Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Производство чугуна

С О Д Е Р Ж А Н И Е

1 Общая технологическая схема . . . . . . . . . . . . . . стр.

2 Технико-экономические показатели доменного цеха . . . . . . . стр.

3 Устройство доменного цеха . . . . . . . . . . . . . . . . стр.

4 Шихтоподача и устройство засыпных аппаратов . . . . . . . . стр.

5 Недостатки технологии производства чугуна и конструкций

доменной печи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . стр.

6 Организация техники безопасности охраны труда

на предприятии и в цехах . . . . . . . . . . . . . . . . стр.

В В Е Д Е Н И Е

Доменная печь – непрерывно действующий агрегат шахтного типа, течение процесса в котором основано на противотоке шихтовых материалов и горячих газов. Несмотря на кратковременность пребывания газов в печи, тепловой коэффициент их полезного действия, равный 85-87 %, является одним из лучших для металлургических объектов.

Особенность современного доменного производства в мировой практике – значительное увеличение единичной мощности агрегатов с одновременным совершенствованием конструкций и оборудования как самих доменных печей, так и их вспомогательных сооружений.

В Российской Федерации построены печи полезным объёмом 5034-5580 м³, мощностью 4000-4500 тыс. т чугуна в год с избыточным давлением газа на колошнике до 250 кПа, температурой горячего дутья 1250-1300°С, обогащением его кислородом до 40% и использованием различных топливных добавок. Осваивается вдувание в доменные печи восстановительных газов. Увеличение абсолютного расхода шихтовых материалов и количества продуктов плавки усложнило параметры и обусловило большие изменения в конструктивных решениях всего комплекса доменного производства.

Целью курсовой работы является проектирование доменного цеха проектной мощностью 8 млн. тонн в год.

Были выполнены расчёты состава доменного цеха, просчитан профиль выбранной для проектирования доменной печи; определено потребное количество шихтовых бункеров и их ёмкость; определена производительность подъёмников шихты на колошник проектируемой печи; выбрана воздуходувная машина, создающая необходимое давление и удовлетворяющая потребность в дутье; определены некоторые технологические параметры воздухонагревателей; выбрано потребное количество чугуновозов и шлаковозов, так же определена агломерационная машинадля доменной печи.

ОПЕРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ДОМЕННОГО ЦЕХА

Основным агрегатом доменного цеха является доменная печь. Однако для нормального функционирования печей в цехе должен быть целый ряд вспомогательного оборудования: устройств для подачи шихты, устройств для подачи и нагрева дутья оборудования для уборки жидких продуктов плавки и т. д.

Проектирование доменного цеха сводится, прежде всего, к определению числа и полезного объёма доменных печей в проектируемом цехе. Затем определяются основные параметры вспомогательных устройств и оборудования.

При определении, по заданной производительности доменного цеха, числа и полезного объёма каждой печи, входящей в цех, нужно иметь в виду, что номинальное число суток работы печи в год составляет 357 суток для печей объёмом до 2000 м³ и 355 суток для печей большего объёма.

Исходя из этого суточная производительность цеха (Р_У) будет равна

Р_У= Р_У:355, (1.1)

или Р_У= 680 000 : 355=1915,5 т/сутки.

Для того, чтобы определить необходимый суммарный полезный объём () для выплавки этогоколичества чугуна, необходимо знать значение коэффициента использования полезного объёма (КИПО). Значение КИПО связано с удельным расходом кокса (к) и объёмным индексом интенсивности плавки (J) простой зависимостью:

КИПО = к : J. (1.2)

Объёмный индекс интенсивности плавки меняется в пределах 0,9 – 1,3 т кокса/ м³ в сутки, принимая более узкие пределы изменения 0,9 – 1,1 при подаче в печь комбинированного дутья, т. е. высоконагретого обогащённого кислородом дутья с одновременной подачей в печь природного газа, мазута или пылеугольного топлива. Принимаем за J = 1,0 т кокса/ м³ в сутки.

КИПО = 0,450 : 1,0 = 0, 450 м³/т сут.

Суммарный полезный объём печей определяется из выражения:

*КИПО.

Это составит: м³.

Важным является вопрос о числе печей, входящих в доменный цех. Печи большого объёма имеют ряд преимуществ перед печами малого объёма – на них возможна плавка с низким удельным расходом кокса. Строительство печей большого объёма сопровождается меньшими удельными капитальными затратами; меньше получаются в дальнейшем и эксплуатационные затраты. С этой точки зрения в проектируемом цехе надо иметь меньше печей, но большего объёма. С другой стороны следует учитывать, что доменный цех является поставщиком металла, шлака и газа смежным производствам, и остановка печи на капитальный ремонт, либо по другим причинам нарушает нормальную работу в сталеплавильных, шлакоперерабатывающих, прокатных и других печах. Исходя из этих противоречивых моментов, целесообразно иметь в доменном цехе не менее 3 печей, а лучше 4 или 5.

Принимаем в составе проектируемого цеха 4 доменные печи. В этом случае объём каждой из них () будет равен:

=861 м³.

В связи с тем, что в стране принято типовое строительство печей, принимаем полезный объём проектируемой печи, равный 1719 м³.

В этом случае скорректированная годовая производительность проектируемого цеха будет равна:

млн. тонн.

РАСЧЁТ ПРОФИЛЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Профиль доменной печи – это очертание её рабочего пространства в вертикальном сечении, проходящем через ось печи. Профиль печи характеризуется тремя диаметрами (диаметром горна - , распара – D, колошника - ), двумя углами (угол наклона стен заплечиков - и шахты - ), полезной высотой - , которая считается от уровня чугунной летки до кромки большого конуса в опущенном состоянии, а также высотными размерами всех остальных элементов профиля (горна - , заплечиков - , распара - , шахты - , колошника - ).

Расчёт профиля доменной печи заключается в определении размеров всех указанных элементов.

Диаметр распара и полезная высота печи определяется из следующих двух выражений:

(2.1)

(2.2)

Здесь коэффициент «а» определяет отклонение профиля печи от цилиндра, а коэффициент «в» представляет собой отношение полезной высоты печи к диаметру распара. Численные значения коэффициентов «а» и «в» для печей различного полезного объёма представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Значение коэффициентов «а» и «в» для доменных печей

Полезный объём печи, м³

1719

2002

2700

3200

5000

5580

Коэффициент «а»

0,58

0,57

0,58

Коэффициент «в»

2,79

2,70

2,64

2,47

2,08

2,11

Для приводимого численного примера выражения 2.1 и 2.2 запишутся в виде:

Подставив в первое выражение в окончательном виде получим:

Принимаем диаметр распара равным 10 м.

В этом случае полезная высота доменной печи будет равна:

м.

Принимаем полезную высоту доменной печи – 27,90 м.

Высота заплечиков доменной печи не подлежит в настоящее время чёткому аналитическому расчёту и поэтому принимается равной для печей указанного полезного объёма (см. табл. 2.1) в пределах 3,0 – 3,7 м.

Угол наклона стен заплечиков имеет значение 79° – 81°; при строительстве доменных печей большого объёма имеется тенденция к уменьшению этого угла.

Принимаем равной 3,5 м, а угол наклона стен заплечиков равным 80°. В этом случае можно определить диаметр горна.

2.3

Отсюда диаметр горна будет равен:

2.4

В численном выражении: м.

Принимаем диаметр горна равным 8,7 м.

Далее необходимо уточнить угол наклона стен заплечиков по выражению 2.3:

Отсюда уточнённое значение составит .

Необходимо проверить отношение (), значение которого не должно выходить за пределы 1,10 – 1,15.

В нашем случае численное значение этого отношения равно:

10 : 8,7 = 1,14,

т. е. не выходит за допустимые пределы.

Высота горна может быть определена следующим образом.

При принятом значении КИПО, равным 0,45 м³/т сут, суточная производительность доменной печи объёмом 1719 м³ составит:

1719 : 0,45 = 3820 т/сут.

При удельном выходе шлака 0,203 т/т чугуна его суточный выход

3820 * 0,203 = 775,5 т/сут.

Принимая 18 – разовый выпуск чугуна и шлака в сутки (при условии, что шлак выпускается из печи через чугунную летку) и имея в виду, что плотность чугуна равна 6,9 т/м³, а шлака 2,4 т/м³, в объёмном отношении за один выпуск доменная печь даёт:

чугуна – 3820 : (18 * 6,9) = 30,75 м³,

шлака – 775,5 : (18 * 2,4) = 17,95 м³.

Этот объём жидких расплавов нужно разместить в горне печи, имея в виду, что его объём занят кусками кокса, пористость слоя которого составляет 0,35–0,4 м³/ м³.

Тогда уровень чугуна и шлака () и шлака () в межкусковых пространствах кокса определится следующим образом:

(2.5)

(2.6)

где и - соответственно выход чугуна и шлака за выпуск.

Таким образом, уровень расплавов в горне печи будет равен:

1,39 + 0,81 = 2,2 м.

Если иметь в виду, что уровень шлака перед началом выпуска не должен подходить к оси воздушных фурм ближе 0,4 м (из-за опасения заливания их шлаком и нарушений технологического процесса плавки), а от оси воздушных фурм до верхней кромки горна должен быть установлен конструктивный размер, равный 0,5 м, то высота горна () составит величину:

Принимаем высоту горна печи равной 3 м.

Далее, задаваясь отношением (для доменных печей указанное отношение меняется от 0,65 до 0,68), определяется диаметр колошника ():

м.

Принимаем диаметр цилиндрической части колошника 8,1 м .

Высота шахты () определяется из выражения :

(2.7)

Входящее в это выражение значение угла наклона стен шахты () для печей объёмом 1719 – 5580 м³ меняется в пределах 83° - 85°.

Принимая значение для нашего примера равным 84°, находим высоту шахты проектируемой печи:

Принимаем высоту шахты равной 18 м.

Далее уточняем угол наклона стен шахты печи:

Уточнённый угол наклона шахты печи будет равен .

Высота цилиндрической части колошника определяется из условия вместить сюда 2 – 3 подачи. Подачей называется порция материалов, ссыпающаяся в печь с большого конуса. Она определяется, прежде всего, полезным объёмом доменной печи. Величина коксовой составляющей в подаче () находится из выражения:

(2.8)

Для наших условий минимальное и максимальное значение составит:

м³

т. е. в среднем 14 м³.

Если иметь в виду, что рудная нагрузка (отношение массы железорудной части шихты в подаче к массе кокса) составляет обычно 3,2 – 4,2 т/т (для примера принимаем 3,7 т/т), а насыпная масса агломерата равна 1,8 т/ м³, кокса – 0,45 т/ м³, окатышей – 1,9 т/ м³, то величина железорудной части шихты () в подаче равна:

м³

Таким образом, объём шихты, ссыпающейся с большого конуса, будет равен:

м³

При диаметре колошника 6,7 м высота, занимаемая одной подачей (), составит:

а высота двух подач составит величину примерно 1,5 м.

Наконец, необходимо учесть так называемый «уровень засыпи» - расстояние от кромки большого конуса в опущенном состоянии до уровня шихты в печи. Уровень засыпи составляет обычно 1,5 – 1,7 м. Высота цилиндрической части колошника будет равна:

Объём распара определяется путём суммирования объёмов горна (), заплечиков (), шахты (), цилиндрической части колошника () и вычитанием этой суммы из заданного полезного объёма печи ().

Находим объёмы элементов профиля проектируемой печи:

м³

Объём распара () будет равен:

(2.9)

Для приводимого численного примера объём распара составит:

м³.

Тогда при найденном ранее диаметре распара 10 м его высота будет равна:

м.

Уточним полезную высоту доменной печи () путём суммирования высотных размеров горна, заплечиков, распара, шахты и колошника:

м.

Высота «мёртвого слоя» () для печей объёмом 1719 – 5580 м³ обычно равна 1,1 – 1,7 м.

Результаты расчёта профиля проектируемой печи представлены в таблице 2.2.

ТАБЛИЦА 2.2

Основные размеры доменной печи объёмом 2700 м³

Размеры профиля

Значение

Высота, мм

полезная

горна

заплечиков

распара

шахты

колошника

«мёртвого слоя»

28350

3000

3500

850

18000

3000

1500

Диаметр, мм

горна

распара

колошника

8700

10000

6700

Углы

наклона стен заплечиков

наклона стен шахты

Величина отношения

2,79

0,67

1,14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОГО КОЛИЧЕСТВА БУНКЕРОВ И ИХ ЁМКОСТИ ДЛЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Доменная печь потребляет большое количество агломерата, окатышей, кокса и добавок (флюсов, руды, металлодобавок). Указанные материалы хранятся в бункерах эстакады, где создаётся оперативный запас сырья для бесперебойной работы печи.

Для определения количества бункеров на бункерной эстакаде и их ёмкости необходимо знать производительность доменной печи, удельные расходы материалов на получение чугуна, а также нормативные запасы шихтовых материалов.

Определим потребное количество бункеров и их ёмкость для доменной печи полезным объёмом 1719 м³.

Данные необходимые для расчёта:

- суточная производительность доменной печи 1915,5 т/сутки,

- удельный расход кокса – 0,45 т/т чугуна,

- удельный расход агломерата – 0,6 т/т чугуна,

- удельный расход окатышей – 0,4 т/т чугуна.

При указанных исходных данных часовой расход материалов будет равен:

агломерата – 1915,5*0,6:24=47,88 т/ч,

окатышей – 1915,5*0,4:24=31,9 т/ч,

кокса – 1915,5*0,45:24=35,9 т/ч.

Примем нормативные запасы шихтовых материалов в бункерах:

агломерат – 6 ч,

окатыши – 12 ч,

кокс – 6 ч.

Нормативные запасы сырья в бункерах доменной печи для приводимого примера будут равны:

агломерата – 47,88*6=286,8 т,

окатышей – 31,9*12=382,8 т,

кокса – 35,9*6=215,4 т.

Полученные данные скорректируем на отсев мелочи из кокса и железорудных материалов, на вынос материалов с колошниковым газом и с учётом потерь чугуна со скрапом и шлаком.

Потери материала	Доли ед.
отсев мелочи кокса	0,06
отсев мелочи в агломерате	0,05
отсев в окатышах	0,02
вынос агломерата с колошниковым газом	0,005
вынос окатышей с колошниковым газом	0,005
вынос кокса с колошниковым газом	0,005
потери чугуна со шлаком	0,007

С учётом приведённых потерь нормативный запас материалов в бункерах будет составлять:

агломерата – 286,8*(1+0,05)*(1+0,005)*(1+0,005)=304,15 т,

окатышей – 382,8*(1+0,02)*(1+0,005)*(1+0,005)=394,3 т,

кокса – 215,4*(1+0,006)*(1+0,005)*(1+0,005)=218,8 т.

Для определения ёмкости бункеров необходимо выразить нормативные запасы сырья в объёмном виде. Для этого нужно знать насыпные массы шихтовых материалов:

насыпная масса агломерата – 1,7 т/м³,

насыпная масса окатышей – 1,8 т/м³,

насыпная масса кокса – 0,45 т/м³.

С учётом этого нормативный запас сырья в бункерах в объёмном выражении будет равен:

агломерата – 304,15 : 1,7=178,9 м³,

окатышей – 394,3 : 1,8=219,05 м³,

кокса – 218,8 : 0,45=486,2 м³.

Обычно ёмкость бункеров для железорудных материалов составляет 90 – 100 м³, а объём коксовых бункеров достигает для мощных печей 650 м³ и более.

Число бункеров определяется не только максимальной ёмкостью бункера, но и принимаемой системой шихтоподачи.

Для доменных печей полезным объёмом 1719 м³ часто применяется шихтоподача вагон-весами.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПОДЪЁМНИКОВ ШИХТЫ НА КОЛОШНИК ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

В настоящее время существует два основных вида колошникового подъёма: скиповый и конвейерный. Первый из них применяется для доменных печей, имеющих полезный объём до 3200 м³. Подача шихты на колошник печи скипами вследствие ограниченной его ёмкости и производительности не может быть установлена на печах большой мощности. Вследствие этого для печей объёмом 5000 м³ и более разработана конвейерная подача шихты на колошник доменной печи.

Для проектируемой печи, в соответствии с вышесказанным, будет установлена подача шихты на колошник скипами.

Определим производительность скипового подъёмника для проектируемой печи объёмом 1719 м³.

Данные, необходимые для расчёта:

- суточная производительность доменной печи – 1915,5 т/сутки,

- удельный расход кокса – 0,45 т/т,

- число скипов в подаче – 4 (из них 2 скипа с железорудным материалом и 2 скипа с коксом).

Зная суточную производительность печи (Р) и удельный расход кокса (к), определяется суточный расход кокса (К):

К=Р*к (4.1)

Для приводимого примера это составит:

К=1915,5*0,45=861,9 т.

Если вместимость скипа по коксу составляет величину , то количество скипов в сутки ()с этим материалом будет равно:

(4.2)

Ёмкость скипа () зависит от полезного объёма доменной печи () и для приближённых ориентировочных расчётов может быть определена из простого выражения:

(4.3)

Для проектируемой печи объём скипа будет равен:

м³.

Следует иметь в виду, что в стране в зависимости от объёма печи геометрическая ёмкость скипов унифицирована и составляет: 8,0; 10,0; 13,0 и 20,0 м³. Следует иметь в виду также, что полезная ёмкость скипа меньше геометрической () и равна (0,8 – 0,85) от .

Таким образом, при насыпной массе кокса, равной 0,45 т/м³, грузоподъёмность скипа (его вместимость - ) будет равна:

т.

Тогда количество скипов для загрузки печи коксом в сутки составит:

Поскольку подача включает и железорудную часть шихты, и число скипов с этим материалом - , то общее число скипов для загрузки печи будет равно 804.

Время подъёма одного скипа определяется из выражения:

(4.4)

где - коэффициент времени работы скипового подъёмника (равен 0,60 – 0,65), - коэффициент загруженности, учитывающий возможность увеличения производительности печи (принимается равным 0,7).

Для нашего примера время подъёма скипа будет равно:

с.

Представленный расчёт времени подъёма скипа не характеризует в полной мере производительность скипового подъёмника, поскольку скиповый подъёмник работает в последовательной связи с другими механизмами подъёмника и время подъёма скипа к колошнику – это лишь небольшая часть времени набора и загрузки полной подачи.

Определим время, необходимое для набора одной подачи.

Принимаем величину коксовой подачи = 6 тонн.

Выход чугуна из подачи () находится из выражения :

(4.5)

что для приводимого примера составит:

т/под.

В этом случае при суточной производительности печи 5633,8 т количество подач в сутки (n) будет равно:

n=1915,5 : 13,3 = 144 подачи/сутки.

С учётом запаса производительности скипового подъёмника в 40% (обычно составляет 40 – 50%) проектируемая система шихтоподачи должна обеспечить загрузку в печь большего числа подач:

n=144 * (1+0,4) = 201,6 подачи/сутки,

что составляет, примерно 8 подач в час. Тогда время, отводимое для загрузки в печь одной подачи, составит:

= 60 : 8 = 7,5 мин.

ВЫБОР ВОЗДУХОДУВНОЙ МАШИНЫ

Для осуществления доменного процесса необходима подача в печь большого количества дутья с высоким избыточным давлением. Подача дутья в печь производится воздуходувными машинами, выбор которых делается на основе выполненных ранее материальных балансов доменной плавки. Категорически запрещён выбор воздуходувной машины по её паспортным данным.

Произведём расчёт воздуходувной машины для проектируемой печи объёмом 1719 м³.

Данные, необходимые для расчёта:

- удельный расход дутья – 1414 м³/т чугуна,

- суточная производительность доменной печи – 1915,5 т,

- предполагаемое давление колошникового газа – 250 кПа,

- полезная высота ДП – 28,35 м,

- уровень засыпи – 3,5 м.

Исходя из удельного расхода дутья и суточной производительности печи, минутный расход дутья составит:

= (1414*1915,5) : (24*60) = 1880,9 м³/мин.

Потери дутья по тракту от воздуходувной машины до доменной печи принимаем равными 5%, тогда с учётом потерь дутья по тракту потребное количество дутья будет равно:

= 1880,9*(1+0,05) = 1974,9 м³/мин.

Помимо расчётного объёмного расхода дутья воздуходувная машина должна обеспечить избыточное давление, необходимое для преодоления сопротивления воздухоподводящего тракта (), столба шихты () и избыточного давления газа на колошнике печи (). Таким образом, давление дутья (), развиваемое воздуходувной машиной, определяется их выражения:

(5.1)

Сопротивление дутья на тракте подвода его к воздушным фурмам печи () составляет обычно 20 – 40 кПа, а давление газа на колошнике () в настоящее время на доменных печах большого объёма (свыше 2000 м³) достигает 240 – 295 кПа.

Примем = 30 кПа, = 250 кПа.

Что касается сопротивления газу со стороны столба шихтовых материалов (), то в настоящее время численное значение этой величины не поддаётся расчёту и для инженерных расчётов рекомендуется следующее выражение:

(5.2)

где - сопротивление 1 м столба шихты потоку газа, кПа/м;

- высота столба шихты в печи, м.

Значение для реальных шихтовых материалов принимает значение 5 – 7 кПа/м.

Высота столба шихты в печи может быть определена из выражения: