ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ
«МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ»
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 150101«МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ»
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
на тему: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ДОМЕННОЙШИХТЕ МЕТАЛОСОДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК ИЗ ШЛАКОВЫХ ОТВАЛОВ
Аннотация
В данной дипломной работерассмотрен способ использования металлоконцентрата в доменной шихте дляулучшения технико-экономических показателей доменной плавки, уменьшению расходакокса, улучшения стабильности чугуна для производства изложниц и снижениесебестоимости за счет использования дешевого местного сырья.
Проведен сравнительный анализдоменной шихты доменной печи №1 ОАО «Уральская сталь» с применениемметаллоконцентрата и без него. Представлены технологические показатели доменнойпечи.
Также рассмотрены вопросыохраны труда и окружающей среды. Рассчитаны технико-экономические показателипроекта.
Пояснительная запискавыполнена на 98 страницах, содержит 37 таблиц, 9 рисунков, списокиспользованных источников из 33 наименований.
Содержание
Введение
1 Свойства и особенности переработкисталеплавильных шлаков
1.1 Свойства отвальных шлаков
1.2 Комплексная переработка мартеновских шлаков (ЦРШО)
2 Расчет доменной шихты
2.1 Расчет шихты с использованием металлоконцентрата
2.2 Расчет шихты без использования металлоконцентрата
3 Влияние содержания метеллоконцентрата в доменной шихте напоказатели доменной плавки
3.1 Качественные характеристики металлоконцентрата
3.2 Влияние содержания металлоконцентрата в доменной шихте насодержание марганца и хрома в чугуне
3.3 Экономия кокса и изменение выхода шлака от введения вдоменную шихтулметаллоконцентрата
3.4 Основные показатели доменной плавки
4 Организация и экономика производства
4.1 Организация производства
4.1.1 Производственная структура цеха
4.1.2 Продукция и сортамент цеха
4.1.3 Технологический процесс цеха
4.1.4 Основные технико–экономические показатели цеха
4.2 Экономика производства
4.2.1 Расчет годового производства
4.2.2 Расчет показателей по труду
4.2.3 Расходы по переделу
4.2.4 Расчет прибыли от реализации
4.2.5 Расчет предела безубыточности
4.2.6 Экономическая эффективность проектных решений
5 Безопасность жизнедеятельность
5.1 Анализ опасных производственных факторов доменного цеха
5.2 Санитарно-технические требования
5.2.1 Обьемно-планировочные решениязданий и сооружений
5.2.2 Требования к микроклимату
5.2.3 Требования к освещению
5.2.4 Расчет искуственного освещениярабочего места
5.2.5 Требования безопасности приэксплуатации коммуникации
5.3 Разработка мер защиты от опасныхпроизводственных факторов
5.4 Безопасность жизнедеятельности вчрезвычайных ситуациях
5.4.1 Пожаро и взрывобезопасность
5.4.2 Токсическая безопасность
5.4.3 Специальные разработки пообеспечению безопасности
6 Охрана окружающей природной среды
6.1 Описание состояния окружающей средыв районе «Уральская сталь»
6.2 Обьемы выбросов и сбросовдоменного цеха
6.3 Расчет платы за выбросы доменногоцеха
6.4 Очистка колошникового газа
6.5 Влияние загрязняющих веществ наздоровье человека
6.6 Отходы доменного цеха
Заключение
Список используемых источников
Введение
Актуальность разработкитехнологии переработки шлаков вызвана необходимостью улучшения экологическойобстановки и экономических соображений (высокие штрафные санкции за вывозшлаков в отвал и снижения себестоимости выпускаемой продукции).
На протяжении многих летвсе мартеновские шлаки вывозились в отвал, и их использование сводилось котгрузке сравнительно небольших партий нефракционированного щебня для дорожногостроительства. В настоящее время в отвалах комбината около 35 млн. тметаллургических шлаков. Отгрузка производилась на специализированном участкепо переработке шлака (в 1991 г. участок был реорганизован в самостоятельный цехразработки шлаковых отвалов – ЦРШО).
Мартеновские шлакипоступают на шлаковый двор, где производят первичное дробление шлака при помощишарового копра и извлекают крупные куски скрапа и настылей, шлак вывозят вотвал. В ЦРШО из шлаков извлекают скрап, нефракционированный щебеньперерабатывают на шлакоперерабатывающей установке с получением фракций 0-20,20-70, 70-300 мм. Полученный металлопродукт (металлоконцентрат) применяется вагломерационном, доменном и сталеплавильном производстве соответственно.
В технологических условияхОАО «Уральская Сталь» необходимое содержание марганца в чугуне обеспечиваетсяза счет подачи ферромарганца, силикомарганца в чугуновозный ковш при выпускечугуна из доменной печи. Это приводит к значительным материальным затратам назакупку ферросплавов и увеличения их расхода для получения необходимогохимического состава чугуна. Улучшение стабильности чугуна для производстваизложниц и снижение затрат возможно за счет использования дешевого местногосырья — металлоконцентрата. Предлагаемый способ легирования чугунаметаллоконцентратом опробован на доменных печах № 1, 2 полезным объемом 1007 и1033 м3 соответственно.
Изобретение относится кобласти черной металлургии и может быть использовано при производстве чугуна сповышенным содержанием марганца и хрома для изготовления различных видовотливок или использование в сталеплавильном переделе. Способ производствачугуна, включающий в себя, загрузку в печь через колошник железорудной частишихты, кокса, нагрев, восстановление и плавление шихты, выпуск чугуна и шлака,отличающийся тем, что часть железорудной шихты заменяется продуктом сухоймагнитной сепарации металлургических шлаков с повышенным содержанием марганца (Mn) и хрома (Cr) (металлоконцентрат). Загрузка в печь осуществляется вместес железорудной частью в подачу КРРК или РРКК вторым весом, КРМРК или РМРКК. Засчет ввода металлоконцентрата в железорудную часть шихты происходит высокоеусвоение (Mn) и (Cr) в чугуне, по сравнению с производством синтетическогочугуна. Применение металлоконцентрата позволяет повысить массовую долю Mn и Cr в чугуне для производства изложниц до 0,5-1,0 и 0,2-0,3 %соответственно.
1 Свойства и особенности переработки сталеплавильных шлаков
1.1 Свойства отвальных шлаков
За последние годы в ОАО «Уральская Сталь» существенноукрепилась техническая база шлакопереработки. Это позволило в 1994 г. полностьюпрекратить сброс в отвал текущих мартеновских шлаков.
По структуре отвал сталеплавильных шлаков качественноподобен отвалу доменных шлаков, однако количественные соотношения собственношлака и других компонентов различаются. В отвале содержится в среднем 18 %(максимум 25 %) металлических включений гранулометрический и качественныйсоставы которых приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Гранулометрический и качественныйсоставы отвальных шлаков
Скрап с зашлакованностью
крупностью, мм:
Выход, % магнитного
продукта > 300 0,8 70 — 300 0,3 40-70 2,7 20-40 3.8 0-20 2,8 Посторонний металлолом 1,5
Скрап с зашлакованностью до 65 %
(средняя зашлакованность 36,2 %)
крупностью, мм:
Выход, % магнитного
продукта > 300 1,2 70 — 300 9,2 20-40 17,2 10-20 20,1 0-10 40,5
Таким образом, при разработке отвала основную массуизвлеченного магнитного продукта будет составлять мелкий зашлакованныйматериал. Содержание лома огнеупоров в отвальных сталеплавильных шлакахсоставляет в среднем 0,5 %, но в отдельных слоях 8 — 10 %; количество мусорасущественно больше, чем в доменных шлаках, и на некоторых участках достигает 10— 12 %.
Исследование гранулометрического состава отвальныхсталеплавильных шлаков показало, что по сравнению с доменными шлаками материалсодержит существенно большее количество крупных фракций (> 70 мм) в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Гранулометрический составсталеплавильного шлака Крупность класса, мм Выход класса, % > 500 3 500-300 4 120 -300 10 70-120 18 40 – 70 17 40-20 14 20-10 10 5-10 12 0-5 14
Таким образом, для получения тех же классов продукции,что и из доменных шлаков, необходимо усложнить схему дробления и сортировки,либо планировать меньшую производительность дробительно-сортировочногооборудования.
Химический состав отвальных сталеплавильных шлаков(15,8 — 24,2 % Si02,31.1 -40,2 СаО, 2,0-4,9 % Al2O3, 8,9- 10.1 % MgO; 4,01-10,1% МпО, 15,9 — 18,6 % FeO, 0,04 — 0,06 %S) колеблется в более широкихпределах, чем химический состав доменных шлаков по двум причинам:
во-первых, в отвале сталеплавильного шлака находятсяотходы производства двух цехов мартеновского и электросталеплавильного;
во-вторых, сама технология сталеплавильного обусловливаетбольшие колебания химического состава шлака.
Физико-механические свойства щебня полученного изотвального сталеплавильных шлаков.
Абразивность щебня имеет следующие показатели пометодике ГОСТ 17375-70: И30= 333г/т; И60= 1040 г/т,категория абразивности — 9. Щебень характеризуется устойчивостью структуры УС1плотностью в кусках 3,04 г/см3, удельной плотностью 3,38 г/см3.
Как следует из полученных данных, сталеплавильныешлаки характеризуются большими прочностью, плотностью и абразивностью по сравнениюс отвальными доменными шлаками. Прочие характеристики находятся примерно наодном уровне. Особенно перспективными представляются высокие абразивныехарактеристики сталеплавильных шлаков, что позволяет прогнозироватьцелесообразность проведения дальнейших исследований с целью последующейорганизации производства абразивных материалов для струйной обработкиповерхностей в судостроении (судоремонте), энергетике и других отраслях.Интересным представлялось бы в этом плане сотрудничество с инофирмами: поставканеобходимого для подготовки производства абразивов оборудования с последующейоплатой поставки оборудования готовой продукцией.
Из-за повышенных (по сравнению с доменными шлаками)прочности, плотности, абразивности, содержания пылевидной фракции и металловключенийпереработка сталеплавильных шлаков существенно затруднена. Для полученияаналогичного сортамента продукции требуются большее количество стадийдробления, тщательная очистка шлака от металловключений и мощные системыаспирации. Все это увеличивает число единиц задействованного оборудования иперсонала, а также в 1,5-2,0 раза энерго затраты.
В условиях резкого возрастания стоимости капитальногостроительства и оборудования создание нового дробильно-сортировочного комплексаявляется трудно выполнимой задачей. В ОАО «Уральская Сталь» решилиперепрофилировать на производство фракционированного щебня из отвальных шлаковранее законсервированную дробильно-сортировочную фабрику. В результате былсоздан узел приемки шлака в составе железнодорожного подъезда, спланированнойплощадки (склада приемки шлака с отвала), с оборудованием узла экскаватором, дизельнымэлектрическим краном с грузоподъемным магнитом, а также осуществлен рядмероприятий по реконструкции дробильно-сортировочного комплекса.
По предварительной оценке, из каждого 1 млн.тпереработанного на комплексе сталеплавильного шлака из отвала можно получить,тыс. т: фракционированного щебня 800, в том числе фракций 0-10 мм — 450, 10-40мм — 210, 40 — 120 мм — 140; лома огнеупоров 35; магнитного продукта 115;скрапа цветных металлов и коррозионно-стойкой стали 15. Технологические потерипри переработке составят 35 тыс. т.
Переработка расположенного в черте города отваласталеплавильных шлаков позволит постепенно ликвидировать его, что улучшитэкологическую ситуацию. Расконсервация комплекса позволит, кроме того,увеличить количество рабочих мест в городе и улучшить его обустройство, а такжеувеличить в регионе производство дорожных и других строительных материалов.
Схема цепи аппаратов отделения дробления и сортировкирудника для переработки сталеплавильных шлаков представлена на рисунке 1.1.
/>
а — узел приемки шлака(1-думпкар для отсепарирования шлака, 2 — экскаватор; 3 – грузоподъемныйэлектромагнит, 4 — дизель-электрический кран, 5— закрома для скрапа; о —думпкар исходного шлака); б — узел дробления и сортировки шлака (1 — думпкардля подачи шлака; 2 — грейфсрный кран; 3 — грузоподъемный электромагнит, 4 — грейфер; 5 — груз; 6- думпкар для скрапа; 7 — колосниковая решетка с ячейкой500 х 500 мм; 8 — бункер для исходного шлака, 9- пластинчатый питатель; 10 — дробилка; 11 — конвейерные весы; 12 -бункер для скрапа; 13 — навесной железоотделитель,14 — инерционный грохот; 15 — галерея, 16 — склад щебня фракции > 40 мм; 17- склад щебня фракции 10 — 40 мм; 18 — склад щебеночно — песчаной смеси фракций0 — 10 мм; 19 — конвейер для просыпи).
Рисунок 1.1 — Схема цепи аппаратов отделения дробленияи сортировки рудника для переработки сталеплавильных шлаков
1.2 Комплекснаяпереработка мартеновских шлаков на ЦРШО
Шлако — перерабатывающая установка (ШПУ) мартеновского шлаковвходит в состав цеха разработки шлаковых отвалов. ШПУ в своем составе имеет:
— эстакаду с решетками и приемными бункерами;
— мостовой магнитный кран грузоподъемностью 10 т;
— систему подачи конвейеров с двумя грохотамиГИТ-52;
— металлоотделители ПС-120м, установленные надконвейерами № 2, 4А;
— площадку для отгрузки готовой продукции.
Отгрузкущебня фракции 70-250 мм производят экскаватором ЭКГ-5А, фракции 0-20 мм, 20-40мм, 40-70 мм — фронтальным погрузчиком или экскаватором ЭКГ-5 в железнодорожныедумпкары, агловозы, полувагоны или в автотранспорт.
Производствофракционированного щебня и отделение металлического концентрата, управлениетрактами ШПУ производится оператором с пульта управления, расположенного наверху приемных бункеров. Автосамосвалы разгружают шлак в приемные бункера №1,2над конвейером № 1. Шлак в приемные бункера поступает с объемной долей влаги до8%, с размерами кусков шлака не более 300 мм. Куски шлака более 300 ммпоступают на склад для дальнейшей переработки. Увлажнение текущего шлакапроизводят на эстакаде кантовки шлаков с помощью форсунок, далее шлак грузят вавтосамосвалы.
Из приемных бункеров №1,2 шлак поступает на конвейер № 1, ас конвейера № 1 на конвейер № 2. С конвейера № 2 шлак поступает на верхнююрешетку грохота ГИТ-52 № 1, где происходит разделение фракций: 0-40 ммпросеивается на нижнюю решетку грохота, а фракции 40-300 мм по конвейеру № 3поступает на грохот и далее на ГИТ-52 № 2. Из-под решетки грохота №2 фракция40-70 мм по конвейеру №6 поступает на склад готовой продукции, а фракция 70-300мм с решетки грохота № 1 на конвейер № 8, и далее на склад готовой продукции.
С нижней решетки грохота ГИТ-52 № 1 шлак фракции 20-40 мм поконвейеру № 5 поступает на склад готовой продукции. Фракция 0-20 мм из-подгрохота ГИТ-52 № 1 но конвейеру № 4 на конвейер № 4А и далее на склад готовойпродукции. Негабаритные куски (в случае их попадания) с решеток бункеровудаляют трактором, оборудованным обратным скребком, грузят в автосамосвалы ивывозят на шлаковый склад для дальнейшей переработки.
С площадки готовой продукции фракционированный щебень спомощью экскаватора ЭКГ-5 или фронтальных погрузчиков (К-701, К-702, МоАЗ)отгружают в железнодорожные думпкары, агловозы, полувагоны или автотранспорт.Подтягивание железнодорожных вагонов на железнодорожных путях № 1 производят спомощью электротолкателя № 2.
Для отмагничивания металлического концентрата (МК) надприемными решетками установлен мостовой магнитный кран, который грузит МК вавтотранспорт. Далее МК отправляют в ООО «УМК». Для вторичного отмагничиванияметаллического концентрата (МК) над конвейером № 2 установленметаллоотделитель, который отмагничивает МК фракция 20-300 мм. аметаллоотделитель, установленный над конвейером №4А отмагничивает МК фракции0-20 мм (металлостружка).
Управление металлоотделителями производит оператор с пультауправления. МК с металлоотделителей сбрасывается в бункера, а с бункеров грузятфронтальным погрузчиком в автотранспорт и вывозят: фракцию 0-20 мм — в аглоцех;20-150 мм — в доменный цех ОАО «Уральская Сталь». В случае неисправности какого- либо агрегата или сортировки может быть выпущен рядовой щебень, т.е. безразделения на фракции, который складируется на отдельный склад. Складирование ихранение шлакового щебня производят строго по фракциям.
Зерновой состав щебня фракции 0-20 мм, 20-40 мм, 40-70мм,70-250 мм определяет контроль в производстве черных металлов. Другиекачественные показатели, предусмотренные государственными стандартами илитехническими условиями определяют в специализированных лабораторияхстроительных организации или в лабораториях потребителя по договоренности сним.
Отгрузку фракционированного щебня производят партиями.Партией считается количество щебня, отгружаемого одному потребителю в течениеодних суток и сопровождаемого документом, в котором указывается:
— наименование предприятия — поставщика и его адрес;
— вид фракционированного щебня;
— количество фракционированного щебня;
— номер партии;
— номер вагона и номера накладных;
— насыпная плотность, зерновой состав;
— номер технических условий.
Количественно — качественная схема шлако — перерабатывающей установки ЦРШО представлена на рисунке1.2.
Структура техногенныхобразований зависит от вида и условий складирования отходов. На крупныхметаллургических комбинатах, например Магнитогорском, Нижнетагильском, «УральскаяСталь» (ОХМК), Челябинском («Мечел»), отвалы разделяют по видам производств:доменные и сталеплавильные шлаки и производственный мусор складируютсяотдельно. На малых заводах обычно устраивают общие отвалы, часто смешивая шлакис мусором. При хранении отходов происходят процессы, изменяющие свойстваисходной отвальной массы, химический, минеральный и гранулометрический составы,прочность, плотность и др.
Пофизико-технической оценке составляющие техногенных образований можно отнести кискусственно измененным связанным породам, пригодным для выемочно-погрузочных итранспортных работ. По степени связности они ближе к связно-сыпуче разрушеннымпородам. Гранулометрический состав техногенных образований зависит от видашлака, способа уборки, первичной переработки, условий содержания и сроковхранения отвальной массы. В отвалах, где складируют шлак, минуя первичнуюпереработку, преобладают крайние классы: >120 и
/>
Рисунок 1.2 –Количественно – качественная схема шлако — перерабатывающей установки
Процессыразработки техногенных образований на всех стадиях связаны с обработкой иперемещением больших объемов отвальной массы, поэтому их эффективность иэкономическая целесообразность оправданы при максимальной механизации всехтрудоемких работ. С точки зрения комплекса операций, входящих впроизводственные процессы разработки техногенных месторождений, их принимаютаналогичными открытым горным работам. Поэтому при организации разработки отваловцелесообразно применять современные технологии и технологические процессыоткрытых горных работ.
Практическивсе виды продукции при переработке отвальных шлаков находят применение вразличных отраслях производства и успешно конкурируют с природными материалами.Массовыми видами являются щебень, песок и щебеночно-песчаные смеси длядорожного строительства, оборотный и магнитный продукты и металлоконцентрат длядоменного, сталеплавильного и литейного производств, удобрения и мелиоранты длясельского хозяйства. В меньших объемах из отвальных шлаков производятсяабразивные материалы для струйной обработки поверхностей, зернистые материалыдля фильтров и защитных покрытий для мягких кровельных материалов, наполнителии пигменты для шпатлевок, красок, мастик и линолеума и т.д.
2 Расчет доменной шихты
В последнее время, в связи с повышением стоимости шихтовыхматериалов, транспортных расходов, все более актуальными являются поискизаменителей компонентов железорудной шихты.
Это особенно важно для ОАО «Уральская сталь» (ОХМК), так как онудален на значительные расстояния от месторождений железных руд и ГОКов. Амежду тем, в непосредственной близости от ОХМК находятся отвалы железистыхшлаков ООО «Южно — Уральской Горно-перерабатывающей компании» (ЮУГПК).
Особенноперспективными представляются высокие абразивные характеристики сталеплавильныхшлаков, что позволяет прогнозировать целесообразность проведения дальнейшихисследований с целью последующей организации производства абразивных материаловдля струйной обработки поверхностей в судостроении (судоремонте), энергетике идругих отраслях. Интересным представлялось бы в этом плане сотрудничество синофирмами: поставка необходимого для подготовки производства абразивовоборудования с последующей оплатой поставки оборудования готовой продукцией.
2.1 Расчёт шихты с использованием металлоконцетрата
Химический состав чугуна, принимаемый на основании опытных данныхпредставлен в таблице 2.1.
Таблица 2.1 — Состав чугунаСодержание элементов, % Si Мп Р S С Fe 0,55 0,57 0,08 0,08 3,05 95,70
Расход сухого кокса без выноса составляет 434 кг.
Исходные данные для расчёта приведены в таблице 2.2.