Проектирование кислородно-конвертерного цеха №2 ОАО "ММК"

1            ОБОСНОВАНИЕПРОЕКТА СТРОИТЕЛЬСТВА
КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГОЦЕХА №2 ОАО «ММК»
 
1.1        Общаяхарактеристика комбината
 
1.1.1    Сырьеваябаза предприятияСнабжениежелезорудным сырьем ОАО «ММК» в настоящее время сориентировано на привозныеруды и руды местных месторождений. Потребность ММК в железорудном сырьесоставляет около 14 млн.т/год. Сырьевой базой ММК на ближайшее время остаетсярудник Малый Куйбас (общий объем добываемого сырья равен 1,5 млн.т сырой руды вгод), рудник горы Магнитной, Качканарское и Лисаковское месторождения. Мощностьгорно-обогатительного комбината близ Лисаковского месторождения составляетоколо 35 млн. т/год исходной руды с содержанием железа 47,5 %.
Другим немаловажнымисточником получения местного сырья являются отвальные шлаки, которыхнасчитывается около 150 млн. т. В шлаках ММК содержится до 30 % железа.
Снабжениеизвестняком ММК осуществляется с Агаповского месторождения (промышленные запасыизвестняка около 100 млн.т). В год добывается около 420 тыс. т сырогоизвестняка. В зависимости от содержания основных компонентов различают трисорта известняков, состав которых приведен в табл. 1.1.Таблица 1.1Состав известняка Компоненты Содержание, % 1 сорт 2 сорт 3 сорт CaO+MgO (не менее) 53,5 53,0 53,0 в т.ч. MgO (не более) 3,5 7,0 16,0 Al2O3 (не более) 3,0 3,0 3,0 RO2 (не более) 2,0 2,5 2,5
Снабжение ММК доломитомосуществляется с Лисьегорского месторождения, промышленные запасы доломита которогосоставляют около 31 млн.т. Огнеупорная глина доставляется с Южно-Уральскогорудника (промышленные запасы глины около 435 млн. т). Подготовка флюсовыхматериалов производится на базе Агаповского месторождения известняка.
В составегорно-обогатительного производства ММК эксплуатируются:
-  дробильно-сортировочнаяфабрика № 2;
-  дробильно-обогатительнаяфабрика № 5;
-  агломерационные фабрики№№ 2, 3, 4 с общей площадью спекания 898,5 м2.
В составизвестняково-доломитового производства входят:
-  горный цех, объединяющийизвестняковый и доломитовый карьеры;
-  дробильно-сортировочнаяфабрика;
-  известняково-обжиговаяфабрика № 1 с двумя вращающимися печами и дробильным отделением;
-  известняково-обжиговаяфабрика № 2 с печью КС-1200, производящая известь для кислородно-конвертерногоцеха;
-  известняково-обжиговаяфабрика № 3, в состав которой входят дробильно-сортировочная фабрика и шахтныепечи по обжигу известняка и доломита.
Коксохимическоепроизводство ММК имеет в своем составе:
-  углеподготовительный цех;
-  три коксовых цеха (семькоксовых батарей);
-  цех улавливанияхимпродуктов № 1 и 2;
-  смолоперерабатывающий цех(введен в эксплуатацию в 1980 г. и имеет общее производство 315 тыс. т/год);
-  химустановку(биохимочистку).
Огнеупорное производствоММК включает:
-  шамотный цех № 1 (введенв 1935 г.), морально и физически устаревший;
-  шамотный цех № 2 (введенв 1965 г.) с шамотно-обогатительной установкой, состоящий из двух вращающихсяпечей и участков вспомогательного назначения;
-  участок переработкиогнеупорного лома (введен в 1987 г.), где на установке по переработкеогнеупорного лома ежегодно перерабатывается 110…120 тыс. т огнеупоров, изкоторых 60…70 тыс. т отбирается для дальнейшего использования [6].
1.1.2    Топливно-энергетическиересурсы
В настоящее время на ММКосновным источником получения газообразного топлива являются доменные печи икоксовые батареи. Снабжение природным газом осуществляется от областногогазопровода.
Основным потребителемкислорода на ММК являются доменный, кислородно-конвертерный, и мартеновскийцеха. Снабжение кислородом осуществляется от кислородных станций № 4 и 5.
Подача аргона и азотаосуществляется от кислородной стации № 5. Для подачи кислорода, азота и аргонав ККЦ № 2 ММК необходимо будет строительство новых трасс трубопроводов.
Обеспечение сжатымвоздухом кислородно-конвертерного цеха № 2 планируется от Восточнойкомпрессорной. Однако, в связи с тем, что ряд потребителей конвертерного цехапредъявляет жесткие требования к качеству воздуха (точка росы не выше –400С)необходимо будет пристроить к компрессорной установку осушки воздухапроизводительностью 1500 м3/мин.
Питание электрическихнагрузок Магнитогорского промузла, в настоящее время, осуществляется отМагнитогорских тепловых станций, от ПС 500/220 кВ «Магнитогорская-1» и«Магнитогорская-2» («Смеловская»), а также по двум ВЛ-220 кВ от Троицкой ГРЭС. Электроснабжениевсех промышленных предприятий города и жилого фонда осуществляется черезподстанции и электрические сети ММК, поэтому развитие схемы электроснабженияММК тесно связаны с развитием Магнитогорского промузла в целом [7].
Источникомпроизводственного водоснабжения ММК является река Урал. Подача водыосуществляется из заводского пруда насосными станциями. Существующееводопотребление ММК в 1995 г. составляет 344950 м3/ч, в том числе безвозвратныепотери – 12307 м3/ч (3,42 м3/с). Общий годовой расход воды составил 2996244тыс.м3 [6].
Покрытие безвозвратныхпотерь воды промрайона в маловодный год 95 % обеспеченности может бытьосуществлен за счет водоотдачи существующих Верхне-Уральского и Магнитогорскоговодохранилищ, а также использования повторно доочищенных сточных водхозяйственно-бытовой канализации очистных сооружений правого и левого берега г.Магнитогорска.
Береговые насосныестанции № 9, 9а, 1, 1а, 17, 16, 16а, 12 полностью обеспечат подачу свежей водына покрытие безвозвратных потерь систем оборотного водоснабжения цехов ММК ицехов, работающих на прямоточной системе.
1.1.3                Основныеметаллургические переделы
Косновным металлургическим переделам комбината относятся доменное,сталеплавильное и прокатное производства.
Вдоменном цехе из 10 печей, в настоящее время, в работе находится 7 доменныхпечей (№ 2, 4, 6, 7, 8, 9, 10) суммарным объемом 10810 м3. Производствопередельного чугуна на ММК в 2001г. составило около 8000 тыс. т [7].
Всостав сталеплавильного производства ОАО «ММК» входят мартеновский икислородно-конвертерный цеха. В мартеновском цехе выплавка стали осуществляетсяв мартеновских печах № 26, 27, 28 и на двухванных сталеплавильных агрегатах (№29 и 32). В мартеновском цехе выплавляются спокойная, кипящая, полуспокойая,низколегированная, легированная, автоматная и высококачественная марки стали.За 2001 г. производство стали в мартеновском цехе ММК составило 2427829 т.
Кислородно-конвертерныйцех № 1 ОАО «ММК» включает в себя: три конвертера вместимостью по 370 т, двеустановки доводки стали, одну установку комбинированного вакуумирования стали иодну установку типа «печь-ковш». Цех также имеет четыре слябовые машины непрерывноголитья заготовок (МНЛЗ). Получаемая заготовка имеет сечение 250 х (750…2350) мм.Всего в ККЦ № 1 за 1999 г. было произведено 6616056 т слябовых заготовок изстали следующего сортамента: углеродистой обыкновенного качества – 15,65 %;углеродистой качественной конструкционной – 39,52 %; автокузовной – 36,36 %;низколегированной – 3,84 % и легированной – 4,63 % [22]. Производство стали вККЦ в 2001г. составило около 7,9 млн. т.
Сортопрокатноепроизводство ММК в настоящее время представлено обжимно-заготовочным цехом (ОЦ№ 2 – блюминг) и сортовым цехом, объединившим проволочно-штрипсовый исортопрокатный цеха. В состав сортового цеха входят:
-          проволочныйстан 250-2 (введен в 1938 г.);
-          мелкосортныйстан 250-1 (введен в 1935 г.);
-          среднесортныйстан 300-1 (введен в 1935 г.);
-          крупносортныйстан 500 (введен в 1934 г.);
-          штрипсовыйстан 300-2 (введен в 1935 г.).
Всесортовые станы ММК морально и физически устарели.
Всоставе листопрокатного производства ММК в настоящее время имеются:
-          стан2500 горячей прокатки (введен в 1960 г.), поставляющий прокат для стана 2500холодной прокатки, цеха гнутых профилей, цеха ленты и цеха жести;
-          стан2000 горячей прокатки (введен в 1994 г.);
-          цехжести (ЛПЦ-3);
-          цехпокрытий (ЛПЦ-6);
-          цехуглеродистой ленты (ЛПЦ-8);
-          цехгнутых профилей (ЛПЦ-8).
1.1.4    Утилизацияотходов и экономическая обстановка
Сучетом требований технологии и опыта эксплуатации отечественных и зарубежныхцехов в планируемом ККЦ предусмотрены наиболее передовые технические решения поулавливанию и очистке технологических газов и неорганизованных выбросов.
Полноеукрытие конвертера с индивидуальным отводом газов от укрытия на центральнуюгазоочистную станцию с рукавными фильтрами, позволяет эффективно улавливатьнеорганизованные выбросы от конвертера, образующиеся при завалке металлолома,заливке чугуна, выпуске металла и сливе шлака. Применение рукавных фильтровобеспечивает нормальные условия труда в конвертерном отделении [1].
Улавливаниеи очистка неорганизованных выбросов до санитарных норм в двухступенчатыхгазоочистках предусмотрено также при выполнении следующих технологическихопераций:
-          припереливе чугуна из миксерных ковшей;
-          прискачивании шлака из заливочных ковшей;
-          приперегрузке сыпучих материалов и ферросплавов по тракту;
-          привнепечной обработке металла на агрегатах доводки;
-          припорезке заготовок на машинах газовой резки.
Дляобеспечения цеха водой заданных параметров по качеству и создания бессточнойсистемы водоснабжения сооружено четыре оборотных цикла: «грязные» циклыгазоочисток и МНЛЗ, циклы установки вакуумирования и оборудования цеха.
Техническиерешения по безотходности технологии включает:
-          утилизацияшламов от газоочисток конвертера и МНЛЗ;
-          использованиепара, вырабатываемого в котлах-охладителях на нужды цеха;
-          переработкуконвертерных шлаков с извлечением из них металла и получениемфракционированного щебня и гранулированного шлака;
-          использованиеконвертерного газа в качестве топлива;
-          использованиеотсеиваемой мелочи извести для приготовления шлакообразующих смесей, а также вагломерационном производстве;
-          переработкуогнеупорного боя для вторичного использования в огнеупорном производстве и длянужд восстановления изношенной футеровки агрегатов.
Внастоящее время на ММК имеется отвальный шлак в количестве 150 млн. т и шлактекущего производства – доменный, мартеновский и конвертерный. Для переработкишлака действуют следующие установки:
1.По переработке доменных шлаков текущего производства:
-  гидрожелобнаягрануляционная установка треста «Магнитострой» мощностью 1500 тыс. т/годграншлака;
-  бассейноваягрануляционная установка треста «Магнитострой» мощностью 270 тыс. т/год легкогограншлака;
-  шлакопемзовая струйнаяустановка треста «Магнитострой» мощностью 150 тыс м3/год шлаковой пемзы;
-  барабанная грануляционнаяустановка цементного завода мощностью 1000 тыс. т/год граншлака;
-  три траншеи для приемаскардовин длиной по 160 м.
2.По переработке отвальных доменных шлаков, где переработка осуществляется надробильно-сортировочных комплексах (ДСК) мощностью 1,2 млн. т/год.
3.По переработке шлаков текущего мартеновского производства:
-  шлаковые дворы № 1 и 2;
-  эстакада разгрузкишлаков;
-  две передвижные установкиSKJ (Финляндия).
4.По переработке шлаков конвертерного производства:
-  участок первичнойпереработки;
-  установки СП«Трейдметинвест» мощностью 2,4 млн. т/год.
Магнитогорскийметаллургический комбинат является крупнейшим производителем проката дляразличных предприятий Южно-Уральского региона. В их числе находится немаловедущих предприятий метизной промышленности, таких как: Магнитогорскийкалибровочный завод, Магнитогорский метизно-металлургический завод, Белорецкийметаллургический комбинат, УралАЗ и др. Производство сортового проката на ММК внастоящее время находится на уровне 2,0 млн. т/год. Однако, ожидаемый в течениеближайших лет подъем отечественной экономики, сопровождаемый модернизациейсуществующих и строительством новых промышленных предприятий, несомненноприведет к резкому повышению спроса на сортовой прокат. Поэтому необходимопланировать развитие сортопрокатного производства ММК, с тем чтобы иметьвозможность удовлетворять повышенный спрос на сортовой прокат [7].
В настоящее время металлна ММК для сортового проката выплавляется в мартеновском цехе № 1 с разливкойстали в изложницы. Такое производство устарело морально и физически. Поэтомумартеновский цех в ближайшем будущем будет выводиться из эксплуатации.Следовательно, комбинату необходимо срочно решать проблему выплавки стали длясортопрокатного производства.
Получатьметалл для сортового проката в существующем конвертерном цехе ММК непредставляется возможным по следующим причинам. Все машины непрерывного литьязаготовок в цехе предназначены для отливки слябов. Установка же дополнительноодной или двух МНЛЗ для отливки сортовой заготовки приведет к тому, что:
— для разливки370 т металла на сортовой МНЛЗ потребуется значительно больше времени, чем дляразливки на слябы; следовательно, возникнет проблема синхронизации работыконвертерного отделения и отделения непрерывной разливки стали (ОНРС), особеннопри организации работы МНЛЗ сериями (методом «плавка на плавку»);
— приустановке в цехе дополнительных сортовых МНЛЗ придется увеличить объемвыплавляемой стали, чтобы обеспечить металлом как листо- так и сортопрокатноепроизводство с организацией двух независимых грузопотоков металла – слябы иблюмы;
-  наличие в цехеразнотипных машин существенно усложнит организацию их ремонтов со снабжениемсменным оборудованием.
Такимобразом, на Магнитогорском металлургическом комбинате неизбежно создание новойтехнологической линии по производству сортовых заготовок. Производительностьэтой линии желательно иметь на уровне 3,0 млн. т. Для этого может быть приняткислородно-конвертерный цех с двумя конвертерами вместимостью 200 т,работающими по классической схеме (один в работе, другой на ремонте или врезерве). Для получения металла, отвечающего требованиям мировых стандартов,цех должен иметь отделение непрерывной разливки стали с участками ковшевойобработки и разливки.
В основустратегии развития ММК закладывается решение следующих задач:
— повышениеэффективности работы комбината и рентабельности производства;
— внедрениесовременных ресурсо- и энергосберегающих технологических процессов;
— достижениеконкурентоспособности металлопродукции на внутреннем и внешних рынках;
— созданиеновых рабочих мест;
— внедрениесовременных форм управления и организации труда;
— улучшениеусловий труда;
— улучшениеэкологической обстановки.
Поддержание вработе устаревшего оборудования за счет капитальных ремонтов, а такженезначительные реконструкции отдельных агрегатов не могут привести к выигрышу вдолговременной конкурентной борьбе за рынки сбыта и обеспечить решениевышеперечисленных задач. Этого можно добиться лишь за счет коренноготехнического перевооружения и новых технологий.
1.2        Вариантстроительства ККЦ № 2 ММК
Кислородно-конвертерныйцех № 2 ОАО «ММК» предполагается строить на площадке перед имеющимся сортовымстаном блюминга № 3. Это позволит значительно сократить время транспортировкигорячих блюмов из ОНРС до сортового стана. Также это позволяет объединитьобъекты подсобного и обслуживающего назначения (электроподстанцию,компрессорную, котельную и др.) с работающим блюмингом.

2            УСТРОЙСТВОИ ОБОРУДОВАНИЕ ЦЕХА
 
2.1        Выборосновного оборудованияВ кислородно-конвертерномцехе № 2 для выплавки 3,0 млн. т стали в год, устанавливаются:-          двакислородных конвертера вместимостью 200 т каждый, работающих по классическойсхеме;
-  одна установкавакуумирования стали циркуляционного типа;
-  одна двухпозиционнаяустановка типа «печь-ковш»;
-  четыре шестиручьевые МНЛЗкриволинейного типа для получения заготовок квадратного сечения 250 х 250 мм.
Бесперебойная работа цехаобеспечивается установкой следующего кранового оборудования:
-          заливочныекраны;
-          разливочныекраны;
-          краныдля перестановки ковшей в отделении перелива чугуна;
-          краныдля перестановки совков со скрапом;
-          краныдля перестановки шлаковых чаш в шлаковом пролете.
Кроме того, устанавливаетсяследующее технологическое оборудование:
-          ковшимиксерного типа;
-          сталеразливочныековши;
-          совкидля скрапа;
-          шлаковыечаши;
-          машина«Орбита» для ломки футеровки;
-          стенддля выкладки футеровки;
-          стендыдля сушки футеровки [23].

2.2        Структураи планировка цеха
 
Основные планировочные итехнические решения приняты с учетом размещения цеха на новой промышленнойплощадке комбината и максимального использования установившихся схемобеспечения энергоресурсами и материалами, а также эксплуатации уже имеющихсявспомогательных объектов и сооружений.
Конвертерный цехпредставляет собой комплекс технологически связанных производственныхотделений, пролетов и участков с установленным в них технологическим,подъемно-транспортным, вспомогательным и ремонтным оборудованием, котороенеобходимо для обеспечения намеченного объема производства цеха.
Конструктивноконвертерный цех № 2 ОАО «ММК» состоит из следующих отделений [19]:
-          конвертерноеотделение (КО);
-          отделениенепрерывной разливки стали (ОНРС);
-          транспортно-отделочноеотделение (ТОО).
В своюочередь, конвертерное отделение в себя включает:
-          отделениеперелива и десульфурации чугуна;
-          скрапноеотделение;
-          пролетперестановки шлаковых чаш;
-          пролетпостов управления и электропомещений;
-          загрузочныйпролет;
-          конвертерныйпролет;
-          пролетподготовки и ремонта сталеразливочных и промежуточных ковшей;
-          участоксыпучих материалов и ферросплавов.
ОНРС включаетв себя:
-          пролетыМНЛЗ;
-          участоквакуумирования стали;
-          участокдоводки металла в ковше;
-          пролетподготовки технологического оборудования;
-          пролетыэлектропомещений для МНЛЗ.
ТОО включает:
— транспортно-отделочнуюлинию (ТОЛ);
-          участоквыборочной зачистки блюмов;
-          участокручной зачистки блюмов.
Ремонтфутеровки конвертера осуществляется в специальном пролете, прилегающем кконвертерному. Подача огнеупоров в пролет ремонта сталеразливочных ипромежуточных ковшей предусмотрена на автотранспорте.

3            ПРОИЗВОДСТВЕННАЯСТРУКТУРА
ОТДЕЛЕНИЯ КОВШЕВОЙОБРАБОТКИ СТАЛИ
 
3.1        Организациягрузопотоков
Основными грузопотоками вотделении ковшевой обработки является грузопоток жидкой стали и грузопотоксыпучих и ферросплавов.
Доставкажидкого металла в отделение ковшевой обработки осуществляется всталеразливочных ковшах на самоходных сталевозах. Далее, с помощью разливочныхкранов ковши с металлом передаются на сталевозы агрегата «печь-ковш», либовакууматора. После обработки ковши транспортируются в ОНРС с помощьюразливочных кранов грузоподъемностью 280+100/20 т [см.прил.1].
Сыпучие,кусковые материалы и ферросплавы подаются в отделение ковшевой обработки сталипо конвейерному тракту из бункеров отделения приема сыпучих и ферросплавов.Перед непосредственной загрузкой сыпучих и ферросплавов в ковш производится ихвзвешивание с точностью ± 10 кг.
3.2        Организациятруда в отделении ковшевой обработки
и на главных рабочихместах
Правильная организациятруда в отделении обеспечивает ритмичную работу и дает возможность поддерживатьобъем производства на заданном уровне.
Режим работыагрегатов в отделении ковшевой обработки — непрерывный. Работапромышленно-производственного персонала, обслуживающего агрегаты, организуетсяпо четырех бригадному графику при непрерывной производственной неделе свосьмичасовой рабочей сменой. Каждый агрегат обслуживают два оператора в смену.
Выборрасположения рабочих мест осуществлен с учетом специфики и особенностейразмещения технологического оборудования, протяженности и оснащенности зонобслуживания, условий труда, а также трудовых функций работающих.
Постоянныерабочие места находятся в посту управления, расположенном на рабочей площадке.
Функции потекущему обслуживанию оборудования, кроме технологического персонала,возлагается на дежурный персонал проектируемого ККЦ (профилактический осмотроборудования, устранение мелких неисправностей, возникающих в процессе работыоборудования, смазка узлов и механизмов, участие в выполнении ремонтных работ,проводимых ремонтным персоналом цеха).
3.3 Организация ремонтаосновного технологического оборудованияРемонты оборудованияотделения ковшевой обработки стали осуществляются централизованно силамиспециальных служб слесарей по ремонту и обслуживанию металлургическогооборудования комбината. Текущее обслуживание оборудования и механизмовпроизводится дежурным персоналом цеха, профилактический осмотр оборудования –по утвержденному начальником цеха графику. Периодичность осмотров оборудованиярегламентируется правилами технической эксплуатации механического иэлектрического оборудования. Результаты осмотров фиксируются в специальныйжурнал. На основании этих данных подаются заявки в отделы главного механика иэнергетика о замене деталей или узлов оборудования. По устранению неполадокделается соответствующая запись в журнале о выполнении работ. Работы помежремонтному обслуживанию выполняются во время перерывов в работеоборудования. Текущие, средние и капитальные ремонты производятся поутвержденному на комбинате плану-графику.
Заменаводоохлаждаемого свода агрегата «печь-ковш» производится при помощи установленногов отделении крана грузоподъемностью 20 т. Для ремонта изношенного сводапредусмотрен специальный стенд в непосредственной близости от агрегата [24].
Проведениеремонта футеровки вакуумкамеры предполагается проводить на рабочем местевакууматора и на спецстенде. Для замены изношенной футеровки возможноиспользование крана отделения ковшевой обработки и ремонтной тележкивакуумкамеры [5].
Текущие,средние и капитальные ремонты электрооборудования выполняются силамицентрализованных служб главного энергетика.
3.4        Структурауправления отделением ковшевой обработки стали
Организационнаяструктура управления проектируемым отделением, представлена на рис. 3.1.
/> 

/>/>
Подручный сталевара  
Подручный сталевара  
Рис. 3.1 Схема управленияотделением ковшевой обработки

4       КОВШЕВАЯОБРАБОТКА СТАЛИ
 
Насовременном этапе производства стали в кислородных конвертерах необходима еепоследующая ковшевая обработка. Внепечная обработка позволяет выплавлять вконвертерах широкий сортамент легированных сталей, идентичных по качествуметаллу мартеновского и электропечного производств. Использование того илииного вида внепечной обработки конвертерной стали должно рассматриваться исходяиз экономических соображений и применительно к каждому классу стали.
Удаление вредных примесейиз металла в плавильных агрегатах до требуемых значений экономическинецелесообразно, а в ряде случаев и невозможно. При обработке же стали вковшах, создаются оптимальные условия для десульфурации, дефосфорации иудаления неметаллических включений.
Методы внепечнойобработки стали могут быть условно разделены на простые (обработка металлаодним способом) и комбинированные (обработка металла несколькими способами). Крассмотренным выше простым методам относятся:
-  обработка металлавакуумом;
-  продувка инертным газом;
-  обработка металласинтетическим шлаком, жидкими или твердыми шлаковыми смесями;
-  введение реагентов вглубьметалла.
Основными недостаткамиперечисленных простых способов обработки металла являются: а) необходимостьперегрева жидкого металла в плавильном агрегате для компенсации падениятемпературы металла при обработке в ковше; б) ограниченность воздействия наметалл (только десульфурация, только дегазация и т.п.).
Лучшие результатывоздействия на качество металла достигаются при использовании комбинированныхили комплексных способов, когда в одном или нескольких последовательно расположенныхагрегатах осуществляется ряд операций. Одним из наиболее современныхкомбинированных агрегатов является установка типа «печь-ковш».
Основные же способывнепечного вакуумирования стали, применяющиеся в промышленном масштабе, обычноделят на три группы: вакуумирование в ковше, струйное вакуумирование иобработка металла вне ковша в специальной вакуумкамере. Однако, наибольшеераспространение, вследствие меньших потерь температуры металла при обработке,меньшего количества сопутствующего оборудования (а следовательно — дешевизны) иболее качественных получаемых результатов, получил метод вакуумной обработкиметалла порциями, а именно порционное (DH-процесс) ициркуляционное вакуумирование стали (RH-процесс).
  Вынесение части операций рафинирования из плавильногоагрегата на установку «печь-ковш» дает следующие преимущества:
-          повышаетсяпроизводительность плавильного агрегата;
-          увеличиваетсястойкость футеровки;
-          снижаетсяпотребление энергоносителей.
  Установки типа «печь-ковш» выгодно отличаются универсальностью,гибкостью и высокими технологическими результатами.
  Установка циркуляционного вакуумирования стали (УЦВС) передустановкой порционного вакуумирования имеет ряд преимуществ, а именно – болеенизкие капитальные затраты на строительство, отсутствие тяжелого и,следовательно, дорогостоящего сопутствующего оборудования (гидравлики,механизмов перемещения камеры и др.), а также меньшее время обработки плавки.На УЦВС возможна обработка нераскисленной или полураскисленной конвертернойстали, для производства нестареющего металла глубокой и особосложной вытяжки(автолист, жесть и др.) [1, 27].
  В проекте предусмотрена установка одного агрегата«печь-ковш» и одной установки циркуляционного вакуумирования стали. Агрегатыразмещаются над дополнительным сталевозным путем, расположенном междуосновными. Каждый агрегат обслуживается разливочным краном МНЛЗ того пролета,где он расположен.
  На агрегате «печь-ковш» осуществляются следующиетехнологические операции:
-          нагревметалла с помощью заглубленных электрических дуг;
-          продувкаметалла инертным газом (аргоном);
-          рафинированиепод белым основным шлаком;
-          замертемпературы и отбор проб металла;
-          введениев металл алюминиевой проволоки и присадка кусковых материалов (ферросплавов).
  Ковшевой обработке на агрегате «печь-ковш» подвергаютсятакие стали, как низколегированные трубного сортамента с содержанием серы неболее 0,005 % (типа 09Г2ФБ, 09Г2БТ), особонизкосернистые иособонизкоуглеродистые (типа 09Г2С, 50ХГФА), низколегированные с содержаниемсеры не более 0,010 % (типа 22Ю), нестареющая автолистовая сталь марки 08Ю, атакже все марки стали, температура которых не позволяет провести их обработкуна обычных агрегатах доводки стали [24].
  Установка циркуляционного вакуумирования сталипредназначена для:
-          удалениярастворенных в металле газов (кислорода, водорода, азота);
-          углеродистогораскисления стали (релейной, трансформаторной, динамной, автоматной) суменьшением содержания углерода до 0,010 %;
-          корректировкипо химическому составу;
-          корректировкипо температуре [25].

5    КОНСТРУКЦИЯИ ОБОРУДОВАНИЕ
АГРЕГАТА «ПЕЧЬ-КОВШ»
Процесс обработки наагрегате осуществляется в ковше с основной футеровкой, который закрываетсяполностью водоохлаждаемым сводом. Подача электроэнергии осуществляется с помощьютрех графитовых электродов.
  Агрегат имеет двастенда, обслуживаемые одним трансформатором и одним комплектом электродов.«Печь-ковш» включает в себя следующие группы оборудования, узлы и системы:
-          каркасустановки со встроенными помещениями поста управления и трансформатора;
-          системахранения, дозирования и механизированной подачи сыпучих (ферросплавов);
-          трактподачи сыпучих;
-          трайб-аппаратыдля ввода в металл алюминиевой проволоки;
-          двеводоохлаждаемые крышки сводов;
-          механизмподъема сводов;
-          поворотныйэлектродный портал с графитовыми электродами;
-          трансформатор;
-          системавысокого тока (для передачи электроэнергии от трансформатора к электродам);
-          системыдля донной продувки;
-          двеаварийные верхние фурмы;
-          манипуляторыдля измерения температуры и отбора проб металла;
-          стенднаращивания электродов;
-          двасталевоза.
Применяемый напроектируемом агрегате «печь-ковш» трансформатор имеет номинальную мощность32,0 МВ*А, силу тока электрода 59,6 кА и диапазон вторичных напряжений 420…218В [20].
Агрегат «печь-ковш»размещается в пролете МНЛЗ № 3. Ширина пролетов машин – по 16 м (см. лист 1)[18].
  Для установки«печь-ковш» характерны следующие отличительные конструктивные признаки [26]:
1.        Токопроводящиеконсоли электродов:
-          токопроводящиеконсоли электродов выполнены из медноплакированного стального листа и имеютжесткую блочную конструкцию. Блочный профиль с интегрированными каналамиохлаждающей воды обеспечивает высокую прочность консолей, которая позволяетвысокую скорость регулирования;
-          компактнаяконструкция токопроводящих консолей обеспечивает минимальный распад электродовпри максимально свободном пространстве;
-          основнаяизоляция между консолью и подъемной стойкой с обеих сторон охлаждается водой;
-          черезконтактную щеку электроды зажимаются в консоли с помощью тарелочных пружин.Силу зажима можно ослабить с помощью гидравлического цилиндра. Вся системаинтегрирована в консоль и тем самым защищена от электрического,электромагнитного и теплового воздействия;
-          конструкцияконсолей уменьшает реактанс и омическое сопротивление и позволяет максимальноиспользовать электрическую энергию;
-          электрическиеконсоли практически не требуют технического ухода.
2.        Конструкциясвода:
-          сводустановки «печь-ковш» является полностью водоохлаждаемым. Внешняя часть сводавыполнена в виде конструкции «труба в трубе», центральная часть свода имеетблочную конструкцию. Нанесение огнеупорной массы на внутреннюю поверхностьсвода позволяет минимизировать падение температуры;
-          свод«печи-ковша, имеющий самонесущую конструкцию, с одной стороны поддерживаетсявилочным порталом с направляющей стойкой, этим данная конструкция отличается отобычных конструкций с двумя портальными кронштейнами;
-          вцентральной части свода находятся три отверстия для электродов;
-          сводприсоединен к системе пылеулавливания. Нижнее давление под сводом управляетсядополнительным компрессором и клапаном канала отходящих газов;
-          всводе есть отверстия для фурмы измерения температуры и взятия проб, для подачилегирующих, для аварийной фурмы, для подачи проволоки, а также измерениядавления в печи. Оба отверстия для продувки через фурму и для фурмы измерениятемпературы и взятия проб закрываются шиберной заслонкой, приводимой в действиепневматически.
3.        Порталсвода:
-          крышкаподнимается и опускается с помощью подъемной стойки свода, для того чтобынаходящийся под ним ковш мог выезжать и въезжать. Каждая установка «печь-кош»имеет свой собственный портал;
-          подъемнаястойка свода оснащена косороликовой направляющей призматической формы. Цилиндрподъема, приводимый в действие цилиндрически, интегрирован в подъемную стойку;
-          конечныепозиции свода контролируются конечным выключателем;
-          сводныйпортал защищен предохранительным кожухом от излучения жидкой стали.
4.        Электродныйпортал:
-          сдвоеннаяустановка «печь-ковш» оснащена только одним электродным порталом, обе установкиобслуживаются по очереди;
-          электродныйпортал состоит из трех электродных подъемных стоек, а также каркаса споворотным устройством;
-          роликовыеопоры для направления опорных стоек встроены в портал установки на двухуровнях. Подъемные стойки перемещаются на роликовых опорах. Следовательно,ходовая поверхность подъемных стоек подвергается механической обработке,поэтому ее необходимо содержать всегда в чистоте;
-          верхнееи нижнее конечное положение подъемных стоек контролируются конечнымивыключателями;
-          порталгидравлически фиксируется в обоих конечных положениях (+60 и –60).
5.        Системавысокого тока. Электрическая энергия для процесса обработки на установке«печь-ковш» подается от трансформатора по линии высокого тока на электроды. Взоне подводящих шин высокого тока магнитные материалы подвергаются нагреваниюиндукционным током, поэтому стена здания должна иметь как можно меньше металлическогоармирования. Дальнейшая передача тока осуществляется через:
-          гибкие,водоохлаждаемые кабели высокого тока;
— электропроводящиеэлектродные консоли;
-          зажимыэлектрододержателя к графитным электродам, на конце которых образуютсяэлектрические дуги.
6.        Стендсвинчивания электродов. С точки зрения целесообразности, данный стенд размещенв непосредственной близости от печи. Только таким образом можно избежатьпростоев во время производственного процесса. Стенды свинчивания электродовсконструированы таким образом, что снятые горячие электроды во время ихнахождения на стенде были защищены от тяги воздуха. Сам стенд состоит из рамы,механического зажимного приспособления и защитной трубы. На нижнем концезащитной трубы имеется смотровая дверца, которая делает возможным доступ кострию электрода. Чтобы облегчить крановщикам посадку горячих электродов настенд и избежать насадки токопроводящей штанги электрода, стенд оснащаетсяворонкообразными отверстиями. Очень короткий электрод вводится в защитную трубудо электродной коробки на нужной высоте и фиксируется механическим зажимнымприспособлением. Новая электродная частичная длина с ниппелем позиционируется спомощью крана и специального подвеса с винтовым крючком. После того какэлектродные коробки продуты сжатым воздухом и фронтальная поверхность очищенаот пыли, осуществляется ввинчивание новой частичной длины. Вблизи от стендасвинчивания электродов предусмотрено место для складирования запаса электродовна один день.
7.        Графитовыеэлектроды. Во время процесса обработки на установке «печь-ковш» электроэнергияпередается через графитовые электроды и с помощью электродуг – жидкому металлу.Чтобы по возможности снизить потери активного сопротивления в электродах, онидолжны обладать хорошей электропроводимостью. Кроме того, они должнысоответствовать следующим требованиям:
-          высокаясопротивляемость по отношению к температурам внутри печи;
-          невосприимчивостьк смене температур;
-          достаточнаямеханическая прочность;
-  хорошая устойчивость кокислению кислородом воздуха.
Графитовые электродыизготавливаются из особого сорта кокса (менее 1 % содержания золы). Этот сорткокса размельчается и обжигается во вращающейся трубчатой печи при температуре1200ºС без доступа воздуха. В материал добавляют коксующиеся связки иразмешивают его до тех пор пока не образуется пластичная, готовая к прессовке втеплом состоянии масса. В экструзионном процессе путем сильного сдавливания этасмесь доводится до нужного диаметра. Возникающий таким образом “зеленый”электрод обжигается в кольцевой многокамерной печи в условиях отсутствиядоступа воздуха при температуре 1300ºС. После обжига электроды нагреваютсябез доступа воздуха прямым прохождением тока до температуры 2600…3000ºС.При этом кристаллы растут и в графите происходит кристаллическое упорядочивание.Сразу после графитирования необожженные электроды чистятся и проверяются. Срокизготовления графитовых электродов до их использования составляет от 8 до 12недель. При особенно высоких нагрузках используются электроды качества LS или AGX, которые дографитирования пропитываются пеком и дополнительно уплотняются отжигом.
8.        Продувкаинертным газом. Перемешивание металла для гомогенизации температуры ихимического состава осуществляется через два продувочных кирпича из огнеупорныхматериалов, встроенных в днище ковша. Продувочные кирпичи окружены стальнымкожухом, который снабжается инертным газом. Инертный газ необходимо подаватьпод давлением от 16 бар. Объем расхода инертного газа регулируется навентильном стенде и приспосабливается к различным этапам процесса обработки.
9.        Фурмаманипулятора (аварийная фурма). При повреждении донной продувки ковша можно спомощью аварийной фурмы вдувать аргон в жидкий металл сверху. Аварийная фурмасостоит из стальной трубы, защищенной огнеупорным материалом. Фурма укрепляетсязажимным цилиндром, приводимым в действие гидравлически, на подъемно-опускаемоммеханизме. При погружении фурмы в металл, шлак изнашивает огнеупорный материал,поэтому фурму через определенный период времени использования необходимозаменить. Для замены фурмы необходимо ослабить зажимный цилиндр и с помощьюкрана поменять фурму. Аварийная фурма используется только в аварийных случаях,так как ее использование и связанные с этим процессы обнаруживают значительно худшиерезультаты, чем использование донной продувки.
10.      Манипулятордля измерения температуры и взятия проб. Использование данного манипулятораделает возможным измерение температуры стали, активности кислорода, зеркалаванны и взятие пробы. Для этого фурму под наклоном (около 10 град.) погружают вванну на глубину приблизительно 500 мм. Измеренная глубина погружениязаписывается (запоминается) и используется в этой плавке для других измерений,происходящих на той же глубине жидкой стали.
11.      Циркуляционныециклы охлаждающей воды. Охлаждающая вода необходима для частей, которыеособенно требовательны к температуре. К ним относятся: свод, консоли, кабеливысокого тока, трансформатор и др. На агрегате «печь-ковш» предусмотрены двацикла циркуляции охлаждающей воды (табл. 4.1).
Таблица4.1
Технические параметрыциркуляции охлаждающей водыЦИКЛ 1 Консоли 3*50 м3/ч Кабель высокого тока 3*7 м3/ч ЦИКЛ 1 Трансформатор 60 м3/ч Температура воды, первый слив/возврат 350С / 450С ЦИКЛ 2 Крышка (свод) ковша 2*230 м3/ч Температура воды, первый слив/возврат 350С / 500С

6 КОНСТРУКЦИЯ ИОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВКИ
ЦИРКУЛЯЦИОННОГОВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ
 
УЦВС состоитиз следующих основных узлов и агрегатов:
-  несущие конструкции,включая здания и фундаменты;
-  вакуумная камера с двумяпатрубками;
-  система подачинейтрального газа в патрубок вакуумной камеры для продувки и эрлифта металла;
-  газоохладитель;
-  вакуумпровод с шарнирнымсоединением и вакуумным затвором;
-  вакуумный пароэжекторныйнасосный агрегат;
-  механизм вертикальногоперемещения вакуумкамеры;
-  система хранения,дозирования и загрузки ферросплавов в вакуумную камеру;
-  пульт управления с ЭВМАСУ ТП, КИП и автоматикой;
-  стенд разогрева и сушкифутеровки, ремонтные стенды;
-  механизм для контроляпараметров жидкого металла (замер температуры, отбор проб);
-  сталевоз для взвешиванияи транспортировки сталеразливочного ковша с металлом под вакуумкамеру.
1.             Вакуумнаякамера представляет собой стальной резервуар, имеющий внутри три изоляционныхслоя и один слой огнеупорной футеровки, и состоящей из трех частей: днища,корпуса и колпака. Камера имеет отверстия для добавки легирующих материалов,для ввода нагревательного элемента и отвода отсасываемых газов. Нижняя частьвакуумкамеры (днище) является съемным элементом и выполнена с двумя патрубками.
Конструкциявакуумной камеры при этом обеспечивает:
-  разогрев футеровки предобработкой плавки до температуры 1450…15000С и длительную эксплуатациюустройства для разогрева в процессе вакуумной обработки;
-  введение ферросплавов безнарушения вакуума в процессе вакуумирования;
-  удаление запыленныхгазов;
-  герметичностьподсоединения вакуумпровода, шлюзовой камеры, устройства для разогрева и др.;
-  возможность наблюдения заметаллом и футеровкой в процессе вакуумирования;
-  заполнение нейтральнымгазом (азотом) вакуумкамеры по окончанию обработки;
-  установку вакуумкамеры насталевоз и передачу ее на участок ремонта.
2.             Применяемыйна устанавливаемом агрегате вакуумирования пароэжекторный насос имеет ряднеоспоримых преимуществ перед механическим вакуумным насосным агрегатом:высокая производительность, отсутствие движущихся частей и нечувствительность кпыли и влаге в газах. Вакуумный пароэжекторный насосный агрегат (ВПНА)предназначен для создания разряжения в вакуумкамере и представляет собойступенчатую систему эжекторов со смесителями-конденсаторами и устройством длясоздания предварительного разрежения. Пусковой блок агрегата состоит из однойэжекторной ступени, после которой установлен конденсатор смешения.Производительность пароэжекторного насоса может регулироваться путем выключенияего отдельных ступеней. Достигаемое конечное разряжение в вакуумкамересоставляет менее 0,5 мм.рт.ст. (50…70 Па). Управление насосом полностьюавтоматизировано и осуществляется с пульта управления или ЭВМ АСУ ТП. Приустановке пароэжекторного насоса предусмотрено также дожигание окиси углерода,выбрасываемой в атмосферу в больших количествах при вакуумированиинераскисленной стали. Для этой цели вся выбрасываемая из последней ступенинасоса паро-газовая смесь проходит через дополнительный конденсатор, где парконденсируется, а газ направляется на “свечу”, где, смешиваясь с воздухом,сжигается. Одновременно предусмотрена вентиляция сливного бака и тракта водослива,так как в них выделяется некоторое количество окиси углерода, выносимое водойиз конденсаторов в виде мелких пузырьков [27].
3.             Системахранения, взвешивания и дозирования ферросплавов включает в себя:
-  расходные бункера;
-  весы — дозаторы;
-  подвижный и стационарныйконвейер для подачи ферросплавов в металл;
-  вибропитатели;
-  вакуумный шлюз дляприсадки ферросплавов в металл, предназначенный для приемки и подачи материаловв вакуумкамеру в процессе обработки. Состоит из приемной воронки и шлюзовойкамеры.
4.             Газоохладительпредназначен для охлаждения удаляемых из вакуумкамеры газов с целью уменьшенияих объема и предохранения шарнирных соединений вакуумпроводов от воздействиявысоких температур. Температура поступающих в газоохладитель газов – до 16000С,выходящих из него – до 1000С. Газоохладитель представляет собой сварнойцилиндрический корпус с входными и выходными патрубками, внутри которогоразмещен блок охлаждения. Блок охлаждения состоит из набора вертикальныхзмеевиков, объединенных подводящим коллектором и отводящей полостью крышки. Вверхней части корпуса смонтирован клапан, который открывается при аварийномповышении давления в системе. В нижней части корпуса имеется люк,предназначенный для очистки газоохладителя от загрязнения, а также для сбросаводы при аварийных прорывах змеевиков.
5.             Вакуумпроводшарнирный предназначен для герметичного подвижного соединения вакуумнойсистемы, смонтированной на площадке вакууматора, со стационарно установленнымвакуумным затвором. Вакуумпровод состоит из трубчатых колен, шарниров и опордля них, а также из колец, вращающихся относительно друг друга на стандартныхтелах качания с вакуумным уплотнением подвижных поверхностей манжетами. Однасторона шарнира стыкуется с неподвижным трубопроводом, а другая – с фланцемодного из подвижных колен вакуумпровода. Неподвижное кольцо шарнира опираетсяцапфами на подшипник опоры шарнирного вакуумпровода. Опоры шарнирноговакуумпровода установлены на неподвижной площадке вакуумного затвора.
6.             Вакуумныйзатвор предназначен для герметичного закрывания вакуумпроводов, а также длядросселирования потока газа в процессе вакуумирования. Он представляет собойгерметичный сварной корпус, закрытый крышкой со встроенным в нее гидроцилиндроми блоком клапанов. В горизонтальном входном патрубке встроена дроссельнаязаслонка, поворачивающаяся вокруг горизонтальной оси и приводящаяся в движениегидроцилиндром. Входной вертикальный патрубок вакуумного затвора присоединяетсяк переходному трубопроводу перед пароэжекторным насосом.
7.             Системаэлектрообогрева вакуумкамеры предназначена для нагрева ее футеровки до рабочейтемпературы (1450…15000С) и поддержания ее на этом уровне между цикламивакуумирования. Нагрев производится графитовым электродом.
8.             Устройстводля замера температуры и отбора проб обеспечивает:
-  автоматизированнуюзарядку устройства пробоотборниками и термопарами;
-  автоматизированный замертемпературы металла в ковше;
-  автоматизированный отборпроб металла из ковша;
-  автоматизированную выдачупроб в приемное устройство пневмопочты.
9.             Длявыполнения ремонтных работ и хранения сменных элементов вакуумкамеры комплексустановки оборудован машиной обслуживания и специальными стендами.
6.1 Определение основныхразмеров вакуумной камеры циркуляционного типа
 
Как показывает опытэксплуатации вакуумных установок циркуляционного типа, расход металла,проходящего через вакуумную камеру, может быть определен из соотношения [28]:
Qм= k*M/t,
где Qм — расход металла,т/мин;
М – масса металла всталеразливочном ковше, т;
k — кратность циркуляции(в зависимости от решаемых задач может колебаться в пределах 3…5);
t- время, необходимое для вакуумирования металла, мин.
Размеры подъемного исливного патрубков приняты одинаковыми, следовательно площадь поперечногосечения патрубков можно оценивать из условия максимальной мощностиперемешивания металла в ковше за счет истечения расплава из сливного патрубка.Для определения мощности струи металла используем выражение:
W= 500*S*r*u3,
где W – мощность струи, Вт;
S – площадь поперечногосечения патрубка, м2;
r- плотность металла, т/м3 (для жидкой стали — это 7,2 т/м3);
u – скорость истеченияметалла, м/с.
Исследования, проведенныесотрудниками МИСиС, позволили получить соотношение, связывающее между собойпоперечные сечения рукавов, скорость истечения металла, расход и уровень вводагаза:
Qг= S*(1,2*u+w)*u2/(m2*g*h-1,2*u2),
где Qг – расход несущего газапри фактических значениях температуры и давления, м3/с;
g – ускорение силытяжести, м/с2;
h – уровень ввода несущегогаза, м;
m- коэффициент расхода (для расчетов принимается m2 = 0,32);
w — скорость движениягазового пузыря относительно жидкости, м/с.
Величина w может быть оценена извыражения:
w = 0,272*(s*g/r)1/4,
где s — поверхностноенатяжение на границе металл-шлак, Н/м.
Для металла можно принятьw= 0,31 м/с.
Используя выражение длямощности истекающей струи металла, можно получить:
W= 500*r*Qг*(m2*g*h-1,2*u2)/u/(1,2*u+w)
Дифференцируя W по u и приравниваяпроизводную нулю, можно получить уравнение для определения оптимальной скоростиметалла в сливном патрубке:

u3+1,25*w*u2-0,347*m2*g*h*w = 0.
Это уравнение может бытьрешено численно, например, методом последовательных приближений.
При w = 0,31 м/с и m2 = 0,32 это уравнениеможет быть записано в виде:
u3+0,39*u2 = 0,34*h = 0.
Это значит, что есливыбран уровень ввода газа h, то соответствующая ему скорость истечения металла в сливномрукаве является оптимальной, то есть поддержание этой скорости в патрубке засчет регулирования расхода газа, подводимого к подъемному рукаву, обеспечиваетмаксимальную скорость перемешивания в ковше.
Так как расход металлачерез вакуумную камеру определен в зависимости от решения технологическойзадачи коэффициентом кратности циркуляции, то площадь поперечного сечениярукавов камеры может быть определена из соотношения:
S = Qм/(60*r*u) или S = k*M/(60*t*r*u).
По уравнению вычисляетсярасход несущего Qг газа при фактических значениях температуры и давления. Остальныепараметры вакуумной камеры выбираются из конструктивных соображений.
В данном проектенеобходимо определить основные параметры вакуумной камеры циркуляционного типадля обработки массы металла в ковше вместимостью 200 т и кратностью циркуляции k = 4. Время вакуумнойобработки t = 12 мин.
Скорость циркуляцииметалла через вакуумную камеру:

Qм= k*M/t = 4*200/12 = 66,7 т/мин.
Приняв уровень вводааргона в подъемный патрубок h = 1 м, получим скорость истечения металла в сливномпатрубке:
u3+0,39*u3-0,34*h = 0
Отсюда: u = 0.63 м/с.
Площадь поперечногосечения рукава и его диаметр:
S= Qм/(60*r*u) = 66.7/(60*7,2*0,63) =0,245 м2;
D= 2*103*(S/p)1/2= 2*103*(0.245/3.14)1/2 = 560 мм.
Расход несущего газа:
Qг = S*(1.2*u+w)*u2/(m2*g*h-1.2*u2) ==0.245*(1.2*0.63+0.31)*0.632/(0.32*9.81*1-1.2*0.632) = 0.039 м3/с.
Для нахождения расходагаза при нормальных условиях нужно определить уровень металла в вакууматоре.Для этого необходимо определить поперечное сечение камеры. Диаметр камеры можнонайти из условия, что в днище должны разместиться два патрубка:
D1>= 2*D+l1+2*l2,
где l1 – расстояние междувнутренними стенками патрубков, м;
l2 – расстояние отвнутренней стенки патрубка до цилиндрической части, м;
D – внутренний диаметрпатрубка, м;
D1 – диаметр вакуумкамеры,м.
Расстояние междупатрубками l1(рис. 6.1, 6.2) зависит от их конструкции и включает толщину внутренней футеровкипатрубков, толщину металлической арматуры патрубков и фланцев для их крапления,если они разъемные, или толщину наружной футеровки:
l1= 2*d1+2*d2+2*d3+d,
где d — расстояние междукожухами патрубков для их возможного крепления (d = 300…400 мм);
d1–толщина рабочего слоя внутренней футеровки патрубка (периклазохромитовыеизделия толщиной 125 мм);
d2– толщина набивной массы между рабочим слоем и металлическим кожухом (d2= 40 мм);
d3– толщина металлического кожуха (d3 = 20…30 мм).
Следовательно:
D1>= 2*D+1.10,м.
/>
Рабочее пространствоциркуляционного вакууматора
/>
Футеровка патрубкациркуляционного вакууматора
 
Принята конструкциякамеры со сменными патрубками при их диаметре D = 560 мм, тогда диаметркамеры составит:
D1= 2*D+1.10= 2*0.56+1.10 = 2.22 м.
Площадь поперечногосечения камеры при этом составит:
Sк= p*(D1/2)2 = 3.14*(2.22/2)2 = 3.87 м2.

При скорости циркуляцииметалла Qм= 66,7 т/мин или 1,11 т/с, объем металла в камере составит:
Vм= Qм/r= 1.11/7.2 = 0.15 м3/с.
Увеличение уровня металлапри этом будет:
h* = Vм/Sк = 0,15/3,87 = 0,039 м.
Расход аргона принормальных условиях составит:
 
VAr = 6*104*Qг/n,
в свою очередь: n = 4,8*10-3*(T/h)*ln (/>),
где H – уровень металла вкамере после опускания ее в ковш с металлом (из опыта эксплуатации, этотуровень может колебаться от 0 до 300 мм);
T – эффективная температура,до которой нагревается аргон (обычно ~8000С).
При H = 100 мм расход газасоставит:
VAr = 6*104*0,039/8,08 =289,6 л/мин.

7 ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИСТАЛИ
 
7.1 Сортаментобрабатываемой стали
 
Внепечной обработкеподвергаются все марки стали, выплавляемые в цехе. Сортамент сталей,выплавляемых на ККЦ №2, будет соответствовать сортаменту сталей, выплавляющихсяв пока еще действующем мартеновском цехе №1 ММК и предназначенных, в основном,для получения сортовой заготовки. В данном проекте, на ККЦ №2 ММК предусмотренавыплавка следующих марок стали:
1.             Углеродистаясталь:
-  кипящая обыкновенногокачества;
-  кипящая качественнаяконструкционная;
-  полуспокойнаяобыкновенного качества;
-  полуспокойнаякачественная конструкционная;
-  спокойная обыкновенногокачества;
-  спокойная качественнаяконструкционная.
2.             Низколегированнаясталь (типа 35…38ХМ, 7ХНМ).
3.             Легированнаясталь (типа 25Х1МФ, 20ХГСНМ).
4.             Автоматнаясталь (типа А10).
В проектируемом цехепредусмотрены следующие объемы производства по группам марок стали:углеродистой – 85 %, низколегированной – 10 %, легированной – 4 % и автоматной– 1 %.
7.2 Технология обработкистали на установке «печь-ковш»
Установка«печь-ковш» (АПК) предназначена для обработки жидкой стали в сталеразливочномковше, как с использованием установки циркуляционного вакуумирования стали(УЦВС), так и без нее.
На АПКосуществляются следующие технологические операции:
-  продувка металла аргономдля усреднения химического состава и его температуры по всему объемусталеразливочного ковша;
-  коррекция химическогосостава металла;
-  нагрев металлаэлектрической дугой;
-  десульфурация металлабелым основным шлаком;
-  измерение температуры иотбор проб металла и шлака;
-  микролегирование илиполучение металла с узкими пределами содержания элементов путем вводапорошковой проволоки с различными видами наполнителей.
Контроль надпроцессом ковшевой обработки производится путем измерения температуры иокисленности металла, отбора проб металла и шлака, измерения расхода и давленияаргона для продувки, измерения массы добавок, присаживаемых в ковш, измерениятока и напряжения дуги и других электрических параметров, а также измерениявспомогательных параметров (температура и давление охлаждающей воды, отходящихгазов и т.п.) [4].
В зависимостиот требований к химическому составу сталей и другим характеристикам, могутиспользоваться следующие схемы внепечной обработки сталей [24]:
1.      Конвертер– АПК – МНЛЗ.
2.      Конвертер– УЦВС – АПК – МНЛЗ.
3.      Конвертер– АПК – УЦВС – МНЛЗ.
Ферросплавы,используемые на установке «печь-ковш», должны иметь фракцию от 5 до 50 мм,соответствовать требованиям государственных стандартов и технических условий.Влажность не должна быть более 1 %.
Кокс кусковыйдолжен иметь фракцию до 25 мм по СТП 14-101-206-98.
Алюминий дляраскисления, легирования и коррекции химического состава стали должен отвечатьТУ 48-0102-49-91, ГОСТ 11070-74 и ГОСТ 295-79 соответственно.
Применяемаяизвесть должна быть только свежеобожженной по СТП ММК 223-99.
Плавиковыйшпат должен иметь влажность не более 1 % и соответствовать ГОСТ 29220-91.
Подаваемыйаргон должен иметь массовую долю аргона не менее 99,5 % и отвечать требованиямГОСТ 10157-79. Давление аргона в сети – не менее 10 кг/см2 (1 МПа).
Азот газообразныйдолжен соответствовать ГОСТ 9293-74.
Применяемыепробоотборники должны соответствовать ТУ 311-00226253.046-94.
Термопары –ТУ 311-0226258.017.
Применяютсядатчики окисленности жидкого металла типа «Celox»
Передобработкой металла на установке необходимо обеспечить:
-  заполнение бункеровнеобходимыми материалами, соответствующим требованиям ГОСТов;
-  наличие средств отборапроб металла, измерения температуры и окисленности;
-  подачу газов необходимогодавления;
-  подачу воды на охлаждениеэлементов установки до требуемых параметров;
-  исправность работы системпродувки металла аргоном;
-  исправность работыгазоотводящего тракта;
-  исправность работы всехмеханизмов, систем контроля, управления, сигнализации и блокировок;
-  исправность работы пневмопочты;
-  проверку длины электродови по необходимости их наращивание.
Технологияобработки металла на АПК по схеме «Конвертер – АПК – МНЛЗ», сводится кследующему:
-  плавка, предназначеннаядля обработки на АПК, сливается в сталеразливочный ковш, специальнооборудованный для донной продувки. Ковш должен иметь исправную сухую футеровку.Верхний край ковша должен быть чистым;
-  раскисление, легированиеи обработка металла твердыми шлакообразующими смесями во время выпуска плавкииз конвертера производится согласно имеющейся в цехе технологическойинструкции. Легирующие присаживаются из расчета получения содержания Si, Mn, Al на нижнем пределе;
-  производится качественнаяотсечка конвертерного шлака во время выпуска металла в сталеразливочный ковш;
-  уровень налива металла вковше должен быть 400…1000 мм от верхней кромки ковша (величина уровня наливаможет уточняться в процессе освоения технологии);
-  поступивший изконвертерного отделения сталеразливочный ковш устанавливается на сталевозагрегата «печь-ковш». К продувочным устройствам подсоединяются аргонные шланги,включается подача аргона с расходом 15…30 м3/ч на каждое из продувочныхустройств (расход аргона может уточняться в процессе освоения технологии);
-  сталевоз передвигаетсяпод крышку АПК, после чего крышка опускается. Через рабочее окно производитсякорректировка интенсивности продувки. Расходы аргона должны обеспечиватьминимальное оголение поверхности металла;
-  через 1…2 минуты продувкипроизводится измерение температуры и окисленности метала. На основаниипоказаний содержания кислорода в металле вводится расчетное количествоалюминиевой катанки для предварительного раскисления металла. Ориентировочныйрасход алюминия приведен в табл. 7.1.;
-  при проведении процессадесульфурации металла в ковше должен быть наведен белый высокоосновныйжидкоподвижный шлак. Для этого в ковш присаживается известь и плавиковый шпат всоотношении 4:1. Расход шлакообразующих материалов может составлять до 10 кг/т(расход уточняется в процессе освоения технологии). Материалы вводятся порциямине более 150 кг;
-  для нагрева металла ирасплавления шлака электродный портал поворачивается в исходную позицию ипроизводится включение установки на 5 минут на средней ступени нагрева;
-  после расплавления жидкийшлак раскисляется присадкой алюминия в количестве 50…100 кг (уточняетсяисследованиями);
-  после окончания процессанагрева, через 3 минуты перемешивания металла аргоном, производится измерениетемпературы металла и отбираются пробы металла и шлака и отправляются вэкспресс-лабораторию. Проба шлака берется с помощью металлическойтрубки-стержня через рабочую дверцу, далее она охлаждается и анализируетсявизуально по цвету и поверхности. Цвет шлака меняется по степени егоокисленности (содержания FeO) от черного к белому. Появление белого шлака вковше означает, что шлак нормально подготовлен для проведения процессадесульфурации стали. При отклонении цвета и поверхности шлака от рекомендуемых,необходимо принять меры по исправлению химического состава шлака. Ориентировочныйвизуальный анализ состава шлака и способы его исправления представлены в табл.7.2. Для обеспечения наилучшего результата десульфурации стали в ковше,содержание в шлаке (FeO)+(MnO) должно быть менее 1,5 %. Оптимальный состав ковшевых шлаков дляпроведения десульфурации представлен в табл. 7.3.;
-  после получениярезультатов химического анализа металла производится корректировка егохимического состава добавлением необходимого количество ракислителей илегирующих материалов из расчета получения среднего содержания элементов. Затемметалл перемешивается аргоном не менее 5 минут. Для интенсификации растворенияферросплавов расход аргона разрешается увеличить до 30…40 м3/ч (уточняется впроцессе исследований);
-  не ранее чем через 5минут продувки, после присадки ферросплавов измерить температуру металла иотобрать пробы металла и шлака. До получения результатов экспресс-анализапроизводить перемешивание металла аргоном с расходом 10…20 м3/ч (уточняетсяисследованиями);
-  при получении результатовхимического анализа в случае необходимости произвести дополнительнуюкорректировку химического состава металла;
-  легкоокисляющиесяэлементы вводятся в ковш только после окончания последнего цикла нагрева. Встали, с оговоренным содержанием кальция, вводят трайб-аппаратом порошковую SiCa или AlCa проволоку без продувкиаргоном для достижения максимально высокого усвоения элементов. Еслинаблюдается белое пламя над шлаком, то необходимо увеличить скорость вводапорошковой проволоки;
-  если температура металланиже указанной для МНЛЗ, то необходимо произвести дополнительный нагрев;
-  при необходимостиохлаждения металла, охлаждение производить слябом;
-  через 3 минуты послеокончания последнего цикла нагрева произвести замер температуры и отбор пробы металла.После достижения необходимого химического состава и заданной температурыэлектродный портал поворачивается в другую сторону. Крышка АПК поднимается,сталевоз с ковшом выдвигается из-под агрегата, отсоединяется аргонный шланг идалее ковш передается на МНЛЗ.Обработка стали по схеме«Конвертер – УЦВС – АПК – МНЛЗ»:-  перед подачей плавки наагрегат «печь-ковш» металл подвергается обработке на установке циркуляционноговакуумирования стали в соответствии с имеющейся в цехе инструкцией повнепечному вакуумированию жидкой стали;-  после окончания вакуумнойобработки ковш передают на АПК и проводят внепечную обработку в соответствии свышеизложенной схемой;-  при обработке сталей снизким и особонизким содержанием углерода следует учитывать возможное науглероживаниеметалла от электродов.
Обработкастали по схеме «Конвертер – АПК – УЦВС – МНЛЗ» производится при необходимостивакуумной обработки металла с целью дегазации. При этом обработка плавки на АПКпроизводится согласно вышеописанной, первой схеме обработки металла, затемметалл обрабатывается на УЦВС в соответствии с технологической инструкцией повакуумированию стали в цехе.При невозможностипродувки металла аргоном через донные фурмы, необходимо:-  проверить все соединениятрубопроводов, по которым подается аргон. При наличии утечек аргона ихустранить;-  дать максимальный расходаргона через 'байпас'. Если 'раздутия' пробки не произошло, то необходимопродувку аргоном производить аварийной верхней фурмой;-  по окончанииусреднительной продувки, поднять фурму и произвести замер температуры иокисленности, также отобрать пробы металла и шлака. Пробы направляются вэкспресс-лабораторию (проба шлака оценивается визуально);-  после отбора проб изамере температуры, по необходимости осуществляется ввод шлакообразующихматериалов, затем опускаются электроды, и в течение 4…6 мин производится нагревметалла. Одновременно с нагревом производится продувка металла аргоном черезаварийную фурму с максимальным ее заглублением. Расход аргона должен обеспечиватьминимальное волнение поверхности металла;-  затем производитсяизмерение температуры и отбор проб металла и шлака;-  после получениярезультатов экспресс-анализа в металл вводится в необходимом количествеферросплавы;
- окончаниеобработки производится по описанной выше технологии.
Таблица 7.1
Ориентировочныйрасход алюминия для раскисления металлаСодержание кислорода в металле, ppm 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Расход алюминия, кг 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 Таблица 7.2Визуальный анализ состава ковшевого шлака По цвету Черный Содержание (FeO+MnO)>2%. Шлак необходимо дополнительно раскислить Al или Si. Серый Содержание (FeO+MnO)=1…2 %. Необходимо дальнейшее раскисление шлака Al или Si. Белый – желтый Шлак нормально раскислен. Желтый цвет указывает, что десульфурация прошла. По цвету Зеленый Шлак содержит оксид хрома (Сr2O3). По поверхности Зеркальная – гладкая, тонкая Высокая доля (SiO2, Al2O3). Необходима добавка извести порциями по 0,4 кг/т. Гладкая и толстая В холодном состоянии шлак должен распадаться. Если он не распадается, то высокая доля (Al2O3). Необходима добавка порций извести по 0,4 кг/т. Шероховатая, неровная Высокая доля (CaO). Если имеются нерастворенные частицы извести, то необходима добавка песка (SiO2) или глинозема (Al2O3) порциями не более 0,1 кг/т. Таблица 7.3Оптимальный химический состав ковшевыхшлаков для десульфурациии стали Компонент Содержание в шлаке, % Сталь, раскисленная кремнием Сталь, раскисленная алюминием CaO 55…65 55…65 SiO2 20…30 5…10 Al2O3 5…10 20…30 MgO 4…5 4…5 FeO+MnO 1 0.5
7.3 Технология обработкистали на установке
вакуумированияциркуляционного типа
 
Процессциркуляционного вакуумирования заключается в обработке вакуумом металла,непрерывно текущего через вакуумкамеру по двум патрубкам, опущенным всталеразливочный ковш с расплавом. Для обеспечения непрерывного подъема металлав камеру в один из патрубков подается аргон, пузырьки которого в результатебольшой разницы плотностей, поднимаясь вверх по патрубку, увлекают за собойрасплав выполняя функции транспортирующего газа. В камере металл дегазируетсяи, становясь более плотным и тяжелым, сливается по второму патрубку в ковш.
Во времяпрохождения жидкого метала через вакуумкамеру под действием разрежения,создаваемого пароэжекторным насосом, происходят процессы удаления из сталирастворенных газов (кислорода, водорода, частично азота), углеродноераскисление или обезуглероживание стали. Выделяющиеся в вакуум пузыри моноокисиуглерода и инертного газа (аргона), приводят к интенсивному диспергированиюметалла и интенсификации процессов дегазации и перемешиванию стали ввакуумкамере. Вследствие повышения раскислительной способности углерода принизких парциальных давлениях моноокиси углерода, значительная часть кислорода (до60 %) удаляется из стали в виде СО, что повышает чистоту металла по содержаниюв нем неметаллических включений и уменьшает угар элементов-раскислителей,вводимых в сталь. Снижение активности кислорода в металле при вакуумировании,наряду с интенсивным перемешиванием жидкой стали в вакуумкамере, способствуетлучшему усвоению присаживаемых добавок [27].
С цельюувеличения срока службы вакуумной камеры и патрубков, в начале обработки и за 1минуту до окончания вакуумирования на поверхность металла в вакууматоре черезвакуумный шлюз подают порцию нейтрализатора шлака в количестве 50…100 кг. Вкачестве нейтрализатора шлака применяют брикеты на основе глинозема (Al2O3).
Для снижениятепловых потерь металла при вакуумировании и улучшения условий службы огнеупоров,футеровка вакуумкамеры постоянно поддерживается в разогретом состоянии(1450…15000С) за счет теплоизлучения графитового нагревателя, являющегосярезисторным элементом электрической системы разогрева вакуумкамеры. С цельюуменьшения эрозии футеровки вакуумкамеры и патрубков, в периоды междуобработками плавок на УЦВС, объем вакуумкамеры заполняется азотом, а патрубкипогружаются в песок.
Ферросплавы,используемые на установке циркуляционного вакуумирования стали, должны иметьфракцию от 5 до 50 мм и соответствовать требованиям государственных стандартови технических условий. Влажность не должна превышать 1 %.
Применяемыйна установке нейтрализатор шлака должен отвечать требованиям СТП-101-73-89.
Газообразныйаргон, с массовой долей аргона не менее 99,5 % должен соответствоватьтребованиям ГОСТ 10157-79. Азот – ГОСТ 9293-74. Давление газов в сети должнобыть не менее 0,8 МПа.
К началувакуумной обработки стали установка должна быть полностью подготовлена кработе. Это означает:
А. Всемеханизмы, органы управления и футеровка вакуумкамеры находятся в исправномсостоянии.
Б. Установкаобеспечена всеми необходимыми энергоресурсами требуемых параметров:
-  аргон и азот: давление0,8…1,0 МПа;
-  вода технически очищеннаяна пароэжекторный насос: давление 0,1…0,4 МПа с температурой не более 35 0С;
-  вода химически очищеннаяна механизм электронагрева: давление 0,5 МПа;
-  сжатый воздух: давление0,7 МПа;
-  пар: давление 1,3 МПа итемпература 200 ± 50 0С;
-  электроэнергия: рабочее напряжение36…360 В;
-  вода технически очищеннаяна газоохладитель и уплотнения: давление 0,5 МПа.
В. Всесистемы сигнализации и АСУ ТП «Вакуумирование» исправны.
Г. Футеровкавакуумкамеры нагрета до температуры не менее 14500С (измеряется термодатчикамии отображается на дисплеях АСУ ТП).
Сталеразливочныйковш, подаваемый под плавку для вакуумирования, должен иметь исправную сухуюфутеровку без мусора и настылей. Толщина шлака в ковше должна быть не более 100мм, а уровень наполнения ковша металлом и шлаком – на 100…150 мм ниже верхнейкромки ковша.
Циклвакуумной обработки начинается с установки шлакоотделителей на патрубкивакуумной камеры. При погружении вакуумной камеры в металл, в ней создаютизбыточное кратковременное давление азота для вытеснения попавшего в патрубкишлака. Погружение патрубков производят до глубины, предотвращающей подсосывоздуха и ковшевого шлака в камеру. Затем включается вакуумный насосныйагрегат, и металл вследствие разности давлений между камерой и атмосферойподнимается по обоим патрубкам в камеру на барометрическую высоту (около 1,4м). Одновременно в нижнюю часть всасывающего патрубка подается аргон, который,поднимаясь вверх и увеличиваясь в объеме, образует газо-металлическую эмульсиюс соотношением газа к металлу 10:1. Со скоростью более 5 м/с такая эмульсияврывается в камеру, образуя высокий бурун над всасывающим патрубком. Наличиебольшого количества транспортирующего газа способствует созданию огромнойдополнительной реакционной поверхности, интенсифицируя процесс дегазацииметалла. Этим объясняется то обстоятельство, что, несмотря на сравнительнонебольшое время пребывания расплава в камере, обычно не превышающее несколькихсекунд, металл поступает в сливной патрубок практически полностьюдегазированным. Из сливного патрубка этот металл, попадая снова в ковш,смешивается с находящимся в нем расплавом, несколько разбавляя в нем содержаниегазов. Поэтому для более глубокой дегазации весь металл ковша необходимопропустить через камеру не менее 2,5…5 раз в зависимости от степени раскисления[25].
В зависимостиот назначения металлопродукции, а также технологических целей использованиявакуумной установки, различают следующие виды обработки стали:
-  глубокое удалениеводорода, вакуумное углеродное раскисление, рафинирование от неметаллическихвключений, доводка по химическому составу и температуре, окончательноераскисление и легирование алюминием;
-  доводка по химическомусоставу и температуре, окончательное раскисление алюминием и удаление водорода;
-  глубокое обезуглероживаниестали в вакууме, дегазация, доводка по химическому составу и температуре,раскисление;
-  усреднение и коррекцияхимического состава и температуры, а также окончательное раскисление.
Вакуумированиюподвергаются плавки как непосредственно после выпуска из конвертера, так ипосле обработки на агрегате «печь-ковш». Для проведения всех технологическихопераций при вакуумировании стали типа 08Ю, выпуск из конвертера долженпроизводиться не менее, чем за 60 минут до начала разливки на МНЛЗ, а длятрансформаторной стали – не менее 80 минут.
Перед началомобработки измеряют температуру металла, толщину слоя шлака в ковше и отбираютпробу для определения химического состава стали. Температура металла измеряетсятермопарой погружения и отображается на измерительном приборе. Температураметалла в ковше перед вакуумированием должна быть на 40…50 0С выше температурыразливки, но не более 1630 0С. При температуре металла выше требуемой до началавакуумирования производится охлаждение металла слябом.
По даннымизмерений и результатам химического анализа пробы стали, отобранной передвакуумированием, учитывая массу плавки и заказанную марку стали, операторвыбирает программу обработки и режим управления. Процесс вакуумирования можетпроизводиться в автоматическом или ручном режиме. В первом случае операторвводит программу в ЭВМ АСУ ТП «Вакуумирование» и по команде операторавакууматор включается в работу по заданной программе. Вакуумирование в ручномрежиме осуществляет оператор с пульта управления, при этом он имеет возможностьвоспользоваться режимом «совет мастера».
Вакуумноеобезуглероживание низкоуглеродистой нераскисленной стали производится доминимально возможного снижения остаточного давления в вакуумной камере (менее 1мм.рт.ст.) и до достижения кратности циркуляции не менее трех. Известно также,что обработка металла при давлении более 0,53 кПа (4 мм.рт.ст.) не обеспечиваеттребуемую дегазацию стали.
Длительностьвакуумирования определяется совокупностью осуществляемых технологическихопераций и регламентируется скоростью циркуляции, которая зависит от расходааргона и внутреннего диаметра патрубков.
Масса,марочный сортамент и очередность присаживаемых ферросплавов и раскислителей ввакуумную камеру определяется маркой стали и технологией вакуумной обработки.Корректирующие присадки среднеуглеродистого (до 2 % углерода) ивысокоуглеродистого (до 7 % углерода) ферромарганца при обработкеособонизкоуглеродистых марок стали производятся в период вакуумногообезуглероживания.
Присадкиматериалов в вакуумкамеру осуществляются со скоростью не более 2 т/мин. Приэтом масса одной порции не должна превышать: ферромарганец – 350 кг;ферросилиций – 250 кг; силикомарганец – 350 кг; ферованадий – 250 кг;ферротитан – 250 кг; алюминий – 250 кг; нейтрализатор шлака – 100 кг; руда,окатыши, агломерат – 50 кг; углеродосодержащий материал – 50 кг; скрап, сечка –350 кг [21].
При расчетеколичества присадок на плавку в процессе вакуумной обработки руководствуютсяследующими ориентировочными величинами усвоения элементов: марганец – 90…95 %;кремний – 85…90 %; алюминий – 30…60 %; титан – 50…70 %; углерод – 40…50 %;ванадий – 80…90 %; ниобий – 80…90 % [26].
Послевведения добавок для корректировки химического состава стали и раскисленияпроизводится перемешивание металла с кратностью циркуляции не менее 0,5 втечение 3…5 минут. Расход аргона в подъемный патрубок при этом максимальный.
Послеокончания процесса вакуумирования, закрывают главный вакуумный затвор,выключают вакуумный насос, включают систему заполнения вакуумкамеры азотом. Придостижении атмосферного давления, вакуумкамера поднимается из сталеразливочногоковша. Система подачи аргона в патрубок переключается на азот с минимальнымрасходом, отбирается проба стали и замеряется температура металла. Приполучении необходимого химического состава и заданной температуры металла ковшпередается на МНЛЗ [25].
При лимитевремени на вакуумную обработку, возможна корректировка химического составастали и усреднение металла по температуре на агрегате «печь-ковш».

8 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХПРОЦЕССОВ
 
Развитиесовременного металлургического производства сопровождается интенсификациейтехнологических и производственных процессов. Создание крупных металлургическихагрегатов и их комплексов позволяет более эффективно использовать сырье,топливо, капиталовложения. В то же время осуществлять управлениеинтенсифицированными металлургическими процессами в больших и сложныхтехнологических объектах без использования новейших методов и средствуправления – неэффективно или вообще невозможно.
Наиболееэффективным средством управления технологическими объектами являются системыцентрализованного управления, создаваемые на основе теории управления,использующие экономико-математические методы, вычислительную и управляющуютехнику. Такие системы управления получили наименование автоматизированныхсистем управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Длядостижения высоких качественных и технико-экономических показателей работы какконвертерного цеха в целом, так и отделения ковшевой обработки стали вчастности, предусматривается их оснащение автоматизированными системамиуправления технологическим процессом, которые обеспечивают:
-  достижение максимальнойпроизводительности за счет рационального управления технологическимипроцессами;
-  повышение качества стализа счет обеспечения операторов информацией о ходе процессов, а такжесвоевременной выдачи рекомендаций и управляющих воздействий;
-  повышение выхода годногометалла;
-  снижение простоевоборудования;
-  снижение сырьевых иэнергетических затрат на производство стали;
-  улучшение условий трудапроизводственного персонала.
АСУ включаетподсистемы, реализующие управляющие, информационные и расчетные функции всоответствии с функциональной структурой.
В составинтегрированной АСУ входят следующие взаимосвязанные автоматизированные системыуправления [6]:
-  АСУ процессомпроизводства стали в кислородно-конвертерном цехе (АСУ «Производство»);
-  АСУ технологическимпроцессом подготовки шихтовых материалов и выплавки стали в конвертере (АСУ ТП«Плавка»);
-  АСУ процессом внепечнойобработки стали на агрегате «печь-ковш» (АСУ ТП «Доводка»);
-  АСУ процессомвакуумирования стали (АСУ ТП «Вакуумирование»);
-  АСУ процессом разливкистали на МНЛЗ (АСУ ТП «Разливка»).
В отделенииковшевой обработки стали применяются АСУ ТП «Доводка» и АСУ ТП«Вакуумирование».
С цельюобеспечения нормальной эксплуатации систем автоматики, управления иэлектрооборудования предусмотрены специальные поверочные устройства.
 
8.1 Общецеховая АСУ«Производство»
 
АСУ «Производство»является элементом интегрированной АСУ ККЦ и предназначена для планирования,управления, учета хода производства, технико-экономического анализа, а такжеобеспечения информацией смежных систем верхнего и нижнего уровней.
АСУ«Производство» включает в себя четыре подсистемы:
-  подсистему оперативногопланирования производства;
-  подсистемуинформационного обеспечения производства;
-  подсистему учетатехнико-экономического анализа хода производства;
-  исследовательскуюподсистему.
1.             Вподсистему оперативного планирования входят:
-  оперативное планирование,обеспечивающее формирование и оперативную корректировку компактного графика;
-  расчет потребности восновном сырье;
-  анализ обеспечения МНЛЗметаллом с учетом месячной спецификации для выполнения заказов.
Оперативноеуправление выполнения контактного графика включает:
-  направление плавки натехнологическую операцию;
-  выдачу задания наподготовку ферросплавов;
-  слежение за потребностьюв чугуне, в совках с металлоломом, в сыпучих шихтовых материалах иферросплавах;
-  слежение за выполнениемсменно-суточного задания;
-  анализ необходимостипересчета контактного графика.
2.             Подсистемаинформационного обеспечения персонала, выполняет следующие функции:
а) ответы назапросы персонала с выдачей данных:
-  о количестве ихарактеристиках шихтовых материалов;
-  о ходе выплавки стали вконвертере;
-  о химическом составечугуна, стали и шлака;
-  о длительности периодоввыплавки и обработки стали;
-  о межплавочных простоях;
-  о виде и ходе внепечнойобработки плавки.
б)формирование плавильного журнала и итоговых данных за смену;
в) информацияо состоянии агрегатов и оборудования;
г) информацияо наличии шихтовых материалов.
3.             Подсистемаучета и технико-экономического анализа хода производства реализует такиефункции:
а) учетпроизводства, включающий:
-  производство металла;
-  расчет плана производстваза сутки и с начала месяца;
-  выполнение планапроизводства.
б) учетиспользования рабочего времени;
в) учетрасхода шихтовых материалов;
г) контрольза качеством металла;
д) учетстойкости оборудования, включающий продолжительность межремонтного периода основногооборудования;
е) расчеттехнико-экономических показателей.
 
8.2 АСУ ТП «Доводка»
 
Основныефункции АСУ ТП «Доводка» следующие:
1.             Информационные:
-  измерение химическогосостава и массы жидкого металла в ковше;
-  измерение температуры иокисленности металла в ковше;
-  расход порошковыхматериалов, вдуваемых в ковш;
-  расход аргона натранспортировку материалов, вдуваемых в ковш;
-  давление и расход аргонана продувку металла в ковше;
-  количество и температураотходящих газов в ковше, их состав;
-  давление подуплотнительной крышкой ковша;
-  содержание кислорода подуплотнительной крышкой ковша;
-  электрические параметры нагреваметалла в ковше;
-  положение графитовыхэлектродов;
-  масса алюминиевой ипорошковой проволоки, вводимой в ковш;
-  продолжительностьэлектродугового нагрева, продувки аргоном, вдувания порошков и суммарное времяобработки.
2.             Управляющие:
-  управление взвешиванием,транспортировкой и подачей порошкообразных материалов;
-  управление взвешиванием,транспортировкой и подачей ферросплавов, легирующих и модифицирующих кусковыхматериалов;
-  расчет и подачаколичества алюминия;
-  управление электродуговымнагревом металла;
-  управление газоотводящимтрактом;
-  управление продувкойметалла аргоном;
-  регистрация отклоненийконтролируемых параметров от заданных значений и др.
Режимы работыАСУ ТП «Доводка»:
-  ручной, наладочный;
-  дистанционный (с постауправления);
-  «совет мастеру», когдасистема дает рекомендации по ведению процесса;
-  автоматизированный, прикотором работа оборудования происходит по командам вычислительного комплекса.
 
8.3 АСУ ТП«Вакуумирование»
 
АСУ ТП«Вакуумирование» выполняет следующие основные функции:
1.             Информационные:
-  масса стали в ковше;
-  масса стали ввакууматоре;
-  температура металла вковше;
-  уровень металла и шлака вковше;
-  окисленность металла вковше;
-  содержание углерода встали по температуре ликвидус;
-  температура стенок,футеровки и рабочего пространства а период нагрева вакуумкамеры;
-  остаточное давление(вакуум) в вакуумкамере;
-  температура газов послеохладителя;
-  расход., давление иколичество подаваемого аргона;
-  расход, давление иколичество азота;
-  расход, давление иколичество воды на газоохладитель, на охлаждение электрододержателя;
-  уровень воды вгазоохладителе;
-  уровень материалов вбункерах ферросплавов и ы шлюзовом устройстве;
-  параметры энергоносителейк пароэжекторному насосу;
-  расход, давлениеприродного газа и воздуха на сушку вакуумкамеры.
Сбор иобработка информации построена на базе микропроцессорных контроллеров«Димиконт» и «Ломиконт», а также вычислительного комплекса СМ-1800 [6].
Функциирегулирования давления аргона и азота и управления их подачей, а такжерегулирования расхода природного газа и соотношения газ-воздух, подаваемых длясушки футеровки вакуумкамеры на стенде, выполняет логический микропроцессорныйконтроллер («Ломиконт»).
Длявозможности дистанционного управления регулирующими клапанами предусмотреныблоки управления БРУ и задатчики РЗД.
Кроме того,«Ломиконт» выполняет функции управления пароэжекторным насосом и дожигающимустройством.
Дляотображения информации применен дисплейный микропроцессорный контроллер(«Домиконт», который по команде оператора или программно формирует ивысвечивает на экране дисплея мнемосхемы, таблицы, графики, гистограммы, атакже осуществляет допусковый контроль технологических параметров и параметровоборудования, сигнализацию отклонения параметров от заданных значений и печатьпротокола процесса вакуумирования.
Вычислительнымкомплексом СМ-1800 производится:
-  расчет массы металла ввакууматоре;
-  расчет массы присадок иуправления их подачей;
-  прогнозирование состава итемпературы металла по ходу процесса вакуумирования;
-  обмен информацией сцеховой АСУ «Производство»;
-  контроль работы горелокстенда сушки и устройства дожигания отходящих газов;
-  контроль факеладожигающего устройства;
-  давление газа к горелкамдожигающего устройства;
-  сигнализация отклоненияпараметров вакуумирования от заданных.
2.             Управляющие:
-  движением вакуумкамеры;
-  расчет массы присадок иуправление их подачей;
-  пароэжекторным насосом;
-  дожигающим устройством;
-  подачей и стабилизациидавления аргона и азота, подаваемых в вакуумкамеру.
Объемавтоматического контроля и регулирования представлен на схемах автоматизации(рис. 8.1, 8.2).
 
8.4 Связь
 
Проектомпредусмотрены следующие виды связи:
-  связь с помощью телефонов,включенных в цеховую АТС;
-  диспетчерская телефоннаясвязь абонентов цеха с цеховым диспетчером, спомощью коммутаторов;
-  прямая двухсторонняягромкоговорящая связь с помощью аппаратуры ПТС-А «Прогресс»;
-  распорядительно-поисковаягромкоговорящая связь;
-  административная связьруководителей цеха с подчиненными с помощью коммутаторов;
-  технологическое идиспетчерское промышленное телевидение;
-  радиосвязь машинистовкранов с операторами.
/>
Схема автоматизациивакууматора
1 – контроль работывакуумного пароэжекторного насоса; 2 – измерение температуры отходящих газов; 3– определение состава отходящих газов; 4 – контроль работы графитовогоэлектрода для нагрева вакуумкамеры; 5 – контроль расхода подаваемого аргона; 6– определение химического состава и температуры обрабатываемого металла; 7 –измерение остаточного давления в вакуумкамере; 8 — измерение температурыфутеровки вакуумкамеры; 9 – контроль системы загрузки сыпучих и ферросплавов;10 – определение массы подаваемых сыпучих и ферросплавов; 11 – контрольположения вакуумкамеры; 12 – контроль давления подаваемого аргона и определениеобъема аргона за весь цикл обработки
Приложение 1Выбор ирасчет количества основного технологического
оборудования отделенияковшевой обработки стали
1            Технологическоеоборудование
 
1.1.       Сталеразливочныековши
 Вместимостьсталеразливочного ковша определяется вместимостью конвертера, и в проектируемомцехе составляет 220 т при вместимости конвертера 200 т [*].
Числосталеразливочных ковшей в цехе (Nск) рассчитывается по формуле:
Nск= />*(tз + />) + nрм + nз ,
где n/> — число ковшей стали, разливаемыхза сутки, шт;
tз– задолженность сталеразливочного ковша на разливке одной плавки (составляет6,5 ч) [*];
tрф– затраты времени на ремонт футеровки ковша (составляют 15,6 ч);
nрм и nз – соответсвенно числоковшей на капитальном ремонте (кожуха, механических устройств и пр.) и запасных(обычно по одному), шт;
Ф – стойкостьфутеровки ковша (составляет 10…15 плавок);
С– коэффициент, учитывающий организационные задержки (принимается равным 0,8).
Число ковшейстали, разливаемых за сутки, соответствует числу плавок:
n/>= />,
где N/> — число постоянноработающих конвертеров, шт;
t/> — длительностьцикла конвертерной плавки (см. п.2.1.), мин.
Принимаю:
-  стойкость монолитнойфутеровки ковша 15 плавок;
-  техническая характеристикаковша: высота – 4890 мм, ширина по цапфам – 4890 мм, ширина по носку – 5945 мм.
Согласновышеприведенным формулам имеем:
n/>= /> = 35,87 ковшей;
Nск = />*(6,5+/>)+1+1 = 16,1 ковшей.
Принимаюв цехе 17 сталеразливочных ковшей.
 
1.2. Шлаковые чаши
 
Выбор емкостичаш определяется количеством (объемом) образующегося на плавке шлака. Объемшлака (Vшл)на плавку можно рассчитать по формуле:
Vшл= />,
где G/> — максимальная масса плавки, т;
Р/> — максимальновозможное количество образующегося шлака, % от массы плавки;
rшл– плотность шлака, т/м3 (изменяется в пределах 2,3…2,5 т/м3).
Количествошлаковых чаш (Nшл)определяется по формуле:
Nшч= />*1,15,
где ån/> — потребное суточноеколичество шлаковых чаш без учета их оборачиваемости, шт;
1,15 –коэффициент запаса;
tоб– время оборачиваемости шлаковых чаш, ч.
В настоящеевремя при организации вывоза шлака с помощью шлакового пролета или крановойэстакады время оборачиваемости чаш составляет 3…6 ч.
Максимальноечисло шлаковых чаш без учета их оборачиваемости рассчитывается по формуле:
ånшч = /> * nшч,
где nшч – число шлаковых чаш,шт.
Известно:
-  максимальная масса плавки250 т;
-  на плавке образуется 15 %шлака от массы плавки;
-  шлак вывозится из цехачерез шлаковый пролет составами.
Тогдана плавке образуется шлака:
Vшл = /> = 15,6 м3.
Принимаю кустановке на плавку под конвертер одну чашу емкостью 16 м3.
Согласноприведенным выше формулам имеем:
ånшч = />*1 = 35,87 чаш;
Nшч = />*1,15 = 7,7 чаш.
Принимаюдля обслуживания цеха 8 чаш.

2         Крановоеоборудование
 
2.1        Разливочныекраны
Выборразливочного крана производится в зависимости от вместимости выбранногосталеразливочного ковша, ширины принятого пролета и необходимой высоты подъема.
В общемслучае, суточная потребность в разливочном кране (åtРкр) определяется поформуле:
åtРкр = />,
где N/> — число постоянноработающих конвертеров;
tр – затраты времени насобственно разливку одного ковша стали, мин;
tпр – затраты времени напрочие операции, связанные с разливкой одного ковша, мин;
t/> — длительность конвертерной плавки, мин.
Затраты насобственно разливку определяется прямым хронометражом или расчетом, илипринимается на основе справочного материала и рекомендаций проектных организаций.При разливке стали со стенда затраты времени на собственно разливку неучитываются (tр= 0).
Затратывремени на прочие операции зависят от: вида операций, выполняемых краном исвязанных непосредственно с разливкой стали; схемы грузопотока и конструктивныхрешений отделения разливки.
Длительностьконвертерной плавки определяется из условия средней интенсивности продувкиметалла (в проектируемом цехе равной 4,2 м3/(т*мин)).

Тогда:Периоды Длительность, мин Завалка скрапа 2,0 Заливка чугуна 2,0 Продувка 17,14* Отбор проб, замер температуры и ожидание анализа 4.0 Додувка 2.0 Слив металла 5.0 Слив шлака 2.0 Подготовка конвертера 3.0 Неучтенные задержки 3.0 ИТОГО 40.14
·       -определено расчетом:
t= />= 17,14мин,
где16,0 – длительность продувки при интенсивности 4,5 м3/(т*мин) [**].
Потребноеколичество кранового оборудования определяется по формуле:
Nкр = />,
гдеåtкр – суммарная суточная потребность в кране;
m– коэффициент, учитывающий затраты времени на вспомогательные операции.Принимается обычно во всех случаях равным 1,15 (15% от времени основных работ);
С– коэффициент использования рабочего времени крана. Принимается равным 0,8;
24– число часов в сутках.
Известно:ОНРС с линейным расположением машин, ширина разливочного пролета 16 м.
Принимаю:
-  вместимостьсталеразливочного ковша 220 т [*];
-  мостовой разливочный кранс параметрами: грузоподъемность 280+100/20 т, пролет 15,5 м, высота подъемакрюков 36+36/40 м, скорость подъема 9,6+7,5/15,0 м/мин, скорость передвиженияглавной тележки 30, вспомогательной 30 и моста крана 60 м/мин [*];
-  разливка на машинах сприменением консольно-поворотных стендов.
Затратывремени на прочие операции, связанные с разливкой одного ковша, длярассматриваемого случая составят:
tпр = 7,38+7,38+20 = 34,76мин,
где 7,38 –затраты времени на перестановку ковша со сталевоза на разливочный стенд ипустого – обратно, мин [*];
20 – средниезатраты времени, связанные с обработкой стали в отделении ковшевой обработки,мин [*].
/>Согласно прведенным вышеформулам имеем:
åtРкр = />= 20,78 ч;
Nкр = />= 1,24 крана.
Учитываявысокую загруженность и назначение, принимаю к установке в разливочном пролетеОНРС с линейным расположением машин четыре разливочных крана.

Список использованныхисточников
1.   Технологияпроизводства стали в современных конвертерных цехах/ С.В. Колпаков, Р.В.Старов, В.В. Смоктий и др. М.: Машиностроение, 1991.
2.   Металлургиястали/В.И. Явойский, Ю.В. Кряковский, В.П. Нечкин и др. М.: Металлургия, 1983.
3.   КудринВ.А. Металлургия стали. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Металлургия, 1989.
4.   ГлинковГ.М., Маковский В.А. АСУ технологическими процессами в агломерационных исталеплавильных цехах. М.: Металлургия, 1981.
5.   Заявкаи исходные данные на установку порционного вакуумирования стали — Магнитогорский Гипромез, 1983.
6.   Техническийпроект конвертерного цеха №1 ММК. Корректировка. Том 3 – МагнитогорскийГипромез, 1988.
7.   ММК.Основные направления развития металлургического комплекса до 2003 года –Магнитогорский Гипромез, 1995.
8.Зиньковский М.М. Техника безопасности и производственная санитария. Краткийсправочник металлурга. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Металлургия, 1984.
9. ММК.Технологические решения по основному производству. Охрана труда — Магнитогорский Гипромез, 1986.
10.Злобинский Б.М. Охрана труда в металлургии. 2-е изд. М.: Металлургия, 1975.
11. БринзаВ.Н., Зиньковский М.М. Охрана труда в черной металлургии. М.: Металлургия,1982.
12. Правилабезопасности в сталеплавильном производстве. 2-е изд. перераб. и доп./Под ред.П.И. Гетьмана, И.Д. Чиграя и др. М.: Металлургия, 1984.
13. ЕфановП.Д., Берг И.А. Охрана труда и техника безопасности в сталеплавильномпроизводстве. М.: Металлургия, 1976.
14. Внепечноевакуумирование жидкой стали на комбинированной установке. Технологическаяинструкция ТИ101-СТ-ККЦ-71-2000. Магнитогорск: ММК, 2000.
15.Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали. М.:МИСИС, 1995.
16. СНиП23-05-95 Естественное и искусственное освещение. М.: Стройиздат, 1995.
17. ММК.Реконструкция мартеновского цеха. Обоснование инвестиций. Пояснительнаязаписка. Том 4 – Магнитогорский Гипромез, 2001.
18.Техническое задание на проектирование и изготовление МНЛЗ сечением 310 х 440 мм– Челябинский Гипромез, 1975.
19. ЛетиминВ.Н. Проектирование сталеплавильных цехов. Основные принципы, техническиерешения и методика конструирования конвертерных цехов: Метод. указ. к самостоятельнойработе и дипломному проектированию. Магнитогорск: МГМИ, 1989.
20. АхметшинН.Ф., Зинуров И.Ю., Галян В.С., Шумаков А.М., Киселев А.Д. Выбор параметровтрансформатора для агрегата «ковш-печь» и режимы обработки стали//Электрометаллургия. 2001. № 10. С.23-26.
21. ЯкушевА.М. Справочник конвертерщика. Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение,1990.
22.Тахаутдинов Р.С. Производство стали в кислородно-конвертерном цехеМагнитогорского металлургического комбината. Магнитогорск: 2001.
23. ЛетиминВ.Н. Выбор и расчет количества основного технологического оборудованияконвертерных цехов: Метод. указ. к практическим занятиям и дипломномупроетированию для студентов специальности 0401 специализации «Металлургиястали». Магнитогорск: МГМИ, 1985.
24. Обработкастали на установке «печь-ковш». Временная технологическая инструкция ВТИ101-СТ-ККЦ-83-2000. ММК, 2000.
25. Внепечноевакуумирование жидкой стали на комбинированной установке. Технологическаяинструкция ТИ101-СТ-ККЦ-71-2000. ММК, 2000.
(???) 26.гипромезовская книга по АПК на немецком языке (переводная)…
27. Внепечноевакуумирование стали./А.Н. Морозов, М.М. Стрекаловский, Г.И. Чернов и др. М.:Металлургия, 1975.
28.Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства/В.П.Григорьев, Ю.М. Нечкин, А.В. Егоров и др. М.: МИСИС, 1995.
29. НемцевВ.Н., Купфер Г.В., Савинова Т.Л. Оплата труда на предприятии: Метод. указ. длясамостоятельной работы по дисциплине «Организация и управление на предприятиях»для студентов технических специальностей заочного факультета. Магнитогорск:МГТУ, 2001.
30. НемцевВ.Н. Расчеты по оплате труда на предприятии: Метод. разраб. Для самостоятельнойработы по дисциплине «Организация и управление на предприятиях» для студентовтехнических специальностей заочного факультета. Магнитогорск: МГТУ, 2001.
31. НемцевВ.Н. Расчет капиталовложений в инвестиционный проект: Метод. указ. длясамостоятельной работы по дисциплине «Организация и управление на предприятиях»для студентов технических специальностей заочного факультета. Магнитогорск:МГТУ, 2001.
32. НемцевВ.Н. Расчет показателей финансовой оценки инвестиционного проекта: Метод. указ.для организации самостоятельной работы по дисциплине «Организация и управлениена предприятиях» для студентов технических специальностей. Магнитогорск: МГТУ,2000.
33. Немцев В.Н., ЛетиминВ.Н., Сиволапов В.Г. Расчет производственной программы кислородно-конвертерногоцеха: Метод. указ. для студентов специальности 1101. Магнитогорск: МГТУ, 2000.