Конструирование доменного цеха

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

8.     ВОЗДУХОДУВНЫЕ МАШИНЫ…………………………………………………24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………..27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Определить состав доменного цеха для обеспечения ежегодной переработки 3  млн. т агломерата 4,5 млн. т окатышей. Исходные данные: содержание железа в окатышах – 61%, в агломерате – 54%. Расход железа – 0,98 т/т чугуна.

 

ВВЕДЕНИЕ

Доменный цех – комплекс сооружений для производства чугуна на металлургических предприятии.

Доменная печь —  непрерывно работающий агрегат шахтного типа для выплавки чугуна. Внутреннее очертание рабочего пространства, ограниченного огнеупорной футеровкой, называется профилем печи.

Чугун  сплав железа с углеродом более 2,14%, содержащий также постоянные примеси (Si, Mn, Р и S), а иногда и легирующие элементы, затвердевает с образованием эвтектики. Чугун — важнейший первичный продукт чёрной металлургии используемый для передела при производстве стали и как компонент шихты при вторичной плавке в чугунолитейном производстве.

Мировое производства чугуна за 2011 год составило 1,083 млрд. т.

Мировая топ-десятка стран – производителей чугуна (по данным WSA):

1) Китай – 629,693 млн. тонн;

2) Япония – 81,028 млн. тонн;

3) Россия – 48,12 млн. тонн;

5) Южная Корея – 42,218 млн. тонн;

4) Индия – 38,9 млн. тонн;

6) Бразилия – 33,243 млн. тонн;

9) США – 30,233 млн. тонн;

7) Украина – 28,867 млн. тонн;

8) Германия – 27,795 млн. тонн;

10) Тайвань– 12,94 млн. тонн.

При проектировании доменного производства необходимо знать физико-химические составляющие и механику процесса, технологию проведения плавки, организационное и технологическое обеспечение доменного производства.

Основные требования которые предъявляют к планировки доменного цеха состоят в следующем:

1. Компоновка железнодорожных путей должна обеспечивать рациональный грузопоток в цехе и возможность использования при необходимости одного и того же пути для перевозки разных грузов;
2. Габаритные размеры сооружения цеха и протяженности различных коммуникаций должны минимизироваться;
3. Агрегаты должны размещаться так, чтобы во время строительных и ремонтных работах соседние агрегаты и коммуникации работали без перебойно;
4. Габариты приближения должны удовлетворять условиям безопасности;
5. Все аппараты средств автоматизации и бытовые помещения должны размещаться в газо- и пыле безопасных местах;
6. Должна иметься возможность для развития цеха.

 

1. ПЛАН ДОМЕННОГО ЦЕХА

Рациональная планировка:

1. Компоновка железнодорожных путей должна обеспечивать рациональный грузопоток в цехе и возможность использования при необходимости одного и того же пути для перевозки разных грузов;
2. Габаритные размеры сооружений цеха и протяжности различных коммуникаций (железнодорожные пути, эстакады, транспорты, трубопроводы, электросеть и др.) должны быть минимальные;
3. Агрегаты должны размещаться так, что бы вовремя строительства или ремонта соседние агрегаты и коммуникации работали бесперебойно;
4. Габариты приближения должны удовлетворять условиям безопасности;
5. Вся аппаратура средств автоматизации и бытовые помещения должны размещаться в стороне от газоопасных и запыленных участков;
6. Должна иметься  возможность для развития цеха (увеличения количества и объема доменных печей).

Доменный цех по характеру расположения печей относительно железнодорожных путей делятся на два вида: блочный и островной.

Блочный – со стороны рудного двора  бункерной эстакады располагаются железнодорожные пути для уборки шлака и коксовой мелочи, а по другую сторону литейного двора – со стороны газоочистки обычно располагаются для уборки чугуна и колошниковой пыли.

Рудный двор общий для всех печей, располагается вдоль линии фронта печей.

Бункерная эстакада располагается между рудным двором и доменными печами, параллельно линии печей.

Расположение доменных печей и всех вспомогательных агрегатов зависит от расположения железнодорожных путей для уборки чугуна и шлака.

Различают приемные постановочные пути предназначенные для приема и постановки подвижного состава под погрузку и выгрузку и ходовые пути по которым подвижной состав транспортирует к месту назначения.

Пути для уборки шлака и коксовой мелочи располагается со стороны рудного двора, а пути для уборки чугуна и пыли со стороны газоочистки.

Доменные печи располагаются большей частью в одну линию, по продольной оси цеха, расстояния между соседними печами составляют от 20—30 м для малых печей и до 75—165 м и более для самых мощных.

Используется в основном два вида компоновки доменных цехов: блочный и островной.

При блочном расположении печей план доменного цеха характеризуется по парным расположением доменных печей с общим литейным двором на 2 и более печи. Воздухонагреватели находятся на одной площадке, что позволяет соорудить одну общую дымовую трубу и общий резервный воздухонагреватель. Литейные дворы, поддоменники и воздухонагреватели образуют, по существу, непрерывную цепь сооружений, разделяющих все железнодорожные пути, предназначенные для уборки шлака и чугуна, на две самостоятельные группы. Таким образом при такой компоновки нет возможности для развития цеха, а так же не возможность переезда с одной группы путей на другую между печами. Переезд возможен только за крайними печами, что затрудняет маневрирования транспортом. 

При островном расположении печей, каждая располагается изолированно друг от друга, со своим литейным двором и воздухонагревателями под некоторым углом к продольной оси цеха. Таким образом их  расположение представляет как бы острова. Это дает возможность устройства сквозных, индивидуальных для каждой печи постановочных железнодорожных путей для чугуна и шлака, примыкающих к магистральным путям, проходящим по обе стороны от линии печей. Благодаря возможности сообщения между чугуновозными и шлаковозными путями, такое расположение печей обеспечивает гораздо большую маневренность транспорта, удобства проведения ремонта и реконструкций.  Таким образом островной план доменного цеха обеспечивает наибольшую независимость и удобство транспортного обслуживания каждой печи.

Блок воздухонагревателей располагаются в зависимости от типа цеха. При блочной компоновке воздухонагреватели размещаются в одну линию между соседними печами, при островном под некоторым углом к линии печей.

Разливочные машины и склад холодного чугуна находится обособленно от доменной печи на площадке, которая имеет независимую от других грузопотоков связь с доменной печью.

Газоочистка располагается на территории доменного цеха со стороны противоположной рудному двору.

Шлаковый отвал располагается, как правило, за пределами предприятия.

 

 

 

2. СОСТАВ ДОМЕННОГО ЦЕХА

Является основным структурным подразделением на металлургическом предприятии.

В состав комплекса доменного цеха обычно входят:

• рудные дворы;
• бункерная эстакада;
• система транспортеров подачи материалов к скипу;
• скиповый подъемник и машинное отделение скипового подъемника;
• доменная печь с фундаментом и колошниковым устройством;
• здание литейного двора и поддоменника с рабочей площадкой вокруг печи, желоба;
• отделение разливочной машины;
• склад холодного чугуна;
• участок придоменной грануляции шлака;
• блок воздухонагревателей с воздухопроводами холодного и горячего дутья, дымовой трубой;
• пылеуловители с газопроводами грязного газа;
• здание управления печью и контрольно-измерительными приборами;
• депо ремонта чугуновозных ковшей;
• АБК.

 

Скорректированная годовая производительность проектируемого цеха будет равна:

(1)

 

Суточная производительность цеха будет равна:

(2)

 

Суммарный полезный объем печей определяется:

(3)

 

Объем каждой печи (Vo) будет равен:

(4)

 

Принимаем 4 печи Vo=1260 м3.

 

3. РУДНЫЙ ДВОР

Основное назначение рудного двора это создание необходимого запаса для обеспечения бесперебойного снабжения сырьем, усреднение материалов, охлаждение материалов.

Так как доменные печи работают на окускованом сырье, основная масса поступающих на рудный двор сырых материалов представляет собой агломерационную руду, концентраты железных руд, окатыши и флюсы, поступающих с обогатительных фабрик. Емкость рудного двора, запасы определяются производительностью доменной печи, удаленностью источника сырья, способом доставки.

Сыпучие материалы доставляются в основном железнодорожным транспортом в саморазгружающихся вагонах – хопперах, тумпкарах, гондолах, так же могут доставляться водным транспортом.

Для обслуживания рудного двора используют рудные перегружатели, представляющие собой крановое сооружения. Одной ногой рудный перегружатель опирается на бункерную эстакаду другой на дальний край рудного двора.  Перегружатель движется по всей длине рудного двора, а его пролет  позволяет перекрыть всю ширину рудного двора.

Основным грузозахватным органом перегружателя является грейфер.

Рудные перегружатели предназначены для перегрузки материалов из под консоли бункерной эстакады в штабеля для усреднения руд и перегрузки уже усредненных материалов с рудного двора в перегрузочный вагон, который передвигается над бункерными эстакадами.

 

4.  БУНКЕРНАЯ ЭСТАКАДА

Предназначена для механизации набора и подачи материалов в печь, а так же для создания оперативного запаса шихтовых материалов уже непосредственно у каждой доменной печи.

Бункерная эстакада представляет собой металлическое и железобетонное сооружение, состоящее из ряда отдельных бункеров и обслуживающих их оборудования. Бункера для железосодержащих и флюсующих материалов располагаются в два ряда. На бункерную эстакаду материал поступает в перегрузочных вагонах,  при этом устраивают 3-х либо 4-х путевые эстакады.

Корпус бункера может быть выполнен как металлический так и железобетонный или комбинированный. С верху бункера перекрыты защитными решетками с ячейками 300 на 300 мм. Стенки бункеров наклонены на 50 – 60 0.

 Бункерные эстакады  по своему назначению делятся  на рудные коксовые и бункера  добавок.

Удельная емкость рудных бункеров составляет около 2,5 м3 на 1 м3 печи.

Выходные отверстия бункеров оборудованы механизмами затвора различного типа. Под затворами бункеров установлены дозаторы, под бункерами агломерата и кокса установлены грохоты.

Для доставки материалов от бункеров к скиповой яме используются 2 способа: вагон – весы, и более современный система ленточных транспортеров.

Коксовые бункера располагаются над скиповой ямой, для уменьшения числа перегрузок кокса.

 

Суточная производительность доменной печи:

(5)

 

Часовой расход материалов будет равен:

(6)

 

(7)

 

(8)

 

     (9)

 

(10)

 

Таблица 1

Нормативные запасы шихтовых материалов в бункерах

№	Материалы	Норма запаса, час
1	Агломерат	8 – 10
2	Окатыши	12 – 24
3	Кокс	5 – 8
4	Добавки	12 – 24

 

Нормативные запасы шихтовых материалов в бункерах доменной печи:

(11)

где Мчас – часовой расход материала, т;

         n – норма запаса (табл.2.1), ч.

 

 

 

Таблица 2

Объемно-высыпные массы шихтовых материалов

№	Материал	Объемно-насыпные массы, т/м3
1	Агломерат	1,7 – 1,9
2	Окатыши	1,8 – 2,0
3	Кокс	0,45 – 0,50

 

Нормативные запасы материалов в бункерах, м3:

(12)

где γн – объем насыпной массы (табл.2), т/м3.

 

 

 

 

 

Количество бункеров для железорудного сырья и добавок должно быть четным. Количество бункеров с коксом должно быть в пределах 2-4.

Обычно емкость бункеров для железорудных материалов составляет около 1000 м3, а объем коксовых бункеров 650 м3.

Количество бункеров для каждого материала:

для агломерата 6 бункеров по 100 м3;

для окатышей 10 бункеров по 100 м3;

для кокса 2 бункера по 650 м3.

 

 

5. КОЛОШНИКОВЫЙ ПОДЪЕМНИК

В настоящее время существует два основных вида колошникового подъема: скиповой и конвейерный. Первый из них применяется для доменных печей, имеющих полезный объем до 3200 м3. Подача шихты на колошник печи скипами вследствие ограниченной его емкости и производительности не может быть установлена на печах большой мощности. Вследствие этого для печей объемом 5000 и 5500 м3 разработана конвейерная подача шихты на колошник доменной печи.

Скиповый подъемник, соединяет скиповую яму с колошником. Скиповый подъемник состоит из наклонного моста, двух скипов и скиповой лебедки.

Наклонный мост представляет собой пространственную металлическую конструкцию, состоящую из двух боковых вертикальных ферм, соединенных между собой поперечными связями. Внутри боковых ферм моста проложены два рельсовых пути, по которым перемещаются скипы.  Для предотвращения опрокидывания скипов на мосту установлены контррельсы, а для направления канатов скипов – шкивы. Лебедка скипового подъемника обеспечивает одновременное перемещение 2-х скипов по рельсам наклонного моста в различных, противоположных направлениях.

Загрузка скипов шихтовыми материалами осуществляется в скиповой яме, где размещены нижняя часть наклонного моста, коксовые весы с воронкой и затвором.

На разгрузочном участке наклонного моста передние скаты скипа направляются по рельсам изогнутым книзу, а задними скатами, имеющие двойную реборду, переходят на более широкую колею, рельсы которой изогнуты кверху. В результате происходит плавное опрокидывание скипа и высыпание материала в приемную воронку засыпного устройства.

Определение суточного расхода кокса:

(13)

 

Емкость скипа:

(14)

 

(15)

 

Вместимость скипа по коксу, т:

(16)

 

Количество скипов с коксом в сутки:

(17)

 

Подача – это порция шихтовых материалов единовременно загруженные на колошник доменной печи.

Принимаем 4-х скиповую подачу характерную для БЗУ – раздельная подача КК, РР.

Количество общих скипов в сутки:

(18)

 

Время подъема одного скипа:

 

(19)

где Ψ – коэффициент времени работы скипового подъемника, 0,63

α – коэффициент загруженности, учитывающий возможности увеличения производительности печи, 0,7.

 

Время  подъема одного скипа не в полной мере характеризует производительность скипового подъемника, по сколько он работает в последовательной связи с другими механизмами. Поэтому необходимо определить время для набора одной подачи.

          Выход чугуна из подачи:

                                                                  (20)

где – масса кокса в подаче, принимаем 10 т

 

Количество подач в сутки:

                                                                                                                              (21)

 

Количество подач в час:

(22)

 

Оптимальное количество подач в час 7÷10.

Время необходимое для одной подачи:

(23)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. ЛИТЕЙНЫЙ ДВОР

Литейный двор это площадка расположенная у доменной печи для уборки жидких продуктов доменной плавки и обслуживания доменной печи.

На литейном дворе размешают главный, чугунные и шлаковые желоба, по которым продукты плавки из леток горна направляются в разливочные ковши, оборудование для вскрытия чугунной летки и для закрытия после выпуска жидких продуктов плавки, манипулятор.

Вскрытие летки осуществляется при помощи бурильной машины ударно – вращательного действия, выполняющей операцию рассверливания заполненного огнеупорной массой леточного отверстия и пробивки чугунной корки на внутренней поверхности летки. Рабочий орган машины представляет собой бурмолот, который подвешен на каретке, перемещающейся на катках вдоль направляющей рамы. Рама жестко соединена с кронштейном, опирающегося на подпятник, расположенного в стороне от чугунной летки.

После выпуска из печи чугуна и шлака, огнеупорную массу для забивки чугунной летки подают при помощи пушки поршневого типа. Кроме забивки летки этой операцией восстанавливают разгоревшую во время выпуска чугуна футеровку горна. Рабочим органом пушки служит перемещающийся цилиндр поршень, выдавливающий огнеупорную массу через носок в канал чугунной летки. Пушка подвешивается к поворотному кронштейну, опирающегося через подпятник на колонну расположенную в стороне от чугунной летки.

Для выпуска чугуна и шлака на литейном дворе расположены, примыкающий к леткам главный (стационарный) желоб. В главном желобе происходит отделение чугуна и шлака, выходящих из чугунной летки во время выпуска. Желоба оборудованы отсеченными устройствами, с помощью которых потоки чугуна и шлака направляются к носкам желобов для слива в ковш. В главном желобе происходит разделение чугуна и шлака. Разделение основано на различии удельных масс и осуществляется при помощи создаваемого в главном желобе сифона. Для этого главный желоб перекрывают скиммерной плитой так, чтобы между дном желоба и нижней кромкой плиты оставался проход. За плитой устанавливают перевал, уровень которого нижней кромки плиты. При заполнении желоба чугуном в следствии подпора перевала и погружения в чугун разделительной плиты, создается сифон, заполненный только чугуном. Поэтому шлак располагающийся слоем над чугуном не может пройти через сифонное отверстие. Шлак направляется через шлаковый перевал по шлаковому желобу. От главного желоба отводятся чугунные и шлаковые желоба, по которым чугун и шлак направляются в ковши

В настоящее время применяют подвижные желоба для разливки чугуна и шлака по ковшам это качающиеся и поворотные.

Поворотный желоб – тип подвижного желоба, применяющийся в основном для разливки шлака по ковшам. К началу разливки первые ковши состава на смежных железнодорожных путях располагают по оси сливного носка шлакового желоба. Ковш основного состава заполняют через сливной носок шлакового желоба. При этом поворотный желоб в период наполнения этого ковша отведен в сторону. После окончания наполнения ковша, желоб поворачивают под сливной носок шлакового желоба и направляют струю шлака в ковш, находящегося на втором пути, на против носка шлакового желоба. В это время электротолкателем перемещают ковши основного состава, устанавливая пустой ковш под сливной носок шлакового желоба.

Качающийся желоб – второй тип подвижного желоба применяется для разлива чугуна по ковшам. Также под ним устанавливаются два состава ковшей на двух смежных железнодорожных путях. Чугун из стационарного желоба направляется в среднюю часть качающегося желоба, а затем в зависимости от направления наклона желоба сливается в ковш на первом или на втором пути. Состоит из желоба, снабженного двумя съемными носками и имеет в центральной части ванну.

 

7. КОВШЕВОЕ ХОЗЯЙСТВО

Чугуновозы

Чугуновозы предназначены для приема жидкого чугуна и транспортировки его в сталеплавильные цеха и на разливочные машины. Чугуновоз состоит из платформы, на которую устанавливается ковш и двух ходовых тележек, служащих для транспортирования ковша по рельсовым путям. Корпус ковша выполнен сварным из стальных листов и футерован внутри шамотным кирпичом. Снаружи к корпусу ковша приварены две стальные щеки, каждая из которых имеет три цапфы и две лапы. Верхние цапфы служат для захвата ковша крюками крана. Нижние для опоры на лафеты платформы. Лапы служат для опоры ковша при кантовки его на стенде разливочной машины. В нижней части ковша располагаются кронштейны для опрокидывания. Ковш чугуновоза выполнен грушевидной формы. После каждого налива ковш должен очищаться от корок застывшего чугуна, шлака. Ковши засыпают коксовой мелочью с целью предотвращения образования прочной корочки застывшего чугуна. Удаление настылей осуществляют их механическим разрушением при помощи груза.

Расчет требуемого количества чугуновозов:

(24)

где Ч1 – количество чугуновозов в работе;

Ч2 – количество резервных чугуновозов;

Ч3 – количество чугуновозов находящихся в ремонте.

(25)

где α – коэффициент неравномерности выпусков;

β – коэффициент оборота ковшей,ч;

γ – коэффициент заполнения ковша;

сч – номинальная емкость ковша.

 

Так как в цехе предполагается установить 4 печи одинакового объема, принимаем количество рабочих чугуновозов для транспортировки жидкого чугуна от доменной печи равным 40 ковшей.

(26)

где t1 и t2 – продолжение холодного и горячего ремонтов, ч;

T1 и T2 – стойкость футеровки между холодными и горячими ремонтами, количество наливов.

Таблица 3

Параметры для расчета ковшевого хозяйства

	100 т
t1	96
t2	8
T1	350
T2	115

 

 

(27)

 

Так как в цехе предполагается установить 4 печи одинакового объема, принимаем количество  чугуновозов находящихся в резерве 16 ковша.

 

 

Шлаковозы

Шлаковозы Предназначен для приема жидкого шлака и транспортировки его от доменной печи к грануляционным установкам или на шлаковый отвал. Шлаковоз состоит из платформы, ходовых тележек, опорного кольца с цапфами, чаши и механизма кантования чаши, состоящего из привода и зубчатой передачи. Несущими элементами являются две изогнутые балки, к которым приварена лафета. Чаши в нижней части оснащены приливами, в которые упираются клинья, не допускающие выпадение ковша из опорного кольца.

Для повышения срока службы ковша и облегчения выбивания из него застывшего шлака, ковша обрызгивают известковым раствором.

Расчет требуемого количества шлаковозов:

(28)

где Ш1 – количество шлаковозов в работе;

Ш2 – количество шлаковозов находящихся в ремонте;

Ш3 – количество резервных шлаковозов.

(29)

где В – удельный выход шлака, т/т чугуна.

Сш – емкость шлаковоза.

 

Так как в цехе предполагается установить 4 печи одинакового объема, принимаем количество рабочих шлаковозов 52 ковшей.

(30)

где tш – средняя продолжительность всех видов ремонта;

Tш – межремонтный период, сут.

 

(31)

 

Так как в цехе предполагается установить 4 печи одинакового объема, принимаем количество  шлаковозов находящихся в резерве 20 ковша.

 

 

 

9.    ВОЗДУХОДУВНЫЕ МАШИНЫ

 

Нагрев воздуха подаваемого в печь для сжигания топлива осуществляется в специальных аппаратах – воздухонагревателях регенеративного типа. Воздухонагреватели обеспечивают нагрев дутья от 1000 до 1250 0С. Воздух нагревается за счет тепла, получаемого в результате сжигания газообразного топлива – очищенного доменного газа.

Самый распространенный воздухонагреватель это классический воздухонагреватель системы Каупер.

Воздухонагреватель Каупер представляет собой вертикально расположенный конусообразный цилиндр. С наружи воздухонагреватель заключен в стальной кожух, который изнутри футерован теплоизоляционным и огнеупорным кирпичом в основном шамотным, а купол глиноземистым. Кожух выполняют сварным из марганцовистой стали, толщиной 20 – 30 мм и хорошо герметизируют. Снизу к кожуху приваривают днище, снаружи устанавливают 4 штуцера для присоединения соответствующего оборудования. Между футеровкой и кожухом зазор заполняют огнеупорной крошкой.

Внутреннее пространство воздухонагревателя разделено не доходящей до верха вертикальной стенкой из огнеупорного кирпича, на две части – камеру сгорания и огнеупорную насадку с вертикальными каналами. Верхней части вертикальные каналы соединены подкупольным пространством, а в нижней поднасадочным пространством. Поднасадочное пространство соединено через дымовые клапаны с дымовой трубой и через шибер с воздухопроводом холодного дутья. В камере горения происходит смешивание газа и воздуха и сгорание воздушно – топливной смеси. Камера занимает 15 – 20% от общей площади воздухонагревателя

Основной объем воздухонагревателя заполнен насадкой из огнеупорного шамотного кирпича. Кладка создает сквозные узкие вертикальные каналы.

Насадка аккумулирует тепло продуктов сгорания во время нагрева и отдает его дутью. Передача тепла нагретых газов регенеративной насадке осуществляется в основном конвекцией и лишь частично излучением. После окончания нагрева насадки, воздухонагреватель переводят в режим «нагрев дутья». Для этого отсекают воздухонагреватель от горелки и дымового борова, соединяют поднасадочное пространство с воздухопроводом холодного дутья. Холодный воздух подается воздуходувной машиной проходит насадку, из поднасадочного пространства в подкупольное, изменив направление на противоположное, движется вниз и через штуцер поступает в воздухопровод горячего дутья, соединенного с кольцевым воздухопроводом.

Основными недостатками регенеративных воздухонагревателей является непостоянство температуры дутья в начальном и конечном периоде работы. И второй недостаток возникновение короткого замыкания.