книги из ГПНТБ / Писчиков М.М. Организация и планирование производства в черной металлургии учебник

чей (на 10— 12%), снижает расход электроэнергии, легирующих элементов шихты, электродов, огнеупоров и шлакообразующих ма­ териалов.

В настоящее время особое внимание уделяется улучшению ка-_ чества электростали. Совмещение процессов расплавления шихты и окисления примесей, применение кислорода для обезуглерожива­ ния металла, глубинное раскисление стали, обработка металла печ­ ным или синтетическим шлаком позволяют получать в печах боль­ шой емкости (100 т и более) металл такого же качества, как и в пе­ чах малой и средней емкости; это создает условия для массового производства высококачественных сталей широкого сортамента.

При обработке электростали синтетическим шлаком не только улучшается качество стали, но и повышается производительность печей (на 10—12%). Такой же эффект достигается и внепечным ва­ куумированием жидкой стали. Значительно улучшается качество стали при аргонной продувке жидкого металла в ковше.

Возрастающая потребность новых отраслей техники (атомная энергетика, радиоэлектроника и др.) в высококачественном металле обусловила в последние годы широкое развитие электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов, плавки стали и сплавов в вакуумных индукционных печах. Осваивается промышленное получение ме­ талла электроннолучевым и плазменно-дуговым переплавом. Введена в эксплуатацию плазменно-дуговая печь с керамическим тиглем.

Наиболее широкое распространение получил разработанный в СССР метод электрошлакового переплава, позволяющий при не­ больших капитальных затратах получать сравнительно дешевый ме­ талл высокого качества. Этим методом в промышленных условиях получают крупные слитки (массой до 40 т).

В электросталеплавильном производстве широко внедряется ме­ ханизация и автоматизация трудоемких процессов и операций. Раз­ работаны и внедряются системы автоматизации электрического ре­ жима плавки, ведутся работы по автоматизации процессов производ­ ства специальных сталей. Например, разработана и внедрена си­ стема программного управления процессом электрошлакового пере­ плава. Почти все дуговые электропечи оборудованы устройствами для загрузки печи, а многие из них работают с электромагнитным перемешиванием металла. Механизируется загрузка в печь шлако­ образующих материалов, раскислителей и легирующих добавок. Разрабатывается оборудование для механизированной очистки, за­ правки печей и скачивания шлака.

При полной механизации процесса выплавки стали в дуговых печах значительно улучшаются и облегчаются условия труда, уве­ личивается производительность печей, обеспечиваются условия для автоматизации.

§ 2. Особенности сталеплавильного производства

Сталеплавильные процессы, так же как и доменный, являются физико-химическими процессами, но в отличие от него имеют полу­ закрытый и циклический характер.

200

Так как сталеплавильное производство является промежуточным звеном в общем металлургическом цикле, то необходима строгая увязка во времени обеспечения сталеплавильных агрегатов жидким чугуном и прокатных цехов горячими слитками.

Современные цехи имеют в своем составе ряд сталеплавильных агрегатов, выплавляющих несколько тысяч тонн стали в сутки. Кроме пролета сталеплавильных агрегатов, цехи располагают ших­ товым двором, разливочным пролетом, отделениями подготовки со­ ставов и раздевания слитков, миксером для жидкого чугуна. Стале­ плавильные агрегаты обслуживаются общими участками и механиз­ мами. Например, в мартеновском цехе группы печей обслуживаются общими завалочными машинами, заливочными, разливочными, убо­ рочными кранами, ковшами, шихтовыми и сталеразливочными со­ ставами, заправочными машинами и др. Отделения подготовки из­ ложниц и раздевания слитков, шихтовой двор и миксерное отделение обслуживают все печи цеха.

Особенностью сталеплавильных цехов является также довольно широкий марочный сортамент выплавляемых сталей и сплавов. Кроме того, сталеплавильное производство характеризуется нестабиль­ ностью многих факторов процесса (неодинаковая длительность от­ дельных периодов плавки различных видов стали; непостоянное ка­ чество используемых материалов; изменение длительности плавки в течение кампании печи и др.).

Приведенные особенности сталеплавильного производства обус­ ловливают необходимость строгой регламентации производственного процесса в каждом сталеплавильном агрегате в отдельности и во всех агрегатах в целом, требуют увязки работы всех участков цеха и согласования его работы с работой смежных и обслуживающих цехов.

Производство стали в мартеновских цехах осуществляется на сле­ дующих участках-ступенях: 1) печной пролет, 2) миксерное отделе­ ние, 3) шихтовой двор, 4) разливочный пролет, 5) отделение разде­ вания слитков, 6) отделение подготовки сталеразливочных составов, 7) склад слитков й изложниц.

Основной ступенью сталеплавильного процесса является печной пролет, где осуществляется его основная операция—плавка. Эта ступень определяет объем работы и время ее выполнения на всех участках цеха. Поэтому для организации работы по графику в пер­ вую очередь устанавливают режим работы и производительность ста­ леплавильного агрегата и в зависимости от этого определяют требо­ вания ко всем остальным участкам. Требования к вспомогательным участкам не являются постоянными, они изменяются в зависимости от марки выплавляемой стали, состава и качества шихты, продол­ жительности плавки, развеса слитков и других факторов.

Для сталеплавильного производства характерна сложность произ­ водственных потоков. В результате интенсификации процесса плавки резко возрастает производительность сталеплавильных агрегатов, что обусловливает необходимость увеличения пропускной способ­ ности вспомогательных участков и изменения организационных схем

201

производственных потоков и порядка их комбинирования. Изменение схем организации производственных потоков зачастую требует вне­ сения изменений в конструкцию оборудования, увеличения или уменьшения его количества, а в отдельных случаях и переплани­ ровки цехов.

§ 3. Определение производительности сталеплавильных агрегатов

Под производительностью сталеплавильных агрегатов понимают количество годной стали в слитках, выплавленной за сутки факти­ ческой работы:

т — продолжительность плавки, ч.

Для обеспечения высокой производительности агрегатов масса садки должна быть максимально возможной. В садку включаются чугун, стальной лом, раскислители, легирующие добавки и часть железа руды. В практике планирования принято включать в метал­ лическую садку 50% железа руды.

Емкость мартеновской печи определяется размерами конструкции печи (площадь пода, глубина ванны), ее термической мощностью.

Тепловой режим работы печи имеет определяющее значение для достижения максимальной ее производительности. Устанавливаемые условия питания печи теплом должны обеспечивать максимальную интенсивность поглощения тепла материалами при предельно допу­ стимой температуре рабочего пространства.

Емкость дуговых электрических печей в основном определяется их конструктивными размерами (диаметр кожуха, высота от порога до пят свода, глубина ванны) и мощностью печного трансформатора.

Под выходом годного понимают отношение массы годных слитков плавки к массе металлической садки. При выплавке и разливке стали возникают потери металла в виде угара в печи, скрапа, литни­ ков, недоливков и брака. Этот показатель оказывает непосредствен­ ное влияние на производительность агрегата и себестоимость ме­ талла: с увеличением его возрастает производительность и снижается себестоимость.

Продолжительность мартеновской плавки зависит от многих фак­ торов: при неизменной массе металлической садки она определяется технологией выплавки, составом и характером подготовки шихтовых материалов, тепловым режимом печи, емкостью мульд, скоростью работы завалочных машин, степенью совершенства организации про­ изводства. На нее также влияет период кампании печи. В начале кампании, когда значительная часть тепла расходуется на разогрев кладки печи и насадок, продолжительность плавки будет большей по сравнению с продолжительностью в середине кампании; к концу

202

кампании она также будет несколько большей из-за разгара кладки, засорения шлаковиков и насадок. Тщательный уход за печью и своевременное проведение горячих ремонтов должны обеспечить со­ держание печи в хорошем состоянии, позволяющем вести плавку по установленному тепловому режиму на протяжении всей камнии.

Продолжительность плавки определяют на основе исследования влияния на нее всех факторов; при этом устанавливают количествен­ ные зависимости между значениями факторов и длительностью плавки.

§ 4. Организация работ по обслуживанию мартеновских печей

Работы по обслуживанию сталеплавильной печи включают вы­ полнение операций подготовки печи к плавке, ведение плавки, вы­ пуск стали, наблюдение за состоянием агрегата и поддержание его в рабочем состоянии. При обслуживании мартеновской печи рабочие выполняют следующие операции: осмотр и заправку печи, очистку подины от металла и шлака, завалку шихты, заправку порогов за­ валочных окон, установку и снятие чугунозаливных желобов, за­ крывание и открывание сталевыпускного и шлакового отверстий, загрузку заправочной машины заправочными материалами, заго­ товку и подачу раскислителей в печь и ковш, регулирование тепло­ вого режима печи. Они также отбирают, подготавливают и передают для анализа пробьі металла и шлака, скачивают шлак, подготавли­ вают огнеупорную массу для подмазки передних столбиков печи и сталевыпускного отверстия, обдувают свод печи, продувают насадки регенераторов и убирают рабочую площадку.

Организация труда печной бригады построена на принципе раз­ деления его, а также совмещения отдельных функций. Обслуживаю­ щая мартеновскую печь бригада, как правило, состоит из четырех человек: сталевара, первого, второго и третьего подручных стале­ вара. Все работы по обслуживанию печи выполняются под руковод­ ством сталевара. Сталевар непосредственно отвечает за качество ухода за печью, регулирует тепловой режим и ведет плавку. В функ­ ции подручных сталевара входят заправка печи, закрывание и от­ крывание сталевыпускного отверстия, спуск шлака, взятие проб, подсыпка порогов, заготовка ферросплавов и др. Наиболее ответ­ ственные работы выполняет первый подручный, являющийся помощ­

ником сталевара.

Все работы по обслуживанию печи циклически повторяются с каж­ дой плавкой. Объем работ в каждой смене постоянно изменяется, поскольку длительность плавки не совпадает с длительностью смены. В этих условиях резко возрастает ответственность сменных бригад за качественное выполнение всех работ в смене.

Основой организации труда печной бригады является график ве­ дения плавки по периодам. Необходимые корректировки графика

203

в ходе плавки осуществляет сталевар на основе информации, по­ лучаемой с приборов пульта управления печью, шихтового двора, разливочного пролета и экспресс-лаборатории.

Высокопроизводительная работа мартеновских печей обеспечи­ вается соблюдением определенных условий при составлении графика

ведения плавок.

Во-первых, операции выпуска стали и завалки шихты не должны протекать одновременно на смежных печах, так как в противном слу­ чае значительно усложняется проведение работ в печном и разливоч­ ном пролетах.

Во-вторых, интервалы между выпусками плавок из печей цеха в течение суток должны быть равномерными. Этим обеспечивается равномерная загрузка оборудования всех участков мартеновского цеха и ритмичное поступление слитков в прокатные цехи.

При совпадении проведения одноименных операций на смежных печах, а также при нарушениях ритмичности выпусков плавок при­ нимают соответствующие меры (форсирование плавок на отдельных печах, изменение сортамента выплавляемой стали и др.).

В мартеновском производстве невозможно составить постоянные графики для печей, поскольку продолжительность плавки не совпадает с продолжительностью смены, а следовательно, операции не могут повторяться в одно и то же время в каждой смене. Поэтому график составляется ежесуточно, что позволяет более точно плани­ ровать время протекания операций ближайших плавок с учетом со­ стояния печей.

Ежесуточное изменение графика работы печей влечет за собой и изменение режима работы обслуживающих участков. Поэтому в су­ точном графике работы цеха, помимо графика работы печей, разра­ батывают графики (задания) для всех обслуживающих участков. Та­ кой суточный график работы цеха называется комплексным.

Суточный график работы печей составляется в соответствии с нор­ мативами длительности отдельных периодов плавки на основе еже­ дневного уточнения недельного графика выпуска плавок. Суточный пооперационный график работы печей ведется на специальных блан­ ках, где для каждой печи отводятся две графы, в одной из которых отображается плановый график, в другой ■— фактический. Факти­ ческое время выполнения операций отдельных плавок фиксируется сменной диспетчерской службой. При этом обязательно указываются все причины отклонения от графика.

Соблюдение установленного графика выпуска плавок обеспечи­ вается строгим выполнением сталеварами действующих технологи­ ческих инструкций. К концу каждой смены диспетчер составляет рапорт о выполнении цехом графика за смену. По окончании работы начальник смены докладывает принимающему рапорт лицу (началь­ нику цеха или его заместителю) о выполнении пооперационного графика по каждой печи и причинах отклонения от него. На сменно­ встречном собрании рабочих и ИТР начальник смены анализирует выполнение пооперационного графика за прошедшую смену и в слу­ чае необходимости намечает соответствующие меры.

204

Для обслуживания мартеновских печей в печном пролете уста­ навливаются завалочные машины и заливочные краны. Потребное количество их определяется объемом суточной работы и коэффициен­ том загрузки во времени.

Время работы завалочной машины на одну плавку рассчитывают исходя из количества мульд с материалами на плавку, продолжи­ тельности завалки одной мульды и времени выполнения нецикли­ ческих операций, приходящегося на каждую плавку. Загрузка за­ валочных машин должна составлять 65—75% рабочего времени. Ре­ зерв рабочего времени необходим для выполнения ремонтов завалоч­ ных машин и их обслуживания без задержек работы печей.

Потребность в заливочных кранах устанавливается на основе данных о суточном выпуске плавок, количестве ковшей жидкого чугуна на одну плавку, цикле слива одного ковша чугуна в печь, длительности нециклических операций на одну плавку. При расчете потребности в заливочных кранах также должен предусматриваться резерв рабочего времени.

В современных мартеновских цехах для своевременного снабже­ ния печей жидким чугуном, а также для усреднения химического состава и температуры чугуна устанавливают миксеры большой емкости (до 1300 т). Поддержание заданной температуры жидкого чугуна в миксерах обеспечивается отапливанием их газом. Для заливки чугуна в миксер в миксерном отделении имеется зали­ вочный кран грузоподъемностью 125 т. Чугуновозные ковши по­ даются от миксера к печам электровозом. Все работы в миксерном отделении выполняются бригадой миксеровых в составе миксерового и двух подручных его и машинистами заливочного крана и электро­ воза.

Емкость миксера рассчитывается по формуле

V = РхК/24п,

где Р — суточный расход чугуна, т;

т— среднее время нахождения чугуна в миксере (обычно 7—8 ч);

К— коэффициент, учитывающий потери чугуна в миксере (К =

= 1,01);

п — коэффициент заполнения миксера (п = 0,7).

§ 5. Организация работ по подаче шихтовых материалов

Всовременных мартеновских цехах шихтовые дворы размещаются

вотдельных зданиях, расположенных параллельно главному зда­ нию. Как правило, шихтовой двор состоит из двух отделений —

магнитных и сыпучих материалов. В устаревших мартеновских, а также в электросталеплавильных цехах подготовка и подача шихто­ вых материалов осуществляются из пролета, расположенного с печ­

ным пролетом под одной крышей.

Организация работ на шихтовом дворе направлена на обеспечение своевременной и бесперебойной доставки шихтовых материалов к ста­

205

леплавильным агрегатам. С этой целью на шихтовых дворах создаются необходимые запасы материалов, достаточный фронт разгрузочно­ погрузочных работ и устанавливается необходимое количество соот­ ветствующего оборудования (кранов, мульдовых составов и др.).

Необходимая емкость бункеров для хранения материалов рас­ считывается по формуле

где V — емкость бункера, м3;

С — суточная потребность в данном материале, т; N — норма запаса материала, сутки;

у — насыпная масса материала, т/м3; •К — коэффициент заполнения бункера (для сыпучих материалов

К = 0,8; для металлошихты К = 1,2).

Суточная потребность в шихтовых материалах определяется ко­ личеством выпускаемых за сутки плавок, массой плавок и расходными коэффициентами материалов на 1 т стали.

Норма запаса материалов устанавливается для каждого цеха отдельно с учетом условий поставки их. Обычно она составляет 7— 10 суток. Норма запаса извести с целью предотвращения ее порчи устанавливается не более 2 суток.

Необходимый фронт разгрузки материалов (длина железнодорож­ ного пути, на котором устанавливаются вагоны) определяется на основе суточной потребности в материалах, количества подач вагонов в сутки и длины вагонов. Размещение материалов в шихто­ вом дворе должно быть таким, чтобы обеспечивалась наиболее бы­ страя разгрузка вагонов.

Количество кранов рассчитывается исходя из цикла работы крана по погрузке материалов в мульды, средней массы материалов за один захват, затрат времени на выполнение нециклических опера­ ций и фактического времени работы крана за сутки.

Опытом передовых металлургических предприятий установлено, что высокие скорости погрузочно-разгрузочных работ достигаются лишь тогда, когда краны совершают минимальные пробеги.

Сокращение времени загрузки металлолома в мульды и затрат труда шихтовщиков обеспечивается соблюдением правильного по­ рядка его укладки. Металлолом загружается в мульды по частям. Шихтовщики разравнивают в мульдах первые части лома, а кранов­ щик загружает в это время другие мульды. При таком порядке ук­ ладки не только уменьшается время загрузки и экономится труд ших­ товщиков, но и увеличивается насыпная масса металлолома в муль­ дах.

В соответствии с графиком выпусков плавок устанавливается график подачи составов с шихтового двора.

Количество находящихся в обороте мульдовых составов (К) опре­ деляется по формуле

К = РпО/24,

206

где Р — среднее число выпусков плавок за сутки, шт.; п — количество составов на одну плавку; О — время одного оборота состава, ч.

Время оборота составов устанавливают фотохронометражом. Осуществляемая на многих предприятиях стандартизация метал­

лошихты упрощает организацию работ по обеспечению ею стале­ плавильных агрегатов. В этом случае любой состав с металлошихтой может быть использован в завалку любой печи. При выплавке спе­ циальных сталей шихтовые составы загружаются соответствующей металлошихтой. При фактическом выпуске плавок, превышающем расчетный среднесуточный выпуск, создается резерв загруженных составов, размещаемых на запасных путях или в открылке печного пролета.

На передовых заводах сыпучие материалы загружаются в спе­ циальные бункера, размещаемые на мульдовых тележках. При за­ валке этих материалов в печь затвор бункера открывается нажатием мульды и закрывается автоматически после ее наполнения. С при­ менением бункеров уменьшается парк тележек и мульд, сокращается длина составов и улучшается организация завалки сыпучих мате­ риалов.

§ 6. Организация работ по разливке и уборке стали

Основными задачами организации работ по разливке и уборке стали являются своевременный прием выпускаемых из печей плавок, разливка стали в слитки в соответствии с заданной технологией, своевременная уборка продуктов плавки и ритмичная доставка слит­ ков с максимально возможной температурой в прокатный цех.

На отечественных металлургических заводах сталь разливают в основном в изложницы, устанавливаемые на тележках. В соответ­ ствии с этим в разливочном пролете выполняются следующие основ­ ные работы: разливка стали, подготовка сталеразливочных ковшей к приему плавок, холодный ремонт сталеразливочных ковшей, под­ готовка и ремонт футеровки сталевыпускных желобов, наборка и сушка стопоров, уборка шлака и др.

Сталь разливается на специальных разливочных площадках. Все работы в разливочном пролете производятся под руководством ма­ стера, который следит за своевременной заменой шлаковых чаш под печами, постановкой сталеразливочных ковшей под желоба печей, соблюдением технологии разливки и другими работами.

Разливку стали осуществляет бригада разливщиков, состоящая из старшего разливщика, разливщика и его подручного. Обычно бригада разливщиков закрепляется за определенным разливочным

краном и печами.

Необходимое количество разливочных кранов рассчитывают ис­ ходя из затрат кранового времени на циклические и нециклические операции в течение суток. К нециклическим операциям относятся перестановка сталеразливочных и шлаковых ковшей, установка сто­ поров, перенос различных грузов и др.

207

Для уменьшения занятости разливочных кранов на передовых предприятиях заменяют шлаковые чаши малого объема (11 м2) ча­ шами большого объема (16 м3), ускоряют разливку стали путем уве­ личения диаметра стакана и применения двухстопорной разливки (при разливке сверху), а также путем увеличения емкости поддона (при разливке сифоном).

На ряде заводов уменьшение загрузки разливочных кранов дости­ гается освобождением их от выполнения отдельных операций (уста­ новка стопоров, снятие и установка сталевыпускных желобов и др.) вследствие применения консольных кранов.

В зависимости от массы плавки, емкости ковшей и грузоподъем­ ности разливочных кранов выпуск стали из печи производится в один, два или три ковша.

Необходимое количество сталеразливочных ковшей, находящихся в эксплуатации, рассчитывают по формуле

где N — суточное количество плавок; Т — время оборота ковша, ч;

п :— количество наливов между текущими ремонтами ковша; пг — количество наливов между сменами футеровки ковша; %‘— продолжительность текущего ремонта ковша, ч; тх *— продолжительность смены футеровки и сушки ковша, ч.

В цехе необходимо предусматривать резерв сталеразливочных ковшей на случай неравномерности выпусков плавок и различных непредвиденных обстоятельств.

Для обеспечения нормального удаления шлака в процессе плавки необходима своевременная постановка шлаковых чаш под печь, за­ мена и уборка их из цеха.

Потребное количество шлаковых чаш установленного объема определяется суточным числом плавок, количеством чаш на одну плавку и временем оборота состава с чашами.

Время оборота состава со шлаковыми чашами устанавливают проведением маршрутных фотографий шлаковозных поездов и фото­ графий оборота чаш в цехе.

Разливочные пролеты многих мартеновских цехов в результате интенсификации процесса выплавки стали становятся «узким» местом. Принимаемые в настоящее время меры по увеличению пропускной способности разливочных пролетов не дают желаемых результатов, поскольку возможности в этом направлении практически исчерпаны. Кардинальным решением этого вопроса является переход на непре­ рывную разливку стали.

Организация разливки на установках непрерывной разливки стали (УНРС) коренным образом изменяет процесс производства стали в мартеновских цехах. Он более тесно связывается с процес­ сом выплавки и прокатки. С применением УНРС резко возрастают

208

возможности организации непрерывного металлургического произ­ водства.

При непрерывной разливке стали выход годного металла возра­ стает до 95—96%, резко сокращается производственный цикл полу­ чения заготовок вследствие устранения ряда технологических опе­ раций (разливка стали в изложницы, подготовка сталеразливочных составов, обработка составов в отделении раздевания слитков и др.).

С применением непрерывной разливки стали задача организации производства в разливочном пролете сводится к обеспечению увязки графика выпусков плавок с готовностью УНРС к приему их.' Произ­ водительность УНРС должна соответствовать производительности сталеплавильных агрегатов с учетом возможной неравномерности выпуска плавок. Ее определяют по формуле

Р = Y~QgK,

где Р — производительность УНРС, т/сутки;

g — коэффициент выхода годной стали;

К— коэффициент использования суточного времени работы установки.

Цикл разливки устанавливают с помощью хронометража. Он включает время непосредственной разливки металла одного ковша и время подготовки установки к приему металла. Время разливки металла одного ковша определяется массой жидкого металла в ковше, скоростью вытягивания заготовки и количеством ручьев установки.

Составы для разливки стали подготавливаются в специальном отделении. Задачей отделения подготовки составов является свое­ временное обеспечение разливочного пролета сталеразливочными со­ ставами с изложницами соответствующих типов. Организация работ в данном отделении базируется на суточном графике работы печей. Этим графиком определяется как объем работы отделения, так и распределение ее во времени.

Для проектирования организации работ в отделении подготовки составов используются следующие исходные материалы:

1)данные суточного оперативного плана — графика работы мар­ теновского цеха (время выпуска плавок, марка стали и др.);

2)количество плавок в сутки, количество ковшей стали одной плавки, масса стали в ковше, развес слитков различных типов, соот­ ношение по массе спокойной и кипящей стали;

3)принятая технология и способ разливки стали;

4)технологические нормативы разливки стали, ее кристаллиза­

ции, подготовки составов и др.;

5)нормативы времени выполнения операций подготовки составов,

втом числе крановых операций;

6)организация выполнения работ по подготовке составов с макси­

мально возможным перекрытием отдельных операций во времени.

209