Устройство и оборудование металлургических цехов

 

Рис.7. Схема ЭСПЦ ОЭМК после  реконструкции:

I-кран мостовой перегрузочный с электронными весами г.п. 50+32 т; П-кран загрузочный г. п. 125/32+10 т; Ш-кран мостовой г. п. 10+10 т, IV-кран мостовой разливочный г.п. 250+80+10 т; V-кран мостовой разливочный г.п. 250+85/20 т, Vl-кран мостовой г.п. 80/20 т; VII-кран мостовой г. п. 50/10 т; VIH-кран мостовой электрический клещевой г п. 16/8/8 т; ГХ-кран мостовой г.п. 20/5 т; Х-кран мостовой электрический клещевой г.п. 50/8/8 т; XI-кран мостовой электрический с гибким подвесом траверсы г.п. 10+10 т, ХП-тележка с грузоподъемным магнитом г.п. 16 т; ХШ-кран мостовой электрический с вращающейся тележкой и траверсой г.п. 20 т; 1-150-т электропечь; 2-печная подстанция; 3-газоочистка печи; 4-газоочистка АКОС-150; 5-АКОС-150; 6-подстанция АКОС-150; 7-установка порционного вакуумирования с десульфурацией;

как в поперечном (блочная  схема), так и в продольном направлении (классическая схема), однако каждая печь и МНЛЗ должны обслуживаться автономными кранами.

    Доставка металлошихты к печам может проводиться как авто-, электроскраповозами, так и по железнодорожным путям, причем на каждую печь следует иметь по два пути и два скраповоза. В последнем случае погрузка большей части лома в бадьи в шихтовом отделении цеха должна осуществляться из большегрузных контейнеров кранами с самокантующими траверзами. Состав, количество, назначение и размещение пролетов определяются, исходя из состава цеха, его производительности, сортамента и размещения на генплане завода.

 

 

2. Расчет основного оборудования электросталеплавильного цеха

 

 

2.1. Расчет количества  я производительности ДСП 

W_1тп = 3∙((0,025+0,023∙m₀^0,67) = 3∙((0,025+0,023∙6^0,67)=0,046 МВт∙ч  

S - полная мощность электропечного трансформатора, кВ∙А, табл. 1;

    Ввиду трудностей  аналитического расчета  Р_2тп целесообразно для геометрически подобных ДСП пересчитывать пропорционально величине m₀^0,67 .

     По данным  В.Е.Пирожникова для ДСП-100 Р_2тп составляет 3 МВт.

Поэтому

P_2тп = 3∙(=3∙(=0,46 МВт   

Исходя из таб.1 [1] принимаю S=4 МВА

    Длительность расплавления лома определяется по формуле:

τ_пл.л  = =   = 52.4 мин,

где m₀- вместимость печи, т; Х_мл, - доля скрапа в шихте;

W = 350 кВт∙ч/т удельный теоретический расход электроэнергии на расплавление 1т скрапа

W_1тп - тепловые потери в подготовительный период, МВт-ч; η_э = 0,95 - электрический КПД;

cosφ=0,75- коэффициент мощности при работе на скрапе;

Р_2тп - мощность тепловых потерь в энергетический период, кВт;

τ_пл.л - время плавления лома;

К_р = 1,08 - расходный коэффициент при использовании металлической шихты (зависит от угара металла).

 

Длительность плавления  окатышей определяется по формуле:

τ_пл.ок  = =

Х_ок - доля окатышей в шихте;

V_OK - скорость плавления окатышей, 0,024-0,04 т/(мин-МВт); cos φ = (0,60,65) коэффициент мощности при работе на окатышах;

К_р.ок = 1,13 - расходный коэффициент при использовании метал-лизованных окатышей.

 

 

Время плавки, мин:

τ_пл =    τ_пл.л. + τ_п.лок + τ_пр = 9,15 + 52,4 + 31 = 92,55 мин =1,54 час,  где

τ_пр= τ_запр + τ_зав+ τ_пер.эл.= 20+ 6 + 5 = 31 мин,                                 

где τ_пр - время межплавочных простоев; τ_запр - время заправки -15-30 мин.; τ_зав - время завалки шихты - 5-7 мин.; τ_пер.эл. - время перепуска электродов - 5 мин. 1440 - количество минут в сутках.

Суточная производительность печи:

П_с.п. = 1440 ∙mo/ τ_пл  , т/сутки,     

П_с.п. = 1440 ∙6/ 92,55 = 93,35, т/сутки   

Годовая производительность печи:

П_гп = 526600∙m₀∙(1-Н_пр) / τ_пл = 526600∙6(1-0,07) / 92,55 = 31749,63 т,   

где 526600 - количество минут в году;

Н_п.р. - норма простоев печи на холодные и горячие ремонты, равная 0,07-0,10 для печей с водоохлаждаемыми элементами стен и свода.

Количество дуговых электропечей в цехе:

п=П_ц/П_г.п = 0,1/ 0,0317 4, (9)

где П_ц-годовая производительность цеха, млн.т/год.

 

 

2.1.1. Мостовые завалочные краны

 

Количество мостовых завалочных кранов принимаем по одному на каждую печь, т.е. 4 штуки.

 

 

 

2.1.2. Магнитные и грейферные краны

 

А= 1440/ τ_пл, = 1440/92,55 = 15,56 -число плавок в сутки; m_о - масса одной плавки

Q_c=f∙A∙ mo = 0,383∙15,56∙6 = 35,76 (т/сут) ,где Q_c - суточный расход перегружаемого материала, т/сут

f - расход перегружаемого материала на одну тонну стали, f=0,383 т/т;

 

Количество магнитных  и грейферных кранов на одну печь определим  по формуле:

n_г = == 0,07                              

где Σ - время на перегрузку одной тонны материала, для

лома Σ2,0 мин/т; к - коэффициент, учитывающий выполнение краном вспомогательных работ, к =1,15; в - коэффициент использования крана, в=0,8;

. Общее число кранов:

n = n _г∙ n _ДСП =0,07∙4 1.

 

 

2.1.3. Число загрузочных  корзин и скраповозов

 

   В современных ЭС1ТЦ загрузка лома должна производиться в один-два приема и на каждую печь должно быть предусмотрено по две корзины, две рельсовые скраповозные тележки (скраповоза) и два поперечных передаточных рельсовых пути; при этом цикл оборота корзины и скраповоза не должен превышать длительности плавки в печи.

При доставке корзин автоскраповозами из отделения подготовки лома — ОПЛ (или скрапоразделочного цеха) число автоскраповозов

n = (к∙t_об∙2А)/1440, (12)

где А - число плавок в  цехе за сутки, пл/сут; к = 1,21,3 - коэффициент запаса; t_o6 - длительность оборота автоскраповоза, мин, определяемая условиями конкретного ЭСПЦ (автоскрапо-воз может быть занят перевозкой корзин из печного пролета в ОПЛ и обратно или же дополнительно перевозкой корзин в ОПЛ с одного места загрузки корзин к другому. Принимаем t_o6 = 90 мин. К=1,25

Поэтому

n_ск = (к∙ t_об ∙2А)/1440 = 1,25∙90∙2∙15,56/1440 = 2,43 3.

Число корзин определяется по формуле (12), при этом величина цикла оборота корзин (доставка из печного пролета в ОПЛ, загрузка ломом с помощью электромагнитов или го контейнеров на одном или нескольких загрузочных стендах, доставка из ОПЛ в печной пролет, ожидание загрузки, загрузка лома в печь) может быть существенно больше цикла оборота автоскраповоза. Поэтому

n_K = (k∙ t_об ∙2A)/1440 = 1,25∙90∙2∙ 15,56/1440 = 2,43 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Установки внепечной  обработки стали

 

    110Г2Л - Сталь для отливок с особыми свойствами обладает высоким сопротивлением к износу при одновременном воздействии высоких давлений или ударных нагрузок и предназначена для механизмов , работающих  под действием статических и высоких динамических нагрузок и от которых требуется высокая износостойкость и качество металла. Поэтому она проходит все этапы внепечной обработки стали: порционное вакуумирование, десульфурацию стали, продувка аргоном, комплексную обработку стали.

 

2.2.1. Установка порционного вакуумирования стали (УПВС)

 

Производительность одной  УПВС рассчитываем по формуле:

П_УПВС=М=6∙1∙1440∙335/(30+30)=48240 т,

где М - масса стали в  сталеразливочном ковше, т; t_ц - время цикла вакуумирования (2030 мин); t„ - длительность подготовки установки к приему следующего ковша - около 30 мин; а= (0,91) - выход годного; n=335- число рабочих суток в году;

Число УПВС в цехе:

n=П_ц /П'упвс = 0,1 / 0,0482 2                 

 

2.2.2. Десульфурация стали и продувка аргоном

 

На практике длительность цикла обработки стали на УДПА составляет t„= 1540 мин.

Производительность одной  УДПА:

П_УДПА=М=6∙1∙1440∙335/30=96480 т,      

где М - масса обрабатываемой стали в ковше; а - выход годного, a=(0,98l); n=335- число рабочих суток в году.

Загруженность одной установки  составляет (6080)%, таким образом, фактическая пропускная способность одной УДПА:

П’_УДПА= П_УДПА∙(0,6 0,8) =0,7∙96480т = 67536 т = 0,068  млн.т./год, годной стали.

Количество УДПА в цехе:

N=П_ц/П’_УДПА= 0,1/0,0681,48              

2.2.3. Агрегаты комплексной  обработки стали

 

   Для обеспечения  нормальной работы установки  "печь-ковш" (АКОС) важное значение  имеет выбор мощности трансформатора. Она зависит от температуры, на которую необходимо нагреть сталь (Δt), массы металла (mo), массы добавок (g_j), времени обработки, которое складывается из времени, затрачиваемого на нагрев металла (τ_м), на расплавление и нагрев добавок до конечной температуры стали (τ_д) и время, необходимое на гомогенизацию расплава по химсоставу и температуре при продувке аргоном, (τ_ар).

Полезную энергию, кВт∙ч, затрачиваемую на внепечную обработку в установке "печь-ковш", определяют из выражения:

W_пол =W_уд∙mo∙Δt + 3,6∙m_о∙k _охлW_уд + 3,6∙m_o ∙Q_ar  ∙c_ar = 0,215∙6∙ 80 + 3,6∙6∙ 19,5∙0,215 + 3,6∙6∙0,05∙0,932 =

194,76 кВт∙ч,             

где W_уд — удельный расход тепла, необходимого на нагрев 1 т стали на один градус, кВт∙ч/(т∙К). С учетом изменения энтальпии стали в пределах температур от 1600 до 1700 °С (т.е. Δt = 50*100°С) величина W_уд может быть принята равной 0,215 кВт∙ч/(т∙К); K_охл - охлаждающий эффект при введении легирующих и шлакообразующих по ходу обработки, °С, табл. 2; Q_ar - расход аргона на продувку расплава, 0,01-2,0 м³/т стали, с_Ar - теплоемкость аргона, 0,932 кДж/м³.  Из таблицы 2 [1] выбираю k _охл=19,5 - Охлаждающее воздействие легирующих и шлакообразующих по ходу обработки в АКОС

 

   Отсюда можно получить общий расход электроэнергии W, на обработку металла в АКОС:

W = W_пол/η_п-к = 194,76 / 0,35 = 556,47 кВт∙ч,

где η_п-к - коэффициент полезного действия установки учитывающего не только потери электрической и тепловой энергии в процессе передачи ее от трансформатора до металла, но и тепловые потери- с отходящими газами и др. По данным практики, значение η_п-к установки "печь - ковш" колеблется в пределах от 0,35 для 25-т установки до 0,65 для 180-т ковша.

    Мощность установки, кВт, зависит от времени, затрачиваемого на внепечную обработку стали

t_ц=τ_м + τ_д + τ_ap,                       

и составляет

Р = W / (τ_м + τ_д + (36)∙τ_ap) = 556,47∙60/24,875 = 1342,24 кВт.           

При этом величина

(τ_м + τ_д) = (Δt + К_охл) / V_t = (80 + 19,5) / 4 = 24,875 мин,                     

где V_t - скорость нагрева металла, (26) °С/мин, принимаем τ_ap =0, в связи с малой массой металла в ковше и наличием установки УПСА. k _охл=19,5

Мощность трансформатора установки "печь-ковш", кВ-А, зависит  от коэффициента мощности cosφ установки:

 

S_тр = P/cosφ = 1342,24 /0,7 = 1917,5 кВ∙А.

 

    Благодаря тому, что наиболее эффективный нагрев жидкого металла и наилучшие условия службы футеровки ковша достигаются при коротких погруженных в шлак дугах, на практике установки работают с cosφ = 0,6-0,72. На действующих установках "печь-ковш" удельная мощность трансформатора составляет 120-200 кВ-А/т, при этом обеспечивается скорость нагрева стали, равная 2-6°С/мин.

 

   Таким образом, из таблицы 3 [1 ] для 5-т агрегата ковш-печь выбираем трансформатор ЭТЦПК-6300/10.

    Годовая производительность одного АКОС:

П_АКОС =М=6∙1440∙1∙335/(24,875 +20)=64679,33 т 0,0647 млн.т

где М - масса жидкой стали  в ковше, т; а=(0,981), t_п - длительность подготовки установки к приему следующего ковша - около 20 мин.

Количество установок  в цехе:

n =П_ц/П'_АКОС = 0,1 / 0,0647 =1,55 2                                               

 

   

2.3.1. Расчет потребности в оборудовании при разливке стали в изложницу

 

Число разливочных кранов определяем по формуле:

 

n_р=                                                                                         

 

с учетом того, что задолженность  крана на разливку одной плавки (Σ) складывается из затрат времени на основные операции по разливке и затрат на вспомогательные операции, выполняемые краном в разливочном пролете. Основные операции и их примерная продолжительность, мин, приведены ниже:

 

Установка ковша под желоб  и ожидание выпуска	15
Выпуск плавки (в зависимости  от вместимости печи)	10
Транспортировка ковша к  разливочной площадке и выдержка	10
Слив шлака и установка  ковша на стенд	15

 

 

 

 

 

n_р= = 15,56∙(15+10+10+15)∙1,3/(1440∙0,8) = 0,88  1                                

 

    Время разливки  можно приблизительно определить по формуле, мин:

τ_разл = n_с∙τ_c + (n_с - 1)0,5 = (6/6)6 + (6/6 - 1)0,5 = 6 мин,                

где n_с - число слитков при разливке сверху или сифоном при сифонной разливке, n_с = m₀/m_c;, где m_с - масса слитка, 5-8т; τ_с - время разливки одного слитка или сифона, мин; 0,5 — время переезда крана с ковшом от одного слитка (сифона) к следующему, мин. Время заполнения (разливки) одного слитка или сифона (τ_с) зависит от марки разливаемой стали, температуры, способа разливки (сифоном или сверху), массы слитка и изменяется в пределах от 2 до 9 мин.

В число вспомогательных  операций, выполняемых разливочным краном в электросталеплавильных и мартеновских цехах, входят смена шлаковых чаш, обслуживание ремонта ковшей, уборка скрапа и мусора и т. п.

Число разливочных площадок:

 

n_р.п.= = 15,56∙(25+5+35)∙1,3/(1440∙0,7)=1,3 2              

где Σ =25+5+35=65 - задолженность разливочной площадки на разливку одной плавки, мин; к - коэффициент, учитывающий выполнение краном вспомогательных работ, к =1,3; в=0,7 коэффициент использования площадки.