Конвертерний цех

ВСТУП

В останнє десятиліття в світі і Україні принципово змінена футеровка конвертерів і більш ніж на порядок підвищено її стійкість. Головним чином, завдяки використанню периклазовуглицевих вогнетривів, розбризкуванню кінцевого шлаку на футеровку і різним видам торкретування досягнуті рекордні показники — 25 тис. плавок (США), 35 (КНР), 8 (Росія), до 5 тис. плавок (Україна). Робота на вітчизняних заводах в цьому напрямку триває, подальше підвищення стійкості відбувається за рахунок раціонального підбору шлакоутворюючих матеріалів, модифікаторів шлаку; вогнетривів з різними властивостями для окремих зон із забезпеченням рівномірного зносу всієї футеровки, торкрет-порошків та мас для гарячих ремонтів; впровадження клейових композицій, застосування касетних і моноблочних льоток.

З останніх новинок слід виділити установку між рядами цеглин в конічній і цапфовій зонах конвертера 1,5-мм алюмінієвих прокладок, охолодження за допомогою форсунок повітряно-водяним туманом кожуха конвертера для автоматичного регулювання температури в будь-якій його зоні в межах 250−350°С, створення периклазовуглицевих вогнетривів, посилених нержавіючими сталевими нитками, а також застосування при виробництві вогнетривів безпечних для живої природи зв’язуючих речовин.

Істотну роль у підвищенні стійкості футеровки грають лазерні системи вимірювання профілю та стінок місцевого зносу вогнетривів, що забезпечують автоматичне сканування та видачу даних про їх стан для оперативного втручання розбризкуванням шлаку або торкретуванням.

Вкрай важливим напрямком є створення нових марок сталей, що мають максимально високі технологічні та експлуатаційні властивості стосовно до конкретних виробів. Слід очікувати, що найближчим часом будуть інтенсивно розвиватися напрямки виробництва високоміцних сталей, а також сталей з сумарним вмістом шкідливих домішок S, Р, О, N, Н нижче 100 ppm.

Важливе значення в технології має проміжний ківш, який розглядається не тільки як ємність для розподілу рідкої сталі по струмках, але і як рафінувальний агрегат. З технологічної точки зору також інтерес представляють підігрів, рафінування й можливе долегування рідкої сталі в проміжному ковші, захист сталі від вторинного окиснення.

Найбільш істотну роль у технологічному процесі розливання виконує кристалізатор. Він багато в чому визначає якість сталі, а саме поверхню, первинну структуру, геометрію. В останні роки замість масивних гарячекатаних плит зі свердленими каналами для прохолодної води, застосовують тонкостінні кристалізатори з холоднодеформованих мідних сплавів із фрезерованими каналами.

Однак, найбільш істотним досягненням є створення конструкції й технології м’якого потискання заготовок з неповністю затверділою серцевиною. У результаті цього ущільнюється серцевина, видавлюються ліквати й дробляться дендрити, поліпшується структура осьової зони сляба.

Традиційно вирішуються питання виготовлення й застосування шлакоутворювальних сумішей (ШУС) для проміжних ковшів і кристалізаторів, як правило, власними силами підприємств із використанням місцевих компонентів складових ШУС. Розроблена концепція вибору оптимальних составів гранульованих ШУС.

Подальший розвиток отримує процес дефосфорації чавуну. Раніше дефосфорацію чавуну проводили високоосновним шлаком. Але термодинамічний аналіз і нові дослідження показали, що при звичайних температурах чавуну дуже низькі концентрації фосфору можна отримати при виконанні тільки одного з наступних двох умов: низька активність кисню в шлаку і його висока основність або, навпаки, висока активність кисню при низької основності. Стає більш поширеною обробка низькоосновним шлаком, який містить відповідно високу кількість FеО. Останнє виключає добавки флюориту, що сприяє вирішенню екологічних питань і здешевлює обробку. Дефосфорацію чавуну проводять або в резервному конвертері, або двошлаковим процесом в працюючому, завантажуючи шлак після дефосфорації і залишаючи кінцевий (після зневуглецювання) в конвертері в якості флюсу для подальшої плавки. Керують вмістом FеO при дефосфорації оптимізованим співвідношенням інтенсивності верхньої продувки киснем і донного перемішування. Виявлені переваги: перед дефосфорація не обов’язкова десіліконізація; частка скрапу в шихті не зменшується, так як теплота окислення кремнію використовується в конвертері; легка і ефективна рециркуляція кінцевого шлаку. Недолік: концентрація марганцю в сталі перед розкисленням знижується.

Десульфурація чавуну магнієм, широко використовувана в Європі та Китаї, має суттєві недоліки: вартість флюсу дуже висока і видалення сірчистого шлаку з поверхні чавуну перед продувкою його в конвертері здійснюється не просто, так як кількість шлаку невелика, і він не знаходиться в рідкому стані. Тому наприклад, на 12 металургійних підприємствах Японії (з 16) флюс для десульфурації вводять на механічно перемішуємо чавун, попередньо за допомогою моделювання визначивши цільову гідродинаміку ковша. Потрібних глибин видалення сірки досягають використанням дешевого флюсу на основі вапна, а шлак легко видаляється.

Щоб не зменшувати інтенсивність продувки на першій частині кампанії футеровці (до 1000-й плавки при загальній її стійкості -4000), поки питома обсяг конвертера низький і ймовірність викидів з агрегату висока, використовують фурму з п’ятьма соплами (замість 6) більшого діаметру для «жорсткої» продувки, а далі продувку ведуть 6-сопловой фурмою, збільшивши діаметри її сопел на 12−20% і в підсумку скоротивши тривалість циклу плавки з 32,5 до 31,0 хв. Подібний ефект отриманий раніше на вітчизняних заводах.

Очікується підвищення продуктивності конвертерів і поліпшення ряду інших технологічних показників від використання кисневих фурм зі зміщеними осями сопла Лаваля щодо їх центру, сопла спеціального профілю, що створює пульсуючу продувку.

Результати успішного опробування названої авторами «безшлакової» фурми, в якій зовнішня сталева замінена на певній для кожного конвертера довжині мідною трубою для зменшення або навіть усунення формування настилу на поверхні фурми, наступні: значно збільшився період між очищеннями налиплої сталі; тривалість роботи наконечника зросла приблизно в 3 рази; виробничі простої на очищення від настилу скоротилися більш ніж на 95%; для досягнення технологічних цілей фурма надійно функціонує на висоті менше номінальної на 44%.

Більшу ясність отримали питання розміщення в днищі конвертера донних фурм при комбінованій продувці киснем зверху і нейтральним газом знизу. Рекомендовано встановлювати фурми симетрично на одній окружності замість прийнятих раніше еліптичної або зигзагоподібної конфігурацій, при діаметрі фурм <5 мм. Це забезпечує інтенсифікацію перемішування ванни навіть при меншій витраті нейтрального газу і знижує знос днищ.

Оснащення сталеплавильних лабораторій і цехів новим програмним забезпеченням дозволило за допомогою математичного та фізичного моделювання розширити різноманітність конвертерних дуттєвих пристроїв, головним чином, для підвищення продуктивності і зниження втрат металу при продувці.

На базі вище сказаного можна зробити висновки, що за не великий період часу зростуть попити на конвертерне виробництво сталі в декілька разів, це пояснюється тим що зростають попити на нову продукцію, машинобудування, приладобудування, авіабудування і електротехніки, гарантують успішний розвиток економіки країни і її базової галузі - металургії.

1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

1.1 Виробнича програма конвертерного цеху

Конвертерний цех прийнятий у складі одного робочого конвертера і одного резервного ємністю 250 т., розливом у виливниці у дрібні злитки. У конвертерному цеху планується відливати 3,25 млн. т. придатних злитків за рік. Для проектованого цеху виділяємо такі групи марок сталей котрі наведені в таблиці 1

Таблиця 1. — Марочний сортамент металу

Робота конвертерів передбачається за технологією верхньої продувки. без допалювання СО в порожнині. Тривалість циклу плавки приведена в таблиці 2.

Таблиця 2. — Тривалість циклу плавки

Режим роботи конвертерного цеху складає 365 діб за рік. Режим роботи конвертера визначається тривалістю капітальних і поточних ремонтів футеровки. Стійкості футеровки може бути підвищена за рахунок торкретування й ошлакування. Річний фонд робочого часу і часу простоїв конвертора приведено в таблиці 3.

Таблиця 3. — Режим роботи конвертера

Необхідна кількість матеріалів і енергоресурсів для виробництва 1 т. сталі у конвертері ємністю 250 т., приведено в таблиці 4

Таблиця 4. — Показники роботи киснево-конверторного цеху

Весь обсяг рідкої сталі передбачається розливати в зливки сифонним способом. Отриманні злитки передаються у прокатні цеха для отримання готової продукції. Характеристика виливниць та злитків приведена у таблиці 5.

Таблиця 5. — Розмірний сортамент злитків.

1.2 Загальна характеристика конверторного цеху

Конвертерний цех являє собою комплекс відділень, що забезпечують проведення циклічних технологічних операцій по виплавці сталі у конверторах та її розлив.

Цех має у своєму складі наступні відділення: головна будівля, верхнє міксерне відділення, верхнє шихтове відділення для магнітних матеріалів, нижнє відділення для сипучих матеріалів і феросплавів, відділення роздягання злитків, відділення підготовки виливниць, відділення підготовки составів.

До складу комплексу цеху входять також допоміжні і енергетичні відділення, що забезпечують його роботу, а саме побутовий й адміністративні корпуса з пішохідною галереєю; ремонтна майстерня; відділення торкретних, шлакових й екзотермічних сумішей; об'єкти водопостачання, включаючи обертові цикли й насосні станції; об'єкти електропостачання, включаючи електропідстанцію; об'єкти постачання технологічними газами (киснем, азотом, аргоном), стисненим повітрям та парою.

Верхнє міксерне відділення

Міксерне відділення розташоване в окремій будівлі конвертерного цеху. У відділенні міксера встановлені на високому фундаменті так, що чавун з нього зливають в заливний ківш котрий переміщують по робочому майданчику на тому ж рівні що і робочий майданчик завантажувального прольоту цеху.

Запас чавуну в міксері забезпечує безперебійне постачання чавуном конвертерів. Крім того, в міксері відбувається усереднення складу й температури чавуну різних випусків, що сприяє стабільності технології виплавки сталі. Міксерне відділення обладнано системою уловлювання газів, що виділяються при зливі чавуну та їх очищення від частинок графіту. Приймальні зонти системи розташовують над зливними носками міксерів. У відділенні також встановлені машини для скачування шлаку з чавуновозних ковшів перед зливом чавуну в міксер.

1 — залізно дорожні колії; 2 — чавуновіз; 3 — рейковий механізм; 4 — міксер; 4а — верхній люк; 4б — зливний носок; 5 — зливний кран; 6 — машина для скачування шлаку; 7 — прийомні зонти; 8 — зливний ківш; 9 — ваги. 10 — утримувальні обойми; 11 — дуго-образні опори.

Рисунок 1. — Розріз верхнього міксерного відділення.

Верхнє шихтове відділення для магнітних матеріалів

Шихтове відділення для магнітних матеріалів споруджено в окремій будівлі конвертерного цеху.

Відділення є одно прольотною будівлею з робочою площадкою, розташованої на рівні робочого майданчику завантажувального прольоту цеху. По всій довжині будинку тягнеться ямний бункер, котрий розділений поперечними стінками на кілька відділень (для роздільного зберігання брухту різного складу). Глибина бункера складає до 4 м.

Уздовж бункера, збоку від нього, прокладені два рейкових шляхи: розвантажувальний, на нього прибувають вагони з брухтом, навантажувальні, на які встановлюють скраповози з совками, в яких брухт транспортують в головну будівлю цеху.

Відділення обладнане мостовими магнітними кранами, за допомогою яких брухт із вагонів що прибувають розвантажують в бункери, а з бункерів в совки на навантажувальних шляхах. На виїзді з відділення розташовані залізничні ваги для зважування шихти (разом з мульдами і залізничними платформами).

1,2 — завантажувальні шляхи; 3 — розвантажувальні шляхи; 4 — ямний бункер; 5 — візки з мульдами чи совками; 6 — мостовий кран; 7 — вагони з брухтом; 8 — однопрольотна будівля з робочим майданчиком.

Рисунок 2. — план і поперечний розріз верхнього шихтового відділення для магнітних матеріалів.

Нижнє відділення для сипучих матеріалів і феросплавів

Відділення споруджено в окремій будівлі конвертерного цеху. Уздовж відділення розташовані два ряди підвісних металевих бункерів, над кожним з яких проходить розвантажувальний рейковий шлях для вагонів з матеріалами що надходять. Верх бункерів перебуває на позначці ±0. Матеріали розвантажують, відкриваючи люки в днищі вагонів.

Матеріали з відділення видають двома стрічковими конвеєрами, що рухаються уздовж будівлі під бункерами. Для цього вмикають розташовані під бункерами віброживильники, і матеріал надходить з бункера на рухому стрічку. Для сушіння матеріалів у відділенні є барабанні сушила, розташовані в одному з торців будівлі.

Відділення роздягання злитків

У відділення роздягання злитків прибувають состави зі злитками в виливницях з розливного прольоту. Призначення відділення — підготовка составів до подальшої посадки злитків у нагрівальні колодязі.

Відділення являє собою однопрольотну будівлю із трьома наскрізними поздовжніми рейковими коліями на позначці ± 0,0. Відділення обладнане мостовими стриперними кранами, число яких зазвичай не менше двох, і підлоговою стриперною машиною.

У відділенні повинні бути відведені місця для складування (тимчасового) недоливків, бракованих злитків, виливниць, піддонів і нових піддонів.

Злитки відривають від виливниць, піднімаючи їх, після чого состав везуть в будівлю нагрівальних колодязів. Звідси після посадки злитків в колодязі состав з виливницями йде на охолодження.

1 — стриперний кран; 2 — напільна стриперна машина; 3 — тельфер для проведення ремонтних робіт; 4 — залізничні колії.

Рисунок 3. — Поперечний розріз відділення роздягання зливків.

Відділення підготовки виливниць

Відділення являє собою окрему будівлю з двома наскрізними залізничними шляхами. В будівлі розташована ділянка чищення за котрою по ходу руху составу розташована ділянка змащення.

У відділенні здійснюють чищення і змащення виливниць після їх охолодження на повітрі або за допомогою водяного душу. Чищення та змащення виливниць здійснюють за допомогою машин, розташованих над составами. Состави з виливницями переміщують вздовж відділення за допомогою товкача.

1 — трубопровід подачі води; 2 — форсунки; 3 — водостоки.

Рисунок 4. — Душирююча установка для охолодження виливниць.

Відділення підготовки составів

Відділення підготовки составів спроектовано у вигляді однопрольотної окремої будівлі обладнаної мостовими кранами. По довжині відділення поділено на ділянку підготовки й ділянку для збирання составів під розлив.

У відділення надходять состави з очищеними і змащеними виливницями, состави з піддонами та центровими та платформи з прибутковими надставками для зборки та остаточної підготовки составів перед відправленням у розливний проліт. Для таких технологічних операцій у відділенні прокладено три наскрізні рейкові шляхи.

1.3 Характеристика планування головної будівлі

Головна будівля (рисунок 5) складається з чотирьох прольотів: завантажу вального, конвертерного і двох розливних. Для забезпечення раціональних вантажопотоків доцільне розміщення прольотів, пов’язаних з розливанням сталі з одного боку головної будівлі, а прольотів, пов’язаних з доставкою брухту, чавуну і прибиранням шлаку, — з протилежного. Завантажувальний проліт, в якому виділяється найбільша кількість тепла, з метою поліпшення аерації доцільне розміщувати крайнім.

1 — розливний майданчик; 2 — розливні шляхи; 3 — шляхи для подачі вогнетривів; 4 — поперечний широколінійний шлях; 5 — конвертер; 6 — шлях для подачі совків; 7 — шляхи для подачі чавуну; 8 — шлях для вивозу шлаку; 9 — велосипедні крани; 10 — розливний кран; 11 — консольний кран; 12 — сталевіз; 13 — несамохідний шлаковіз; 14 — совки; 15 — чавуновіз; 16 — заливний кран; 17 — фурма; 18 — газохід; 19 — система завантаження сипучих матеріалів.

Рисунок 5. — План і розріз головної будівлі конвертерного цеху.

У конвертерному прольоті встановлено конвертери, фурми з механізмами їх переміщення, системи завантаження сипучих матеріалів і феросплавів і відведення та очищення конвертерних газів. Основне призначення прольоту здійснення технологічних операцій пов’язаних з виплавкою сталі та обслуговуванням обладнання. Конвертерний і завантажувальний прольоти перекриті робочім майданчиком.

Конверторний проліт поділений на три ділянки: конвертор (займає центральну частину, підготовки феросплавів і фурм. По ширині конверторний проліт також поділяється на три частини. Центральну частину над конвертерами займають похилий і вертикальний газоходи котла утилізатора газовідвідного тракту. Далі за ними по одну сторону (у поперечному напрямку) розташовано обладнання системи завантаження сипучих. По іншу сторону розміщені машини для подачі кисню з фурмами.

Для опори устаткування всередині прольоту розміщують один-два ряди допоміжних колон. Пристрої для газоочистки розміщують за межами конвертерного прольоту.

Завантажувальний проліт призначений для приймання совків з брухтом з шихтового відділення і ковшів з чавуном з міксерного відділення з наступним завантаженням їх в конвертора. Завантажувальний проліт обладнаний мостовими заливними й скрапозавалочними кранами.

На робочому майданчику вздовж конвертерів прокладені залізничні колії для чавуновозів і шлях для подачі совків з брухтом. Під конвертерами прокладені поперечні ширококолійні шляхи в бік розливних прольотів і шляхи залізничної колії, що мають за межами будівлі криволінійну ділянку для виїзду на зовнішні шляхи. По цим шляхам порожні ковші після розливу повертаються для приймання чергової порції.

У розливних прольотах, де сталь розливають у виливниці, є розливочні майданчики, розливні шляхи, розливочні і велосипедні крани. У цих прольотах готують і ремонтують розливочні ковші, для обслуговування яких служать консольні крани. Шляхи служать для подачі вогнетривів та прибирання сміття.

Рідкий чавун подають до конвертерів по коліях чавуновозами з розташованого поруч із завантажувальним прольотом верхнього міксерного відділення. Заливні ковші піднімають з чавуновозів і заливають чавун кранами. Сталевий брухт з відділення магнітних матеріалів подають у завантажувальний проліт на шляхи в візках, на яких совки з брухтом знаходяться в поперечному положенні. Перекидання совків з брухтом у нахилений конвертер здійснюють рейковим механізмом, розташованим під робочим майданчиком або механізмом, змонтованим на візку.

Сталь випускають у ківш, встановлений на сталевозі який транспортує ківш в розливний проліт. Шлак зливають в ківш, встановлений на несамохідному шлаковозі, який вивозять з цеху локомотивом по поперечнокриволінійним шляхах.

1.4 Організація основних робіт і обладнання конверторного цеху

У системі вантажопотоків конвертерного цеху розрізняють такі основні лінії: подачі і завантаження брухту в конвертер; доставки і заливки рідкого чавуну; подачі, дозування і завантаження сипучих та шлакоутворюючих матеріалів; подачі кисню; доставки, дозування, нагрівання і подачі феросплавів в сталерозливні ковші; прийому, транспортування і розливання сталі; збирання і переробки шлаку. Схема основних вантажопотоків конвертерного цеху показана на рисунку 6.

1 — скраповіз; 2 — несамохідний шлаковіз; 3 — конвертер; 4 — скрапозавалочний кран; 5 — киснева фурма; 6 — система вагового дозування; 7 — конвеєрний тракт; 8 — реверсивні пересувні конвеєри; 9 — витратні бункера; 10 — заливний кран; 11 — самохідний чавуновіз; 12 — стаціонарний міксер; 13 — чавуновозні ковші; 14 — витратні бункера; 15 — печі для прожарювання вогнетривів; 16 — тічка; 17 — сталевіз; 18 — розливний кран; 19 — состави з виливницями; 20 — стриперний кран; 21 — магнітно-грейерний кран; 22 — прийомні бункера; 23 — вагони.

Рисунок 6. — Схема вантажопотоків киснево-конверторного цеху.

Металобрухт подають залізничним транспортом у відділення І магнітних матеріалів і завантажують у прийомні бункера. Совки заповнюють металобрухтом магніто-грейферними кранами. Навантажені совки зважують і встановлюють на скраповоз, що подає їх на робочий майданчик у завантажувальний проліт. Завалку металобрухту в конвертер здійснюють скрапозавалочним краном, вантажопідйомністю 280+100/16т. Для подачі совків з брухтом на робочому майданчику завантажувального прольоту вздовж конверторів розташований один залізничний шлях з верхнього шитого відділення. Чавун доставляють в ковшах чавуновозом з доменного цеху в міксерне відділення IV і краном зливають в стаціонарний міксер. При необхідності чавун видають з міксера в ківш самохідних чавуновозів, транспортують його в завантажувальний проліт до конвертерів. Заливання чавуну виконують заливним краном вантажопідйомністю 280+100/16т. Для передачі чавуновозів на робочому майданчику завантажувального прольоту прокладені два залізничні шляхи.

Сипучі матеріали доставляють в нижнє шихтове відділення II сипучих матеріалів залізничним транспортом. Матеріали із залізничних напів-вагонів розвантажують у прийомні бункера з подальшою видачею електровібраційними живильниками. Подачу матеріалів у витратні бункера конвертерного прольоту III здійснюють похилим конвеєрним трактом і реверсивними пересувними конвеєрами. Система вагового дозування і подачі, що складається з віброживильників, вагових дозаторів, конвеєрів, проміжних бункерів і течки забезпечує завантаження певних порцій шлакоутворюючих матеріалів у конвертер в процесі плавки.

1 — висувна похила тічка; 2 — проміжний бункер; 3 — ваги-дозатор; 4 — стрічкові живильники; 5 — електровібрацій ні живильники; 6 — витратні бункери; 7 — пересувний реверсивний конвеєр; 8 — стрічковий конвеєр; 9 — поперечний стрічковий конвеєр.

Рисунок 7. — Система завантаження сипучих матеріалів в конвертер.

Подачу технічно чистого кисню в конвертер виконують машиною через кисневу фурму. Постачання здійснюється по магістралі з кисневого цеху.

Доставку феросплавів в головну будівлю цеху здійснюють залізничним транспортом у баддях в торець конвертерного прольоту, де розташовані витратні бункера і печі для прожарювання феросплавів. Бадді з феросплавами розвантажують краном у витратні бункери. З них сплави за допомогою вагової тічки видають у контейнери, які краном подають у печі для прожарювання. Прожарені сплави з печей вивантажують в контейнер, який електронавантажувачем доставляють до конвертерів. Тут їх висипають у лоток, який під час випуску металу нахиляють і порції феросплавів послідовно висипаються з нього і через течку падають у сталерозливний ківш на сталевозі.

Сталь зливають з конвертера в сталерозливний ківш, встановлений на сталевозі, який транспортує ківш в розливний проліт, що примикає до конвертерного прольоту. Виливниці заповнюють рідким металом з ковша, переміщуваного розливним краном над составом з виливницями. Після затвердіння і повної кристалізації зливків состави з виливницями подають в стриперне відділення для зняття прибуткових надставок і підриву злитків з розширенням догори. Виливниці з розширенням донизу знімають з візків і направляють на підготовку до наступного наливу. Всі операції виконують стриперним краном.

Потім состав подають в нагрівальне відділення обтискного стану, в якому злитки встановлюють у нагрівальні колодязі, а склад з виливницями направляють на установку для охолодження водою. Після охолодження виливниці надходять у відділення чищення й змащення, а потім у відділення підготовки составів, де здійснюють збиральні роботи і установку на візки піддонів, центрових, прибуткових надставок і т.п. Підготовлені состави знову подають в розливний проліт. Виливниці здійснюють замкнутий цикл роботи і підготовки.

Шлак з конвертера зливають у ківш не самохідного шлаковозу, який вивозять з цеху локомотивом по поперечно-криволінійним шляхам.

2. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

2.1 Вибір ємності і визначення кількості конвертерів

Вибір ємності й кількості конвертерів залежить від різних взаємозалежних факторів. Як показник ємності (маси плавки) конвертера приймається маса рідкої сталі в конвертері. Основний фактор, що визначає вибір ємності конвертера це продуктивність цеху.

При проектуванні конвертерних цехів доцільно встановлювати конвертери максимальної ємності.

Збільшення ємності конвертера поліпшує техніко-економічні показники роботи цеху; підвищується продуктивність, знижуються питомі витрати енерговитрат, вогнетривів, деяких матеріалів плавки й відповідно собівартість сталі, а також питомі теплові втрати, що дозволяє підвищити частку брухту в металошихті.

Для цехів невеликої продуктивності установка одного-двох великих агрегатів, що забезпечують виконання всієї програми цеху, як правило не рекомендується, тому що це приводить до недовантаження устаткування й ускладненням у роботі суміжних цехів і відділень при зупинці конвертера на ремонт.

Отже для кожної заданої продуктивності цеху й інших умов необхідно вибирати найбільш раціональну ємність конвертерів і їхню кількість. Ємність конвертерів коливається в широких межах і досягає 400 т. Найбільш широке поширення одержали конвертери ємністю 100…350 т. ГОСТ 20.067−74 передбачає ряд ємностей конвертерів для виплавки сталі: 100, 130, 160, 200, 250, 300, 350, 400 т.

Виходячи з вищевикладеного, у курсових проектах, залежно від заданої продуктивності цеху, а також варіанта (схеми) роботи конвертерів у цеху, можна приймати номінальні ємності конвертерів у наступних межах.

При виборі ємності конвертерів для заданої продуктивності рекомендуються залежності, наведені в таблиці 6.

Таблиця 6. — Залежність ємності конвертерів від продуктивності цеху

Можна рекомендувати наступні схеми (варіанти) роботи конвертерів (таблиця 7).

Таблиця 7. — Варіанти роботи конвертерів

Продуктивність конвертера й цеху може бути представлена по рідкій сталі, злитій в сталерозливний ківш або по придатних зливках (таблиця 8). Продуктивність цехів по литої заготовки наведена за умови розливання сталі на сляби.

Таблиця 8. — Рекомендована продуктивність конвертерів, млн. т у рік

Обсяг рідкої сталі перевищує задану продуктивність по придатних зливках. Різниця визначається втратами металу з ковшовим скрапом, у сифонній проводці й з недоливками (при розливанні в зливки); у проміжних ковшах. Величина втрат металу залежить від розважування зливка й способу розливання.

Таблиця 9. — Коефіцієнт виходу придатних зливків з рідкої сталі

Прийнятий спосіб розливання сталі визначає перетин безперервного зливка при розливанні сталі, що розливається у виливниці. Зазначені параметри зливка при їхніх малих величинах з урахуванням припустимої тривалості розливання можуть бути вирішальними у визначенні маси плавки, тому що обмежують її розрахунковою межею.

Залежно від способу розливання сталі ємність конвертера складе 250 т — при розливанні в зливки.

Ємність розливних (заливних) ковшів й вантажопідйомність розливних (заливних) кранів пов’язана з ємністю конвертерів (таблиця 10)

Таблиця 10. — Ємність ковшів й вантажопідйомність кранів для конвертерів ємності 250т

При визначенні кількості конвертерів для їхнього повного завантаження варто враховувати, що річна продуктивність прийнятого конвертера повинна бути кратна продуктивності цеху.

Виходячи з вищевикладеного, у проектованому цеху продуктивністю 3,25 млн. т придатних зливків у рік приймаємо конвертер номінальною ємністю 250 т, що працює по першому варіанту (схеми).

Кількість безупинно працюючих конвертерів у цеху, що забезпечують задану продуктивність, визначається із залежності:

де

— розрахункова кількість одночасно працюючих конвертерів у цеху;

Т_ц— річна продуктивність цеху, т придатних зливків;

— річна продуктивність одного працюючого конвертера, т придатних зливків.

Продуктивність одного працюючого конвертера можна визначити по формулі :

де

8760 — кількість годин у році;

К — кількість простоїв конвертера, % від календарного часу

_пл. загальна тривалість плавки, годин;

m — коефіцієнт виходу придатних зливків з металозавалки;

— номінальна ємність конвертера, т (приймається нижча межа обраної ємності).

Тривалість плавки (_пл.) складається із тривалості продувки й допоміжних операцій.

Тривалість продувки плавки залежить головним чином від інтенсивності подачі кисню у ванну, що може становити 2−7 м³/т*хв. Інтенсивність подачі кисню, у свою чергу, визначає рівень продуктивності конвертера. Її збільшення (у зазначених межах) скорочує тривалість плавки й поліпшує техніко-економічні показники роботи цеху. Інтенсивність продувки безпосередньо пов’язана із пропускною здатністю газовідвідного тракту конвертера й інших ділянок цеху.

У діючих цехах старої будівлі інтенсивність продувки не перевищує 4 м³/т*хв. Сучасні й знову проектовані цехи передбачають (з урахуванням сортаменту, вимог технології й необхідного рівня продуктивності) інтенсивність продувки 5−7 м³/т*хв.

Тривалість допоміжних операцій (завалки й прогріву брухту (при роботі з підвищеною витратою брухту), заливання чавуну, відбору проб й виміри температури металу, очікування аналізу, злив металу й шлаку, оброблення й закладення сталевипускного отвору) визначається масою плавки, параметрами устаткування що обслуговують конвертер й технологією ведення плавки.

Так, застосування односовкової завалки брухту дозволяє скоротити цю операцію до мінімуму. Оснащення конвертерів термозондами дозволяє здійснювати відбір проби й вимірювати температуру по ходу продувки. При відпрацьовуванні технології ведення плавки можна відмовитися від закладення сталевипускного отвору.

В зразковому розрахунку при інтенсивності продувки 4−5 м³/т. хв. для конвертера номінальною ємністю 250 т котрий працює при верхній продувці приймаємо загальну тривалість плавки (_пл) рівною 32 хв. Або _пл = 32:60 = 0,53 години.

Кількість простоїв конвертера, що працює (K) визначається тривалістю капітальних ремонтів конвертера (звичайно 1,0−2,0% календарного часу) і тривалістю поточних (гарячих) простоїв, пов’язаних з ремонтом і зміною фурм, кесонів і т.д. (звичайно 2,0−3,0%- календарного часу).

У розрахунку прийнято:

а) простої на капітальних ремонтах — 1,2%

б) поточні (гарячі) простої- 2,2%

Тому К = 1,2 + 2,2 = 3,4% календарного часу.

Вихід придатних зливків (m) визначається виходом придатної сталі з металевої завалки і виходом придатних зливків з рідкої сталі, тобто коефіцієнт виходу придатних зливків з металевої садки конвертера представляє собою добуток коефіцієнта виходу рідкої сталі з металозавалки на коефіцієнт виходу придатних зливків з рідкої сталі.

У зразковому розрахунку згідно таблиці 8 приймаємо коефіцієнт виходу придатних зливків з рідкої сталі при розливанні сталі сифоном у малі зливки (<7 т) рівний 0,96

Коефіцієнт виходу рідкої сталі з металозавалки приймається за даними розрахунку матеріального й теплового балансів плавки. У дійсному зразковому розрахунку цей коефіцієнт прийнятий рівним 0,91 або 91% від маси садки конвертера. Тоді коефіцієнт виходу придатних зливків з металозавалки складе: m = 0,91 * 0,96 = 0,8736 (або 87,36% від маси садки конвертера). Підставляючи відомі величини у формулу, одержимо річну продуктивність одного безупинно працюючого конвертера номінальною ємністю 250 т: для забезпечення заданої річної продуктивності цеху 3,25 млн. тон буде потрібно безупинно працюючих конвертерів номінальною ємністю 250 т Приймаючи, що загальна тривалість плавки (_пл) при цьому змінюється незначно, уточнення фактичної садки конвертера робимо з наступної залежності:

де

— фактична (уточнена) садка конвертера, т;

— попередньо прийнята (розрахункова) садка конвертера, т;

— розрахункова кількість безупинно працюючих конвертерів номінальною садкою 250 т;

— фактична (прийнята) кількість безупинно працюючих конвертерів.

Для забезпечення заданої продуктивності цеху при одному безупинно працюючому конвертері приблизно тієї ж загальної тривалості плавки (_пл=0,53 годин) фактична садка конвертера (скрап + чавун) повинна бути:

(що перебуває в межах обраної номінальної ємності конвертерів).

Таким чином, для забезпечення заданої продуктивності в проектованому цеху повинно бути встановлено два конвертери садкою 250 т, з яких один конвертер безупинно перебуває у роботі, а один у ремонті (або очікуванні).

При коефіцієнті виходу рідкої сталі з металозавалки рівному 0,91 маса плавки по рідкій сталі для конвертера садкою 250 т складе:

М_ж = * 0,91 = 250 * 0,91 = 227,5 т При коефіцієнті виходу придатних зливків з рідкої сталі, рівному 0,96 маса плавки по придатних зливках складе:

М_зл = М_ж * 0,96 = 227,5* 0,96 = 218,4 т При тій же загальній тривалості плавки (_пл=0,53 години) фактична річна продуктивність одного безупинно працюючого конвертера, садкою 250 т складе ():

У зв’язку з тим, що поточні простої (ремонт і зміна фурм, кесонів і т.д.) у дійсних умовах роботи можуть бути не щодоби, максимальна кількість плавок у добу по цеху складе: плавок, де

1 — кількість одночасно працюючих конвертерів;

0,7- прийнята в розрахунку загальна тривалість плавки, години;

24 — кількість годин в добі.

Тоді максимально можлива добова продуктивність цеху по придатних зливках складе:

2.2 Розрахунок потреби обладнання прольотів головної будівлі цеху

Завантажувальний проліт

Завалка брухту й заливання рідкого чавуну в конвертер виконується встановленими в прольоті спеціальними завалочними й заливними кранами, вантажопідйомність яких визначається ємністю совків і чавуновозних ковшів.

Місткість заливного ковша визначається витратою чавуну на плавку, але може прийматися рівною ємності конвертера. Це пов’язане з уніфікацією заливних і сталерозливних ковшів і забезпеченням можливості зворотного переливу сталі в конвертер.

При проведенні десульфурації чавуну в заливних ковшах необхідно передбачати в них додатково вільний обсяг висотою не менш 600 мм. При застосуванні в якості десульфуратора пилоподібного вапна ця висота досягає 1600 мм.

Для забезпечення заливання чавуну в один прийом при збільшенні маси плавки прийняті чавуновозні ковші ємністю 280 т, а вантажопідйомність заливних кранів 360+100/16т.

Кількість заливних кранів у завантажувальному прольоті можна визначити по формулі:

де

К — коефіцієнт, що враховує нерівномірність роботи й допоміжних операцій; звичайно приймається рівним 1,1;

— максимальна кількість плавок у цеху за добу, пл/добу;

- заборгованість крана на одну плавку, хв/пл.;

1440 — кількість хвилин у добі, хв/добу;

в — коефіцієнт використання крана (0,8).

Заборгованість крана на одну плавку (на заливку одного ковша) приведена в таблиці 11.

Таблиця 11. — Заборгованість крана на заливання чавуну

Кількість заливних кранів у завантажувальному прольоті складе Приймаємо один кран на один безупинно працюючий конвертер й один кран у резерві на випадок їхнього ремонту.

Завалка брухту виконується одним або двома совками. Для завантаження совків у конвертер використовуються спеціальні скрапозавалочні мостові крани, напівпортальні крани й напільні машини. При завантаженні брухту одним совком застосовують скрапозавалочні мостові крани.

Приймаємо у розрахунку що завалка брухту виконується завалочними кранами. Ємність совків для брухту визначається його витратою й щільністю. Параметри совків для завалки брухту наведені в таблиці 12.

Таблиця 12. — Параметри совків для завалки брухту

* Наведені ємності совків забезпечують витрати брухту 25…30%.

Приймаємо у розрахунку що для завантаження конвертера ємністю 250 т потрібно один совок ємністю 65 м³.

Потрібну кількість совків для брухту у цеху протягом доби можна визначити по формулі

де

К — коефіцієнт запасу (1,15);

п — кількість совків для завантаження одного конвертера в один прийом;

— тривалість циклу оберту совка, год;

24 — число годин у добі.

У цикл оберту совка входять транспортування від завантажувального прольоту до скрапного прольоту або скрапопередільного цеху й назад, завантаження брухту в совки, очікування завантаження в завантажувальному прольоті, завантаження брухту в конвертер. Тривалість циклу оберту може змінюватися від 2,5 до 5 годин.

При використанні завалочного крану одним совком потрібна кількість совків у цеху протягом доби складе:

Приймаємо 6 совків.

Заборгованість мостового крана при доставці совків у цех приведена в таблиці 13.

Таблиця 13. — Заборгованість мостового крану

Кількість мостових кранів у завантажувальному прольоті складе:

Приймаємо з розрахунку один мостовий кран у роботі й один у резерві на випадок ремонту.

Для перевезення у завантажувальний проліт совків з брухтом із скрапного прольоту або скрапопередільного цеху застосовують скраповози. У цехах з великовантажними конвертерами скраповоз перевозить один совок (при завантаженні краном за допомогою одного совка. Число рейсів скраповозу буде дорівнює числу плавок у цеху за добу.

Потрібну кількість скраповозів можна визначити по формулі

де

— число рейсів скраповозу за добу, шт /доб;

— тривалість циклу оберту скраповозу, хв.

У цикл оберту скраповозу входять: зняття порожніх й установка заповнених брухтом совків у скрапному прольоті, переїзд у завантажувальний проліт, зняття заповнених брухтом совків й установка спорожнених і зворотний переїзд у скрапний проліт (цех). Тривалість циклу оберту залежить від кількості совків що перестановлюються й інших умов роботи цеху й може змінюватися від 15 до 35 хв.

Кількість скраповозів у завантажувальному прольоті складе Приймаємо один скраповоз на один безупинно працюючий конвертер й один у резерві.

Устаткування конвертерного прольоту

У конвертерному прольоті розміщені два конвертера ємністю 250 т, машини подачі технологічних газів у конвертер, системи подачі в конвертер сипучих матеріалів, включаючи феросплави, елементи газовідвідного тракту, установка для торкретування конвертерів і інше устаткування

Устаткування розливного прольоту

До основного устаткування розливних прольотів відносять розливні крани, розливні площадки, сталерозливні ковші й шлакові чаші, виливниці й візки. До допоміжного — стенди для сталерозливних ковшів і шлакових чаш і т.д.

При підготовці ковшів у розливних прольотах у них установлюються консольні крани вантажопідйомністю 5 т, призначені для постановки стопорів (шиберів) у ковші й допоміжної роботи — по одному крану в прольоті.

Кількість розливних кранів (без резервних) залежить від зайнятості їх на операціях по розливанню сталі й на допоміжних роботах (заміні шлакових чаш, збирання сміття й т.д.) і визначається по наступній формулі

де

— максимальна кількість плавок у цеху за добу, пл/добу;

— заборгованість крана на розливання однієї плавки, хв/пл;

к — коефіцієнт, що враховує нерівномірність подачі плавок на розливання (при двох прольотах — 1,1, при одному прольоті - 1,2)

1,2 — коефіцієнт, що враховує виконання краном допоміжних робіт;

1440 — кількість хвилин у добі, хв/добу;

в — коефіцієнт завантаженості крана (0,8).

Таблиця 14. — Заборгованість розливного крана на розливання однієї плавки

Тривалість розливання ф_p визначається по формулі, хв:

де

П_зл — кількість зливків при розливанні зверху;

ф_зл — час наповнення одного зливка або сифона (залежить від типу сталі, що розливають, способу розливання, маси зливків й інших параметрів; визначається заводськими інструкціями й змінюється в межах 1,5…5 хв);

0,4 — час переїзду крана з ковшем від зливка (сифона) до наступного, хв.

Кількість зливків визначається по формулі:

де

М_зл — маса плавки по придатних зливках, т

q_зл — маса одного зливка, т.

Кількість плавок даної ваги визначається по формулі:

де

q_пл — частка плавок даної ваги у сортаменті, %

Кількість розливних кранів складає

Таблиця 15. — Розрахунок кількості розливних кранів

Кількість сталерозливних ковшів визначається по формулі:

де

— кількості ковшів, що перебувають у роботі; - кількості ковшів, що перебувають у ремонті футеровки; - кількості ковшів, що перебувають у резерві.

Кількість ковшів у роботі визначається по формулі:

де

— максимальна кількість плавок у цеху за добу, пл./добу;

— час оберту ковша на одну плавку, хв.;

1440 — кількість хвилин у добі, хв/добу.

Таблиця 16. — Час оберту сталерозливного ковша

^* При установці сталевипускних стаканів зовні ковша футеровку не охолоджують.

^**Футеровку ковша розігрівають при підвищених вимогах до дотримання необхідної температури металу (при безперервному розливанні, вакуумуванні сталі й ін.)

Кількість ковшів, що перебувають у ремонті робочого шару футеровки визначають:

де

— максимальна кількість плавок у цеху за добу, пл/добу;

— тривалість ремонту ковша, год.;

С — стійкість робочого шару футеровки, кількість плавок.

Таблиця 17. — Стійкість робочого шару футеровки ковшів

Таблиця 18. — Тривалість ремонту ковша (значення зростають при збільшенні ємності ковша)

Час, затрачуваний на ремонт арматурного шару ковшів, у зв’язку з його високою стійкістю (6−12 місяців) незначно й у розрахунку не ураховується.

Кількість ковшів у резерві складає 10% від кількості ковшів у роботі.

Таблиця 19. — Розрахунок кількості сталерозливних ковшів

Ємність сталерозливного ковша вибирається виходячи з максимально можливої маси плавки по рідкому металу й деякій кількості шлаку для прикриття металу (товщиною 150 — 250 мм). У проектованому цеху для конвертерів ємністю 250 т прийняті сталерозливні ковші ємністю 280 т.

Кількість одинарних розливних площадок залежить від зайнятості їх на розливанні плавки і визначається по наступній формулі

де

— максимальна кількість плавок у цеху за добу, пл/добу;

— заборгованість розливної площадки на розливанні однієї плавки, хв;

к — коефіцієнт, що враховує нерівномірність подачі плавок на розливання при двох прольотах 1,1;

1440 — кількість хвилин у добі, хв/добу;

в — коефіцієнт використання розливної площадки (0,8).

Заборгованість розливної площадки на розливанні плавки визначається по формулі

де

ф_o - очікування й підготовки состава до розливання, хв.; (приймається 22 хв)

ф_p — тривалість розливання, хв.;

ф_в — витримка составів після розливання, хв.; (приймається для сталей високовуглецевих 65 хв; средньовуглецевих спокійних 40 хв; киплячих 20 хв)

ф_з.с — зміна составів, хв.; (приймається 12 хв)

Таблиця 20. — Розрахунок кількості розливних площадок

Кількість составів з виливницями визначається по формулі

де

— максимальна кількість плавок у цеху за добу, пл/добу;

— час оберту одного состава, хв.;

1,2 — коефіцієнт нерівномірності подачі состава;

1440 — кількість хвилин у добі.

Таблиця 21. — Час на підготовку составів в залежності від типу сталі і розливу

Таблиця 22. — Час на підготовку составів в залежності від типу виливниць і способу розливу

Кількість виливниць на плавку можна визначити по формулі:

де

— кількість виливниць у роботі;

— кількість виливниць у резерві.

Кількість виливниць у роботі на плавку дорівнює масі плавки по придатних зливках М_зл поділеної нa масу одного зливка q_зл .

Кількість виливниць у резерві котрі встановлюють на розливному візку на випадок отримання надлишкової кількості металу у ковші і отримання недоливів складає 1 — 2 виливниці.

З урахуванням нормативного запасу (30%) загальна кількість виливниць у цеху складає:

Вага однієї виливниці зі зливком визначається по формулі: