2. Специальная часть

2.1 Обоснование конструктивной разновидности режима работы и числа конвертеров в цехе.

Исходные данные:

1. Годовая мощность цеха – 6,5 млн. т. литой заготовки.

2. Режим работы цеха.

3. Удельная интенсивность продувки металла кислородом – 7,0 /мин.

4. Система управления плавкой – автоматизированная статическая.

5. Вид чугуна – обыкновенный .

6. Вид литой заготовки – 100% слябовая.

В общем случае выбор вместимости конвертера обычно определяют потребностью влитой заготовки или объемом производства. Согласно нормам технологического проектирования конверторных цехов и действующим рядом вместимости ГОСТ 20 067 -74 для обеспечения заданного объема производства одного конвертера вместимостью 300 тонн. В цехе устанавливаются конвертеры с комбинированной продувкой и подачей через днище инертного газа. Эти сталеплавильные агрегаты нашли в настоящее время наибольшее применение в мировой практике.

Новые цехи проектируются в 2-х режимах работы конвертеров: классический и «со сменой конвертеров». При прочих равных условиях в цехе принимается режим, который обеспечивает минимальное капитальное вложение и более высокие показатели цеха, в целом, металлургического комплекса. Работы цеха с перекрытием циклов просчитывается с помощью определения возможных резервов ККЦ с классическим режимом работы по мощности.

2.2 Классический режим работы цеха

Классический режим работы цеха предусматривает, что в цехе всегда работает постоянное число конвертеров и один (подменный) находится на ремонте футеровки или в холостом простое.

Годовая мощность по жидкой стали одного постоянно работающего конвертера определяется:

; (1)

–это годовая мощность конвертера по жидкой стали, т;

–это средняя (номинальная) масса плавки, т;

–это длительность цикла плавки, мин;

–номинальное время работы конвертера в год, сут;

Известно: = 300 т,= 365 сут;

На длительность продувки влияет интенсивность подачи кислорода в металл. Учитывая, что в нашем случае она несколько отклоняется от средних значений, принятых нормах (8.2) вместо 6,5/т*мин, длительность продувки в проектном цехе составит:

Учитывая что анализ статической модели управление плавкой, предполагает додувкой примерно на 30% плавок и длительность одной додувки составит в среднем 2 минуты, длительность додувки в нашем случае (в средне годовом разрезе) составит на одну плавку:

30% * 2 мин= 0,3*2=6мин;

В просматриваемом варианте используется обыкновенный чугун. В длительность других периодов, принимается равным нормативным, так как условия их проведения не отличается от принятых в источнике – норма технологического проектирования. Полученная длительность плавки приведена в таблице 1.

Таблица 1 – Продолжительность отдельных операций циклов плавки для конвертера вместимостью 300 т

Периоды	Длительность периода
	норма	принято
Завалка скрапа	2,0	2,0
Заливка чугуна	2,0	2,0
Продувка	12,0	9,28
Отбор проб	4,0	4,0
Додувка	0	0,6
Слив металла	6	6
Слив шлака	2,5	2,5
Подготовка конвертера	3,0	3,0
Неучтенные задержки	3,0	3,0
итого	35	32,38

При классическом режиме работы, номинальное время работы постоянно работающего конвертера принимается равным 365 суток. В этих условиях годовое производство одного постоянно работающего конвертера составит согласно:

Число непрерывно работающих конвертеров в цехе, для обеспечения заданного производства слябовой литой заготовки, определяется:

- число постоянно работающих конвертеров, шт;

- потребность влитой заготовки, т;

m- выход годной литой заготовки, %(принимаем для получения слябовой 94% )

Принимаем количество непрерывно работающих конвертеров в цехе равным 2.

Тогда фактическая масса плавки для обеспечения заданного объема производства составит:

- средняя номинальная масса плавки (300 т.)

,- расчетное и принятое число непрерывно работающих конвертеров

Масса плавки укладывают в рекомендуемые пределы 200-320т.

Общее число установленных конвертеров в цехе при классическом режиме равно:

∑N= (4)

∑N, – соответственно общее число, установленных, работающих и подменных конвертеров, шт;

Согласно рекомендации =1. Тогда ∑N=2+1=3 шт.

Проверка на возможность работы цеха по классической схеме (с подменным числом постоянно работающих конвертеров).

∑N*()+*() ≤ 365; (5)

- продолжительность ремонта футеровки конвертера;

- стойкость футеровки, плавок;

–затраты времени в год на планово предупредительные и капитальные ремонты, связанные с остановкой конвертера, сут;

- число непрерывно работающих конвертеров.

Принимаем = 655 плавок,= 6 сут,= 5 сут,= 102 ч,=31,81 мин

263≤365;

Так как неравенство не выполняется то цех может работать по классической схеме (время необходимое на ремонт конвертеров не превышает резервное время подмены конвертером в 365 суток ).

Так как условие выполнено, то в цехе для обеспечения производства 8млн тонн слябовой заготовки можно установить 3 конвертера вместимостью 300 тонн, работающих по классической схеме – постоянно работают 2 конвертера, а один в простое.

Основные параметры эксплуатации принятого конвертера 300 т следующие:

1)Масса плавки – 210 т;

2) Длительность цикла плавки – 32,38 мин;

3) Стойкость футеровки – 680 плавок;

4) Длительность ремонта футеровки – 81 ч;

5) Затраты времени на планово-предупредительные ремонты конвертера- 22 сут;

2.3 Работа цеха со сменой конвертеров

В цехе находятся только работающие конвертеры. Для замены футеровки они транспортируются на специальный участок или в отделение ремонта, а на их место устанавливают новые.

Номинально годовое время работы конвертера в том случае выделяют по формуле:

365- календарное число суток;

- стойкость футеровки;

–это затраты времени конвертера с изношенной футеровкой на новый, час;

24 – число часов в сутках;

В цехе со сменной конвертеров, вместимость конвертера не превышает 250 тонн, тогда принятую раннее продолжительность цикла плавки по классической схеме для конвертера вместимостью 300 т необходимо скорректировать. Полученное длительность плавки приведена в таблице 2.

Таблица 2 – продолжительность отдельных операций и цикла плавки конвертера вместимостью 300 т.

Периоды	Длительность периода
	норма	принято
Завалка скрапа	2.0	2.0
Заливка чугуна	2.0	2.0
Продувка	12.0	9,28
Отбор проб	4.0	4.0
Додувка	0	0.6
Слив металла	6	5
Слив шлака	2.5	2.5
Подготовка конвертера	3.0	3.0
Неучтенные задержки	3.0	3.0
итого	35	31,38

Принимаем =6 ч,- 680 пл;

=680+50=730;

При уменьшении конвертера на 50 т, стойкость футеровки увеличивается на 50 плавок.

;

В этом случае одного 250 т постоянно работающего конвертера составит:

Согласно формуле 2, число работающих конвертеров в цехе составит:

Принимаем число непрерывно работающих конвертеров в цехе равным 3.

Тогда фактическая масса плавки составит:

Что не укладывается в допустимые пределы 230-280т, так как в настоящее время нормами не предусматривается установка двух работающих конвертеров, то потребуется строительство двух цехов.

2.4 Работа конвертеров «с перекрытием циклов»

Это возможный вариант с классическим режимом работы, в этом случае сразу после ремонта футеровки (подменный) конвертер подключается к работе. В течении некоторого времени может иметь место одновременная работа сразу всех установленных конвертеров. Это сопровождается совпадением периодов на конвертерах и затрудняет организацию бесперебойного снабжения сырьем и энергоресурсами. Усложняется работа прокатных цехов

С перекрытием циклов работы в настоящее время ККЦ ММК. В этом случае, когда подключается подменный конвертер забирается необходимое количество чугуна и энергоресурсов, в плоть до некоторого снижения в нем объема производства.

Номинальная работа конвертера в этом случае определяется:

- затраты времени на ремонт футеровки, час;

–затраты времени на планово-предупредительные и капитальные ремонты, связанные с остановкой конвертера;

24 – число часов в сутки;

Рассчитать годовую производительность одного работающего конвертера по жидкой стали

Тогда годовая мощность цеха влитой заготовке составит:

N===7,9 млн т;

Для выбора режима работы нового проектируемого цеха и оценки эффективности перехода цеха с классического режима на работу с перекрытием циклов все полученные данные сведем в таблицу 3.

Таблица 3 - Основные параметры ККЦ при различных режимах

Режим работы	Параметры
	Вместимость конвертера, т	Масса плавки, т	Количество конвертеров			Мощность цеха, млн. т. / год лит.заготовки
			Общее	Работающих постоянно
Новый цех: Классический режим	300	210	3	2	6,5
Со сменной конвертеров	250	195	3	3	6,5
Работа с перекрытием цикла	300	210	3	3	7,2

Анализ полученных данных дает возможность сделать следующее заключение:

1. Наиболее эффективным является проект строительства нового цеха работающего по классическому режиму - меньшее число работающих конвертеров по сравнению «со сменной», нормальные условия работы цеха и металлургического комплекса в целом. Кроме того, в одном цехе не принято иметь более двух постоянно работающих конвертеров, тогда придется строить два цеха с двумя и одним конвертером.

2. При возможности реализации перехода цеха с классического режима на работу «с перекрытием циклов» мощность цеха без установки дополнительных агрегатов увеличивается на 700 тыс. тонн литой заготовки в год или на 10,7% .

2.5 Выбор и расчет количества основного и технологического оборудования конвертерного цеха.

Исходные данные:

1. Вместимость конвертера – 300 тонн;

2. Количество конвертеров в цехе – 3, при двух постоянно работающих ( режим работы классический);

3. Количество порций лома завала – 2;

4. Чугун - обыкновенный;

5. Длительность плавки – 31.38;

Выбор вида и расчет количества технологического оборудования является одной из важнейших и сложных задач, решаемых в проектировании. От правильности выбора конструктивной разновидности машин и их числа решающим образом зависит объемно – планировочное решение цеха, занимаемая им площадь, объем здания, капитальные затраты. В общих капитальных затратах расходы на оборудование составляет не менее 50%.

1.Технологическое оборудование

1.1 Миксеры и ковши миксерного типа.

В настоящее время существует две схемы подачи жидкого чугуна из

доменного цеха к конвертерным:

- с использованием миксеров промежуточной емкости; - с использованием ковшей миксерного типа.

Достоинствами применения миксеров для организации грузопотока чугуна является: - возможность усреднения чугуна по составу и температуре; - меньшая зависимость работы сталеплавильного цеха от работы доменного цеха.

Но применение миксеров сопровождается следующими негативными явлениями : значительные капитальные вложения на миксерное отделение, охлаждение чугуна при его транспортировке в открытых ковшах и переливе.

Поэтому принимаем, что в цехе будут использоваться ковши миксерного типа.

В нашей стране изготавливают передвижные миксеры емкостью 150, 320, 420, 600, 1300, 2500. Учитывая большой объем производства в цехе, принимаем вместимость ковша миксерного типа 420 тонн.

Число ковшей миксерного типа (∑) необходимое для организации бесперебойного снабжения конвертерного цеха чугуном, определяем выражением:

∑=+(1)

где ,- число миксерных ковшей, соответственно находящихся в обороте на ремонте и запасных

где - время оборота ковшей миксерного типа между конверторными и доменными цехами, ч;– вместимость ковшей миксерного типа, т; К – коэффициент заполнения ковшей; С – коэффициент, учитывающий возможные организационные задержки;– затраты времени на холодный ремонт футеровки миксерных ковшей, ч;

–число горячих ремонтов футеровки миксерных ковшей (горловины и места падения чугуна), шт; - это затраты времени на горячий ремонт футеровки ковшей, ч;– стойкость футеровки миксерных ковшей, наливок (принимаем равным 600 наливок).

Максимально возможное суточное потребность цеха в чугуне :

где - максимально возможная масса плавки, т;- максимально возможная доля чугуна в шихте конвертерной плавки, %;- выход годного металла на плавке, %;- длительность конвертерной плавки, мин;- число постоянно работающих в цехе конвертеров, шт.

Время оборота ковшей миксерного типа определяется по формуле:

(5)

где S – расстояние от доменного цеха до конвертерного, км; – скорость передвижения ковшей миксерного типа, час; соответствующие затраты времени на слив чугуна в доменном и конверторных цехах, час.

Известно: – 330 т, – 81%,- 92%,– 31,81 мин,– 2;

Принимаем :S – 7 км, –,- принимаем в сумме 2,5 ч, К – 0,9, С – 0,8, – 450, – 3,– 8.

Принимаем: – 12 шт,– 1 шт,- 1 шт.

Тогда: ∑=12+1+1=14 шт.

2.5 Сталеразливочные ковши

Вместимость сталеразливочного ковша определяют вместимостью конвертера

Число сталеразливочных ковшей в цехе () рассчитывается по формуле:

где – число ковшей стали, разливаемой в сутки, шт;– задолженность сталеразливочного ковша на разливке одной плавки, ч;– затраты времени на ремонт футеровки ковша, ч; Ф – стойкость футеровки ковша, плавок;– число ковшей на капитальном ремонте (кожуха, механических устройств и запасных), шт; С – коэффициент, учитывающий организационные задержки.

Число ковшей стали, разливаемой за сутки, соответствует числу плавок:

Выбираем сталеразливочный ковш вместимостью 350 тонн (с учетом массы шлака и возможного увеличения количества стали из – за угара футеровки в конвертере), футерованным высокоглинозернистыми огнеупорами.

Принимаем: – 6,0 ч,– 17 ч, Ф – 20 пл,- 2 шт,- 1 шт, С- 0,8.

Принимаем 91 шт.

Принимаем в цехе 36 ковшей для разливки стали

Совки для скрапа

Вместимость совков выбираем из расчетов завалки скрапа одной порцией двумя совками с применением завалочной машины полупортального типа

Вместимость совка конкретизируется в зависимости от объема завалочного скрапа на ковш () :

где – максимально возможная масса плавки, т;– максимально возможная доля скрапа в металлошихте, %;– насыпная масса скрапа, т/м³ ( принимается равной 1 т/м³).

Известно: – 330 т.;– 20%.

Принимаем в цехе для завалки совки, вместимостью 65 м³. Для завалки будет использоваться двух совковая полупортальная завалочная машина.

Число совков для скрапа определяем по формуле:

где – время оборачиваемости совков, ч.; 1,15 – коэффициент запаса совков;– число совков скрапа, заваливаемых в цехе за сутки, шт.

где – число совков скрапа, заваливаемых на одну плавку, шт.

Принимаем время оборачиваемости совков () равным 3,7ч., тогда:

Принимаем для бесперебойного обеспечения цеха, ломом равным 16 совков.

Шлаковые чаши.

При переработке чугунов доля шлаков составляет 10 – 20% от массы металла. Его доля зависит от содержания фосфора в чугуне, чем больше фосфора, тем больше количество шлака для его удаления. Выбор вместимости чаши количеством образующегося на плавке шлака.

Объем шлака (V_шл) на плавку можно рассчитать по формуле:

где – максимально возможное количество образующегося шлака (% от массы плавки) принимаем 10% плавки, принимаем долю конечного шлака 5%;– плотность шлака т/м³ (принимается в пределах 2,3 – 2,5 т/м³).

Объем шлака составит ():

Объем конечного шлака:

Учитывая, что в настоящее время на металлургических заводах используются шлаковые чаши вместимостью 11, 16, 30 м³, принимаем 3 шлаковые чаши на плавку под конвертер вместимостью 16 м³( две под фосфат, одна под конечный).

где – число шлаковых чаш на плавку, шт.

Количество шлаковых чаш определяется по формуле:

где – время оборачиваемости шлаковых чаш, ч.

Принимаем для обслуживания конвертера 48 чаш, с учетом резервных чаш.

Оборудование для футеровки сталеразливочных ковшей.

Вместимость сталеразливочного ковша 300т. Футеровка – кирпичная. За сутки в цехе разливается 91 ковшей стали. Стойкость футеровки ковша 20 плавок ( из опыта производства).

Принимаем: - для ломки футеровки ковшей поворотный механизированный стенд и машину с телескопической стрелой и пневмоударником, конструкции фирмы (LIEBHEPP по аналогии с ККЦ «ММК»); - затраты времени на ломку футеровки, кладку днища кирпичом, кладку стен, получения набивного слоя и сушки: 2,5ч; 1,5 ч; 0,6ч; 11ч.

Число мест n_м определяется по формуле:

где – число ковшей стали разливаемых за сутки, шт;– затраты времени соответственно на ломку футеровки, набивку или сушку, ч; Ф – стойкость футеровки сталеразливочного ковша, плавки;

Принимаем в ковшевом пролете: 1 – место для ломки футеровки, для выполнения футеровки – 1 место, для сушки и разогрева ковшей – 3 места.

Соответственно, предусматривается установка в пролете одного механизированного стенда, одной машины для ломки футеровки и три стенда для сушки и разогрева футеровки.

Машины для завалки скрапа в конвертер.

Число совков скрапа, заваливаемых в цехе за сутки (– 89 совков (см.п.1.3)

Число завалочных ковшей (N_зм) определяется по формуле:

где – число порций скрапа, заваливаемых в цехе за сутки, шт;– затраты времени завалочной машиной на загрузку одного совка скрапа в конвертер, мин;– коэффициент, учитывающий затраты времени на вспомогательные операции, обычно применяется равным 1,15;– коэффициент использования рабочего времени крана, принимается равным 0,8

По аналогии с ККЦ «ОАО ММК» принимаем затраты времени на 1 порцию скрапа в конвертер равен 10 мин.

Тогда:

Учитывая, непрерывный характер работы конвертеров, принимаем к установке 2 полупортальные завалочные машины.

2.7 Крановое оборудование.

Заливочные краны.

Принимаем за аналог конвертерное отделение ККЦ МЛК с параметрами загрузочного пролета: ширина – 30 м; высота до верха – 32 м.

Вместимость заливочного ковша 300 тонн.

Заливочный кран с параметрами:

1. грузоподъемность 400+100/20;

2. пролет 27,5 м;

3. высота подъема 35+37/9;

4. скорость подъема 7,5+5/14 м/мин;

5. скорость передвижения главной тележки 20 м/мин;

6. скорость передвижения вспомогательной тележки 30 м/мин;

7. скорость передвижения вспомогательного крана 60 м/мин.

Суммарная суточная потребность в заливочном кране (∑) определяется по формуле:

∑= , (16)

где – затраты времени крана на слив одного ковша чугуна в конвертер, мин;

–длительность ковшевой плавки, мин;

–число постоянно работающих конвертеров, шт.

∑== 14,8 ч.

Принимаем t^з=10 мин.

Количество кранового оборудования (независимо от вида кранового оборудования) рассчитывается по формуле:

N_кр= , (17)

где ∑- суммарная суточная потребность в кране для выполнения основных операций;m – коэффициент, учитывающий затраты времени на операции, принимается 1,15;

С – коэффициент использования рабочего времени крана, принимается равным 0,8;

24 – число часов в сутках.

Количество кранов:

N_кр = = 1.15

Принимаем к установке в цехе 2 заливочных крана (1 запасной).

2.2. Разливочные краны

Вместимость сталеразливочного ковша 300 т.

Мостовой разливочный кран с параметрами:

1. грузоподъемность 400+100/20;

2. пролет моста 27,5 м;

3. высота подъема 35+37/9;

4. скорость подъема 7,5+5/14 м/мин;

5. скорость передвижения главной тележки 20 м/мин;

6. скорость передвижения вспомогательной тележки 30 м/мин;

7. скорость передвижения вспомогательного крана 60 м/мин.

Разливка на машинах с применением поворотных стендов. Затраты времени на прочие операции, связанные с разливкой одного ковша составит:

t_пр=7,63+7,63+20=35,26,

где 7,63 – затраты времени на перестановку ковша со сталевоза на разливочный стенд и пустого ковша обратно, мин;

20 – затраты времени, связанные с обработкой стали в отделении цеха перед разливкой, мин.

Суточная потребность в разливочном кране:

∑= , (18)

где t_пр – затраты времени на прочие операции, связанные с разливкой.

= = 53,2 ч.

Количество разливочных кранов составит:

N_кр = =3,18 кранов

Учитывая высокую загруженность и назначение, принимаем установке ОНРС с многорядовым расположении кранов 3+1(1 запасной) разливочных кранов.

2.3. Краны для перестановки ковшей в ковшевом пролете.

Аналог: ковшевой пролет ККЦ№2 НМЛК шириной 24 метра.

Принимаем:

1. мостовой ковшевой кран грузоподъемностью 350+32 т и пролетом 21,5 м;

2. схема перестановки ковшей аналогична принята в ККЦ№2 НМЛК;

3. ковши имеют монолитную набивную футеровку.

Стойкость ковшевого слоя 20 плавок и длительность его ремонта 17 ч.

Суточная потребность в ковшевом кране определяется по формуле:

∑=, (19)

где t^к – затраты времени ковшевым краном на 1 перестановку ковша, мин;

,– соответствует число подготовленных ковшей и на ремонте футеровки за сутки, шт;

К^п, К^ф – число перестановок ковша при его подготовке и ремонте футеровки.

Число ковшей, подготавливаемые за сутки, отвечает числу плавок и может определено по формуле:

=(20)

Число ковшей на ремонте футеровки определяется по формуле:

=, (21)

где – затраты времени на ремонт футеровки, ч;

−стойкость футеровки сталеразливочных ковшей, пл.

==91,7

==3,2 или 4 ковша.

∑==28,7 ч.

Принимаем: К^п=5; К^ф=7.

N_кр = =1,7.

Учитывая, что в случае остановки одного из кранов ковшевой пролет не сможет обеспечить бесперебойную работу цеха, принимаем к установке в пролете 3 крана.