно приведет к резкому повышению спроса на сортовой прокат. Поэтому необходимо планировать развитие сортопрокатного производства ММК, с тем чтобы иметь возможность удовлетворять повышенный спрос на сортовой прокат [7].

В настоящее время металл на ММК для сортового проката выплавляется в мартеновском цехе № 1 с разливкой стали в изложницы. Такое производство устарело морально и физически. Поэтому мартеновский цех в ближайшем будущем будет выводиться из эксплуатации. Следовательно, комбинату необходимо срочно решать проблему выплавки стали для сортопрокатного производства.

Получать металл для сортового проката в существующем конвертерном цехе ММК не представляется возможным по следующим причинам. Все машины непрерывного литья заготовок в цехе предназначены для отливки слябов. Установка же дополнительно одной или двух МНЛЗ для отливки сортовой заготовки приведет к тому, что:

- для разливки 370 т металла на сортовой МНЛЗ потребуется значительно больше времени, чем для разливки на слябы; следовательно, возникнет проблема синхронизации работы конвертерного отделения и отделения непрерывной разливки стали (ОНРС), особенно при организации работы МНЛЗ сериями (методом «плавка на плавку»);

- при установке в цехе дополнительных  сортовых МНЛЗ придется увеличить  объем выплавляемой стали, чтобы  обеспечить металлом как листо- так и сортопрокатное производство  с организацией двух независимых  грузопотоков металла – слябы и блюмы;

• наличие в цехе разнотипных машин существенно усложнит организацию их ремонтов со снабжением сменным оборудованием.

Таким образом, на Магнитогорском металлургическом комбинате неизбежно создание новой технологической линии по производству сортовых заготовок. Производительность этой линии желательно иметь на уровне 3,0 млн. т. Для этого может быть принят кислородно-конвертерный цех с двумя конвертерами вместимостью 200 т, работающими по классической схеме (один в работе, другой на ремонте или в резерве). Для получения металла, отвечающего требованиям мировых стандартов, цех должен иметь отделение непрерывной разливки стали с участками ковшевой обработки и разливки.

В основу стратегии развития ММК закладывается решение следующих задач:

- повышение эффективности работы комбината и рентабельности производства;

- внедрение современных ресурсо- и энергосберегающих технологических  процессов;

- достижение конкурентоспособности  металлопродукции на внутреннем  и внешних рынках;

- создание новых рабочих мест;

- внедрение современных форм  управления и организации труда;

- улучшение условий труда;

- улучшение экологической обстановки.

Поддержание в работе устаревшего оборудования за счет капитальных ремонтов, а также незначительные реконструкции отдельных агрегатов не могут привести к выигрышу в долговременной конкурентной борьбе за рынки сбыта и обеспечить решение вышеперечисленных задач. Этого можно добиться лишь за счет коренного технического перевооружения и новых технологий.

2. Вариант строительства ККЦ № 2 ММК

Кислородно-конвертерный цех № 2 ОАО «ММК» предполагается строить на площадке перед имеющимся сортовым станом блюминга № 3. Это позволит значительно сократить время транспортировки горячих блюмов из ОНРС до сортового стана. Также это позволяет объединить объекты подсобного и обслуживающего назначения (электроподстанцию, компрессорную, котельную и др.) с работающим блюмингом.

2. УСТРОЙСТВО И ОБОРУДОВАНИЕ ЦЕХА

1. Выбор основного оборудования

В кислородно-конвертерном цехе № 2 для выплавки 3,0 млн. т стали в год, устанавливаются:

• два кислородных конвертера вместимостью 200 т каждый, работающих по классической схеме;

• одна установка вакуумирования стали циркуляционного типа;
• одна двухпозиционная установка типа «печь-ковш»;
• четыре шестиручьевые МНЛЗ криволинейного типа для получения заготовок квадратного сечения 250 х 250 мм.

Бесперебойная работа цеха обеспечивается установкой следующего кранового оборудования:

• заливочные краны;
• разливочные краны;
• краны для перестановки ковшей в отделении перелива чугуна;
• краны для перестановки совков со скрапом;
• краны для перестановки шлаковых чаш в шлаковом пролете.

Кроме того, устанавливается следующее технологическое оборудование:

• ковши миксерного типа;
• сталеразливочные ковши;
• совки для скрапа;
• шлаковые чаши;
• машина «Орбита» для ломки футеровки;
• стенд для выкладки футеровки;
• стенды для сушки футеровки [23].

2. Структура и планировка цеха

Основные планировочные и технические решения приняты с учетом размещения цеха на новой промышленной площадке комбината и максимального использования установившихся схем обеспечения энергоресурсами и материалами, а также эксплуатации уже имеющихся вспомогательных объектов и сооружений.

Конвертерный цех представляет собой комплекс технологически связанных производственных отделений, пролетов и участков с установленным в них технологическим, подъемно-транспортным, вспомогательным и ремонтным оборудованием, которое необходимо для обеспечения намеченного объема производства цеха.

Конструктивно конвертерный цех № 2 ОАО «ММК» состоит из следующих отделений [19]:

• конвертерное отделение (КО);
• отделение непрерывной разливки стали (ОНРС);
• транспортно-отделочное отделение (ТОО).

В свою очередь, конвертерное отделение в себя включает:

• отделение перелива и десульфурации чугуна;
• скрапное отделение;
• пролет перестановки шлаковых чаш;
• пролет постов управления и электропомещений;
• загрузочный пролет;
• конвертерный пролет;
• пролет подготовки и ремонта сталеразливочных и промежуточных ковшей;
• участок сыпучих материалов и ферросплавов.

ОНРС включает в себя:

• пролеты МНЛЗ;
• участок вакуумирования стали;
• участок доводки металла в ковше;
• пролет подготовки технологического оборудования;
• пролеты электропомещений для МНЛЗ.

ТОО включает:

- транспортно-отделочную линию (ТОЛ);

• участок выборочной зачистки блюмов;
• участок ручной зачистки блюмов.

Ремонт футеровки конвертера осуществляется в специальном пролете, прилегающем к конвертерному. Подача огнеупоров в пролет ремонта сталеразливочных и промежуточных ковшей предусмотрена на автотранспорте.

3. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СТРУКТУРА

ОТДЕЛЕНИЯ КОВШЕВОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

1. Организация грузопотоков

Основными грузопотоками в отделении ковшевой обработки является грузопоток жидкой стали и грузопоток сыпучих и ферросплавов.

Доставка жидкого металла в отделение ковшевой обработки осуществляется в сталеразливочных ковшах на самоходных сталевозах. Далее, с помощью разливочных кранов ковши с металлом передаются на сталевозы агрегата «печь-ковш», либо вакууматора. После обработки ковши транспортируются в ОНРС с помощью разливочных кранов грузоподъемностью 280+100/20 т [см.прил.1].

Сыпучие, кусковые материалы и ферросплавы подаются в отделение ковшевой обработки стали по конвейерному тракту из бункеров отделения приема сыпучих и ферросплавов. Перед непосредственной загрузкой сыпучих и ферросплавов в ковш производится их взвешивание с точностью ± 10 кг.

2. Организация труда в отделении ковшевой обработки

и на главных рабочих местах

Правильная организация труда в отделении обеспечивает ритмичную работу и дает возможность поддерживать объем производства на заданном уровне.

Режим работы агрегатов в отделении ковшевой обработки - непрерывный. Работа промышленно-производственного персонала, обслуживающего агрегаты, организуется по четырех бригадному графику при непрерывной производственной неделе с восьмичасовой рабочей сменой. Каждый агрегат обслуживают два оператора в смену.

Выбор расположения рабочих мест осуществлен с учетом специфики и особенностей размещения технологического оборудования, протяженности и оснащенности зон обслуживания, условий труда, а также трудовых функций работающих.

Постоянные рабочие места находятся в посту управления, расположенном на рабочей площадке.

Функции по текущему обслуживанию оборудования, кроме технологического персонала, возлагается на дежурный персонал проектируемого ККЦ (профилактический осмотр оборудования, устранение мелких неисправностей, возникающих в процессе работы оборудования, смазка узлов и механизмов, участие в выполнении ремонтных работ, проводимых ремонтным персоналом цеха).

3.3 Организация ремонта  основного технологического оборудования

Ремонты оборудования отделения ковшевой обработки стали осуществляются централизованно силами специальных служб слесарей по ремонту и обслуживанию металлургического оборудования комбината. Текущее обслуживание оборудования и механизмов производится дежурным персоналом цеха, профилактический осмотр оборудования – по утвержденному начальником цеха графику. Периодичность осмотров оборудования регламентируется правилами технической эксплуатации механического и электрического оборудования. Результаты осмотров фиксируются в специальный журнал. На основании этих данных подаются заявки в отделы главного механика и энергетика о замене деталей или узлов оборудования. По устранению неполадок делается соответствующая запись в журнале о выполнении работ. Работы по межремонтному обслуживанию выполняются во время перерывов в работе оборудования. Текущие, средние и капитальные ремонты производятся по утвержденному на комбинате плану-графику.

Замена водоохлаждаемого свода агрегата «печь-ковш» производится при помощи установленного в отделении крана грузоподъемностью 20 т. Для ремонта изношенного свода предусмотрен специальный стенд в непосредственной близости от агрегата [24].

Проведение ремонта футеровки вакуумкамеры предполагается проводить на рабочем месте вакууматора и на спецстенде. Для замены изношенной футеровки возможно использование крана отделения ковшевой обработки и ремонтной тележки вакуумкамеры [5].

Текущие, средние и капитальные ремонты электрооборудования выполняются силами централизованных служб главного энергетика.

4. Структура управления отделением ковшевой обработки стали

Организационная структура управления проектируемым отделением, представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1 Схема управления отделением ковшевой обработки

4. КОВШЕВАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

На современном этапе производства стали в кислородных конвертерах необходима ее последующая ковшевая обработка. Внепечная обработка позволяет выплавлять в конвертерах широкий сортамент легированных сталей, идентичных по качеству металлу мартеновского и электропечного производств. Использование того или иного вида внепечной обработки конвертерной стали должно рассматриваться исходя из экономических соображений и применительно к каждому классу стали.

Удаление вредных примесей из металла в плавильных агрегатах до требуемых значений экономически нецелесообразно, а в ряде случаев и невозможно. При обработке же стали в ковшах, создаются оптимальные условия для десульфурации, дефосфорации и удаления неметаллических включений.

Методы внепечной обработки стали могут быть условно разделены на простые (обработка металла одним способом) и комбинированные (обработка металла несколькими способами). К рассмотренным выше простым методам относятся:

• обработка металла вакуумом;
• продувка инертным газом;
• обработка металла синтетическим шлаком, жидкими или твердыми шлаковыми смесями;
• введение реагентов вглубь металла.

Основными недостатками перечисленных простых способов обработки металла являются: а) необходимость перегрева жидкого металла в плавильном агрегате для компенсации падения температуры металла при обработке в ковше; б) ограниченность воздействия на металл (только десульфурация, только дегазация и т.п.).

Лучшие результаты воздействия на качество металла достигаются при использовании комбинированных или комплексных способов, когда в одном или нескольких последовательно расположенных агрегатах осуществляется ряд операций. Одним из наиболее современных комбинированных агрегатов является установка типа «печь-ковш».