Проектирование отделения конвертеров для выплавки стали

     РЕФЕРАТ 
 

     Пояснительная  записка  содержит: 51 с., 8 рис., 14  табл.,  1  приложение,  8  источников.

     Объект  исследования – конвертерное  отделение.

     Цель  работы – расширение  и  закрепление  теоретических  и  практических  знаний,  приобретенных  при  изучении  предыдущих  дисциплин  специальности  в  университете  и  во  время  производственных  практик.

     Метод  исследования – расчет  основного  и  вспомогательного  оборудования.

     Любая  работа  агрегата  зависит  от  правильности  его  проектировки. Определение  размеров  основного  и  второстепенного  оборудования,  трубопроводов  для  транспортировки  жидких  и  газообразных  веществ,  которые   обеспечивают  работоспособность  цехов  и  агрегатов  играет  важную  роль  в  работе  всего  цеха. Т. к.  при  правильном  проектировании  системы,  агрегата  будет  создаваться  четкая  и  плавная  работа  цеха,  что  в  свою  очередь  будет  способствовать  получение  продукта  более  высокого  качества,  уменьшение  потерь  производства  и  затрат  на  энергоносители,  что  дает  толчок  к  экономическому  росту. Работа  конвертерного  отделения  зависит  от  многих  факторов,  которые  необходимо  учитывать  при  расчете  и  проектировании  отделения. 

     КОНВЕРТЕРНОЕ  ОТДЕЛЕНИЕ,  ФУТЕРОВКА,  ВИД  КОНВЕРТЕРА,  ГАБАРИТНЫЕ  РАЗМЕРЫ,  РЕЖИМ  РАБОТЫ,  МАТЕРИАЛЬНЫЙ  И  ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС,  ПОТРЕБНОСТЬ  В  МАТЕРИАЛАХ,  ОКГ,  ПОВЕРОЧНЫЙ  РАСЧЕТ  ОКГ,  ДЫМОВАЯ  ТРУБА.

      СОДЕРЖАНИЕ 
 

      ВВЕДЕНИЕ 

         Состав конвертерного цеха: два  350-тонных конвертера; три МНЛЗ криволинейного типа.

         Сталь  выплавляется  в  350-тонных  конвертерах с продувкой чистым кислородом сверху при интенсивности подачи кислорода 600-800м3/мин или 1000-1300м3/мин.

         Кислородно-конвертерный  процесс   с  верхней  продувкой   заключается  в продувке жидкого чугуна кислородом, подводимым к металлу сверху через  сопла водо-охлаждаемой  фурмы.  При  этом  выгорают  примеси  чугуна  -   углерод, кремний, марганец, сера, фосфор и т.д. Кислород  подается  в  конвертер  под

     давлением 1 - 1.5 МПа по водо-охлаждаемой фурме. Вода  под  давлением  0.6-1МПа подается в пространство между  внутренней  и  средней  трубами  фурмы  и удаляется из  пространства  между  внешней  и  средней  трубой,  обеспечивая охлаждение фурмы.

           Завалка и заливка. В конвертер загружают стальной лом и часть  извести (в течении 2 минут). Затем заливают чугун.  При  этом  происходит  плавление лома находящегося  в  конвертере.  Масса  металлошихты  должна  обеспечивать массу жидкой стали не более 350 тонн. Массовый расход чугуна  и металлолома для плавки определяют по рекомендациям АСУТП. Массовый расход чугуна и лома

     должны  обеспечить после  окончания  продувки  заданные  значения  содержания углерода  в  металле,  FeO  В  шлаке  и  температуры.  При  отклонении  этих параметров от заданных значений, в том числе по  температуре  металла  более чем на 20 град., производят перешихтовку плавки.

         Продувка. Продувку плавок производят  по  режимам  с  частичным   или  с полным дожиганием  окиси углерода. Положение кислородной   фурмы  относительно уровня   металла в ванне,   при   расходе   кислорода   1100-1300   м3/мин устанавливают исходя из  нормативов,  определяемых  содержанием углерода  в ванне,  а также заданным  количеством углерода  в стали.  Для   продувки используют кислород чистотой не ниже 99.5%  с содержанием азота не  более 0.15%. Давление кислорода в цеховой магистрали перед фурмой должно  быть  не менее:  2.2 МПа - при расходе кислорода 1100 - 1300 м3/мин;

      2.3 МПа - при расходе кислорода  600 - 800 м3/мин.

         После окончания продувки производят  замер температуры и отбор проб металла и шлака с обязательным спуском шлака.  В пробах  шлака определяют содержание CaO, MgO, SiO, Al2O3, PbO3, Cr2O3,S, FeO и основность.  В пробах металла определяют содержание С, Mn,  S,  F,  Cu,  Ni,  Cr,  N.  Температура металла перед выпуском плавки должна  быть в следующих пределах: 1580  (С  - 1600 (С – при разливке стали в слябы толщиной 250 мм; 1575 (С -  1595  (С  - при разливке стали в слябы толщиной 300 мм. Выпуск плавки  производят  после получения анализа металла на содержание C,  S,  P  и  температуры  заданного значения. Продолжительность выпуска плавки  должна  составлять  не  менее  6 мин.

         Повалка. Установление заданной  концентрации С  в  стали   достигается  с помощью промежуточной плавки. При этом  фурму поднимают,  выключают дутье, переводят конвертер в горизонтальное положение,  отбирают  пробы металла и шлака и замеряют температуру ванны с помощью термопары погружения.  Ожидая результаты анализа, немного поворачивают конвертер .

         Додувка. Когда после продувки  содержание  S  и  F  в  стали,  или  его температура  не  соответствуют  заданным  значениям   параметров,  производят додувки  плавок. Додувки металла на серу  и фосфор рекомендуется  осуществлять по следующему режиму: положение фурмы выше базового положения на 300-1500 мм; интенсивность продувки в пределах от 1000 до 1300 м/мин; расход извести из расчета от 3 до 5 т. на каждую минуту додувки; Додувки металла на температуру производят по следующему режиму:

       . положение фурмы обычное, либо  повышенное на 300-1500 мм,

       . продолжительность додувки определяют  по технологическому расчету;

       . при содержании С в металле  равном не менее 0.085 производят  присадку О2 и термоантрацита из расчета 300 кг на одну минуту додувки.

           Выпуск. При выпуске стали конвертер  наклоняют. Сталь сливают через  выпускное отверстие в сталеразливочный  ковш, шлак - в чашу.

           Доводка. Сталь в  ковше   подвергается  внепечной  обработке   вакуумом, аргоном, азотом и   т.д.  Раскисление и легирование металла производят  в сталеразливочном  ковше.   Расход   раскислителей   и   легирующих   добавок определяют из  расчета получения среднезаданного содержания  элементов в готовой стали. Длительность всего цикла составляет 30-45 мин.

         Внепечная обработка металла.  Проведение  технологических   операций  вне плавильного   агрегата  называют   вторичной   металлургией   или   внепечной  обработкой.  Вся  сталь,  выплавляемая  в  конвертерном  цехе   подвергается  обработке в ковшах. В конвертерном цехе производят следующие виды  внепечной обработки стали: обработка аргоном; обработка жидким синтетическим шлаком; обработка твердыми шлакообразующими смесями; доводка металла по химическому составу и температуре; микролегирование и рафинирование порошкообразными реагентами; порционное вакуумирование с вводом раскислителей и легирующих. Процесс продувки  металла аргоном характеризуется уменьшением содержания газов в металле, интенсивным перемешиванием  расплава,  улучшением  условий протекания процессов перевода в шлак неметаллических включений,  усреднением состава  металла,  улучшением  условий  для  окисления  углерода,  снижением температуры  металла.  Для  обеспечения  максимального  контакта   вдуваемых твердых реагентов с металлом производится продувка металла  порошкообразными

материалами. Обработка  металла вакуумом влияет на протекание тех  реакций  и процессов,  в  которых  принимает  участие  газовая  фаза.  Основной   целью  обработки  вакуумом  является  снижение  содержания  газов  в   стали.  

         МНЛЗ. В  состав конвертерного  цеха комбината  ‘’ Азовсталь  ‘’ входят 3 машины непрерывного  литья заготовок. Технические  данные машин приведены в таблице  4.1.

Таблица 1.1. Технические характеристики МНЛЗ

     Разливка  стали.  Разливку  стали  начинают  по  команде  мастера  или старшего разливщика. Наполнив промежуточный ковш сталью на высоту от 250  до 300 мм от боевой части ковша, производят плавное открытие стопоров  на  1/3- 1/4 сечения струи металла  и  начинают  заполнять  металлом  кристаллизатор. Допускается поочередное заполнение кристаллизаторов.  Затем  по  пуску  МНЛЗ включают подачу воды и воздуха в систему вторичного охлаждения.

        Заполнив кристаллизаторы на  высоту от 100 до 150  мм  от  верхней   кромки плит кристаллизатора, стопора промежуточного ковша открывают на  максимально возможную подачу металла. Затем в  кристаллизатор  засыпают  шлакообразующую смесь. Время наполнения кристаллизатора должно быть  70-90  с   для  сечения 259х1500 мм; 80-100 с для сечения 250х1850  мм   и  100-120  с  для  сечения 300х1550-1850 мм. Кристаллизатор считают наполненным, если  уровень  металла находится  на  расстоянии  60±10  мм   от   верхнего   среза   медных   плит кристаллизатора. Для обеспечения нормальной разливки  необходимо  стабильное поддержание  металла  на  вышеуказанном  уровне.  При  наполнении   металлом кристаллизатора до заданного уровня по команде старшего разливщика  включают привод вытягивания сляба. Одновременно с  пуском  машины  включают  механизм качания  кристаллизатора.  Регламентированный  разгон  МНЛЗ   производят   в автоматическом режиме. Скорость разливки, равную 0.6 м/мин для  углеродистой стали и 0.7 м/мин для низколегированного металла,  поддерживают  до  первого измерения температуры в промежуточном ковше. Замер температуры производят  в средней части промежуточного ковша. В зависимости от температуры  металла  в промежуточном  ковше  и   содержания   S   и   F   в   разливаемом   металле устанавливается рабочая скорость разливки: для  углеродистой  стали  0.6-0.8 м/мин,  для  низколегированной  стали  0.7-0.9  м/мин.   Изменение   рабочей скорости в процессе разливки должно  быть  не  более  двух  раз  за  плавку. Частота  качаний  кристаллизатора  в  зависимости   от   скорости   разливки производится в автоматическом режиме.

            Температуру  металла  в   промежуточном  ковше   замеряют   термопарой погружения в процессе  разливки дважды.  Первое  измерение   производят  после отливки 30-35 т. металла, второе - в середине  плавки.

             Для   защиты   зеркала   металла   в    кристаллизаторе    применяют шлакообразующую смесь. Для определения химического состава стали во  время разливки  отбирают  пробы металла из-под сталеразливочного ковша.  Пробы металла отбирают стальной ложкой при  сокращении  плотной  струи.  Из  ложки металл  непрерывной  ровной  струей  заливают  в  стальные  пробницы.  Пробу извлекают из пробницы  после  потемнения  ее  головной  части,  охлаждают  и маркируют  номером  плавки,  порядковым  номером  пробы.  После   маркировки контроллер ОТК отправляет пробу в экспресс-лабораторию конвертерного цеха.

        После выхода затравки из последней  пары роликов  горизонтального   участка производится ее отделение.  Отделившаяся затравка поднимается  вверх, где  она находится до следующего цикла  разливки.  В  процессе  разливки  на  участке газовой резки сляб разрезают на мерные длины согласно  заказ.  Окончательную порезку производят в транспортно-отделочном отделении. 
 
 

      Перечень условных обозначений 

Z_р.к. – количество непрерывно работающих конвертеров;

G_к – вместимость конвертера, т;

P_ц – годовая производительность цеха по годному, млн. т;

t_п – средняя продолжительность цикла плавки  , мин;

K_г-ж – коэффициент выхода годного из жидкой стали ;

 - удельный объем конвертера, ;

А, В  – коэффициенты, зависящие от способа  продувки;

i – удельная интенсивность продувки, ;

Нк –  высота конической части ванны, м; 

- угол наклона образующей горловины, град;

E, F, L – коэффициенты, зависящие от формы ванны;

H_в - Ориентировочная глубина ванны в спокойном состоянии, м ;

D_ц - Диаметр цилиндрической части конвертера, м;  

D_г - Диаметр горловины конвертера, м;   

D_д - Диаметр конвертера по днищу, м;  

H_г - Высота горловины, м;  

H_ц - Высота цилиндрической части, м; 

H_сф - Высота сферической части ванны, м; 

H_к - Высота конической части ванны, м;   

R - Радиус сферической части днища, м;   

H_р.о. - Высота рабочего объема, м;  

H_в.ф.  - Фактическая глубина спокойной ванны, м;  

H_у.о.  - Высота условного свободного объема, м; 

V_к - Объем конвертера, м³ 

f_ц - толщина футеровки в цилиндрической части, м; 

f_г - толщина футеровки в горловине, м;

f_д - толщина футеровки днища, м;

d - диаметр сталевыпускного отверстия, м;

P_м - давление кислорода в цеховой магистрали, кГ/см²;

Т_м - температура кислорода в магистрали, К;

w_ш - скорость кислорода в шланге, м/с;

w_ф – скорость кислорода в фурме, м/с;

L_ш - длина шланга, м;

L_ф - длина фурмы, м;

N – степень нерасчетности сопел;

a- угол полураскрытия диффузора сопла, град; 

Z_с - количество сопел в фурме, шт;

I_с - расход кислорода через одно сопло, м³/мин;

DР_кл- потери давления кислорода, кГ/см²в клапане

DР_ш - потери давления кислорода, кГ/см²в шланге

DР_ф - потери давления кислорода, кГ/см²фурме 

Р_ш - давление кислорода в  шланге, кГ/см²

Р_ф - давление кислорода в фурме, кГ/см²

Р_с - давление кислорода перед соплами, кГ/см²

Р_и - давление кислорода при истечении из сопел, кГ/см²

Т_ш - температура кислорода в шланге, К

Т_ф - температура кислорода в фурме, К

Т_с - температура кислорода перед соплами, К

Т_и - температура кислорода при истечении из сопел, К

r_ш - плотность кислорода в шланге, кг/см²:

r_ф - плотность кислорода в фурме, кг/см² 

r_с - плотность кислорода перед соплами, кг/см²

r_и - плотность кислорода при истечении из сопел, кг/см²

r_кр - плотность кислорода в критическом сечении сопла, кг/см²

w_кр - скорость кислорода в критическом сечении сопла, м/сек

w_и - скорость кислорода при истечении из сопла, м/сек

D_ш - диаметр шланга, м 

D_ф - диаметр фурмы, м

l - критерий скорости истечения кислорода

S_кр - площадь критического сечения сопла, м²

S_кон - площадь входного сечения конфузора, м² 

S_диф - площадь выходного сечения диффузора, м²

d_кр - диаметр критического сечения сопла, м

d_кон - диаметр входного сечения конфузора, м

d_диф - диаметр выходного сечения диффузора, м

l_кон - длина конфузора сопла, м

l_диф - длина диффузора сопла, м

x_тр – коэффициент сопротивления трения (0,06);

x_мс – коэффициент мастных сопротивлений (2,5);

g – ускорение силы тяжести (9,81 м/сек²);

F_S – суммарная площадь донных фурм, мм²;

V_S – расход газа через донные фурмы,м³/мин;

Н_в – глубина ванны металла в спокойном состоянии, м;

Р –  давление газа перед фурмами, мПа;

N_с и N_г – соответственно количество плавок в сутки и в год;

k_м-ш – расход металлошихты, кг на 1 т жидкой стали;

k_ж-ш – коэффициент выхода жидкой стали из металлошихты

k_ф.с и k_Fe – соответственно расход ферросплавов и железа руды, кг/т жидкой стали.

а_ч и а_л – соответственно доля чугуна и лома в шихте

k_i – расходный коэффициент данного материала на 1 т годного;

k´_i – расходный коэффициент этого материала на 1 т жидкой стали.

k_в.р – коэффициент, учитывающий занятость кранов на вспомогательных работах (1,1¸1,15);

N_к – количество ковшей чугуна, сливаемого за сутки в миксер, шт;

t_к – занятость крана на слив 1 ковша чугуна, мин;

b – коэффициент использования кранов (~0,8);

G_ч.к – вместимость чугуновозных ковшей, т;

k¢_з – средний коэффициент заполнения ковшей (0,85¸0,90).

    1  ОСНОВНЫЕ  ГРУЗОПОТОКИ  КОНВЕРТЕРНОГО  ЦЕХА 
 

     В системе грузопотоков конвертерного  цеха различают следующие  основные линии: подачи и загрузки металлолома  в конвертеры, доставки и заливки  жидкого чугуна; подачи, дозировки  и загрузки сыпучих  шлакообразующих  материалов; подачи кислорода; доставки, дозировки нагрева и подачи ферросплавов в сталеразливочные ковши; приемки, транспортировки и разливки стали; уборки и переработки шлака.

     Схема основных грузопотоков конвертерного  цеха показана на  рисунке  1.1. Металлолом подают железнодорожным транспортом в отделение  магнитных материалов I и загружают в приемные бункера. Совки заполняют металлоломом с помощью магнитно-грейферных кранов 28. Груженые совки взвешивают и устанавливают на скраповоз  1, подающий их на рабочую площадку или в загрузочный пролет. Завалку  металлолома в конвертер 3 осуществляют загрузочной машиной 4.

     В зависимости от типа применяемых  миксеров – стационарных  или  передвижных – подачу и заливку  жидкого чугуна в конвертер  производят двумя способами. В первом случае чугун доставляют в  ковшах чугуновозов 13 из доменного цеха в миксерное отделение IV  и краном сливают в стационарный миксер 12. При необходимости чугун выдают из миксера в ковши самоходных чугуновозов 11, транспортирующих его в загрузочный пролет к конвертерам. Чугун заливают  заливочным краном 10. Во втором случае чугун подают передвижными  миксерами 14 в отделение перелива IV, в котором наполняют заливочные ковши. Транспортировку ковшей в главный корпус производят  самоходными чугуновозами 15, заливку чугуна — заливочным краном 10.

     Сыпучие материалы доставляют в шихтовое отделение II немагнитных материалов железнодорожным или автомобильным  транспортом. Материалы из полувагонов 30 разгружают в приемные  бункера  29 с  последующей выдачей 

     Рисунок  1.1 – Схема  грузопотоков  в  кислородно-конвертерном  цехе 

     электровибрационными  питателями. Подачу  материалов в  расходные бункера 9 конвертерного  корпуса III осуществляют наклонным  конвейерным трактом 7 и реверсивными передвижными конвейерами 8. Система 6 весового дозирования и подачи,  состоящая из вибропитателей, весовых дозаторов, конвейеров, промежуточных бункеров и течек, обеспечивает загрузку определенных порций шлакообразующих материалов в конвертер в процессе плавки.

     Технически  чистый кислород в конвертер подают машиной 5 через  форму. Он поступает по магистрали из кислородного цеха.

     Доставку  ферросплавов в главный корпус цеха осуществляют  автомобильным или  железнодорожным транспортом в  контейнерах,  или используют конвейерный  тракт подачи сыпучих материалов. В первом случае контейнеры с ферросплавами разгружают краном в 
расходные бункера 16. Взвешенные порции ферросплавов нагревают  в камерных печах 17 и по течке 18 подают в сталеразливочный ковш. Во втором случае ферросплавы поступают в железнодорожных вагонах в отделение ферросплавов, непосредственно примыкающее к отделению сыпучих материалов. Из приемных бункеров ферросплавы выдают на ленточные конвейеры тракта подачи сыпучих материалов, заполняющих расходные бункера в главном корпусе.

     В конвертерных цехах применяют два основных способа разливки стали: в изложницы, установленные на тележках, и на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Во всех случаях сталь сливают из конвертера в сталеразливочный ковш, установленный на сталевозе 19.

     Согласно  первому способу ковш со сталью передают сталевозом  в разливочное отделение V или в разливочные пролеты, примыкающие  к главному корпусу. Изложницы заполняют металлом из ковша, перемещаемого разливочным краном 20 над составом 21 с изложницами.  После затвердевания и полной кристаллизации слитков составы с изложницами подают локомотивом в стрипперное отделение VI для снятия прибыльных надставок и подрыва слитков с уширением кверху. Изложницы с уширением книзу снимают с тележек и направляют на подготовку к следующему наливу. Все операции выполняют стрипперным краном 22. Затем состав отправляют в нагревательное отделение обжимного стана VII, в котором слитки устанавливают в нагревательные  колодцы,  а  состав с изложницами направляют на душирующую  установку. После охлаждения изложницы поступают в отделение  чистки и смазки IX, а затем в отделение подготовки составов X, где 
осуществляют уборку  и установку на тележки поддонов, центровых,  прибыльных  надставок  и  т. д. Подготовленные составы вновь  подают  в разливочное отделение. Таким образом изложницы совершают замкнутый цикл работы и подготовки.

     По  второму способу сталеразливочный ковш подают сталевозом  в отделение  непрерывного литья V и устанавливают  разливочным  краном на стенд 23. Заготовки, получаемые на МНЛЗ 24, поступают  в  прокатный  цех.

     Шлак  из  конвертера сливают в ковш самоходного шлаковоза 2 и передают сначала в шлаковый пролет главного корпуса для перестановки  чаши   на уборочный шлаковоз 26, а затем  направляют в шлаковое отделение XI для охлаждения и последующего дробления ударами  бабы поднимаемой краном 27. Переработанный шлак отгружают  в отвал думпкарами 25.