2 Мартеновские цеха

Расчет потребности в оборудовании печного пролета

Число завалочных машин

n=Аk/(1440b),

где А - число завалок (плавок) в сутки, шт/сут;  — задолженность машины (длительность завалки) на одну плавку, мин/пл; k= 1,3 — коэффициент не­равномерности, учитывающий возможность совпадения завалки на несколь­ких печах; b=0,8 — коэффициент использования машины; 1440 — число ми­нут в сутках, мин/сут.

Длительность завалки () определяется числом загружаемых мульд на одну плавку и продолжительностью загрузки одной мульды. Продолжительность загрузки одной мульды напольной завалочной машиной принимают равной 1,0 мин. Число мульд с шихтой

n_M=Q_пл/(V_Мq),

где Q_пл — расход того или иного шихтового материала на одну плавку, т/пл; V_M — объем одной мульды, м³; q—насыпная плотность материала в мульде, т/м³.

Объем мульд для завалочных машин грузоподъемностью 7,5; 10 и 15 т соответственно: 1,75; 2,2 и 2,2— 3,3 м³. Насыпная плотность материалов в мульде на 10—15% меньше насып­ной плотности того же материала в бункере.

Число заливочных кранов рассчитывают по той же формуле, что и чис­ло завалочных машин. При этом 2 представляет собой задолженность крана на одну плавку (мин/пл) и складывается из затрат времени на основную (заливка чугуна) и на вспомогательные работы. Заливка од­ного ковша составляет 10—15 мин, общая длительность заливки чугуна до­стигает 40 мин. Можно принять эту величину — 20—30 мин на плавку (учитывая установку желобов для заливки чугуна, транспортировку емкостей с ферросплавами, заправочными материалами и пр., обслуживание ремонта печей и оборудования).

3 Конвертерные цеха

Производительность кислородного конвертера (П_к, т/год) рассчитывается по формуле

П_к = Т1440аn/100t,

где Т — вместимость конвертера (по массе жидкой стали), т; t — длительность плавки, мин; 1440 — число минут в сутках, мин/сут; n — число рабочих суток в году, сут/год; а — выход годных слитков по отношению к массе жидкой стали, %.

Продолжительность, мин, плавки по нормативам:

Вместимость конвертера, т............................. 160 200 300 400

Продолжительность, мин:

загрузки лома................................................... 2 2 2 2

заливки чугуна................................................. 2 2 2 2

продувки ....................................................... 12 12 12 12

отбора проб, замера температуры, анализа…. 4 4 4 4

слива металла................................................... 4 5 6 7

слива шлака....................................................... 2 2 2 3

подготовки конвертера и неучтенных задержек. 6 6 6 6

Продолжительность плавки, мин................. 32 33 34 36.

Выход годных слитков (а) при разливке в изложницы 82—85%; при непрерывной разливке 97,5—99,4%. Чис­ло рабочих суток (n) в году зависит от организации работы конвертеров в цехе при 3—4 конвертерах, один из которых постоянно находится в ремонте или резерве, число рабочих суток работающих конвертеров - 365. При отсутствии резервного конвертера величина n для каждого из работающих конвертеров уменьшается в связи с простоями на ремонтах футеровки и газоотводящего тракта и горячими простоями и определяется по формуле

n=366 — n_хр — n_т — n_гп — n_рг,

где n_хр, n_T,n_гп и n_рг — соответственно простои конвертера (сут/год) на холодных ремонтах, при торкретировании, во вре­мя горячих простоев и при ремонтах газоотводящего тракта. Величину этих простоев определяют с учетом следующего.

Стойкость рабочего слоя (интервал между холодными ре­монтами) составляет без торкретирования 500—700, при торкретировании возрастает до 1000 и бо­лее плавок. В результате за счет сокращения числа холодных ремонтов рабочее время конвертера возрастает, но одновремен­но уменьшается в результате простоев во время торкретирова­ния; простои конвертеров на торкретировании составляют 1,5—2% календарного времени.

Длительность ремонта рабочего слоя футеровки (холодного ремонта) по нормативам следующая:

Вместимость конвертера, т...................................... 160 200 300 400

Общая длительность ремонта, ч ..................... 72 81 102 130

В том числе:

охлаждение и подготовка к ремонту, ч …………… 8 10 15 20

ломка футеровки, ч.............................................. 15 19 28 38

кладка новой футеровки, ч...................................... 43 46 53 66

разогрев (обжиг), ч............................................... 6 6 6 6

Горячие простои конвертеров составляют ~2% календарного времени. Простои на ремонтах газоотводящего тракта опреде­ляются длительностью ремонта ОКГ (охладителя конвертерных газов), для которого существующие нормы предусматривают два ремонта в год длительностью по 14 сут и один раз в шесть лет ремонт длительностью 53 сут.

Выбор числа и вместимости конвертеров проводят на осно­вании заданной годовой производительности цеха (П_ц, т/год). Задавшись числом конвертеров, находят производительность каждого (Я_к, т/год) из соотношения n = П_ц/П_к и затем соответствующую этой производительности вместимость конвертера Т: П_к = Т1440аn/100t. Вместимость конвертеров должна соответствовать типовому ряду (по массе жидкой стали): 50, 100, 130, 160, 200, 250, 300, 350 и 400 т.

При выборе вместимости конвертеров исходят из того, что качество выплавляемой в конвертерах стали практически не за­висит от их вместимости, и в то же время при росте вместимости существенно улучшаются технико-экономические показатели ра­боты конвертерного цеха. Эффектив­ность повышения вместимости конвертеров характеризуется сле­дующими данными:

Вместимость конвертера, т.............................................. 200 400

Капиталовложения, % ...................................................... 90 75

Производительность труда, % ....................................... 126 190

Себестоимость стали, % ….............................................. 99 98

Расходы по переделу, % ….............................................. 96 87

За 100% приняты показатели для 150-т конвертера.

Основные технические показатели

Расход металлической шихты в конвертерных цехах составляет: 1130—1160 кг/т слитков, лома 23,6%; извести 60—80 кг/т, плавикового шпата 1,5—10 кг/т, технологического кислорода 50—60 м³/т, общий расход кислорода по цеху 100 м³/т. Выход жидкого шлака 110—170 кг/т, вы­ход конвертерных газов -60 м³/т, выработка пара в ОКХ газо-отводящего тракта ~80 кг/т стали.

Общий расход огнеупоров по цеху составляет 10—20 кг/т стали. Расход огнеупоров на ремонт конвертеров: обожженных магнезиальных ~0,5—0,6 кг/т; смолосвязанных при работе без торкретирования ~5 кг/т; при торкретировании футеровки рас­ход торкрет-массы 0,6—3,5 кг/т и смолосвязанных огнеупоров 2—5 кг/т.

Удельные (на 1 т жидкой стали) расходы: энергоресурсов и воды в главном здании (без ОНРС): элек­троэнергии 17—23 кВт-ч/т, в том числе на газоотводящий тракт 8,7—10 кВт-ч/т; сжатого воздуха 15—19 м³/т; пара до 80 кг/т; воды 9—13 м³/т, в том числе на газоочистку 6,5—7,1 м³/т, при расходе свежей воды на подпитку всех обо­ротных циклов 2,6—4,7 м³/т: электроэнергии на ОНРС конвертерного цеха: 22—30 кВт-ч/т, оборотной воды на ОНРС 25—32 м³/ч. При порционном вакуумировании рас­ход электроэнергии равен ~7 кВт-ч/т, воды —4,7 м³/т, пара на пароэжекторные насосы —27 кг/т.

Производство готовой продукции на I м² главного здания, включая ОНРС, составляет 41—60 т/м² в год; производство продукции на одного работающего 2000—4500 т в год.

Расчет потребности в оборудовании

Число (n) заливочных кранов и мостовых кранов для загрузки лома

n=(A/1440)(k/b),

где А - число плавок в цехе за сутки, пл/сут; — задолженность крана на одну плавку (на заливку одного ковша или загрузку лома совками); мин/пл; k=1,1 коэффициент, учитывающий выполнение вспомогательных работ; b = 0,8 —коэффициент использования крана; 1440 — число минут в сутках,. мин/сут.

Задолженность крана на заливку чугуна складывается из опускания: траверсы, захвата ковша и его подъема, переезда к конвертеру, заливки-чугуна (2—3 мин) и выполнения обратных работ. При доставке заливочных ковшей к конвертерам по рабочей площадке задолженность крана 6—8 мин, при доставке в торец загрузочного пролета на нулевой от­метке 8—10 мин. При загрузке лома одним совком кран выполняет те же операции, что и при работе с чугуновозным ковшом загрузка длится 1 —1,5 мин. При доставке совков в пролет по полу цеха составит 8—10 мин. Часть снятых со скраповоза совков ставят на пол цеха, где они ожидают начала загрузки; такая дополнительная перестановка увеличивает задолженность крана на 3—4 мин.

Число полупортальных машин (n) для загрузки лома определяют по той. же формуле, что и число кранов (при k=1). Полупортальная машина выполняет следующие работы: опускание двух траверс, захват совков на скраповозе, их подъем и установка на рабочую площадку, опускание тра­верс, захват совков и их подъем при взятии с рабочей площадки, переезд, к конвертеру, загрузка лома (~3 мин) и выполнение обратных операций: 18-19 мин; если загрузка идет без промежуточной установки совков на рабочую площадку, то 14-15 мин.

Объем совков для лома. Насыпная плотность (q) лома при расчете объема совков следует брать равной 1 т/м³. Если принять, что доля, лома составляет m % массы металлошихты, то его расход на плавку со­ставит: тТ/(0,9100), где Т — вместимость конвертера по жидкой стали, т; 0,9 — выход жидкой стали. При этих условиях в случае загрузки лома од­ним совком его объем V_c = mT/0,9100q =mT/90, м³

Число совков для лома. При использовании полупортальных завалочных машин лом загружают двумя совками. Следовательно, при числе плавок в цехе в течение суток, равном А, в конвертеры потребуется загрузить 2А сов­ков с ломом. Тогда потребное число совков

n=K(2At_об/24)=K(At_об12),

где t_об—длительность цикла оборота совка, ч; К — коэффициент запаса (1,3); 24 — число часов в сутках.

При завалке лома одним совком (мостовым краном) потребное число совков будет в два раза меньше. Цикл оборота совка: транспорти­ровка от загрузочного пролета к шихтовому пролету, отделению или скрапоразделочному цеху и обратно, загрузка лома в совки, ожидание загрузки в загрузочном пролете, загрузка лома в конвертер - от 2,5 до 5 ч.

Число скраповозов. Скраповозы перевозят в загрузочный пролет совки с ломом из шихтового пролета, отделения или скрапоразделочного цеха. В цехах с большегрузочными конвертерами скраповоз перевозит два совка (при загрузке лома двумя совками) или один (при загрузке лома одним совком). В обоих случаях число рейсов будет равно числу плавок в цехе за сутки и потребное число скраповозов (шт.) n= (At_об)/1440, где А — число рейсов скраповоза за сутки, шт./сут; t_об— продолжительность цикла оборота скраповоза, мин.

В цикл оборота скраповоза входят: снятие пустых и установка запол­ненных ломом совков в шихтовом пролете, переезд в загрузочный пролет, снятие заполненных ломом совков и установка опорожненных и обратный переезд в шихтовой пролет (отделение, цех). Длительность цикла оборота: t_об=2t_дв+t_пш+t_пз, где t_дв — переезд шлаковоза; t_пш и t_пз — перестановка совков соответственно в шихтовом и загру­зочном пролетах, мин. Перестановка одного совка мостовым краном 3—4 мин; перестановка полупортальной машиной двух захватываемых совков со скраповоза на рабочую площадку или наоборот длится 6—7 мин; ско­рость движения скраповоза составляет 60 м/мин; t_об =17 мин и более.

Число шлаковых ковшей при вывозе их из цеха несамоходными шлаковозами

n=KAn₁t_об/24,

где А — число плавок в цехе за сутки, пл/сут; n₁ — число шлаковых ковшей на одну плавку, шт/пл; К= 1,2  1,4— коэффициент запаса; t_об —продолжи­тельность оборота шлакового ковша, которая изменяется в пределах 3—6 ч. Число шлаковых ковшей на одну плавку

n₁ = Ta_ш/V_Kq,

где Т—вместимость конвертера, т; a_ш—количество конвертерного шлака на 1 т выплавляемой стали (обычно 0,11—0,17 или в среднем 0,15 т/т);. V_K — вместимость шлакового ковша (11,16 либо 30 м³); q~2,3 т/м³ — плот­ность жидкого шлака.

Число шлаковых ковшей (n), находящихся в обороте при вывозе шлака от конвертеров самоходными шлаковозами в рядом расположенное шлако­вое отделение, можно принять равным двум для каждого конвертера и двум-трем резервным на цех.

Число несамоходных шлаковозов. Обычно формируют состав из четырех шлаковозов, на каждый из которых устанавливают один ковш. Необходимое число составов

n=КAn₁t_об/(244),

где А — число плавок в цехе за сутки, пл/сут; n₁ — число шлаковых ковшей на плавку, шт/пл; К=1,11,2 — коэффициент запаса; t_об =36 продолжи­тельность оборота состава, ч.

Число кранов в шлаковом пролете. В цехах, имеющих специальный про­лет для вывоза шлака, мостовые краны выполняют перестановку ковшей со шлаком с шлаковоза конвертерного цеха на стенд, а затем со стенда на шлаковоз, вывозящий их за пределы цеха. После прибытия в пролет опо­рожненных шлаковых чаш выполняются перестановки в обратном порядке (т. е. всего четыре перестановки на каждый ковш). Число кранов

n=(Аn₁n_пt_п/1440)(k/b),

где А—число плавок в цехе за сутки; n₁ — число шлаковых ковшей на одну плавку, шт/пл; n_п=4 — число перестановок на один ковш; t_п = 3 мин — дли­тельность одной перестановки; k=1,1—коэффициент выполнения краном вспомогательных работ; b = 0,8 — коэффициент использования крана.

Расчет потребности в основном оборудовании разливочных пролетов

Число разливочных кранов

n = A∑k/1440b,

где А — число плавок в сутки, пл/сут; ∑ — задолженность крана на разливку одной плавки, мин/пл; b = 0,8 —коэффициент использования крана; 1440 —число минут в сутках; k= 1,3 — коэффициент неравномер­ности, учитывающий возможность совпадения разливок с нескольких мартеновских или электродуговых печей (в конвертерных цехах в связи с малым числом конвертеров и четким ритмом выдачи плавок можно принять k = 1,1 и он будет учитывать затрату кранового времени на выполнение вспомога­тельных работ).

Задолженность крана на разливку одной плавки складывается из затрат времени на основные операции по разливке и затрат на вспомогательные операции, выполняемые краном в разливочном пролете. Основные операции и их примерная продолжительность:

Установку ковша под желоб и ожидание выпуска …………………………..15

Выпуск плавки (в зависимости от вместимости печи) …..…………….5 — 15

Транспортировка ковша к разливочной площадке и выдержка …..……5 — 10

Разливка: (расчет её длительности дан ниже) ………………………………t_разл

Слив шлака и установка ковша на стенд ………………………..…………….15

Время разливки определяется по формуле, мин

t_разл = n_ct_c + (n_c-1)0,5,

где по n_c число слитков при разливке, сверху или сифоном при сифонной раз­ливке; t_c - время разливки, одного слитка или сифона, мин; 0,5 — время пе­реезда крана с ковшом от одного слитка (сифона) к следующему, мин. Вре­мя заполнения (разливки) одного слитка или сифона (t_с) зависит от марки разливаемой стали, температуры, способа разливки (сифоном или сверху), массы слитка и составляет от 2 до 9 м.

Вспомогательные операции разливочного крана в ЭСПЦ и мартеновских цехах: смена шлаковых чаш, обслуживание ремонта ковшей, уборка скрапа и мусора и т. п. Время вспомогательных операций 20 — 30 мин на плав­ку. В конвертерных цехах, обслуживание ковшей и уборку шлака проводят в специализированных пролетах; задолженность крана на выполнение прочих вспомогательных работ учитывается тем, что величина k= 1,1.

Число разливочных площадок определяется по той же формуле, что и число разливочных кранов. При этом ∑ — задолженность разливочной пло­щадки на разливку одной плавки, мин; b=0,7- коэффициент использования пло­щадки. Задолженность разливочной площадки складывается из времени ожидания разливки, времени разливки, времени отстоя состава со слитками у разливочной площадки и смены составов. Про­должительность этих периодов следующая: ожида­ние разливки 20 — 30 мин; разливка — ее продолжительность определяется так же, как и при расчете кранов; отстой и смена составов — от 20 до 120 мин в зависимости от массы слитка и марки разливаемой стали.

Длина разливочной площадки определяется максимальной длиной раз­ливочного состава и должна быть равна длине одного или двух составов (двойная площадка). Длина разливочного состава L_p∙c= L_Tn_T, где n_T — число разливочных тележек; L_T — длина тележки, м.

Число разливочных тележек

n_T = 1,08(n_c/n_CT),

где n_с—число слитков, получаемых при разливке одной плавки, шт.; n_CT - число слитков (изложниц), устанавливаемых на одной тележке, шт.; 1,08 — коэффициент, учитывающий необходимость резервных изложниц.

Число изложниц, которое можно установить, на одной тележке определяют с учетом ее массы и габаритов, грузоподъемности и габаритов тележки. Масса изложницы примерно равна массе отливаемого слитка.

Число сталеразливочных ковшей в разливочном пролете сталеплавиль­ного цеха или в ОНРС

n_K = 1,2 ÷ 1,3(n_об + n_cp + n_КР),

где 1,2 ÷ 1,3— коэффициент запаса; n_об , n_cp и n_КР — соответственно число ковшей, находящихся, в обороте, в среднем ремонте (замена рабочего слоя футеровки) и в капитальном (замена рабочего и арматурного слоев футеровки), шт.

Число ковшей, находящихся в обороте

n_об = At_об/24,

где А — число разливаемых за сутки плавок, пл/сут; t_об — длительность цик­ла оборота ковша, ч/пл; 24 — число часов в сутках, ч/сут.

Цикл оборота ковша включает: длительность установки ковша под желоб, ожидания выпуска, выпуска плавки, транспортировки к разли­вочной площадке или УНРС, разливки, слива шлака и установки на стенд или транспортировки в пролет подготовки ковшей, охлаждения, удаления «топора или шиберного затвора, выбивки стакана, очистки ковша, установки стакана, стопора или шиберного затвора, подогрева. Продолжительность оборота ковша составляет: 2,5 - 4,0 ч для ковшей вместимостью 10 — 20 т и 6 — 8 ч для ковшей 250 -350 т.

Число ковшей, находящихся в среднем ремонте

n_cp = n_обt_cp/mt_об,

где t_cp — длительность; среднего ремонта, ч; m - стойкость рабочего слоя между ремонтами, плавок.

Стойкость футеровки стальковшей: 8 -16 плавок (разливок), обычно снижаясь с увеличением вместимости ковша.

Средний ремонт стальковша включает следующие опера­ции: охлаждение ковша, ломка рабочего слоя футеровки, выкладка новой футеровки, сушка. Длительность ремонта ковшей с шамотной футеровкой 16 - 40 ч, возрастая при увеличении вместимости ковша (в том числе длительность кладки футеровки составляет 3 — 8 ч, дли­тельность сушки после ремонта 6 — 18 ч). У ковшей с монолитной футеров­кой рабочего слоя длительность ремонта 8—14 ч.

Число ковшей, находящихся в капитальном ремонте

n_кр = n_обt_кр/t_кам,

где t_кр— продолжительность капитального ремонта, ч; t_кам— продолжитель­ность кампании ковша до капитального ремонта, ч.

Продолжительность капитального ремонта 25—50 ч, кампании до капитального ремонта ковша 6 — 12 мес, т. е. во много раз больше. Поэтому величина t_кр получается очень малой и ее можно не учитывать.

Число составов с изложницами

n = (А_сt_с+А_кt_к)k₁k₂/24,

где Ас и А_к — число разливаемых в сутки плавок соответственно спокойной и кипящей стали, пл/сут; t_с и t_к — длительность оборота составов соответственно для спокойного и кипящего металла, мин; к₁=1,3 — коэффициент не­равномерности выпуска плавок и оборота составов; k₂=1,1 —коэффициент эксплуатационного резерва составов.

Продолжительность (мин) оборота составов с изложницами при сифонной разливке спокойной (числитель) и кипящей (знаменатель) сталей:

Подача составов в разливочный пролет …………………………………..15/15

Ожидание выпуска ………………………………………………………….20/20

Выпуск плавки и подача ковша к разливочной площадке ………………30/30

Разливка …………………………………………………….........30—90/30—70

Выдержка …………………………………………………………… 40—150/30

Подача в стрипперное отделение................................................................. 10/10

Раздевание ……………………………………………………….............. 20/20

Подача к колодцам…………………………………………………............. 5/5

Посад в колодцы …………………………………………………………….20/20

Подача порожнего состава в стрипперное отделение ……………………10/—

Операции в стрипперном отделении......................................................... 15/—

Подача состава, на пути охлаждения ........................................................ 10/10

Охлаждение на воздухе ……………………………………….………… 240/240

Охлаждение под душем................................................................................. 15/15

Подача во двор изложниц ……………………………………..…………….10/10

Сборка составов во дворе изложниц…..…………………………70—80/40—50

Необходимое число изложниц без учета резервных

n_об = П_сt_обk/24Р_сл,

где П_с — производительность цеха, т/сут; Р_сл —масса слитка, т; t_об — вре­мя оборота состава с изложницами, мин; k = 1,3 — коэффициент неравномер­ности оборота составов.

К рассчитанному числу изложниц необходимо добавить резервные (~30% от числа находящихся в обороте).

Число ям для ремонта или стендов для ломки футеровки n = (n_рt)/24, где n_р— число ремонтируемых за сутки ковшей, шт/сут; t— время выкладки но­вой футеровки ковша или же задолженность стенда на ломку футеровки, ч.

Продолжительность кладки шамотной футеровки: 3 - 8 ч, увеличивается при росте емкости ковша. Ремонт монолитной футеровки ковша ~1 ч. Задолженность стенда при ломке футеровки ковша машиной с пневмомолотом- 1 -1,5 ч.

Число мостовых кранов в ковшевом пролёте. В специализированных пролетах, предназначенных для межплавочной подготовки или ремонта сталь ковшей, основная работа, выполняемая кранами,— это переста­новка, ковшей на стенды по ремонту или подготовке ковшей. Необходимое число кранов

n= (Аn_пп+n_рn_пр)t_nk/1440b,

где А — число подготавливаемых за сутки ковшей; n_пп и n_пр — число пере­становок ковша соответственно при подготовке к очередной плавке и ремон­ту; n_р - число ковшей, ремонтируемых за сутки; k= 1,2 — коэффициент вы­полнения краном вспомогательных работ; b = 0,8 — коэффициент использова­ния крана; t_п — задолженность крана на одну перестановку ковша (4 мин).

Число перестановок ковша (сталевоз — стенды — сталевоз) зависит от числа стендов, на которых выполняют те или иные работы; при схемах межплавочной подготовки и ремонтов n_ПП=6, а n_ПР = 7.

Число стрипперных кранов

n = Пс∑k/1440b,

где Пс — суточная производительность цеха т/сут; ∑= 0,2-0,3 мин/т слитков - задолженность стрипперного; k = 1,3 — коэф­фициент неравномерности поступления составов с изложницами; b = 0,8- коэффициент использования крана.

В стрипперном отделении устанавливают не менее двух кранов, в случае, если с работой справляется один кран, второй является резервным.

Число кранов в отделении подготовки составов

n = (n₁∑₁ + n₂∑₂ + n₃∑₃)k/1440b,

где n₁, n₂,n₃— соответственно число изложниц, центровых и надставок, шт; ∑₁, ∑₂ ,∑₃ - затраты кранового времени на установку, одной изложницы, центровой, надставки, мин/шт.; k=1,15 — коэффициент выполнения вспомогательных работ;b = 0,8 — коэффициент использования крана. Затраты кранового времени принимают следующими: установка изложницы 2 мин; центровой 6 мин; надставки 2 мин.