Міністерство освіти і науки України

Міністерство промислової політики України

Національна металургійна академія України

Методичний посібник

Для курсової роботи студентів

З дисципліни

Технологічне проектування сталеплавильних цехів

за спеціальністю 7.090401 „Металургія чорних металів”

спеціалізації „Металургія сталі”

Дніпропетровськ

2010

Методичний посібник для виконання курсової роботи студентів з дисципліни

“ ТЕХНОЛОГІЧНЕ ПРОЕКТУВАННЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНИХ АГРЕГАТІВ І ЦЕХІВ ” за спеціальністю 7.090401, 8.090401 „Металургія чорних металів” спеціалізації „Металургія сталі”, а також для студентів за спеціальністю 7. „Менеджмент виробництва”

Укладачі: професор, к.т.н Ю.С.Паніотов,

доцент, к.т.н. В.Г. Герасименко

доцент, к.т.н. Т. І. Лисенко

1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

1.1 Структура конвертерного цеху.

Конвертерним цехом (КЦ) є виробничий комплекс по виплавці сталі у конвертерах і її розливанню на машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ) або у виливниці. На металургійному підприємстві КЦ розміщується поміж доменним та прокатними цехами та поєднується з ними транспортними магістралями.

Особливості структури цеху визначаються як організацією виробничого процесу на металургійному підриємстві ( забезпечення цеху сировиною і, у першу чергу, рідким чавуном та скрапом), так і особливостями технології і організації виробництва у самому цеху.

До складу конвертерного цеху входять виробничі відділення:

- головна багатопрольотна будівля цеху, що включає завантажувальний проліт, конвертерне відділення, прольот прибирання шлаку, відділення (прольот) позапічної обробки сталі, відділення (прольот) підготовки сталеразливних ковшів, а також відділення (прольоти):

переливу чавуну з ковшів миксерного типу, або миксерное відділення (залежно від способу подачі чавуну в цех);

скачування шлаку з чугуновозных ковшів;

скрапне відділення;

сипких матеріалів і феросплавів;

розливання сталі;

грануляція або переробки конвертерних шлаків.

Ряд вказаних відділень може бути сумісний з головною будівлею цеху.

При безперервному розливанні сталі в комплекс цеху входять відділення розливання сталі на МБЛЗ (ОНРС), що розміщуєтьься у окремій будівлі поряд з головною спорудою цеху і поєднується з нею транспортною галереєю.

При розливанні сталі в злитки в комплекс цеху входять відділення:

роздягання злитків;

підготовки сталеразливочних складів (двір виливниць);

чищення виливниць;

мастила виливниць (чищення і мастило виливниць може бути скомпонована в одному відділенні);

охолоджування виливниць.

Відділення по підготовці сталеразливочних складів можуть виділятися в самостійний цех (ЦПС) за наявності на комбінаті декількох сталеплавильних цехів або великої продуктивності конвертерного цеху.

До складу комплексу цеху входять також допоміжні і енергетичні відділення і установки, що забезпечують його роботу.

Найважливіший енергетичний елемент конвертерного цеху - газовідвідний тракт, що включає охолоджувач конвертерних газів, газоочистку і нагнітальну установку. Він розташовується в енергетичному прольоті цеху понад конвертерами.

До складу цеху також взодить окремо розміщена адміністратива споруда, де розміщуються контора цеху, битові приміщення, їдальня та інш. Ця будівля поєднується пішохідними галереями з головною спорудою цеху та ОНРС.

Склад виробничих і допоміжних відділень цеху і їх взаємна компоновка визначаються конкретними умовами проектуємого цеху.

1.2. Продуктивність цеху.

Продуктивність цеху визначається балансом металу на підприємстві з урахуванням потреби прокатних цехів у зливках або у литих заготовках і забезпечення КЦ рідким чавуном. Вона розраховується масою придатних злитків або безперервно литих заготовок за календарний відрізок часу – рік, квартал, місяць, добу.

В основних металургійних цехах продуктивність цеху визначається продуктивністю основних агрегатів: у доменному цеху – доменних печей, при розливанні сталі у зливки в сталеплавильних цехах – конвертерів, ДСП або мартенівських печей, у прокатному виробництві – блюмінгом або слябінгом. При втіленні безперервного розливу сталі у сталеплавильних цехах функціонують два агрегати (конвертер або ДСП та МБЛЗ) , рівнозначні за значимостю. У сучасних сталеплавильних цехах функціонує технологічний ланцюг: конвертер (ДСП) – агрегат „ківш-пічь” – МБЛЗ, де лімітуючою ланкою може бути розливання сталі. Тому важливою умовою досягнення максимальної продуктивності є раціональна організація виробництва у даній системі - узгодження продуктивності конвертерів та МБЛЗ.

2. ВИЗНАЧЕННЯ ЄМКОСТІ (МАСИ ПЛАВКИ) КОНВЕРТЕРА

Як основна характеристика конвертера застосовують поняття «Садіння конвертера» і «ємність конвертера». Садіння конвертера дорівнює масі металлошихты на плавку (сума мас рідкого чавуну і металобрухту). Ємність конвертера - це маса рідкої сталі, що отримано в конвертері в ході плавки, тобто маса плавки. Ємність конвертера складає близько 90% від садіння. Типовий ряд конвертерів визначено по садінню конвертера.

В Україні передбачено типовий ряд конвертерів : 50, 100, 130, 160, 200, 250, 300, 350, 400 т.. Найбільш широкого поширення набули конвертери садінням 160..350 т.

Основні чинники, що визначають вибір ємності конвертера, це продуктивність цеху, сортамент сталі, перетин безперервного злитка при розливанні сталі на машинах безперервного литва заготовок (МНЛЗ) або маси розливаного злитка. На вибір ємності конвертера впливають також марочний сортамент і діапазон сталей, що виплавляються, режим подачі злитків споживачам і технологія роботи цеху.

При проектуванні конвертерних цехів доцільно встановлювати конвертери максимальної ємкості, що покращує техніко-економічні показники роботи цеху: підвищується продуктивність агрегатів і продуктивність праці, знижуються питомі витрати енерговитрат, вогнетривів, деяких матеріалів плавки і відповідно собівартість сталі, а також питомі теплові втрати, що дозволяє підвищити частку ломи в металлошихте. Суттевий вплив на продуктивність конвертеру й ТЕП його роботи має стійкість футерівки.

Однак, при розливанні сталі на МБЛЗ необхідно узгоджувати роботу двох агрегатів. Найбільш раціональним є випадок коли цікли плавки та розливки однакові. В іших випадках збільшуються капітальні витрати на спорудження МБЛЗ та зменьшується коефіцієнт їх використання.

В сучасних сталеплавильних цехах (конвертерних або електросталеплавильних) фонд робочого часу МБЛЗ складає 320 – 330 діб, тобто приблизно дорівнює фонду робочого часу коевертерів і дугових сталеплавильних печей. В той же час продуктивність МБЛЗ значною мірою визначається типом заготівки, що відливають. Для однієї й тієй же групи марок сталей збільшення площини перерізу заготівки веде до пропорційного збільшення продуктивності одного струменю МБЛЗ. Таким чином, при виробництві сортового прокату зручно використовувати конвертери садінням до 200 ( 250) т., а при відливанні слябів – до 400т.

При виборі ємкості конвертерів для заданої продуктивності цеху рекомендуються залежності, наведені у табл.1.

Таблиця I

Продуктивність цеху, млн т в рік	Ємкість конвертера
2...4	100.. 160
3...7	200... 300
4,5... 9	300... 350
5,5 і більш	350.. 400

Схема роботи конвертерного цеху( встановлео -2, постійно в роботі – 1, або 3 – 2), що представлена в табл.2, доцільна при стійкості футерування конвертерів 600 – 800 (до 1000) плавок. В цьому випадку календарний час роботи конвертера складає 20 – 30 діб. Тривалість холодного ремонту конвертера зазвичай складає 4 – 6 діб. Простої резервного конвертера в режимі очікування відносно невеликі.

Таблиця 2. Продуктивність безперервно діючого конвертера.

Кількість Конверторів у цеху, шт.		Ємкість конвертера, т
		400			300		200		160
встановлених	постійно що працюють	Рідка сталь		Придатні литі заготовки	Рідка сталь	Придатні литі заготовки	Рідка сталь	Придатні литі заготовки	Рідка сталь	Придатні литі заготовки
При технології верхнього продування
2	1		5,8	5,5	4,6	4,4	3,2	3,0	2,6	2,5
3	2		11,6	11,0	9,2	8,8	6,4	6,0	5,2	5,0
При технології комбінованого продування з витратою ломи до 40%
2	1		4,6	4,4	3,6	3,4	2,5	2,4	2,1	2,0
3	2		9,2	8,8	7,2	6,8	5,0	4,8	4,2	4,0

Продуктивність цехів по литій заготівці приведена за умови розливання сталі на сляби. Середні втрати рідкої сталі при розливанні на МНЛЗ прийняті рівними 5%.

Середній вихід придатних злитків (заготовки) з рідкої сталі, приведений в табл.3.

Таблиця 3

Показник	Розливання в злитки			Розливання на МНЛЗ
	Сифоном, маса злитка		зверху маса злитка понад 7 т.	у сляби	у сортову заготівку;
	до 7 т	понад 7 т
Коефіцієнт виходу придатних злитків	0,96	0,97-0,98	0,98-0,99	0,95-0,96	0,93-0,95

3. ВИЗНАЧЕННЯ КІЛЬКОСТІ КОНВЕРТЕРІВ

Кількість конвертерів визначається з урахуванням їх прийнятої ємкості і заданої продуктивності цеху. В даний час при використанні плавлених периклазовуглецевих вогнетривів стійкість конвертерів складає декілька тисяч (2000 – 5000) плавок. У зв'язку з цим в роботі знаходяться всі конвертери, що встановлено в цеху.

У сучасному конвертерному цеху встановлено 2 або 3 конвертери. При визначенні кількості конвертерів для їх повного завантаження слід враховувати, що річна продуктивність конвертера повинна бути кратна продуктивності цеху. Тоді річна продуктивність конвертера повинна складати:

ПК = Пц/n (1)

де ПК, ПЦ – річна продуктивність конвертера і цеху, т. придатних злитків в рік; n – кількість встановлених в цеху конвертерів, ед.

Тривалість кампанії конвертера (ТК, доба) з урахуванням холодного ремонту складе:

ТК = 0,0417(N*Пл. /60*(1 – 0,01*ГП) + tР), доба (2)

0,0417 = 1/24, година-1

N – стійкість футерування конвертера, ед.

_Пл. – середня тривалість плавки, мин.

ГП – гарячі простої конвертера % календарного часу, звичайно 2 – 5%.

tР - середня тривалість холодного ремонту конвертера, година

Середня тривалість плавки розраховується як сума часу операцій циклу конвертерної плавки:

-завантаження скрапу 2 – 4 хв;

-заливка чавуну 2- 4 хв.

- продування 15 – 22 хв

- контроль процесу 4 – 6 хв.

- додування 0 - 4 хв.

- випуск металу 4 – 9 хв.

- роздув шлаку 0 - 3хв.

- випуск шлаку 1 – 2 хв.

- огляд футерівки та підготовка до слідуючої плавки 4 – 6 хв.

Загальний термін 35 – 55 хв.

Необхідно задатися тривалістю технологічних операцій та розрахувати загальний термін плавки.

До гарячих простоїв конвертеру відносяться: підварка футерівки днища, заміна льоточних стаканів, обрив горловини конвертеру, заміна або обрізання настилів на фурмі та інш. Сюди також входють простої, що пов’язані з організацією виробництва – затримки за рахунок несвоєчасної подачи шихти, ковшів, составів та інш.

Нормативний час (год), що витрачається на операції по зміні футерування, для ряду конвертерів приведено в табл.4:

Таблиця 4

Операція	Ємкість конвертера, т
	400	300	200	160
Підготовка до ремонту і охолоджування футерування	20	15	15	10
Ломка зношеного футерування	38	28	19	15
Кладка нового футерування	66	53	46	43
Розігрівши футерування	7	7	6	6
Загальна тривалість ремонту робочого шаруючи футерування	131	103	86	74

Кількість кампаній конвертера протягом року (К) рівна:

До = (365 – ПЦ)/ТК, одиниці (3)

ПЦ – простої цеху, доба.

Річна продуктивність конвертера рівна:

ПК = К* N*ЕК*к1 (4)

ЕК- ємкість конвертера, т;

к1 – коефіцієнт виходу придатних злитків з рідкої сталі, ед.

Звідки визначаємо ємкість конвертера:

ЕК = (Пц/n)/ К* N* к1, т. (5)

При розливанні в злитки ємкість конвертера з урахуванням значення к1 повинна бути кратній масі злитка, а при безперервному розливанні – масі безперервно литої заготівки.

Садіння конвертера G рівне:

G = Ек/к2, т. (6)

к2 – коефіцієнт виходу рідкої сталі з металлошихты, рівний 0,88 – 0,92. Його значення слід узяти з розрахунку матеріального балансу конвертерної плавки.

По величині садіння розраховуємо витрати чавуну ( МЧ) і ломи (МЛ) на плавку.

Розраховуємо середнє і максимально можлива кількість плавок в добу:

- середня кількість плавок: пср = Пц/365* ЕК, ед.

- максимальна кількість плавок: пм = 60*24* n/Пл. , ед.

Розраховуємо середню і максимально можливу потребі цеху в шихтовых матеріалах

Qi,ср = MI*пср і Qi,м = MI*пм (7)

де: Qi,ср і Qi,м – середня і максимальна потреби в шихтовом матеріалі, т/сутки;

MI – витрата шихтового матеріалу на плавку, т.

Приклад, варіант 25.

Приймаю, що в цеху встановлено 3 конвертери. Тоді:

ПК = 7000000/3 = 2334000 т. в рік

Тривалість кампанії конвертера рівна:

ТК = 0,0417*(5000*44/60*(1 – 0,03)+100)= 162,63 діб.

Приймаю ТК = 163 діб.

Кількість кампаній конвертера протягом року До = (365 – 8)/163 = 2,19

Розрахункова ємкість конвертера ТЕНЬК = 2334000/2,19*5000*0,96 = 222т.

Приймаю довжину безперервно литої заготівки 3м. Маса заготівки рівна:

МЗ = 0,22*2,2*3,0*7,85=11,4 т.

Кількість заготовок з однієї плавки – 222/11,4 = 19,5 штук.

Приймаю -20 штук. Уточнена маса плавки – 20*11,4 = 228т. придатних заготовок.

Садіння конвертера G = 228/0,9*0,96 = 264т.

Витрата чавуну на плавку МЧ = 264* 0,76 = 200,6т. Приймаю 200т.

Витрата ломи на плавку МЛ = 264 - 200= 64т.

Середня кількість плавок в добу: пср = 7000000/365* 228 = 84,1 плавка.

Максимальна кількість в добу плавок: пм = 60*24*3/44 = 98,2 плавок.

Середньодобова витрата чавуну: QЧ,ср = 84,1*200 = 16820 т.

Середньодобова витрата ломи: QЛ,ср = 84,1*64 = 5382,4 т.

Максимальна добова витрата чавуну: QЧ,М = 98,2*200 = 19640 т.

Максимальна добова витрата ломи: QЧ,Л = 98,2*64 = 6285 т.

Розрахунок розмірів робочого простору конвертера.

Розміри робочого простору конвертера розраховуємо по статистичних моделях, отриманих шляхом аналізу і узагальнення досвіду роботи і параметрів конвертерів, встановлених як в цехах СНД, так і інших промислово розвинених країнах.

При роботі на передільному чавуні державними стандартами встановлений питомий об'єм конвертера 0,8 – 1,0 м3/т садіння незалежно від його ємкості. Тоді, об'єм робочого простору конвертера по новому футеруванню (V) рівний:

V = (0,8 – 1,0) G, м3 (7)

Основні розміри робочого простору конвертера розраховуємо по рівняннях:

Глибина ванни НВ = 0,451 G0,25, м

Діаметр ванни ДВ = 0,68 G0,4, м

Діаметр днища ДД = 0,855 ДВ, м

Діаметр горловини ДГ = (0,4 – 0,6) ДВ, м

Висота робочого простору НРП =2,3 G0,25,м

Приклад:

Об'єм робочого простору конвертера: V = (0,8 – 1,0)* 264= 240 м3 ;

Глибина ванни НВ = 0,451*2640,25=1,82 м

Діаметр ванни ДВ = 0,68 *264^0,4=6,32 м

Діаметр днища ДД = 0,855*6,32=5,4 м

Діаметр горловини ДГ = (0,4 – 0,6)*6,32= 3,2м

Висота робочого простору НРП =2,3*264^0,25=8,94м

4. ПРОЕКТУВАННЯ ОСНОВНИХ ВИРОБНИЧИХ ВІДДІЛЕНЬ ЦЕХУ, РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ВІДДІЛЕНЬ, КІЛЬКОСТІ ОСНОВНОГО УСТАТКУВАННЯ.

Продуктивність сталеплавильних цехів визначається продуктивністю основних агрегатів (для конвертерного цеху – конвертерів).

Решта всіх виробничих ділянок цеху з урахуванням нерівномірності їх завантаження повинна забезпечити задану продуктивність.

Враховуючи, що поточні простої ділянок і устаткування цеху нерівномірні і в окрему добу можуть бути відсутніми, їх пропускну спроможність (завантаженість) і кількість устаткування слід визначати без урахування простоїв виходячи з максимально можливої кількості плавок, що отримуються на працюючих конвертерах.

Роботу відділень цеху, завантаженість ділянок і устаткування прийнято розраховувати в розрізі доби.

Аналогічно розраховують допоміжні відділення і об'єкти енергопостачання цеху.

Розміри будівель в плані даються по осях колон, висотні розміри - від нульової відмітки (зазвичай полу цеху або головка залізничної рейки на підлозі) до рівня головки рейки мостового крана.

4.1. Головна будівля цеху. Головна будівля сучасного конвертерного цеху з подачею чавуну в ковшах миксерного типу, вхідними в його склад виробничими відділеннями (прольотами) показано на мал. 1, 2

.

Рис 1. План головної будівлі конвертерного цеху у складі трьох великовантажних конвертерів з торцевою подачею чавуну і фронтальною подачею скрапу по рівню підлоги цеху. Завантажувальні крани в одному ярусі. Прольоти: А-Б - шихтовых магнітних матеріалів; В-Г - прибирання шлаку; В-Д - переливу чавуну; Г-Д - постів управління; Д-Е - завантажувальний; Е-3 - конвертерний; 3-И - пылевдувающих установок; І-К - підготовки сталеразливочных ковшів; K-JI - установок позапічної обробки сталі.

Мал. 2. Головна будівля конвертерного цеху. Розріз.

Перелік основного устаткування: 1.Кран для перенесення совків. 2. Кран магнітно-грейфер. 3. Совки для скрапу. 4. Веси для зважування совків. 5. Ськраповоз.6. Шлаковоз. 7. Кран для перенесення шлакових чаш. 8. Шлакова чаша.

9. Заливальний кран. 10. Кран для завалення совків. 11. Установка для скачування шлаку 12. Конвертер. 13. Майданчик для обслуговування конвертера. 14. Ділянка ремонту фурм 15. Кран для ремонту фурм. 16. Стальовоз 17. Стенди для сушки і розігрівання ковшів 18. Устаткування ломки футерування ковшів. 19. Установка для монолітного футерування ковшів. 20. Устаткування по підготовці установці шиберных затворів. 21. Устаткування по ремонту днищ конвертера. 22. Установка охолоджування ковшів. 23. Установка комплексного доведення сталі в ковші.

24. Вакууму тори. 25. Устаткування по ремонту вакууму тора. 26. Машина подачі кисню в конвертер. 27. Кран для обслуговування фурм. 28. Охолоджувач конвертерних газів (ОКГ). 29. Кран для обслуговування ОКГ. 30. Система подачі сипких і феросплавів в конвертер і ківш. 31. Установка подачі пилоподібних матеріалів в конвертер. 32. Ківш миксерного типу. 33. Кран для обслуговування ремонту ковшів. 34. Кран литейный.