Тема: Розрахунок потреби обладнання киснево-конверторного цеху

Мета роботи:

1. Закріпити і поглибити теоретичні знання по розділу «Виробництво стали в кисневих конвертерах» програми предмету.

2. Навчитися правильно розраховувати основне і допоміжне технологічне устаткування, що забезпечує роботу сталеплавильних агрегатів.

3. Використовувати отримані знання і навики при виконанні курсових і дипломних проектів.

Студенти виконують роботу, використовуючи мікрокалькулятори по викладеній нижче методиці. Початкові дані для роботи - додаток.

Вибір місткості конвертера і визначення кількості конвертерів на задану продуктивність киснево-конвертерного цеху.

Теоретичне обґрунтування:

Основний вплив на вибір місткості конвертера надає задана продуктивність цеху і прийнятий спосіб розливання стали (у виливниці або на МНЛЗ).

Із збільшенням місткості поліпшуються техніко-економічні показники роботи конвертерів: підвищується продуктивність, знижується питома витрата вогнетривів і собівартість стали. Крім того, із збільшенням місткості конвертера зменшуються питомі теплові втрати, що дозволяє підвищити частку скрапу в металошихті. Тому за інших рівних умов слід віддати перевагу установці конвертерів більшої місткості.

Для цехів відносно невеликої продуктивності установка одного-двух великих агрегатів, як правило, не рекомендується, оскільки це приводить до недовантаження устаткування і ускладнень в роботі суміжних цехів і відділень при зупинці конвертерів на ремонт.

Місткість кисневих конвертерів, що діють в даний час, коливається в межах 50 - 400 т. Залежно від способу розливання сталі можна приймати наступні номінальні місткості конвертерів:

-130-150 і 250-300 т - при розливанні в злитки і на МНЛЗ;

-300-350 і 350-400 т - тільки при розливанні на МНЛЗ.

При виборі місткості конвертера залежно від продуктивності цеху можна виходити з даних таблиці 1.

Таблиця 1- Вибору місткості конвертерів

Продуктивність цеху, млн. тонн в рік.	Рекомендовані номінальні місткості конвертерів
Від 2 до 4	130-160
Від 3 до 5	250-300
Від 4 до 6	300-350
Від 5 і більш	350-400

Рекомендуються наступні варіанти роботи конвертерів (таблиця 2):

Таблиця 2- Варіантів роботи конвертерів

Варіанти	Кількість конверторів у цеху	Кількість безперервно працюючих конверторів	Кількість конверторів, що знаходяться на ремонті або охолодженні.
I			I
			I
			I

Продуктивність киснево-конвертерних цехів можна визначити по формулі:

(1)

де Т - річна продуктивність конвертера, тонн;

8760 - кількість годинника в році, година;

Τ_пл. - тривалість плавки, година;

К — кількість простоїв %;

m - коефіцієнт виходу придатних злитків з металозавалки %;

Q_К - орієнтовне садіння конвертера, тонн.

За допомогою методичної допомоги визначити місткість і кількість конвертерів для цеху заданої продуктивності. /дивись додаток 5, згідно варіанту /

1. Вибір місткості конвертера і визначення кількості конвертерів.

Місткість кисневих конвертерів, що діють в даний час, коливається в межах 50-400 т. Залежно від способу розливання сталі можна приймати наступні номінальні місткості конвертерів:

130-300 - при розливанні в злитки і на МБЛЗ;

300-400 - тільки при розливанні на МБЛЗ.

При виборі місткості конвертера залежно від продуктивності цеху можна виходити з даних таблиці 1.

Рекомендується мати в цеху від 2 до 4 конвертерів при постійному знаходженні в ремонті одного із загальної кількості конвертерів.

У проектованому цеху із заданою продуктивністю 4.0 млн.т придатних злитків в рік приймаємо 3 конвертери орієнтовною місткістю 150 т.

Кількість безперервно працюючих конвертерів в цеху визначається з наступної залежності:

(2)

де N^P_K - розрахункова кількість одночасно працюючих конвертерів в цеху;

Tn — річна продуктивність цеху, т придатних злитків

Tk - річна продуктивність одного працюючого конвертера, т придатних злитків.

Кількість простоїв працюючого конвертера (К) визначається тривалістю капітальних ремонтів конвертера (зазвичай 1-2% календарного часу) і тривалістю гарячих простоїв, пов'язаних з ремонтом і зміною фурм, кесонів і т.д. (зазвичай 2-3% календарного часу).

Приймаємо:

- простої на капітальних ремонтах - 1,4%;

- гарячі простої - 2,4%

--------------------------------------------------------

К= 1,4+2,4=3,8%

Тривалість плавки складається з тривалості продування і допоміжних операцій.

Тривалість продування залежить від інтенсивності подачі кисню (2-5 м³/т.мин) і складає 12-25 хв..

Тривалість допоміжних операцій визначається місткістю конвертера і потужністю устаткування і складає 15-30 хв.

У проектованому цеху при інтенсивності продування 4-5 м³/т.хв. приймаємо загальну тривалість плавки рівної 36 хв=0,64 ч.

Коефіцієнт виходу придатних злитків визначається виходом рідкої сталі з металозавалки і виходу придатних злитків з рідкої сталі. Вихід придатних злитків з рідкої сталі залежить від прийнятого способу розливання стали і маси відливних злитків і складає:

при сифоновому розливанні в злитки масою до 7т - 0,96;

при сифоновому розливанні в злитки масою більш 7т - 0,97 - 0,98;

при розливанні зверху в злитки великої маси - 0,98 - 0,99.

Приймаємо розливання зверху в крупні злитки з коефіцієнтом виходу придатних злитківК=0,98.

Коефіцієнт виходу придатних злитків з металозавалки:

m =0,9231x0,98=0,905, (3)

де 0,9231- виходу рідкої сталі в ковші (береться з розрахунку вихід рідкої сталі).

Річна продуктивність одного конвертера місткістю 150 т буде рівна

Потрібно безперервно працюючих конвертерів

N^P_K=

Фактична місткість конвертера складе:

Q_Ф= 150× що находяться у межах вибраної місткістю 150-180т.

З урахуванням запасу приймаємо 3 конвертери місткістю по 160 т.

Маса плавки в рідкій сталі складе

Мж.ст= 160×0,9234=147,7т. (4)

Маса плавки в придатних злитках складе

Мсл.= 147,7x0,98 =144,7т. (5)

Річне виробництво одного безперервно працюючого конвертера місткістю 160 т

Тк=1900000 =2000000т

Максимальна кількість плавок в добу по цеху:

24: 0,6 × 2 = 80 (6)

Максимально можлива добова продуктивність по придатних злитках:

А =144,7x80= 11576т.

2.Вибір і визначення необхідної кількості технологічного устаткування киснево-конвертерного цеху.

Вибір і визначення необхідної кількості технологічного устаткування киснево-конвертерного цеху. Теоретичне обґрунтування.

Розрахунку підлягає устаткування основних відділень цеху: міксерного, шихтових і головної будівлі. Розрахунок ведуть, виходячи з розрахованої частини, добової продуктивності цеху, а також витрати матеріалів на 1 т сталі.

Нижче приведений приклад вибору і визначення необхідного технологічного устаткування киснево-конвертерного цеху добовою продуктивністю А=11576т у складі 3-х конвертерів місткістю по 160т.

2.1 Міксерне відділення.

Залежно від продуктивності цеху використовуються типові міксери місткістю:

600; 1300 і 2500 т.

Сумарна потрібна місткість міксерів може бути визначена по формулі

(7)

де Рч - коефіцієнт витрати чавуну на 1 т придатних злитків;

А - добова продуктивність цеху в придатних злитках, т;

t_R - час перебування чавуну в міксері, необхідне для усереднювання його складу і температури, ч. Коливається в межах 6-9 годин;

1,01 - коефіцієнт, що враховує втрати чавуну в міксері;

η – коефіцієнт заповнення міксера чавуном. Коливається в межах 0,65-0,77.

Визначуваний коефіцієнт витрати рідкого чавуну:

(8)

де 78,7 - зміст рідкого чавуну в металошихті, % (береться з розрахунку матеріального балансу плавки);

m - коефіцієнт виходу придатних злитків з метало завалки (див. формулу 3).

Тоді сумарна потрібна місткість міксерів складе:

При прийнятій місткості міксера Qм=1300 т кількість міксерів в цеху складає:

Пм= 4120: 1300 = 3,17.

Приймаємо 3 міксери місткістю по1300 т.

Тоді середній фактичний час перебування чавуну в міксері складе

(9)

При високому розташуванні міксерів, залежно від розмірів міксера і висоти робочого майданчика висота будівлі міксерного відділення до підкранових рейок зазвичай складає 23 - 28 м, а ширина будівлі по осях колон -23 - 30 м. Загальна висота міксерного будівлі до даху складає 28 - 35 м. Довжина будівлі залежить від розмірів і кількості встановлених міксерів і зазвичай складає 40 - 75 м.

Визначення необхідного устаткування міксерного відділення.

Місткість чавуновозних ковшів для подачі чавуну з доменного цеху в міксерне відділення зазвичай складає 100 або 140 т при вантажопідйомності заливальних кранів відповідно 125/30 і 180/50 т.

Вибираємо ковші місткістю 140 т.

Заливка чавуну в міксери проводиться заливальними кранами вантажопідйомністю 180/50 т.

Кількість заливальних кранів визначаємо по формулі:

(9)

де К - коефіцієнт витрати часу крана на виконання допоміжних операцій, приймається рівним 1,15;

Σ^ч_к - сума витрат крана часу на 1 т чавуну, що зливається в міксер, мін;

А - добова продуктивність цеху, т;

1440 - кількість хвилин на добу;

В - коефіцієнт використання крана. Приймаємо В = 0,8.

Сума витрат часу крана на заливку 1 т чавуну, при заборгованості крана на допоміжних роботах 15% від основних робіт складає:

(10)

де t - тривалість операції заливки в міксер одного ковша (14 - 18 хвил.), приймаємо 16 хвилин;

Вк - коефіцієнт заповнення ковша (0,8 - 0,9) приймаємо 0,85;

Qківш - місткість ковша, т.

Необхідна кількість заливальних кранів:

Приймаємо два заливальні крани.

Для подачі чавуну до конвертерів місткістю 160 т приймаємо чавуновозні ковші місткістю 175 т, а вантажопідйомність заливальних кранів завантажувального прольоту 225/65 т. Встановлюємо у відділенні дві машини для уловлювання графіту. Кількість вагів у відділенні відповідає кількості міксерів. Приймаємо 3 вагів вантажопідйомністю 250 т.

Приймаємо 3 стенди для ковшів і 3 стенди для шлакових чаш.

Приймаємо три машини для скачування шлаку з міксерів.

2.2. Шихтовий двір

Шихтовий двір складається з 2-х відділень:

- відділення магнітних матеріалів;

- відділення сипких матеріалів.

2.2.1. Відділення магнітних матеріалів

Ширина будівлі відділення магнітних матеріалів визначається кількістю і розташуванням залізних. шляхів у ньому, прийнятою шириною скрапних ям і зазвичай складає 30 м по осях колон будівлі і 28,5 м по осях підкранових рейок.

Висота будівлі залежить від габаритів рухомого складу і устаткування крана. Зазвичай складає 9 - 10 м до рівня підкранових рейок.

Довжина будівлі визначається довжиною шихтових ям і торцевих ділянок.

Місткість ям визначається залежно від добової витрати шихтових матеріалів і прийнятої норми їх запасу (матеріальний баланс плавки).

Витрата матеріалів на плавку рівна

Рпл = Р × Мсл, (11)

де Р - коефіцієнт витрати відповідного матеріалу на 1 т придатних злитків;

Мсл. - маса плавки в придатних злитках, т (дивись формулу 5)

(12)

де а — витрата відповідного матеріалу на 100 кг металозовалки, кг(дивись матеріальний баланс плавки);

m - коефіцієнт виходу придатних злитків (0,905)

Визначаємо коефіцієнти витрати матеріалів:

Рскр = 21,3:90,5 = 0,23;

PFeMn= 0,51:90,5 = 0,0056;

PFeSi= 0,53:90,5 = 0,0058.

Визначувана витрата матеріалів на одну плавку:

Р^скр._пл= 0,23 ×144,7 = 33,8 т;

P^FeMn_пл= 0,0056 × 144,7 = 0,81 т;

Р^FeSi_пл. = 0,0058 × 144,7 = 0,84 т.

Визначувана витрата матеріалів в добу, т:

Р^скр_суг = 33,8×80 = 2664т,

Р^FeMn_суг=0,81×80 = 64,8т,

P^FeSi_cyr=0,84×80 = 67,2T,

де 80 - максимальна кількість плавок в добу.

Визначаємо кількість матеріалів у відділенні

Nскp = 2664×8 = 21312т

де 8 - прийнятий запас скрапу, що не знижується (звичайно 6-10 діб)

NFeMn=64,8×25 =1620т

NFeSi=67,2×25 = 1680т

де 25 - прийнятий запас феросплавів (звичайно 20 - 30 діб).

Знаходимо необхідну корисну місткість ям для матеріалів:

- для скрапу..............................21312:2,5 = 8525 м³;

- для феромарганця................. 1620:3,0 = 540 м³;

- для феросиліцію.................. 1680:2,2 = 764 м³

де 2,5; 3,0; 2,2 - відповідно насипні маси матеріалів, ^т/м3.

Знаходимо повну місткість ям для матеріалів:

- для скрапу.............................. 8525:1,2=7104м³;

- для феромарганця................. 540: 1,0=540 м³;

- для феросиліцію…………….764: 1,0=764 м³;

де-1,2;1,0- коефіцієнт заповнення ям.

Вибираємо основні розміри ям для матеріалів.

Глибина ям коливається в межах 2 - 3 м.

Товщина розділових стінок між ямами повинна бути не менш 0,7 м. Ширина ям визначається шириною будівлі і кількістю залізничних колій (коливається в межах 12 - 17 м).

Приймаємо глибину ям рівної 2,5 м, ширину -14м.

Тоді довжини ям для магнітних матеріалів будуть рівні:

Для скрапу………………………………………….7104 /(14×2,5)=203,0м;

для силікомарганця..................................................540 /(14×2,5)=15,4м;

для феросиліцію…………………………………….764 /(14×2,5)=21,8м.

Визначаємо кількість магнітних кранів.

Застосовуються крани вантажопідйомністю 10 і 15 т з діаметром магніту 1,15 і 1,65м.

Вибираємо крани вантажопідйомністю 15 т. Визначаємо кількість кранів по формулі:

(13)

де К - коефіцієнт часу крана на допоміжні операції, приймається рівним 1,15;

А - добова продуктивність цеху, т;

В- коефіцієнт використання крана. У = 0,8;

Σк - сума витрат крана часу на 1 т злитків, хв/т (знаходиться в межах 0,35 - 0,65 залежно від вантажопідйомності крана). Приймаємо Σ_к = 0,355. Тоді

n_кр.м = .

Приймаємо 5 магнітних кранів.

Приймаємо 4 совки місткістю 16 м3 кожен.

2.2.2. Відділення сипких матеріалів.

У відділенні сипких матеріалів зберігаються вапно, плавиковий шпат, залізняк, боксит і ін. матеріали. Подача сипких матеріалів до бункерів над конвертерами проводиться системою стрічкових конвеєрів.Розміри будівлі:

-ширина 24 м;

-висота до підкранових рейок 10м.

Довжина будівлі визначається сумарною довжиною бункерів, а також довжиною торцевих ділянок.

Визначаємо місткість і розміри бункерів:

Визначуваний коефіцієнт витрати матеріалів

Різв.= 4,47:90,5 = 0,0494;

Рж.р.= 1,5: 90,5 = 0,0166;

Рп.шп.= 0,3: 90,5 = 0,0033.

Визначувана витрата матеріалів на одну плавку:

Р^ізв_пл =0,0494 × 144,7 = 7,15 т;

Р^жр_пл=0,0166×144,7 = 2,4 т;

Р^пшп_пл= 0,0033 × 144,7 = 0,48 т;

Визначувана витрата матеріалів в добу:

Р^ізв_доб=7,15×80=572т

Р^жр_доб=2,4×80=192т;

Р^п.шп_доб = 0,48 × 80 = 38,4 т.

Визначаємо кількість матеріалів у відділенні:

N_ізв = 572×2=l144,0т;

N_Ж.Р.=192×15 = 2880,0 т;

Nп.шп = 38,4×25 = 960,0т

де множник - прийнятий запас матеріалів (число доби). Визначаємо необхідну корисну місткість бункерів сипких матеріалів:

- для винищити..........................1144,0: 0,8= 1430,0м³;

- для руди........................... ……2880,0: 2,7= 1066,6м³;

- для плавикового шпату........... 960,0: 1,7 = 564,7м³

де 0,8; 2,7; 1,7 - відповідно насипні маси матеріалів, т/м3.

Визначаємо повну місткість бункерів (з урахуванням коефіцієнта заповнення):

Вапно.......................................1430,0: 0,5 = 2860,0м³;

Залізняк.....................................1066,6: 0,8= 1333,2м³;

Плавиковий шпат.....................564,7: 0,8 = 705,9 м₃

де-0,5;0,8 коефіцієнт заповнення бункерів

Глибина бункерів зазвичай складає 6 - 7 м. Приймаємо рівною 6,5 м.

Ширина бункера складає 12 - 17 м. Приймаємо рівною 14 м.

Тоді довжина бункерів складе:

- для вапна: … =31,4м

- для залізної руди: 14,6м

для плавикового шпату: 7,8м

Визначаємо число кранів у відділенні

У відділенні сипких матеріалів е грейферні крани грузопідйомністю 10 і 15 т., з місткістю грейфера 1,75 і 2,5 м^3.

Таблиця 3-витрати кранового часу на переробку 1т сипких матеріалів.

Ім'я операції	Довго тривалість, хвил./т.
Qкр=10т	Qкр=15 т
Вантаження вапна в бункера	1,9	1,4
Вантаження залізної руди	0,6	0,4
Вантаження плавикового шпату	0,9	0,6

Таблиця 4- сумарні витрати кранового часу на 1т злитків.

Матеріали	Коефіцієнт витрат т/т	Тривалість операцій, хв./т	Σк
Вапно.	0,0494	1,4	0,0494×1,4=0,06916
Руда	0,0166	0,4	0,0166×0,4=0,00664
Плавиковий шпат	0,0033	0,6	0,0033×0,6=0,00198
Підсумок			0,07778

Число кранів у відділенні визначаємо:

де Σк = 0,07778

З урахуванням ремонтів приймаємо 2 грейферних крани грузопідйомністю по 15 т, тоді фактичне завантаження грейферних кранів у відділені сипких матеріалів складає

2.3. Головна будівля цеху.

2.3.1. Завантажувальний проліт.

Раніше були прийняті заливальні крани грузопідйомністю 225/65т.

Кількість заливальних кранів визначаємо по формулі:

(14)

де К - коефіцієнт нерівномірності загрузки крана, рівний 1,3;

Σк - сума витрат часу крана по практичним даним складає 0,15 - 0,25 хв. / т чавуна;

Ач - добова витрата чавуну, т;

Ач = А×кч = 11576 ×0,87 = 10071т

де А – добове виробництво цеху, т;

Кч - коефіцієнт витрати чавуну на 1 т злитків;

В - коефіцієнт використання крана, В = 0,8.

Тоді

Пкр.з=

Приймаємо 3 заливальних крана грузопідйомністю 225/65т

Тоді завантаженість їх складає: .

2.3.2. Ковшовий проліт

Основне призначення ковшового прольоту - зміна футерування сталеразливочных ковшів. Переміщення ковшів до ремонтних ям і усередині прольоту проводиться мостовими кранами вантажопідйомністю 80/60 т (звичайний 2-3 крани). Приймаємо 2 крани.

2.3.3. Розливний проліт

Необхідну кількість розливних кранів визначаємо по формулі:

(15)

де1,3- коефіцієнт нерівномірності випуску плавки;

А-максимальне добове виробництво цеху в злитках тис., т

Σк - сума витрат кранового часу на розливку і допоміжні работи, хв./т злитків

Σк по практичним даним находиться у межах 0,3-0,5хв.

Приймаємо 6 розливних кранів вантажопідйомністю 225/63т

Приймаємо 6 розливних кранів вантажопідйомністю 225/63т

Кількість сталерозливних ковшів визначаємо по формулі

де n_ПЛ.. - максимальна кількість плавок в добу;

t_k - час обороту одного ковша (зазвичай 6 - 10 ч. або 360 - 600 мін)

Приймаємо tк = 420хв.

Тоді

Приймаємо 24 ковша місткістю 175 т

При стійкості футерівки ковша 12 плавок (зазвичай 10-15).

В ремонті за добу знаходиться: 80:12 = 6,6 ковшів=7 ковшів, що складає: від кількості ковшів у роботі.

При тривалості ремонту одного ковша 9 годин / по даним практики 7-15 годин/ в цей час буде знаходитись у ремонті:

Для ремонту ковшів в відділенні треба щоб була трехмістна ремонтна яма або одномісна яма.

Приймаємо, що 10%робочого парка знаходиться у резерв, т.е.24×0,1=2,4=3 ковша. Таким образом загальна кількість ковшів складає 24 + 3+3 = 30 ковшів.

Визначаємо кількість виливниць на плавку:

144,7: 12=12,1=13

де 144,7 - маса плавки в придатних злитках.

12 - прийнята маса одного злитка, т

Приймаємо із запасом 14 виливниць.

Визначаємо кількість візків на плавку:

14:4 = 3,5=4

Приймаємо 4 візки вантажопідйомністю120т.

Для крупних злитків застосовують візки завдовжки 5840 мм.

Загальна довжина одного розливного складу при цьому складе 5,84 × 4 = 23,36м

Визначаємо кількість розливних складів, що знаходяться в обігу.

де 80 - кількість плавок в добу;

24- кількість годин на добу.

Приймаємо 27 складів.

Визначуваний кількість розливних майданчиків

Пр.пл =

де Ппл - кількість плавок в добу складає 80 плавок;

- витрати часу одного майданчика на розливання однієї плавки, хв.. (звичайні 100 - 150 хв.) приймаємо 110хв;

В - коефіцієнт використання розливного майданчика.

Пр.пл=

Приймаємо 8 майданчиків, зокрема 4 здвоєних.

Додаток 5

Данні для розрахунку потреби цехового устаткування конвертерного цеху

Варіант	Виробництво придатної сталі млн. т. рік	Варіант	Виробництво придатної сталі млн.т. рік	Варіант	Виробництво придатної сталі, млн.т.в рік
	2,0		6,0		2,75
	2,5		5,9		3,75
	3,0		5,8		4,75
	3,5		5,7		5,75
	3,8		5,6		4,35
	4,0		5,5		4,25
	4,5		5,4		4,15
	5,0		5,3
	5,5		6,25

Примітка: спосіб розливання стали

- варіанти 1 - 9 - на МБЛЗ;

- варіанти 10,12,14,16,18,20,22,24 - сифоновим способом.

- варіанти 11,13,15,17,19,21,23,25-зверху.