Теория и технология производства стали 1. Учебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act

• Название: Учебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act
• Анкор: Теория и технология производства стали 1.doc
• Дата: 22.04.2017
• Размер: 7.23 Mb.
• Имя файла: Теория и технология производства стали 1.doc
• Тип: Учебник; #5208
• страница: 79 из 88

27.2.2. Устройство и оборудование мартеновских цехов. Действующие мартеновские цехи построены в раз­ное время и отличаются разнообрази­ем планировочных решений. Обычная планировка современного действую­щего мартеновского цеха представле­на на рис. 27.8. Цех состоит из следую щих отделений и пролетов: 1) шихто­вого отделения; 2) микосерного отде­ления; 3) отделения раздевания из­ложниц (стрипперного); 4) отделения чистки и смазки изложниц и подго­товки составов (так называемого двора изложниц); 5) главного здания цеха, в котором установлены мартеновские печи.

Главное здание цеха включает сле­дующие три пролета.


Рис. 27.5. Самоходный сталевоз для 350-т ковша



Рис. 27.6. Схема подготовки сталеразливочного ковша к плавке:

1 — ковш; 2— устройство для обработки ковша; 3 — манипулятор для установки шиберных затворов; 4 — кессон для засыпки стакана и уплотнения гнезда; 5— яма для ремонта ковша; 6— устройство для сушки; 7— контейнер для шиберных затворов; 8— устройство для охлаждения ковша; 9— устройства для удаления за­стывшего металла; 10 — устройство для торкретирования ковша



Рис. 27.7. Технологическая схема работы конвер­терного цеха:

1 — конвертер; 2 — совок с ломом; 3 — чугуновозный ковш; 4— машина для скачивания шлака; 5—устройство для измерения температуры чугуна; 6 — конвейер для по­дачи сыпучих материалов; 7— бункер для сыпучих мате­риалов; 8— виброгрохот; 9— питатель; 10— весы; 11 — устройство для подачи сыпучих материалов в конвертер; 12, 13 — кислородная и измерительная фурмы; 14— бун­кер для ферросплавов; 15 — контейнер для загрузки бунке­ров ферросплавами; 16— погрузчик; 17— печь для нагре­ва ферросплавов; 18— электропечь для расплавления алю­миния; 19— машина для транспортировки ферросплавов; 20— сталевоз; 21 — шлаковоз; 22— машина для отсечки шлака; 23— цементовоз для известковой пыли; 24— про­мышленный пылесос; 25— уборочная машина



Рис. 27.8. План главного здания мартеновского цеха (половины цеха):

/, 2—мартеновские печи садкой соответственно 250 и 500т; 3 — миксер вместимостью 1300т; 4— помещения котлов-утилизаторов; 5—экспресс-лаборатория; 6— посты управления печью; 7, 8— ямы для ремонтов сталеразливочных и промежуточных ковшей соответственно; 9— бункера для ферросплавов; 10— печи для подо­грева ферросплавов; // — молот для ковки проб; 12, 13 — соответственно помещения для наборки стопоров промежуточных и сталеразливочных ковшей; 14, 15—

соответственно печи для сушки промежуточных и сталеразливочных ковшей


Шихтовый открылок. Здесь осу­ществляют маневрирование составов с шихтой, предназначенной для за­грузки в мартеновские печи, а также отстой этих составов перед непо­средственной подачей к печам в мо­мент начала завалки. Под шихтовым открылком обычно размещены: же­лезнодорожный путь для подачи ог­неупоров, различные устройства для механизации ремонта печей, регене­раторов, шлаковиков и другое вспо­могательное оборудование. В открыл­ке находятся также посты управления печами.

Печной пролет. Длина его опреде­ляется размером и числом мартенов­ских (или двухванных) печей. Печи размещают между колоннами. Шаг колонн главного здания цеха по линии печей определяют из расчета: длина печи плюс 1,5—2,0м на сторону. Для цеха с 500-т печами шаг колонн 36 м, для печей большей емкости 48 м.

Для удобства обслуживания, а так­же для размещения вспомогательного оборудования после каждых двух-трех печей и в торцах цеха предусмотрены «холостые» пролеты.

В печном пролете размещают же­лезнодорожные пути для составов с шихтой, для напольной завалочной машины и для составов с жидким чу­гуном. При определении ширины печ­ного пролета учитывают габариты со­ставов с шихтой, завалочной машины и чугуновозов, а также требования техники безопасности.

Высота печного пролета определя­ется прежде всего размерами марте­новской печи.

Высота рабочей площадки опреде­ляется: 1) уровнем грунтовых вод (и соответственно возможным заглубле­нием регенераторов); 2) учетом габа­ритов железнодорожного состава и возможности его проезда под рабочей площадкой; 3) возможностью нор­мального расположения и сталеразли-вочных ковшей по отношению к уров­ню пола цеха.

В разливочном пролете обычно рас­полагают два железнодорожных пути: для стали вдоль разливочных площадок и для шлака (для со­ставов со шлаковыми чашами). Раз­ливочный пролет примыкает к печно­му, поэтому его высота и длина обыч­но такие же, как у печного пролета. В некоторых случаях для улучшения организации разливки длину разли­вочного пролета делают больше, чем печного.

В мартеновские печи загружают (за­ливают) чугун, лом и добавочные мате­риалы. Чугун поступает в чугуновозных ковшах из миксерного отделения; его заливают через окна по подвесному же­лобу при помощи заливочного крана (грузоподъемностью 180/50 т).

Холодную шихту хранят в шихто­вом отделении. Обычно шихтовое от­деление состоит из двух зданий: в од­ном хранят магнитные материалы (лом), в другом — сыпучие (железную руду, боксит, известняк и т.д.). Для загрузки этих материалов используют соответственно магнитные или грей­ферные краны. Загрузку ведут в муль­ды', установленные на специальных железнодорожных тележках, в кото­рых по эстакадам подвозят материалы в шихтовый открылок цеха. По мере надобности составы с мульдами пода­ют к печам. Вместимость мульды 2,0— 3,3м³. Чем выше насыпная масса шихты (лома) (т/м³), тем меньшее число мульд необходимо подать к печи перед плавкой, тем меньше про­должительность завалки шихты и со­ответственно всей плавки.
'От нем. Mulde — желоб, лоток, корыто.
27.2.3. Устройство и оборудование разливочных пролетов (отделений). Обычно разливочные отделения быва­ют двух типов: 1) для разливки стали в слитки; 2) для непрерывной разливки. Разливочные отделения, предназна­ченные для разливки в слитки, обору­дованы необходимым числом разли­вочных площадок, разливочных кра­нов и железнодорожными путями, по которым к разливочным площадкам подают составы с изложницами. Из­ложницы заполняют жидким металлом из ковша, перемещаемого разливоч­ным краном над составом с изложни­цами. После разливки стали и затверде­вания слитка составы с изложницами подают локомотивом в отделение «раз­девания» слитков (стрипперное отделе­ние) для снятия прибыльных надставок и подрыва слитков с уширением кверху; затем состав транспортирует слитки в отделение нагревательных колодцев блюминга или слябинга, где их извлека­ют из изложниц и опускают в нагрева­тельные колодцы, а состав с пустыми изложницами направляют для охлаж­дения на душирующую установку.

После охлаждения изложницы по­ступают в отделение чистки и смазки, а затем в отделение подготовки соста­вов, где на тележки устанавливают поддоны, центровые, прибыльные надставки и т. д. Если используют из­ложницы с уширением книзу, то их снимают уже в стрипперном отделе­нии, охлаждают и передают в отделе­ние подготовки составов. Составы с подготовленными изложницами пода­ют в разливочное отделение. Таким образом, изложницы находятся в не­прерывном замкнутом цикле работы и подготовки к ней.

Шлак из конвертеров или сталераз-ливочных ковшей сливают в ковш са­моходных шлаковозов и передают в шлаковый пролет, в котором ковш со шлаком переставляют на уборочные шлаковозы, подаваемые локомотивом в шлаковое отделение для охлаждения и обработки (обычно для дробления). Затем шлак думпкарами отгружают потребителям (или поступает в отвал).

В действующих в настоящее время цехах основные грузопотоки осуще­ствляются с использованием железно­дорожного транспорта. В проектах но­вых цехов для транспортировки сыпу­чих материалов, шлака и некоторых других материалов иногда предусмот­рено использование более гибкого ав­томобильного транспорта (безрельсо­вого).

В тех сталеплавильных цехах, где предусмотрена разливка стали не в из­ложницы, а непрерывным способом, сталеразливочный ковш подают стале-возом в отделение непрерывной раз­ливки и при помощи разливочного крана устанавливают на разливочный стенд. Полученную заготовку режут на мерные длины, осматривают и переда­ют непосредственно в прокатный цех. Необходимость в изложницах, стрип­перном отделении и отделении подго­товки составов при этом отпадает. На разливочных заводах мира существует много вариантов планировки отделе­ний непрерывной разливки стали (ОНРС); предпочтительными оказа­лись варианты с блочным и линейным расположением. В первом случае УНРС размещают блоками, причем ось блока перпендикулярна оси кон­вертерного отделения. При линейном расположении ось, по которой разме­щены УНРС, параллельна оси распо­ложения конвертеров. На рис. 27.9



Рис. 27.9. Поперечный разрез здания отделения непрерывной разливки

стали:

а —пролет внепечной обработки стали; б — передаточный пролет; в —разливоч­ный пролет; г — пролет машин газовой резки; д — транспортный пролет; 1 — раз­ливочный кран (6=500+100/20т); 2, 3-мостовые краны (С=125/20т и Q= 50/10 т соответственно)
показан один из вариантов здания ОНРС, которое состоит из пяти про­летов по 30 и 36 м, расположенных па­раллельно основным пролетам кон­вертерного отделения. Четыре УНРС размещены в разливочном пролете, оборудованном монтажными мосто­выми кранами, которые используют­ся для передачи промежуточных ков­шей после разливки от УНРС на ре­монтный участок, а также подготов­ленных ковшей на рабочую площадку УНРС.

Транспортный пролет служит для передачи слябов от всех УНРС на при­емный участок при помощи рольганг-тележки. В этом же пролете на отдель­ной крановой эстакаде установлены машины-операторы для подачи сля­бов на стеллажи в случае совпадения времени разливки плавок на разных УНРС. К этому пролету примыкает двухпролетное здание участка при­ема слябов, пролеты которого распо­лагаются перпендикулярно пролетам ОНРС.

По мере развития техники и разра­ботки новых УНРС и конструкций вспомогательного оборудования пла­нировочные решения пересматрива­ются, каждый проект нового цеха мо­жет существенно отличаться от пре­дыдущего.

27.3. УСТРОЙСТВО И ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЦЕХОВ

Традиционная планировка электро­сталеплавильных цехов включает: главное здание с пролетами шихто­вым, печным и разливочным; в со­ставе цеха 4—6 ДСП, производящих 0,5-1,0 млн. т стали в год. Основные грузопотоки — доставка и загрузка ме­таллолома, шлакообразующих, подача ферросплавов, транспортировка ков­шей со сталью на разливку, шлакоуборка.

Изменения в организации работы ДСП, происшедшие в последние годы, коренным образом изменили ситуацию. Современные электроста­леплавильные цехи имеют одну-две сверхмощные 100-150-т ДСП, одну-две УНРС и комплект оборудования для внепечной обработки стали. Мож­но принять, что одна такая ДСП вы­дает в сутки 25 плавок; соответствен­но оборудование и организация рабо­ты в цехе должны обеспечить 25 за­грузок (завалок) и 25 выпусков. Организация подачи металлошихты зависит от метода работы (порцион­ная или непрерывная загрузка) и со­става шихты (металлолом, продукты прямого восстановления железа или жидкий чугун).

27.4. БОРЬБА С ПЫЛЬЮ И ШУМОМ
Сегодня еще трудно утверждать, что уже сформировались определенные тенденции в планировке современ­ных цехов. Заслуживает внимания лишь стремление повсеместно ис­пользовать устройства для борьбы с пылью, шумом и оборудование по улавливанию газовыделений (рис. 27.10 и 27.11).

В проектах новых сталеплавиль­ных цехов предусмотрен ряд конст­рукций, обеспечивающих существен­ное снижение «неорганизованных» выбросов. Так, при проектировании конвертерного цеха ММК была пре­дусмотрена центральная газоочисти­тельная станция «неорганизованных» выбросов для очистки газовыделений, образующихся при повадках конвер-



Рис. 27.10. Схема укрытия ДСП:

/ — рабочее окно на площадке печи; 2— подвижная сводовая панель; 3 — загрузочная бадья; 4— пово­ротный свод печи; 5 — дуговая печь; 6— сталеразли-вочный ковш; 7— окно для сталевозов; 8— тележка сталеразливочного ковша



Рис. 27.11. Схема закрытого пролета в стале­плавильном цехе:

У —закрытый пролет; 2 — загрузочная бадья; 3 — дуговая печь; 4 — сталеразливочный ковш



Рис. 27.12. Укрытие конвертера:

/ — корпус; 2— 4— ворота; 5— котел-охладитель;

6— конвертер; 7—сталеразливочный ковш; 8 —

сталевоз; 9— шлаковая чаша
тера, скачивании шлака и переливе чугуна из чугуновозных ковшей мик-серного типа. На рис. 27.12—27.14 по­казаны схемы укрытий кислородных конвертеров установки скачивания шлака и установок перелива чугуна, спроектированные для этого цеха объединением «Энергосталь».

Необходимо учитывать, что капиталовложения и эксплуатационные расходы на улавливание и очистку значительно повышаются вследствие большого (в 8—10 раз) подсоса возду­ха, свойственного системам улавлива­ния неорганизованных выбросов. Обычно неорганизованные выбросы



Рис. 27.13. Укрытие установки скачивания шлака:

1 — корпус; 2 — зонт; 3, 4— проемы для машины

скачивания шлака; 5— ворота; 6— шлаковая чаша;

7—ковш с чугуном; 8— машина для скачивания

шлака; 9— клапан; 10— газоход; // —кран



Рис. 27.14. Укрытие установки перелива чу­гуна:

/ — корпус; 2 — газоотводящее устройство; 3— раз­движные ворота с теплозащитным экраном; 4— га­зоход; 5 — клапан; 6— ковш миксерного типа; 7— заливочный ковш; 8— самоходная тележка
улавливают при помощи тканевых фильтров (если их объем велик) и электрофильтров или высоконапор­ных скрубберов (при малом объеме или высокой температуре).

В каждом случае нужно тщательное взвешенное решение по поводу того, что экономичнее: установка для улав­ливания вредностей или укрытие. При проектировании складов необхо­димо учитывать преобладающее на­правление ветра, чтобы укладывать штабель вдоль него. Кроме того, с на­ветренной стороны не должно быть по возможности зданий и сооруже­ний, приводящих к турбулизации по­токов воздуха и усилению уноса пыли. Целесообразно также предус­мотреть посадку деревьев высотой не меньше высоты штабелей. На скла­дах, в шихтовых отделениях и т. п. нужно стремиться к минимизации высоты падения разгружаемого мате­риала. Для увлажнения поверхност­ного слоя рекомендуется предусмот­реть его опрыскивание из системы распылителей. При длительном хра­нении возможно применение хими­ческих добавок на основе битума или органических полимеров, упрочняю­щих поверхностный слой. Опрыски­вание водой должно осуществляться и в местах перегрузки. Непосред­ственно на рабочей площадке цеха наиболее эффективно применять от­сасывающие зонты или укрытия во­круг источников пылеобразования. Необходима организация отсоса га­зов, выбиваемых через завалочные окна; при этом в каждом случае при­нимают те или иные конкретные ре­шения.

28. АВТОМАТИЗАЦИЯ И РОБОТИЗАЦИЯ
Современное сталеплавильное произ­водство основано на использовании последних достижений в области тех­нологии и применения автоматичес­ких и автоматизированных систем. Использование результатов моделиро­вания процессов массо- и теплопереноса, т. е. процессов подвода реаген­тов, отвода продуктов реакций, подво­да и передачи тепла и т. п., на фоне широкого применения ЭВМ привело к созданию автоматизированных сис­тем управления (АСУ) технологичес­кими процессами (АСУ ТП), а также автоматизированных систем управле­ния производством (АСУП). Функци­онирует сеть проектных и исследова­тельских институтов, которые обеспе­чивают создание, проектирование и организацию изготовления как от­дельных элементов, так и систем ав­томатического регулирования и уп­равления в целом. Эти вопросы рас­сматриваются в специальных курсах по теории и практике автоматиза­ции металлургического производства. АСУ, АСУП и АСУТП являются обя­зательными элементами при проекти­ровании современного сталеплавиль­ного цеха.

28.1. КИБЕРНЕТИКА

И СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Для настоящего периода характерны активные поиски практического ис­пользования методов кибернетики в металлургии. Распространение элект­ронно-вычислительной техники по­зволяет решить ряд практических за­дач. Так, методы кибернетики ис­пользуют при изучении комплекса сталеплавильного процесса, характе­ризующегося большим числом подсис­тем и их взаимосвязей. Основным ме­тодом изучения при этом является ме­тод математического моделирования при помощи ЭВМ. Использование ма­тематических моделей дает возмож­ность проводить эксперименты, кото­рые трудно (или невозможно) выпол­нить на реальном объекте, уменьшает продолжительность и трудоемкость ис­следований, обеспечивает рациональ­ное и экономичное решение ряда прак­тических задач управления и организа­ции технологических процессов, та­ких, например, как: расчет шихты с учетом наиболее экономичного ис­пользования имеющихся в наличии шихтовых материалов; расчет (про­гноз) продолжительности плавки; рас­чет (прогноз) необходимого расхода реагентов, раскислителей, добавочных материалов; установление плана-гра­фика работы оборудования и выполне­ния заказов. Математическому моде­лированию предшествует (или осуще­ствляется параллельно) физическое моделирование, при котором изучает­ся само явление (в разных масштабах и условиях). Применительно к сталепла­вильному производству физическое моделирование широко используется при исследовании и прогнозировании процессов тепло- и массопереноса.

В тех случаях, когда процессы сложны и описываются системой урав­нений, более пригоден метод матема­тического моделирования, в котором процесс изучается не на физическом объекте (модели), а при помощи ЭВМ. При рассмотрении результатов математического моделирования сле­дует учитывать, что при построении математической модели реальные про­цессы упрощаются и схематизируют­ся; в ней не учитываются некоторые факторы, которые построителем мо­дели были признаны второстепенны­ми. В связи с этим, рассматривая и ис­пользуя результаты математического моделирования, необходимо прежде всего убедиться в адекватности модели реальному явлению, реальному про­цессу. Квалифицированно это может сделать только специалист, хорошо знающий сам процесс.

Металлурги располагают достаточ­но большим набором разработанных математических моделей ряда процес­сов, позволяющих проводить расчеты взаимодействия фаз, равновесий в сис­темах (металл—газ, шлак—газ, металл-шлак и т. п.), газовыделения и др.

По результатам математического моделирования на базе современной электронно-вычислительной техники в металлургии созданы системы авто­матического управления технологи­ческими процессами плавки («Стале­вар», «Технолог» и др.), системы ре­шения оперативно-организационного управления сталеплавильными цехами разных типов. Примеры этих решений подробно рассматриваются в соответ­ствующих специальных курсах.

Приходится учитывать, что модель управления сталеплавильным цехом достаточно сложна. Так, модель кон­вертерного цеха должна включать ос­новные частные модели, касающиеся: подачи чугуна, металлолома (скрапа), извести, других шлакообразующих (на­пример, плавикового шпата); введения кислорода, аргона при комбинирован­ной продувке в конвертере, азота (в случае его использования); проведения собственно конвертерной плавки; по­дачи ферросплавов и раскислителей в ковш, раскислителей в промежуточ­ный ковш или кристаллизатор УНРС; оборота сталеразливочных ковшей, шлаковых чаш; работы установок не­прерывной разливки, включая модели оборота промежуточных ковшей и пр.; суточного планирования выполнения заказов по маркам стали; синхрониза­ции работы конвертеров и оборудова­ния внепечной обработки (вакуумирования, продувки аргоном или азотом, вдувания порошков и т. п.); синхрони­зации работы конвертеров и установок непрерывной разливки и т. д.

В масштабе завода разрабатывают математические модели сталеплавиль­ный цех—прокатный цех. Каждая из пе­речисленных выше частных моделей достаточно сложна. Например, в дина­мических системах управления соб­ственно конвертерной плавкой при по -даче кислорода только сверху через вер­тикальную фурму в качестве прогноза-тора используются обычно математи­ческие модели процесса с применением ряда критериев оптимальности, в числе которых: минимальная продолжитель­ность продувки; обеспечение заданных параметров шлака; минимальные поте­ри металла с выбросами; обеспечение заданного химического состава стали (обычно содержания углерода); обес­печение заданной температуры стали; минимизация расхода вдуваемого кис­лорода; обеспечение максимального выхода годной стали. Задача создания такой системы управления оказалась очень сложной. Приходится учиты­вать возможность влияния на практи­ке форсмажорных (непредсказуемых, случайных) факторов, таких, как: коле­бания состава извести и шлакообразу­ющих; состава и качества металлолома; стойкости и местных разрушений футеровки; заметалливание сопел; изме­нения показателей работы кислород­ных фурм; погрешности измерения температуры, состава и количества чу­гуна и т. д. В связи с этим металлурги широко используют метод стохасти­ческой аппроксимации ', т. е. метод ре­шения задач статистической оценки, при которой каждое следующее значе­ние оценки принимается с учетом но­вой поправки на новую информацию.

Некоторые частные проблемы бо­лее просты; они позволяют более на­дежно решать чисто производственные задачи. Известны, например, модели, позволяющие прогнозировать темпе­ратуру металла, рассчитывать необхо­димую долю металлолома в шихте и т. п. По мере повышения степени стан­дартности проведения операций (стан­дартность материалов, отсутствие за­держек в подаче шихты и выпуске плавки, стандартно высокое качество огнеупоров, высокое качество измери­тельной техники и т. п.) возрастают ре­альные возможности использования результатов математического модели­рования для управления плавкой и организацией работы в цехе.

В настоящее время при использо­вании ЭВМ принимаются более обо­снованные и близкие к оптимальным решения, поскольку в памяти ЭВМ, которыми оборудованы сталеплавиль­ные цехи, хранятся информация о плане производства на текущие сутки, сменный график работы цеха, сведе­ния о состоянии производства (ресур­сы материалов, наличие и состояние оборудования, нормативы на выпол­нение отдельных операций и т. п.).
¹ От греч. stochastikos — умеющий угады­вать, проницательный и лат. approximo — приближаюсь.

² Это слово введено в обиход в 1920г. чешским писателем К. Чапеком, назвавшим роботами механических людей (по-чешски rob — раб, robota — подневольный труд).