ОГЛАВЛЕНИЕ: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ВВЕДЕНИЕ.

Схема производства и характеристика технологических операций

   При выборе технологической схемы работы конвертерного цеха производится критический анализ различных существующих решений и выбирается вариант, наиболее подходящий к условиям проектируемого цеха. Технологическая схема одного из возможных вариантов современного конвертерного цеха представлена на рисунке 22.

   Совки с ломом из специализированного скрапного пролета передают в загрузочный пролёт на скраповозах. Загрузка лома в конвертер в современных цехах обычно осуществляется кранами. При этом возможны два основных способа использования кранов: для завалки лома применяют краны, перемещающиеся по общим подкрановым путям с кранами для заливки чугуна (иногда для обеих операций используются одни и те же краны); завалку лома проводят полупортальными кранами, работающими независимо от заливочных кранов. Установка полупортальных кранов требует дополнительных затрат, но обеспечивает лучшую организацию работ, особенно при ремонте кранов и рекомендуется для вновь сооружаемых цехов. Чугун из доменного цеха в конвертерный подают в обычных ковшах с дальнейшим переливом в стационарный миксер или в ковшах миксерного типа. При использовании стационарных миксеров ковш с чугуном, пришедший в миксерное отделение, краном подают на установку для скачивания шлака. После удаления шлака чугун сливают в миксер. Из миксера чугун выпускается в ковш. Доставка чугуна к конвертерам возможна с использованием и без использования чугуновоза. В первом случае ковш при выпуске чугуна установлен на чугуновозе, который находится на весах. После слива заданной порции чугуна чугуновоз транспортирует ковш в загрузочный пролёт и подается к машине для скачивания шлака. После скачивания шлака чугун краном сливается в конвертер. Во втором случае ковш при выпуске чугуна находится либо на кране, который оснащён весами, либо установлен краном на весы под носком миксера. После слива заданной порции чугуна ковш транспортируется краном к установке для скачивания шлака, а затем чугун сливается в конвертер.

   Основным достоинством стационарных миксеров является усреднение состава и температуры чугуна разных выпусков из доменных печей, что обеспечивает стабильность технологии выплавки стали. Однако, с увеличением объёма доменных печей и ростом количества чугуна в одном выпуске рассчитывать на смешивание в миксере большого количества доменных плавок не приходится. Независимо от наличия миксеров состав чугуна, поступающего в конвертер, достаточно стабилен, а его небольшие колебания учитываются современными средствами автоматики, вносящими соответствующие коррективы в конвертерный передел. Кроме того, замена футеровки миксера усложняет схему подачи чугуна из-за необходимости перелива из чугуновозного ковша в заливочный. С учетом изложенного для новых цехов более предпочтительно применение ковшей миксерного типа.

   При использовании ковшей миксерного типа ковш поступает в отделение перелива. Слив чугуна производится в заливочный ковш, установленный на чугуновозе, оборудованном весами или стоящем на платформенных весах. После слива заданной порции чугуновоз доставляет ковш в загрузочный пролёт, где чугун после скачивания шлака сливается в конвертер. При применении ковшей миксерного типа сокращается объём строительных работ при сооружении цеха, так как не требуется миксерного отделения; повышается температура чугуна, заливаемого в конвертер, за счёт сокращения числа переливов. Применение более горячего чугуна позволит сократить его расход, увеличить долю перерабатываемого лома и снизить себестоимость стали. Кроме того, улучшается организация работ при проведении ремонтов. Замена футеровки на одном из ковшей миксерного типа не сказывается на работе цеха.

   В современных конвертерных цехах схема подачи сыпучих материалов (руды, извести, боксита и др.) следующая (рисунок 23): сыпучие по главному подающему конвейеру, соединяющему конвертерный цех со складами, известково-обжиговым цехом, поступают в верхнюю часть конвертерного пролёта, где разгружаются в бункера запаса посредством реверсивного передвижного конвейера. Количество бункеров обычно шесть-восемь на каждый конвейер.

  Система подачи сыпучих в конвертер двухсторонняя, что обеспечивает стопроцентный резерв при выходе из строя части оборудования. Из бункеров материалы через вибропитатели, весы-дозаторы и течки загружаются в конвертер. В некоторых цехах наряду с вибропитателями применяются виброгрохоты, обеспечивающие отсев мелочи извести перед присадкой её в конвертер. Система подачи сыпучих материалов, как правило, автоматизирована. Ферросплавы поступают в цех конвейерным транспортом или в саморазгружающихся контейнерах. Подача возможна с использованием главного подающего и передвижного реверсивного конвейеров тракта подачи сыпучих материалов или с сооружением самостоятельного тракта подачи ферросплавов. В первом варианте бункера для ферросплавов размещаются рядом с бункерами сыпучих материалов и загружаются так же, как и они. Выдают ферросплавы из бункеров аналогично сыпучим - через вибропитатели, весы, течки. Взвешенные ферросплавы обычно подаются прямо в ковш при выпуске плавки. Во втором - тракт подачи аналогичен тракту подачи сыпучих и включает в свой состав конвейеры, бункера, вибропитатели, весы-дозаторы, течки.

  При подаче ферросплавов в саморазгружающихся контейнерах их доставляют автомобильным или железнодорожным транспортом на участок ферросплавов и краном разгружают в бункера запаса на рабочей площадке. Помимо этих бункеров, общих для всего цеха, у каждого конвертера имеется свой блок бункеров с весами-дозаторами, куда ферросплавы доставляются автопогрузчиками.

   Загружают блок бункеров либо тельферами, либо автопогрузчиками. При любом способе подачи ферросплавов возможны их предварительный нагрев или расплавление перед присадкой в ковш.

   Для вновь проектируемых цехов возможно применение обоих способов, однако более целесообразной представляется подача в контейнерах, поскольку она требует меньших затрат. Кроме того, при конвейерной подаче требуется сооружение в верхней части цеха бункеров для ферросплавов, что приводит к утяжелению металлоконструкций и росту затрат на сооружение цеха.

   Продувка кислородом и нейтральными газами в современных цехах обязательна. Над каждым конвертером размещают обычно две кислородные фурмы: рабочую, через которую ведут продувку, и резервную, подключенную к системе подачи кислорода и воды. Привод подъёма фурм размещён на передвижной платформе, перемещение которой обеспечивает быструю замену сгоревшей фурмы на резервную.

   Важная характеристика технологии выплавки стали - интенсивность продувки металла, под которой подразумевается минутный расход кислорода на тонну жидкой стали. В большинстве современных цехов интенсивность продувки 3 - 4 м³/(мин т), однако она может достигать значительно больших значений. Увеличение интенсивности продувки сокращает её продолжительность, но одновременно приводит к росту минутного выхода газов из конвертера. Это, в свою очередь, увеличивает габариты и стоимость газоотводящего тракта, а также затраты на очистку газов. Поэтому рекомендуется вести проектирование из расчета интенсивности продувки кислородом 5 м³/(мин т).

   Газоотводящий тракт предназначен для улавливания, охлаждения и очистки газов, выделяющихся из конвертера при продувке. Различают два типа газоотводящих трактов: с дожиганием и без дожигания СО. При работе с дожиганием газ на выходе из горловины соединяется с воздухом и полностью сгорает в нижней части подъёмного газохода, при этом количество газа значительно увеличивается. При работе без дожигания принимаются меры для обеспечения минимального горения отходящих газов. Это достигается следующим образом. В нижней части подъёмного газохода сооружается передвижная коническая ёмкость, называемая «юбкой». Она снабжена датчиками давления, импульс от которых передаётся на поворотную заслонку, трубу Вентури или дымосос, обеспечивая изменение тяги, которая первоначально отрегулирована так, что весь выделяющийся газ убирается трактом без подсоса воздуха. Если количество газа по какой-то причине снизилось, давление его внутри «юбки» понижается, что улавливается датчиками. Они посылают сигнал уменьшение тяги, не допуская попадания воздуха в газоотводящий тракт. При увеличении количества газов тяга соответственно возрастает.

   Работа по схеме без дожигания СО имеет преимущества: значительное снижение капитальных и эксплуатационных затрат в связи с уменьшением количества газов, проходящих через тракт; возможность использования уловленных и очищенных газов в качестве топлива. Поэтому она рекомендуется для вновь проектируемых цехов.

   Газоотводящий тракт, работающий по схеме без дожигания окиси углерода, обычно состоит из следующих основных элементов (рисунок 24): «юбки», подъёмного газохода, представляющего котёл-утилизатор радиального типа, скруббера, в котором производится охлаждение и первичная очистка газа, установки для тонкой очистки - регулируемой трубы Вентури, дымососа, соединительных дымопроводов с отводами шлама и воды.

   Для тонкой очистки газов может использоваться и сухая очистка в электрофильтрах. Хотя они и эффективнее мокрой газоочистки (вдвое ниже расход электроэнергии, не требуется дорогостоящих объектов грязного оборотного цикла водоснабжения), но у них есть серьёзный недостаток - повышенная взрывоопасность. Поэтому для вновь проектируемых цехов рекомендуется применение мокрых газоочисток. В России в настоящее время все конвертерные цехи оборудованы мокрыми газоочистками.

   Плавку выпускают в ковш, установленный на сталевозе. При выпуске плавки в ковш подаются ферросплавы, отсекается шлак и вместо него присаживается синтетическая смесь или мелочь извести. После выпуска ковш транспортируют на сталевозе на внепечную обработку, а после неё - на разливку. Виды внепечной обработки определяются сортаментом производимой продукции. Наиболее распространены различные вакуумные установки, а также установки типа печь-ковш, снабженные электродами. Большинство установок внепечной обработки оборудуются своими сталевозами. Ковш с металлом переставляется краном с конвертерного сталевоза на сталевоз внепечной обработки и подается под площадку установки для обработки. После обработки ковш подается на разливку.

   Установки внепечной обработки обычно размещают в отделении непрерывной разливки стали, оборудованном разливочными кранами. Возможно размещение этих установок и в конвертерном цехе с сооружением специального пролёта внепечной обработки или выделением площадей в одном из специализированных пролётов, например в ковшевом, с установкой в нём литейных кранов. Однако более дешева и, соответственно, более предпочтительна организация внепечной обработки в ОНРС.

   Непрерывная разливка стали дала возможность организовать непрерывный, высокопроизводительный процесс производства не-прерывнолитых заготовок, по профилю и размерам пригодных для непосредственного использования на сортовых и листовых станах. С целью экономии энергии в некоторых случаях предусматривается передача непрерывнолитых заготовок непосредственно на прокатный стан без промежуточного складирования и охлаждения.

   В современных высокопроизводительных конвертерных цехах для производства непрерывных заготовок используются радиальные, криволинейные и криволинейные с прямым кристаллизатором МНЛЗ. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

   В радиальных МНЛЗ формирование заготовки осуществляется по дуге постоянного радиуса до момента её полного затвердевания. Увеличение сечения ведёт к увеличению радиуса МНЛЗ и её высоты, поэтому радиальные МНЛЗ целесообразно применять при отливке мелких сортовых заготовок (сечением от 70x70 до 200x200 мм) и более крупных сечений из сталей, не допускающих деформации в двухфазном состоянии.

   На МНЛЗ криволинейного типа начальное формирование заготовки осуществляется по дуге постоянного радиуса, а полное затвердевание - по дуге переменного радиуса и на горизонтальном участке. Разновидностью криволинейной является МНЛЗ с прямым кристаллизатором. В ней начальное формирование отливаемого слитка осуществляется на прямом вертикальном участке 2 - 3 м. Затем происходит изгиб слитка в нескольких точках, перевод его на дугу постоянного радиуса, выпрямление слитка в нескольких точках. Окончание затвердевания слитка осуществляется на горизонтальном участке. Преимущества криволинейных МНЛЗ с прямым кристаллизатором заключаются в использовании более простого в обслуживании и изготовлении прямого кристаллизатора и возможного улучшения качества слитка за счёт всплывания неметаллических включений на прямом участке, недостатки - несколько большая высота. Технологическая протяженность этих МНЛЗ может достигать 45 - 47 м и обеспечивать разливку с большой скоростью.

   МНЛЗ криволинейного и криволинейного с вертикальным кристаллизатором типов применяются в высокопроизводительных цехах, в которых выплавляют углеродистые и низколегированные стали. Криволинейные МНЛЗ с прямым кристаллизатором используют также при отливке слитков более сложного марочного сортамента.

   Шлак из конвертера сливают в шлаковый ковш, установленный на шлаковозе. Шлаковоз передвигается по путям, общим с путями сталевоза. Для вновь строящихся цехов рекомендуется следующий наиболее экономичный способ уборки шлака из-под конвертера. Шлаковый двор, на котором перерабатывается шлак, сооружается рядом с конвертерным цехом. Ковши со шлаком доставляются на шлаковый двор без промежуточных перестановок. После зацепления ковша краном шлак сливается тонким слоем на пол в одну из секций по длине пролёта. Заполненная секция заливается водой, после чего остывший шлак подрывается бульдозером, грузится на самосвалы и вывозится за пределы цеха.

   Подготовка сталеразливочных ковшей в связи с большим объёмом работ выносится обычно в отдельный пролёт. При подготовке ковшей, которые находятся в горячем обороте, продолжительность подготовительных операций по сравнению с основной должна быть сведена до минимума. Суть основной операции заключается в замене шиберных затворов, очистке от остатков шлака и металла и в подогреве ковша.

   При проведении холодного ремонта предварительно охлаждённый ковш устанавливается на стенд для ломки футеровки ковшей. Кладка (набивка, наливка) новой футеровки осуществляется в специальных ямах, по завершению которой ковш сушат и на него устанавливают шиберные затворы.

   Замена футеровки ковша определяется его конструкцией: с отъёмным днищем или неразъёмные. Наиболее предпочтительны последние, так как они обеспечивают высокий уровень механизации трудоёмких работ и освобождают нулевую отметку цеха от перемещения автопогрузчиков с огнеупорами.

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.

1. Выбор количества и емкости конвертеров.

Количество действующих  конвертеров

где    П_Г - заданный объём производства цеха, т;

          П₁ - производительность одного непрерывно работающего конвертера, т.

Возможная производительность конвертера при его непрерывной эксплуатации, исходя из работы цеха 365 суток в год.

  т/год

где    G - ёмкость конвертера, т;

k_Г - коэффициент выхода годного;

- продолжительность цикла плавки, мин.

Общее количество конвертеров – 2 (1- рабочий и 1- резерв)

2. Выбор оборудования  и расчет его  количества.

2.1 Скрапной пролет.

Емкость совков для лома

 

где К_л - доля лома в составе металлошихты, К_л можно принять равной 0,25 - 0,30;

G - ёмкость конвертера, т;

0,9 - выход жидкой стали;

р_л - насыпная масса металлического лома, которую в расчётах можно принять равной 1,0 - 1,5 т/м³.

Количество совков для лома

 

где   k₃ - коэффициент запаса, к₃ =1,15;

2 - учитывает загрузку лома двумя совками, т.е. при числе плавок в сутки А в конвертеры потребуется загрузить 2 А совков с ломом;

А - число плавок в сутки, пл/сут;

_об - длительность цикла оборота совка, ч;

24 - число часов в сутках.

Краны для перестановки совков

где k_в - коэффициент, учитывающий затраты времени на вспомогательные работы, k_в =1,15;

k_u - коэффициент использования крана,   k_u = 0,8.

Тип скраповоза выбирается на один или два совка.

Количество скраповозов

2.2 Отделение перелива  чугуна.

Ковши миксерного типа обычно входят в состав доменного  цеха.

Грузоподъемность  мостового крана = 20 т. ; количество кранов 1 шт.

Емкость заливочного  ковша.

Количество заливочных ковшей

где     n_об - число ковшей, находящихся в обороте;

n_рем - число ковшей, находящихся в ремонте.

Коэффициент запаса ковшей k₃ = 1,1 - 1,2.

Количество ковшей в обороте

где   _об - продолжительность оборота ковшей = 20-30 мин.

Количество ковшей в ремонте

где -продолжительность ремонта, ч;

а- стойкость  футеровки ковша между ремонтами ( число наливов )

Количество чугуновозов

 

где     рем - продолжительность ремонта, ч;

2.3 Миксерное отделение.

Суммарная потребная  емкость миксеров

 т.

Количество  миксеров

где        - ёмкость одного миксера, т.

Грузоподъемность миксерных кранов

Емкость ковшей с чугуном  = 140 т. , тогда грузоподъемность крана = 180 т.

Количество миксерных кранов

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

где       n_чуг    - количество ковшей, поступающих из доменного цеха;

  '_обр - время на обработку одного ковша с чугуном, мин;

k_в  - коэффициент, учитывающий выполнение вспомогательных работ, k_в =1,1

Количество ковшей, поступающих из доменного цеха

Количество машин для скачивания шлака = 1 шт. 

Количество заливочных ковшей

где     n_об - число ковшей, находящихся в обороте;

n_рем - число ковшей, находящихся в ремонте.

Коэффициент запаса ковшей k₃ = 1,1 - 1,2.

Количество ковшей в обороте

где   _об - продолжительность оборота ковшей = 20-30 мин.

Количество ковшей в ремонте

где -продолжительность ремонта, ч;

а- стойкость  футеровки ковша между ремонтами ( число наливов )

Количество чугуновозов

 

где     рем - продолжительность ремонта, ч;

Количество платформенных весов = 2 шт.

Объем шлаковых ковшей = 30 , количество 2 шт.

2.4 Загрузочный пролет.

Минимальная грузоподъемность заливочного крана = 180 т.

Количество заливочных кранов

Коэффициент, учитывающий выполнение вспомогательных работ, k_в = 1,1, а коэффициент использования крана k_u = 0,8

Минимальная грузоподъемность и тип полупортальных кранов определяется на один или два совка.

Количество полупортальных кранов

где     q_i - задолженность крана на загрузку совков, мин/пл;

k_u - коэффициент использования крана,  k_u = 0,8. Задолженность крана на загрузку лома составляет 18-19 мин.

Количество машин для скачивания шлака = 1 шт.

Объем шлаковых ковшей = 30 , количество 2 шт.

Количество стендов для чугуновозных ковшей: 2 простых стенда и 1 с горелкой.

2.5 Конвертерный пролет.

В конвертерном пролёте установлено следующее технологическое и подъёмно - транспортное оборудование: конвертеры, стале- и шлаковозы, машины для подачи кислорода, отсечки шлака, ломки футеровки конвертеров, краны для смены и ремонта фурм. В конвертерном пролёте расположены также газоотводящий тракт и система подачи сыпучих материалов, которые не относятся к технологическому оборудованию.

Определение основного технологического оборудования конвертерного пролёта не требует специальных расчетов - оно соответствует количеству установленных в цехе конвертеров. Так, каждый конвертер обслуживается одной машиной подачи кислорода, одним сталевозом, одним шлаковозом. В принципе, не требуют расчета и перечисленные выше краны - их невысокая загрузка позволяет иметь на каждом участке по одному крану. По той же причине в цехе достаточно иметь одну машину для ломки футеровки конвертеров. Количество остального технологического оборудования определяется с учётом принятой схемы работы.

Выбирается тип машины для отсечки шлака. Если оборудование отсечки шлака смонтировано на корпусе конвертера, то его количество равно количеству конвертеров. Если принимается машина, свободно перемещающаяся по рабочей площадке, то в пролёте достаточно одной.

Устройства для ремонта футеровки принимают из условий: если к установке приняты глуходонные конвертеры, то каждый агрегат оборудуется одним телескопическим устройством для подачи огнеупоров сверху; если конвертеры имеют отъёмные днища, то для обслуживания всех установленных агрегатов достаточно одной домкратной тележки и одного телескопического устройства для подачи огнеупоров снизу, поскольку конвертеры ремонтируют по одному.

2.6 Ковшевой пролет.

Емкость сталеразливочного ковша = 220 т.

Количество сталеразливочных ковшей

где     n_об - число ковшей, находящихся в обороте;

n_пр - число ковшей, находящихся в промежуточном ремонте;

n_хр - число ковшей, находящихся в холодном ремонте.

Коэффициент запаса ковшей k₃ =1,15-1.2.

Количество ковшей в обороте

Количество ковшей, ежесуточно находящихся в промежуточном ремонте

Количество ковшей, ежесуточно выходящих на холодный ремонт

где а - стойкость футеровки ковша, которую приняли равной 20 плавкам.

Количество ковшей, находящихся в холодном ремонте

Продолжительность холодного ремонта _xp слагается из времени остывания ковша, ломки футеровки машиной, кладки, сушки и её можно принять 25 - 30 ч.

Количество механизированных стендов для ломки футеровки ковшей

Количество машин для ломки футеровки ковшей = 1 шт.

При определении грузоподъёмности кранов учитывают массу металлоконструкций ковша, огнеупоров и остатков застывшего металла (20 - 25% номинальной ёмкости ковша).

Для расчёта количества кранов определяются затраты кранового времени на обработку одного и всех ковшей в сутки, находящихся в обороте, в промежуточном ремонте, в холодном ремонте, а затем общая задолженность крана на всех видах обработки ковшей. Вводится повышающий коэффициент 1,2 на вспомогательные работы.