9.4. Системи автоматизації

В усіх конвертерних цехах працюють системи автоматичної подачі, зважування і дода­вання, за командою оператора, неметалевих шихтових матеріалів.

Відомі автоматичні системи, що включають зондове вимірювання з визначенням вмісту вуглецю і температури ванни, а також вимірювання прискорення руху фурми для контро­лю процесу шлакоутворення, що працюють в Японії.

У ФРН і Великобританії автоматичні системи включають зондове вимірювання і вимі­рювання рівня шуму.

Такі системи можуть працювати в суто автоматичному режимі, коли оператор лише стежить за показаннями приладів і втручається в процес при нестандартних ситуаціях, переходячи на ручне керування.

Алгоритми, по яких функціонують такі системи, є know-how розробників і не публіку­ються. Передбачається, що, у зв'язку зі зниженням інтелектуального рівня операторів, ав­томатичне керування є виходом із положення.

Порівняльний аналіз, проведений в різних країнах, показує, що одержання необхід­них результатів забезпечується при:

• ручному керуванні в 30-50% випадків;

• статичних системах — 50-70%;

• динамічних системах — 80-85%;

• автоматичному керуванні — 90-95%.

Черговим етапом удосконалення керування конвертерним процесом є його оптиміза-ція, при якій, на думку фахівців IRSID (Франція), витрати на створення системи перевер­шать вигоди від її використання.

10. БУДОВА КОНВЕРТЕРА

10.1. Параметри агрегатів

Основною характеристикою конвертера є його садка Т, що дорівнює сумі мас метале­вих шихтових матеріалів, чавуну і брухту. Маса рідкої сталі дорівнює

де Yхх - вихід придатних зливків, що становить 84-91 %, що нижче, ніж Yст через втрати металу на розливці.

Садка промислових конвертерів складає 10-50 т для бесемерівського, 11-80 т - для томасівського, 1-3 т - для малобесемерівського, 15-380 т - для кисневого з верхнім і 30-250 т - з донним дуттям конвертерних процесів.

Звичайно в процесі роботи конвертерного цеху садка конвертерів поступово збільшу­ється на 15-50%.

Кількість конвертерів у цеху найчастіше складає від 2 до 4, з яких 1 -2 можуть перебу­вати в ремонті чи в резерві.

У ряді конвертерних цехів корпус конвертера виконується зйомним і перефутеровка його здійснюється на окремому стенді, що дає змогу зробити число працюючих конвертерів від­повідним числу робочих місць і зменшити габарити цеху. Оскільки перенесення корпуса по­требує кранів значної вантажопідйомності, садка таких конвертерів обмежується 50-160 т.

Оскільки збільшення садки конвертерів вимагає створення допоміжного обладнання відповідної потужності, що ускладнює роботу машинобудування, в останні 20 років збіль­шення садки конвертерів не відбувається.

Показники роботи конвертерів різними процесами наведені в табл. 10.1, де іО2- пито­ма інтенсивність введення кисню, м3/т-хв.; VO2- питомі витрати кисню, м3/т.

Таблиця ІО.І

Показники роботи конвертерів

Рис. 10.1. Профілі конвертерів

Мінімальна тривалість плавки в бесемерівському і томасівському конвертерах пов'я­зана з низькою якістю сталі і, відповідно, мінімальними затратами часу на доведення її за складом і температурою.

На рис. 10.1 представлені профілі конвертерів донного (а) і бічного (б) повітряного дуття, горловина яких розташована ексцентрично. У кисневих конвертерів верхнього і донного дуття (в) профіль симетричний.

Питомий об'єм конвертера, м3/т,

v = У/Т. (10.З)

де V - об'єм конвертера, повинен бути досить великим, щоб спінені метал і шлак не вики­далися з конвертера.

Ця величина і відношення Нвн / Dвн є головними характеристиками конструкції конвер­тера (табл. 10.2). Чим більша кількість утвореного шлаку, витрат дуття і небезпека викидів, тим більший питомий об'єм конвертера.

Зміна параметрів конвертера по-різному впливає на його показники роботи. Зростан­ня Нвн зменшує небезпеку викидів, але при даному г зменшує Dвн і, тим самим, збільшує швидкість зносу футеровки.

Збільшення Dвн зменшує швидкість зносу футеровки, але збільшує об'єм периферій­них, погано промішуваних ділянок ванни.

Таблиця 10.2

Параметри конструкції конвертерів

Зменшення dr знижує втрати металу з викидами і виносом, але збільшує тривалість завалки брухту, а також швидкість конвертерних газів і ерозію ними футеровки горловини.

Головні параметри конвертера можуть бути визначені з позицій гідродинамічних про­цесів, що відбуваються при продувці металу.

Глибина конвертерної ванни при верхній продувці повинна бути більшою за глибину зони взаємодії кисневих струменів із нею

що попередить її пробій і знос днища.

Внутрішня висота конвертера від рівня ванни до горловини повинна бути більшою за висоту утворених сплесків

що зменшить втрати металу з виносом його крапель.

Внутрішній діаметр конвертера повинен бути більший від максимально можливого діа­метра бульби, що утворюється при продувці, у тому числі при несприятливому збігу обста­вин і злитті бульб від різних зон взаємодії,

що перешкоджає викидам шлакометалевої емульсії.

За таким же принципом вибирається нахил нижньої конусної частини, що, при заданій садці і визначеній hB, дозволяє розрахувати діаметр днища:

Діаметр горловини конвертера необхідно вибирати з урахуванням розмірів совків для завантаження брухту. Кут нахилу конусної частини конвертера до горизонтальної пло­щини не повинен бути меншим 60°, щоб забезпечити міцність її футеровки. Це при вибра­ному діаметрі горловини визначає висоту конусної частини

Висота циліндричної частини конвертера визначається як різниця

Товщина футеровки конвертера визначається як добуток відомої швидкості її зносу для обраного типу вогнетриву ифу1, мм/плавку на ту кількість плавок N, яку повинна проро­бити футеровка, щоб забезпечити ремонт інших конвертерів цеху

10.2. Устаткування

Конвертерний агрегат (рис. 10.2) для найбільш розповсюдженого варіанта верхньої кисневої і комбінованої продувки складається із власне конвертера 1, опірного кільця 2, цапф 3, підшипників 4, станин 5 і механізму повороту 6. Зверху через горловину в конвер-

Рис 10.2. Конвертерний агрегат

тер вводиться киснева фурма 7. При комбінованій продувці знизу через фурми або вогне­тривкі вставки вводиться інертний газ (Аr або N2).

При донній кисневій продувці дуття подається через концентрично розташовані труби: по внутрішній - кисень, по зазору - захисне середовище (газоподібні чи рідкі вуглеводні).

Кожух конвертера виконується звареним зі сталевих листів товщиною 15-100 мм. Він повинен витримувати напругу, що виникає в ньому під дією ваги футеровки масою до 1000 т при температурах нагрівання 200-300°С.

У горловині кожух піддається нагріванню випромінюванням від конвертерних газів і може мати потовщуючі його сталеві накладки або водоохолоджувану трубу по периметру горловини.

Корпус конвертера може виконуватись як одне ціле, з окремим днищем, рідше - окре­мою конусною частиною. При наявності окремих частин стара футеровка конвертера швид­ше охолоджується при примусовій вентиляції, легше вибивається за допомогою спеціаль­них механізмів, а нова швидше викладається, що скорочує тривалість ремонту.

Опірне кільце конвертера слугує для кріплення корпуса і забезпечення можливості його обертання на 360°. Воно виконується звареним зі сталевого листа товщиною 100-150 мм і має коробчастий переріз.

На рис. 10.3 показані типи кріплення опірного кільця до корпуса конвертера.

У першому типі (рис. 10.3, а) до кожуха 1 приварюється кільце 2, яке входить у паз кронштейна 3. Опірне кільце 4 затиснуте між шістьма парами кронштейнів 3 і приварених до кожуха кронштейнів 5, рівномірно розподілених по периметру кожуха. На опірному кільці 4 приварені полиці 6, що виключають можливість прокручування опірного кільця.

У другому типі (рис. 10.3, б) до кожуха 9 приварюються верхній 2 і нижній 4 фланці з ребрами жорсткості 3 між ними. Між фланцем 4 і кронштейнами 8 знаходиться опірне кільце 7, яке за допомогою 8-10 болтів 5, що проходять через овальні прорізи у фланці 4 і опірному кільці 7, кріпиться до фланця 4. На кінці болтів 5 нагвинчуються гайки 6 через спеціальні вікна до зовнішньої стінки опірного кільця. У кронштейни 8 із двох боків впира­ються полиці, як на рис. 10.3, а, що виключає прокручування опірного кільця.

У третьому типі кріплення (рис.10.3, в) по периметру кожуха 1 приварюють 16 стака­нів 2. Болт 5 своєю головкою 6 угвинчується у фланець 4, приварений на опірному кільці З, і проходить через отвори в опірному кільці 3 і стакана 2.

Для зменшення впливу на опірне кільце викидів розплавлених металу і шлаку над ним встановлюють захисний козирок, приварений до кожуха. Для збільшення міцності на внут­рішній поверхні опірного кільця приварюють ребра жорсткості.

Цапфи виготовляють зі сталевих поковок. Через полиці цапфи до корпусу конвертера підводяться трубопроводи для води, які охолоджують горловину, інертного газу, що проду­вається через днище, та ін.

Водяне чи повітряне охолодження цапфи запобігає її деформації.

Цапфи спираються на підшипники качання. Мастилом служить дисульфід молібдену. Підшипники спираються на зварені станини, фундамент яких ізольований від фундаменту будинку.

Для повороту конвертера використовують електромеханічний привід, що розміщуєть­ся на робочому майданчику або робиться навісним.

Для конвертерів садкою понад 200 т привід виконується двостороннім.

Швидкість обертання конвертера становить (1,7...2,5)-10-2 С-1на завалці і 1,7-10-3С-1 -на зливанні металу.

Для продувки у конвертерах верхнього дуття використовують водоохолоджувану фур­му (рис. 10.4). Кожен конвертер оснащений двома фурмами, які встановлюються на продувку за допомогою спеціальних візків. Швидкість підйому й опускання фурми 0,1-1,0 м/с.

Кисень підводиться в конвертерний цех по киснепроводу під тиском 1,6-2,0 МПа. Щоб запобігти загорянню трубопроводів, швидкість потоку кисню в них повинна не перевищува­ти 50 м/с. Від головного киснепровода розводка здійснюється на кожен конвертер. Фурма з'єднується з киснепроводом через гофрований шланг із неіржавіючої сталі. Тиск кисню перед соплами 0,9-1,5 МПа.

Фурма складається із трьох концентричних суцільнотягнутих сталевих труб, по зазо­рах між якими циркулює вода під тиском 1,0-1,2 МПа з витратами 100-400 т/год.

Наконечник фурми виготовляється ¡3 міді високої чис­тоти, що забезпечує високий коефіцієнт теплопровідності і зменшення небезпеки прогару.

Кисень подається по центральній трубі і витікає через сопла Лаваля наконечника, а вода - по зазору між централь­ною і проміжною трубами, Відводиться вода по зовнішньому зазору. Перепад температури води на вході і виході не пе­ревищує 20°С.

Для поліпшення охолодження наконечника в ньому вста­новлюють направляючі перегородки, які забезпечують оми­вання лобовини наконечника потоками зі швидкістю не мен­ше 8 м/с.

Наконечники виготовляються суцільнолитими або зва­реними. Стійкість останніх дещо нижча. Звичайно стійкість наконечників залежить від інтенсивності охолодження і ко­ливається в широких межах - від 50 до 1000 плавок.

Витрати кисню через сопло можуть бути визначені за виразом, м3/хв

Якщо сопло розраховується на деякий діапазон витрат кисню qmin-qmax, то критичний діаметр повинен визначатися з умови забезпечення цтах, а вихідний - при мінімальних витратах qmax з тиском на виході не менше 1 атм.

Для продувки киснем знизу внутрішня мідна циліндрична труба повинна мати діа­метр, що забезпечує необхідні витрати кисню, розраховані за (10.11), а зазор між нею і зовнішньою неіржавіючою трубою - площу перетину, достатню для проходження захисного середовища із заданими витратами.

Фурми розташовуються по площі днища конвертера на відстані Іф одна від одної, біль­шій, ніж розмір бульб, що утворюються,

що запобігає злиттю бульб.

З іншого боку, діаметр бульб повинен бути менший за глибину ванни

для запобігання и пробою.

Для подачі інертного газу через днище при комбінованій продувці використовуються вогнетривкі вставки перерізом до 200 х 200 мм із вертикальними отворами діаметром до 2 мм або відкритими порами, в які не затікає метал. Вогнетривкі вставки вміщуються у сталеві касети або використовуються без них. Вони розміщуються по площі днища конвер­тера рівномірно або в лінію. Інертний газ підводиться до них через порожнисту цапфу конвер­тера. Регулювання витрат газу по вставках здійснюється індивідуально і автоматично.

Зондовий пристрій являє собою водоохолоджувану трубу, на кінці якої знаходиться дат­чик, що вводиться в конвертер через вікно в кесоні паралельно до кисневої фурми. Хід зонда такий же, як і у кисневої фурми - до 20-25 м. Тривалість всієї операції по виміру складає 1 -2 хв.

Для відсічення конвертерного шлаку при випуску металу у ківш використовують різні пристрої.

Один із них - литі сталеві кулі діаметром до 200 мм, вкриті вогнетривкою обмазкою з магнезитового порошку і шлаку ферохромного виробництва. їх об'ємна густинність до 5 кг/л дозволяє їм плавати на межі метал (рм = 7 кг/л) і шлак (ршл = 3 кг/л) і затягуватись у воронку, що утворюється наприкінці випуску металу, перекриваючи випускний отвір і запо­бігаючи витіканню шлаку.

Використовуються стопорні пристрої з вогнетривкого матеріалу, які вводяться штан­гою в робочий простір конвертера, встановлюються над ванною по осі випускного отвору і на початку витікання шлаку, опускаючись, перекривають отвір.

Для цього ж слугують і шиберні пристрої, ковзаюча плита яких у потрібний момент перекриває отвір.

Останнім часом певного поширення набуло пневматичне запирання отвору потоком азоту, що витікає із сопла під тиском 10-20 атм, при установці сопла проти випускного отвору, співосно з останнім.