Практическое занятие №4

Тема занятия: Расчет оборудования электросталеплавильного цеха

План занятия: Разобрать принципиальную схему электросталеплавильного цеха, варианты компоновки основного и вспомогательного технологического оборудования в цехе. Произвести расчеты необходимого оборудования электросталеплавильного цеха на заданную производительность.

Цель и задачи занятия, умения, навыки и компетенции: Приобретение навыков выполнения компоновочных решений электросталеплавильного производства и расчета комплекта оборудования

Форма проведения занятия: Решение расчетных задач по представленному образцу, презентация стандартных объемно-планировочных решений электросталеплавильного производства с использованием раздаточного материала и наглядных пособий

Краткие теоретические сведения

В печном пролете ТОО «ФеррумВтор» располагаются две дуговые сталеплавильные печи вместимостью 100 т, оснащенные трансформатором мощностью 80 МВА. Обслуживание печи осуществляется с рабочей площадки, которая возвышается относительно нулевой отметки уровня цеха на 8500 мм. Сталь выпускают в сталеразливочный ковш через отверстие в подине эркерной части печи. Сталеразливочный ковш размещается на самоходном сталевозе, оборудованном взвешивающим устройством. Электропечь оборудована стеновыми газокислородными горелками и кислородной фурмой, а также оконной фурмой-горелкой. Печь размещена в шумо-пылезащитной камере, оснащенной раздвижными створками для подачи завалочной бадьи с шихтой, воротами для въезда сталевоза и автошлаковоза, а также калитками для входа внутрь камеры обслуживающего персонала.

Газы при работе печи отсасываются через сводовый патрубок непосредственно из рабочего пространства, от шумо-пылезащитной камеры и от подкрышного зонта. Все тракты газоудаления соединяются в один общий, и газы поступают на газоочистку, оснащенную матерчатыми фильтрами.

Под рабочей площадкой размещаются склады огнеупоров, ремонтные мастерские, тракты подвода и отвода воды, тракты подвода газообразного кислорода, природного газа.

Функциональное значение оборудования печного пролета подчиняется выполнению следующих задач: доставка и загрузка в печь металлошихты; организация заправки печи огнеупорными материалами; доставка в печной пролет электродов и организация их наращивания по мере расхода; организация слива жидкого металла в сталеразливочный ковш; организация капитальных, холодных и горячих ремонтов печи.

Доставка и загрузка металлошихты из отделения подготовки лома (ОПЛ) осуществляется в саморазгружающихся бадьях (с шихтой), которые на скраповозах передаются из ОПЛ в печной пролет. В печном пролете саморазгружающиеся бадьи поднимаются завалочным мостовым краном на рабочую площадку и устанавливаются на постамент в непосредственной близости от печи. Завалку производят в два приема, в середине расплавления проводят подвалку шихты. В цехе используются грейферные бадьи (рисунок 14). После загрузки шихты завалочный кран устанавливает бадью на автобадьевоз, который доставляет ее в ОПЛ.

Заправка печи осуществляется после предварительной очистки откосов и подины от оставшегося шлака порошкообразными огнеупорными материалами (магнезитом). Центробежная заправочная машина показанная на рисунке 5, работает по принципу разброса магнезитового порошка с вращающегося диска, который приводится в движение пневматическим двигателем. В верхней части машины имеется траверса, жестко скрепленная со скобой, которая навешивается на крюк мостового крана печного пролета для подачи машины в рабочее пространство печи при отвернутом своде.

1 – челюсть; 2 – корпус бадьи; 3 – траверса; 4 – цепь; 5 – цапфа.

Рисунок 14. Завалочная саморазгружающаяся грейферная бадья ТОО «ФеррумВтор»

В пролете внепечной обработки стали имеются два агрегата «печь-ковш», оснащенные трансформатором мощностью 22 МВА, и три установки для ковшевого вакуумирования. Агрегаты «печь-ковш» располагается непосредственно напротив ДСП таким образом, что после выпуска плавки сталевоз с ковшом поступает под свод агрегата «печь-ковш».

В пролете также имеется механизированный участок для наращивания электродов.

Раздаточный пролет

В пролете выполняются следующие операции:

- подготовка сталеразливочного ковша: очистка от остатков шлака предыдущей плавки, установка шиберного затвора, подогревание ковша;

- подготовка шлаковых чаш для приема шлака после разливки;

- подача ковша на установку для вакуумирования стали и на подъемно-поворотный стенд МНЛЗ;

- кантовка шлака после разливки;

- охлаждение ковша перед текущим ремонтом и удаление шиберного затвора.

1 – пневматический двигатель; 2 – скоба; 3 – шланг для подачи сжатого воздуха; 4 – штанга; 5 – конусообразный бункер; 6 – магнезит; 7 – манжет; 8 – вращающийся диск.

Рисунок 15. Схема заправочной машины центробежного типа ТОО «ФеррумВтор»

В этом пролете имеются емкости для аварийного приема металла, стенды для высокотемпературного нагрева ковша. В торце пролета располагаются стенды для установки на ковш шиберных затворов. Ремонтируются сталеразливочные и промежуточные ковши в отдельном помещении, куда их доставляют автотранспортом.

К основному оборудованию раздаточного пролета относятся сталеразливочные ковши. Корпуса ковшей выполняют цельносварными, оборудуют цапфовыми узлами и кантовательными устройствами.

Подготовку лома и загрузку бадей осуществляют в отдельно стоящем отделении подготовки лома. Загрузка бадей осуществляется малыми порциями магнитами и грейферами. В отделении ведется прием и переработка лома (сортировка, пакетирование, ножничная и газовая резка). Магнитно-грейферными кранами лом загружают в бадьи объемом 80 м3. Бадьи устанавливаются на специальных стендах с тензометрическим весовым устройством. Загруженные бадьи скраповозов транспортируются в печной пролет.

Обеспечение цеха сыпучими и ферросплавами

Бункерный пролет расположен между печным и раздаточным. Подача сыпучих в печь, в ковш на выпуске и на установку печь-ковш производится через основной тракт снабжения цеха сыпучими – через бункерный пролет.

На рисунке 16 показано устройство бункерного пролета. Расходные бункеры (4) загружаются с помощью ленточного конвейера (2) и автоматической разгрузочной тележки (3). После подачи команды на заполнение расходных бункеров разгрузочная тележка перемещается и останавливается над нужным бункером. Включается наклонный конвейер (1), связывающий склад и бункерный пролет, одновременно на складе включается вибропитатель бункера с нужным материалом и ленточные весы. После выдачи заданного количества материала от ленточных весов поступает сигнал на отключение вибропитателя. Конвейеры (1) и (2) останавливаются после сброса последних порций материала с ленты по сигналу датчика о наличии материала на ленте. Под каждым расходным бункером установлен вибропитатель (5) и бункерные весы (6). Под весами расположен ленточный конвейер (7), который подает материал в распределительное устройство, выполненное в виде трехсекционной воронки, над которой установлена поворотная течка (8) с механическим приводом. Управление осуществляется с пульта управления печью. Оператор задает количество компонентов, адрес подачи (в печь, в ковш на выпуске, в ковш-печь) и подает команду на отработку программы [4].

1,2,7 – конвейеры ленточные; 3 – тележка разгрузочная; 4 – бункер расходный; 5 – питатель электровибрационный; 6 – весы бункерные; 8 – течка поворотная; 9 – дуговая печь; 10 ковш на выпуске; 11 – ковш-печь.

Рисунок 16. Организация подачи сыпучих и ферросплавов в электросталеплавильном цехе ТОО «ФеррумВтор»

На рисунке 17, 18 представлен вариант общих объемно-планировочных решений электросталеплавильного цеха в виде разреза и плана цеха.

I – шихтовый пролет

II – печной пролет

III – разливочный пролет

Рисунок 18. План электросталеплавильного цеха с дуговыми электропечами вместимостью 100 тонн ТОО «ФеррумВтор»

IV – вспомогательный пролет

32 – ямные бункера с ж/д эстакадой

1 – углубленные закрома

5 – наземные бункера ферросплавов, кокса и боя электродов

34 –бегуны

7 – барабанное сушило

4 – мостовой мульдо-магнитный кран 30/15

2, 16 – тележка

3 – ж/д весы г/п 150 тонн

9 – стеллажи для мульд с ферросплавами

11 – весы

10 – печь для подогрева ферросплавов

8 – стеллажи для мульд со шлакообразующими

17 – крановая завалочная машина

33 – тележка шлакового ковша

29 – разливочный кран

22 – машина непрерывного литья заготовки (МНЛЗ)

20 – разливочная площадка с изложницами

25 – установка вакуумной обработки жидкой стали

31 – ремонтная яма

6 – печь для сушки сводов

15 – устройство для сращивания электродов

21 – устройство для сушки сталеразливочных ковшей

12 – печная электроподстанция

28 – устройство уборки заготовок с МНЛЗ

24 – линия резки заготовки

27 – кран уборки заготовки

23 – стеллажи для охлаждения заготовки

28 – термические печи заготовки

30 – ж/д пути для подачи шихтовых материалов и уборки продуктов плавки

Примеры решения задач к практическому занятию

Исходные данные

Рассчитать оборудование электросталеплавильного цеха.

Годовая производительностью 1,4 млн.т годных слитков

Расход скрапа 1,46 млн.тонн

Емкость дуговой сталеплавильной печи – 100 тонн

Удельный расход шихтовых материалов:

Железная руда – 22,24 кг

Ферромолибден – 3,34 кг

Никель – 14,66 кг

Известь – 74,4 кг

Кокс – 9,4 кг

Коэффициент скорости разливки на МНЛЗ – 0,11

Сечение заготовки на МНЛЗ а – 0,3 м, б – 0,3 м

Решение

Количество печей рассчитывается по формуле принятой в ТОО «ФеррумВтор»

, (72) ((( (1)

где:

QЦ – годовая производительность цеха (литых заготовок или слитков), т/год, QЦ = 1,4 млн.т/год (по условию задания);

Т – средняя продолжительность плавки, ч;

Ф – фонд времени работы печи, сут./год;

М – масса одной плавки по жидкому металлу, т, принимаем М=100 т;

В – выход годного по цеху, %.

Средняя продолжительность плавки (Т) складывается из следующих стадий

, (73) (2)

Продолжительность заправки печи для печей, работающих одношлаковым процессом, принимаем по данным ТОО «ФеррумВтор» = 5 мин.

Продолжительность завалки шахты принимаем = 5 мин.

Продолжительность подвалок 5 мин.

Продолжительность операций по наращиванию электродов принимаем = 5 мин.

Продолжительность расплавления ( ) складывается из времени расплавления шихты при включенной печи ( ) и времени, необходимого для технологических операций, выполняемых при выключенной печи ( ) – подвалка шихты, сталкивание кусков шихты в колодцы для предотвращения поломки электродов

(74)

Продолжительность расплавления при включенной печи рассчитывается по формуле

, (75) (3)

где:

Wэл. – фактический удельный расход электроэнергии на расплавление, МДж/т завалки (кВт∙ч/т). 1 кВт∙ч = 3,6 МДж. Принимаем Wэл. = 420 кВт∙ч/т = 116,66 МДж/т;

– электрический КПД печной установки. Принимаем = 0,9;

– коэффициент, учитывающий полноту использования тепловой энергии на нагрев, плавление и перегрев над ликвидусом металла и шлака. Принимаем = 0,815;

Pпот. – мощность тепловых потерь на 1 т металлошихты на расплавление, для 100-тонной печи (Pпот.) 100 = 190 МДж/т∙ч;

Pср. – средняя активная мощность, подаваемая в печь при расплавлении, мВт. Принимаем для высокомощной печи Pср. = 0,65S, где S – установленная мощность трансформатора, кВА. Для 100-тонной печи ДСП-100И7 таблица 10, S = 80000 кВА. Pср. = 0,65∙80000 = 52000 мВт;

G – масса жидкого металла, т. Принимаем G = 100 т;

в – выход жидкого металла на 1 т лома (на 1 т жидкого металла требуется 1,15 т лома), т. Принимаем в = 0,87;

Wк – энергия, выделяющаяся при окислении компонентов шихты газообразным кислородом, МДж/т (Wк определяется из соотношения Wк = Q∙V, где Q – энергия, выделяющаяся при вдувании 1 м³ кислорода, принимаем Q = 10 МДж/м³; V – удельный расход кислорода, м³/т, по практическим данным принимаем V = 25 м3/т). Принимаем Wк = 250 МДж/т.

Wткг – дополнительная энергия, вносимая при сжигании топлива с помощью топливно-кислородных горелок, МДж/т. По практическим данным принимается расход природного газа на уровне V = 8 м³/т (при теплотворной способности = 35 МДж/м³). Принимаем Wткг = 280 МДж/т;

принимаем равной 5 мин.

мин.

мин.

Таблица 10 – Соотношение емкости дуговой сталеплавильной печи и мощности печного трансформатора

Мощ­ность трансформатора, МВ *А	Номи­нальная вмести­мость пе­чи,т	Продолжительность плавки, час-мин			Производительность печи, т/год
		Электро­печной сортамент	Электро­печной сор­таменте с внепечной обработкой	Марте­новский сортамент	Электро-печной сор­тамент с внепечной обработкой	Электро­печной сортамент	Марте­новский сортамент
4800	6	2-45	2-35		18000	19000
9600	12	2-45	2-35		36000	38000
15000	25	3-10	3-00		64000	67000	175000
38000	50	3-10	3-00	2-15	125000	130000
80000	100	3-20	3-10	2-15	230000	245000	300000
90000	150
125000	200	3-40	3-30	2-45	410000	430000	550000

Продолжительность окислительного периода при плавке стали одношлаковым процессом принимаем = 15 мин.

Продолжительность выпуска ( ) из 100-т печи составляет 5 мин.

мин.

Количество рабочих дней Ф = 313 сут./год.

Выход годного определяется из соотношения

(76) (4)

где:

Q – годовое производство стали в слитках или заготовках, т/год. Принимаем Q = 1400000 т/год (по условию задания);

G₀ – общий расход скрапа (металлошихты) по ЭСПЦ, т/год. Принимаем G₀ = 1460000 т/год.

.

печи. Принимаем 2 печи.

Определение параметров печного пролета

Приблизительно длину цеха можно рассчитать из выражения принятого в ТОО «ФеррумВтор»

(77) (5)

где:

Z – количество печей в цехе. Z = 2;

LП – расстояние между осями печей, м. Принимаем LП = 40 м;

LТ – расстояние между торцами цеха и осью крайней печи, м. Принимаем LТ = 25 м.

м.

Ширина – 30 м.

Размещение печных подстанций и печных трансформаторов

При расположении трансформатора на отметке 0,000 есть опасность попадания металла на трансформатор. Целесообразнее размещать трансформатор на уровне рабочей площадке.

Размещение трансформатора в печном пролете показано на рисунке 19.

Рисунок 19. Расположение печного трансформатора в электросталеплавильном цехе ТОО «ФеррумВтор».

Расчет количества кранов печного пролета

Грузоподъемность кранов, обеспечивающих работу печного пролета, определяется весом печных трансформаторов, и для печи с номинальной вместимостью 100 т, составляет 180/63/20.

Количество кранов печного пролета n определяется из соотношения принятого в ТОО «ФеррумВтор»

, (78) (6)

где:

N – количество плавок по цеху за сутки, шт. 24 * 60 * 2 печи / (53 мин) = 54 шт с учетом возможных ППР принимаем 49 плавок;

Tкр. – задолженность крана на одну плавку (время на каждую операцию крана), мин/пл.;

К – коэффициент, учитывающий неравномерность работы печей. Принимаем К = 1,2.

– коэффициент использования крана, по нормам ГИПРОМЕЗа. Принимаем .

Задолженность крана печного пролета (Tкр.) складывается из продолжительности следующих видов работ по данным ТОО «ФеррумВтор»:

• подъем 2-х груженых бадей со скраповоза

и их подачи к печи t1 = 9 мин;

• разгрузка бадей в печь t2 = 6 мин;

• возврат 2-х порожних бадей к проему

и установка их на скраповоз t3 = 9 мин;

• подача новых электродов на печь и удаление

старых электродов t4 = 10/6 мин;

• перепуск электродов t5 = 5/6 мин;

• подача инструмента и электродов к печи t6 = 5 мин;

• простои на планово-предупредительные

ремонты и осмотры t7 = 150/N мин.

Простои на планово-предупредительные ремонты и осмотры включают в себя:

• обдувка и смазка крана 15 мин в смену;

• осмотр механизмов и проверка их работоспособности 15 мин в смену.

Общая продолжительность приемо-садочных работ за сутки составляет 90 минут. В одну смену (обычно во вторую) проводится планово-предупредительный ремонт продолжительностью 60 минут.

Таким образом, продолжительность простоев на планово-предупредительные ремонты и смотры равна 150 минутам в сутки. На одну плавку продолжительность этих простоев составляет t7 = 150/N мин.

Таким образом, общая продолжительность учтенных крановых работ составляет:

, мин. (79)

Продолжительность неучтенных работ составляет 30 % от учтенных, т.е.

, мин. (80)

Общая задолженность крана на одну плавку:

, мин. (81)

мин.

мин.

мин.

шт. Принимаем n = 3 шт.

Расчет количества бункеров для сыпучих

Объем бункеров для хранения сыпучих материалов определяется по следующей формуле принятой в ТОО «ФеррумВтор», м³:

, (82) (8)

где:

Аi – расход i-го материала по цеху за сутки, т/сутки;

Pi – норма запаса i-го материала, количество суток;

Yi – величина насыпной массы i-го материала в бункере, т/м;

K – коэффициент заполнения бункера (для металлошихты К = 1,2, для сыпучих материалов К = 0,8).

, (83) (9)

где:

ai – удельный расход i-го компонента (определятся при расчете шихты), кг/т;

G – вместимость печи, т. Принимаем 100 т;

N – количество плавок по цеху за сутки, шт. Согласно N = 49 шт.

Для железной руды:

т/сут.

м³.

Для ферромолибдена:

т/сут.

м³.

Для никеля:

т/сут.

м³.

Для извести:

т/сут.

м³.

Для кокса:

т/сут.

м³.

Количество бункеров под i-ый материал равно:

, (84) (10)

где:

Vб – объем одного бункера, м³.

Для железной руды:

шт.

Для ферромолибдена:

шт.

Для никеля:

шт.

Для извести:

шт.

Для кокса:

шт.

Рекомендуется выбирать объем одного бункера 20 – 30 м³.

Общее количество бункеров в бункерном пролете определяется

, (85) (11)

где:

Vi – объем бункеров под i-ый материал;

n – количество наименований сыпучих материалов.

.

Расчет количества скраповозов

Количество тележек-скраповозов определяет число бадей в цехе, так как число бадей равно числу скраповозов и плюс одна или две резервных бадьи.

Расчет количества скраповозов проводится по формуле принятой в ТОО «ФеррумВтор», шт.

, (86) (14)

где:

N – количество плавок и цехе за сутки, шт. Принимаем N = 49 шт;

Т – задолженность скрапонозов на плавку, мин.

Задолженность скраповоза складывается из продолжительности следующих операций: 1) общее время загрузки бадей на одну плавку T1; 2) переезд из шихтового пролета и обратно Tб; 3) разгрузка содержимого бадей в печь T7. Общая продолжительность операций 2 и 3 зависит от того, во сколько приемов (Б) приходится делать загрузку шихты на плавке (завалка и одна или больше подвалок). Эта величина определяется по формуле принятой в ТОО «ФеррумВтор»

(87) (15)

где:

M1 и М2 – масса лома, загруженного из контейнеров и из бункеров при корректировке, т. Принимаем М1 = 1,98 т; М2 = 98,4 т;

γ1, γ2 – соответствующие насыпные плотности, т/м³. Принимаем γ1 = γ2 = 0,8 т/м³;

V – объем бадьи, м³. Т.к. необходимая масса равна 70 т, то принимаем V = 87,5 м³;

К – коэффициент заполнения бадьи. Принимаем К = 0,9.

Продолжительность загрузки бадей на плавку (Т1) складывается из следующих операций: 1) загрузка контейнерами с вагона – Т1; 2) загрузка контейнерами с пола – Т2; 3) корректировка массы шихты на плавку ломом из бункеров – Т3; 4) загрузка чугуна и других компонентов – Т4; 5) загрузка коксика и извести в бункерном пролете – Т5. Принимаем T5 = 5 мин.

Продолжительность переезда скраповоза к проему в рабочей площадке и обратно:

. (88)

Здесь L – расстояние от места загрузки бадьи до проема в рабочей площадке, м. Принимаем L = 40 м; w – скорость скраповоза, м/мин. Принимаем w = 50 м/мин.

Время на разгрузку содержимого бадьи в печь (Т7) складывается из времени подъема бадьи, доставки ее к печи, собственно разгрузки бадьи и отправки порожней бадьи на скраповоз. Продолжительность операций для расчета Т7 можно принять то же что и при расчете кранов печного пролета. Общая задолженность скраповоза на плавку

. (89)

мин.

мин. (90)

.

мин.

• подача заправочной машины к печи t1 = 2 мин;

• подъем 2-х груженых бадей со скраповоза

и их подачи к печи t4 = 9 мин;

• разгрузка бадей в печь t5 = 6 мин;

• возврат 2-х порожних бадей к проему

и установка их на скраповоз t6 = 9 мин;

мин.

мин.

шт. Принимаем С = 4 шт.

Число бадей равно NБ = C+1; NБ = 4+1 = 5 шт.

Расчет оборудования раздаточного пролета

Расчет количества агрегатов для внепечной обработки

При определении количества агрегатов внепечной обработки исходят из приоритетности работы дуговой печи. Расчет количества агрегатом для конкретного способа обработки проводится по формуле принятой в ТОО «ФеррумВтор»

, (91) (16)

где:

z – максимальное количество плавок в цехе за сутки, обрабатываемых на рассчитываемом агрегате, шт. z = 49 шт;

Т – задолженность агрегата на одну плавку, мин.

Задолженность ковша-печи на плавку складывается из продолжительности следующих операций (ориентировочно), мин: ожидание сталеразливочного ковша с плавкой, включая перестановку ковша и подачу сталевоза под агрегат – 10; продувка аргоном для усреднения ванны – 3; отбор пробы металла, замер температуры, ожидание анализа – 10; присадка ферросплавов, вдувание порошков, подогрев расплава – 20; ожидание передачи ковша на вакуумную установку или на МНЛЗ – 10. Продолжительность неучтенных работ принимаем равным 10 % от учтенных.

Ориентировочные величины продолжительности операций при последующей обработке стали в вакууматоре принимаем следующими (мин): ожидание сталеразливочного ковша с плавкой, включая подачу ковша сталевозом под установку – 10; обработка металла вакуумом с корректировкой химического состава – до 50; подъем камеры, выдача ковша из-под установки ожидание передачи на МНЛЗ – 10; неучтенные работы составляют 10 % от учтенных.

мин.

мин.

Количество ковш-печей

шт. Принимаем nкп = 2 шт.

Количество вакууматоров

шт. Принимаем nв = 3 шт.

Расчет количества сталеразливочных ковшей

Количество сталеразливочных ковшей (с учетом одного резервного и одного в капитальном ремонте) рассчитывается по формуле

, (92) (17)

где:

N – число плавок в цехе за сутки;

T1 – задолженность ковша на одну плавку, мин.;

m – средняя стойкость рабочей футеровки, шт.;

Т2 – продолжительность холодного ремонта, включая ломку футеровки, ее кладку и сушку, ч.

Задолженность ковша на плавку (T1) при выпуске стали в ковш, установленный на сталевозе, складывается из следующих операций, мин.:

• ожидание выпуска металла, включая захват ковша на стенде для сушки 5-10;

• выпуск металла 5-10;

• измерение температуры, выдержка и подача ковша к составу для разливки 5-20;

Задолженность ковша на холодный ремонт (Т2) складывается из следующих операций, мин.:

• слив шлака из ковша 5-10;

• охлаждение ковша 90-120;

• текущий ремонт ковша, включая удаление скрапины, удаление шиберного затвора, очистку и мелкий ремонт футеровки 40 — 60;

• установка шиберного затвора, включая перестановку ковша на стенд для монтажа шиберного затвора 15-25;

• сушка в разогрев ковша, включая установку ковша на стенд для сушки 60-90.

По практическим данным ТОО «ФеррумВтор» принимаем m = 35-40 плавок.

шт.

Расчет количества кранов

Пролет обслуживается несколькими мостовыми литейными кранами с двумя или тремя лебедками различной грузоподъемности.

Расчёт количества литейных кранов можно проводить таким же методом, как для шихтового пролёта, но можно сделать это и упрощённо так, как это делается Гипримезом: подсчитывается количество основных крановых операций с ковшом при его межплавочной подготовке, при выходе ковша на холодный ремонт и замене шлаковых чаш, причем продолжительность каждой операции принята одинаковой, равной 4 мин. Так, при межплавочной подготовке ковша схема перестановок имеет вид: подъём со сталевоза – установка на стенд МНЛЗ – съем со стенда МНЛЗ – кантовка шлака – стенд для охлаждения – стенд для выдавливания стаканов – стенд подготовки к плавке – стенд для сушки – сталевоз (9 операций).

При определении количества операций необходимо учитывать размещение агрегатов для внепечной обработки.

При выходе ковша на холодный ремонт: съем со стенда – стенд для охлаждения – установка на стенд для ломки футеровки – ремонтная яма – стенд для сушки – стенд для подготовки к плавке. Зная количество ковшей, отправляемых в ремонт в течение суток, определяют задолженность на этот цикл работ. При замене шлаковых чаш количество операций рассчитывается аналогично. Продолжительность неучтенных (вспомогательных) – работ принимается равной 10 % от основных. Коэффициент, учитывающий неравномерность работы печей, принимается равным 1,15- 1,3.

Грузоподъемность кранов, обеспечивающих работу раздаточного пролета составляет 180/63/20.

Количество кранов пролета n определяется из соотношения принятого в ТОО «ФеррумВтор»

, (93)

где:

N – количество плавок по цеху за сутки, шт.(см.п.2.1.5) N = 49;

Tкр. – задолженность крана на одну плавку (время на каждую операцию крана), мин/пл.;

К – коэффициент, учитывающий неравномерность работы печей. Принимаем К = 1,3.

– коэффициент использования крана, по нормам ГИПРОМЕЗа. Принимаем .

Задолженность ковша на холодный ремонт (Т2) складывается из следующих операций, описанных при расчете количества ковшей мин.:

мин.

Таким образом, общая продолжительность учтенных крановых работ составляет:

, мин.

Продолжительность неучтенных работ составляет 10 % от учтенных, т.е.

, мин.

Общая задолженность крана на одну плавку:

, мин. (94)

мин.

мин.

шт. Принимаем n = 5 шт.

Определение производительности и основных параметров МНЛЗ

Годовая производительность МНЛЗ (т/год литых заготовок) рассчитывается по формуле принятой в ТОО «ФеррумВтор»

, (95) (18)

где:

М – масса плавки, т. Принимаем М = 100 т;

n – число плавок в серии при разливке методом «плавка на плавку» (при разливке одиночными плавками n = 1);

T1 – продолжительность разливки одной плавки, мин;

Т2 – продолжительность подготовки машины к приему следующей серии плавок (плавки), мин. Принимаем T2 = 50 мин;

КВ – выход годных литых заготовок (учитывает потери металла при разливке в виде обрези, брака, окалины, «козлов»);

Ф – фонд времени работы МНЛЗ, сут./год. Принимаем Ф = 330 сут.

Продолжительность разливки одной плавки (T1) оценивается по формуле принятой в ТОО «ФеррумВтор»

, (96) (19)

где:

М – масса плавки, т;

V – нормативная скорость разливки, м/мин;

nP – количество ручьев. Принимаем nP = 4 шт.;

m – масса погонного метра заготовки, кг. Равно а*б*7800 0,3 * 0,3 * 7800 = 700;

КP – коэффициент, учитывающий непредвиденные потери времени при разливке: изменение скорости начала и конца разливки, выход из строя одного ручья и др. (для многоручьевых МНЛЗ принимается Кр < 0,9, для одноручьевой машины Кр = 1).

После расчета Т1 следует проверить, не превышает ли оно допустимое время пребывания металла в ковше, так как от выпуска до конца разливки температура расплава в ковше непрерывно понижается из-за тепловых потерь через футеровку и шлак, и при чрезмерно большой выдержке литейные свойства разливаемого металла ухудшаются или вообще теряются.

Скорость разливки (V) определяет как производительность машины, так и качество заготовок. С увеличением скорости возрастает производительность машины, но это сопровождается возрастанием осевой пористости литых заготовок. При высоких скоростях разливки увеличивается опасность разрыва тонкой твердой оболочки металла в кристаллизаторе.

В отечественной практике для расчета нормативных скоростей разливки (м/мин) применяется формула, разработанная ЦНИИЧМ и принятой в ТОО «ФеррумВтор»

, (97) (20)

где:

К – коэффициент, величина которого зависит от марки стали и вида литых заготовок;

а – толщина слитка, м;

б – ширина слитка, м (при квадратном сечении слитка а = б).

м/мин.

мин.

Количество ручьев в МНЛЗ определяют исходя из обеспечения согласованности времени разливки с нормативной скоростью разливки. Согласно нормам технологического проектирования рекомендуется принимать в слябовых МНЛЗ не более двух ручьев, в сортовых – до восьми. Продолжительность подготовки МНЛЗ к приему следующей плавки (Т2) не должна превышать 60 мин.

При определении фонда времени (Ф) исходят из норм технологического проектирования, где продолжительность простоев на профилактических ремонтах принимается равной 8 ч в неделю, на планово-предупредительных ремонтах – 2 сут. в месяц, на капитальных – 12 сут. в год. Нормами предусматриваются потери времени при замене кристаллизаторов, секций вторичного охлаждения, при ликвидациях последствий прорыва металла и т.д. Общее количество простоев в течение года у слябовых машин составляет 74 сут., отсюда фонд времени работы Ф равняется: 365 – 74 = 291 сут.; простои сортовых машин составляют 65 сут. и фонд времени работы – 300 сут.

При создании новых высокопроизводительных автоматизированных МНЛЗ нормами принимается для слябовых машин фонд рабочего времени 320 сут., для сортовых – 330 сут.

Число плавок в серии (С) при разливке методом «плавка на плавку» зависит от соотношения продолжительности разливки одной плавки и интервала между выпусками стали из сталеплавильных агрегатов. Разливка сериями удается, если продолжительность разливки и интервалы между выпусками равны. В ЭСПЦ это достигается не всегда, во-первых, из-за характерного для ЭСПЦ разнообразного сортамента выплавляемых сталей и, во-вторых, из-за того, что продолжительность плавки даже в сверхмощных печах сейчас пока больше продолжительности разливки на МНЛЗ. В этих условиях относительно просто организовать совместную работу двух печей, выплавляющих одинаковую марку стали, для серии из трех плавок. Значительно сложней в таком же цехе организовать серии из четырех плавок. Впрочем, в специализированных цехах, оснащенных тремя-четырьмя печами, сортамент которых неширок, например, ЭСПЦ ОЭМК, ориентированный на производство шарикоподшипниковой стали, удается разливать сериями по 10 плавок и более.

Выход годных заготовок (КВ) представляет собой отношение массы годных литых заготовок к массе разлитого жидкого металла

, (98) (21)

где:

П – отходы металла при разливке, образующиеся за счет головной и хвостовой обрези, скрапа в промковше, потерь при газорезке слитка на мерные заготовки, окисления поверхности слитка и, наконец, за счет аварийного скрапа.

Определим выход годных заготовок при разливке плавки массой 100 т на четырехручьевой машине, отливающей заготовки сечением 300x300 мм.

Длину головной обрези на один ручей принимаем равной 300 мм, тогда масса головной обрези на плавку составит: 0,34 - 700 = 840 кг, здесь 700 – масса (кг) погонного метра заготовки сечением 300x300.

Длину хвостовой обрези с учетом усадки металла в конце кристаллизации принимаем равной 700 мм, тогда масса хвостовой обрези на одну плавку составит: 0,7·4·700 = 1960 кг.

Скрап в промковше рассчитываем из условия его образования в количестве 2 кг/т жидкого. В таком случае масса скрапа равна 2*100 = 200 кг.

Потери на газорезку рассчитываем, приняв толщину реза 10 мм, при этом потери металла на шлам при длине мерной заготовки, скажем, 2 м составят 0,5 %, масса металла в шламе составит, кг:

100000·0,5/100 = 500.

Масса аварийного скрапа (при норме 5 кг/т жидкого) составит, кг:

5·100 = 500.

Потери металла из-за окисления поверхности горячего слитка воздухом при норме 2 кг/т жидкого составят, кг:

2·100 = 200.

Общая масса отходов составит, т:

840 + 1960 + 200 + 500 + 500 + 200 = 4,2;

выход годного, т:

КВ = (100 - 4,2)/100 = 0,958 или 96 %.

Выход годного получился относительно низкий. Объясняется это тем, что расчет вели на одну плавку; при серийной разливке масса обрези и скрапа в промковше (всего 3 т) распределится на все плавки серии и их удельная доля станет ниже; данное обстоятельство – одно из достоинств серийной разливки.

т/год.

Последний из основных параметров МНЛЗ – технологическая длина. Она складывается из протяженности жидкой фазы в кристаллизующемся литом слитке и длине участков, на которых проводятся предусмотренные технологией операции с литой заготовкой. В общем случае полную технологическую длину машины составят: 1) протяженность жидкой фазы; 2) длина заготовки, находящейся в позиции резки, 3) рабочий ход машины резки, 4) длина заготовки в позиции ожидания клеймения, 5) длина заготовки в позиции отрезки темплетов и их клеймения, 6) длина заготовки в позиции формирования пакета заготовок, 7) ширина фронта действия передаточной тележки, 8) длина заготовки в промежуточной позиции перехода с передаточной тележки на перекладчик заготовок и 9) ширина перекладчика.

Протяженность жидкой фазы определяется по формуле, предложенной ЦНИИЧМ принятой в ТОО «ФеррумВтор»

, (99) (22)

где:

КШ – коэффициент, величина которого определяется отношением ширины заготовки к ее толщине; значения коэффициента КШ изменяются от 240 для квадратной заготовки до 340 для сляба с отношением ширины к толщине 6 и более. Принимаем КШ = 240;

А – толщина заготовки, м. Принимаем А = 0,3 м; V – нормативная скорость разливки, м/мин.

Количество МНЛЗ рассчитывается из соотношения

, (100) (23)

где:

n – количество МНЛЗ, шт.;

QЦ – годовая производительность цеха, т/год;

Р – производительность МНЛЗ, т/год.

шт. Принимаем n = 4 шт.

Количество промежуточных ковшей

Количество промежуточных ковшей определяется по формуле принятой в ТОО «ФеррумВтор»

, (101) (24)

где:

T – продолжительность ремонта футеровки ковша, ч;

z – количество плавок, разливаемых на МНЛЗ в сутки, шт.;

С – стойкость промежуточного ковша.

Продолжительность подготовки (ремонта) промежуточного ковша складывается из продолжительность следующих операций: 1) смена ковша на МНЛЗ (2-5 мин), 2) охлаждение футеровки (~ 180 мин), 3) выдавливание стаканчиков (~ 30 мин), 4) ломка футеровки (~ 30 мин), 5) кладка арматурного слоя футеровки (~ 60 мин), выполнение наливной (или кладка кирпичной) футеровки (1-6 ч), сушка футеровки (приблизительно 14 ч), 8) установка гнездового кирпича, сталеразливочных стаканчиков, стопоров (около 60 мин), 9) разогрев футеровки (3-4 ч), 10) крановые операции по перестановке и транспортировке ковша 20 - 25 мин).

Т = 3+170+25+25+50+300+840+60+180+25=1678 мин = 27,97 ч.

По практическим данным принимаем С = 8-10 плавок при разливке «плавки на плавку»; С = 3-4 плавки – при разливке одиночных плавок.

шт. Принимаем nК = 3 шт.

Количество стендов для сушки промежуточных ковшей

Количество стендов для сушки футеровки промежуточных ковшей определяется по формуле принятой в ТОО «ФеррумВтор»:

, (102) (25)

где:

Т – время сушки ковша на стенде, ч. Принимаем Т = 14 ч.

Аналогично рассчитывается количество стендов для охлаждения футеровки промежуточных ковшей, стендов для ломки футеровки, стендов для кладки футеровки ковшей.

шт. Принимаем n_C = 2 шт.

Контрольные вопросы:

1. Описать грузопотоки электросталеплавильного цеха

2. Описать работу завалочной саморазгружающейся грейферной бадьи

3. Описать схему заправочной машины центробежного типа

4. Описать организацию подачи сыпучих и ферросплавов

5. Описать план и разрез электросталеплавильного цеха с дуговыми электропечами вместимостью 100 тонн

6. Указать рекомендуемые соотношения емкости дуговой сталеплавильной печи и мощности печного трансформатора

Задания на СРС:

Рассчитать оборудование электросталеплавильного цеха.

Исходные данные	вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Годовая производительность, млн.тонн	1	1,5	2,0	2,5	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0
Расход скрапа, млн.тонн	1,1	1,8	2,3	2,7	3,9	4,4	4,9	5,3	5,9	6,3
Емкость дуговой сталеплавильной печи, тонн	100	100	100	100	150	150	150	200	200	200
Удельный расход шихтовых материалов:
Железная руда, кг	20	15	28	32	16	24	22	27	50	45
Ферромолибден, кг	3	4	5	5	6	3	2	5	4	2
Никель, кг	15	16	18	22	17	14	11	12	10	9
Известь, кг	50	60	70	80	75	45	80	100	50	88
Кокс, кг	8	9	7	10	11	12	8	10	5	6
Коэффициент скорости разливки на МНЛЗ	0,1	0,2	0,12	0,18	0,24	0,15	0,08	0,14	0,11	0,1
Сечение заготовки на МНЛЗ а, м, / б – м	0,1/ 0,1	0,15/ 0,15	0,2 / 0,2	0,18 / 0,18	0,2 / 0,2	0,1 / 0,15	0,1 / 0,1	0,12 / 0,12	0,13 / 0,13	0,25 / 0,25

Рекомендуемая литература:

Основная литература

1. Якушев А.М., Проектирование сталеплавильных и доменных цехов. – М.:Металлургия, 2014. –216с.

2. Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов. Никольский Л.Е., Зинуров И.Ю. Учеб. пособие для вузов. – М.: Металлургия, 2013. – с. 272.

Форма отчетности

Оформление материалов по решению поставленных задач в виде СРС с приложением графического материала, использованного во время практического занятия по заданию преподавателя.