Общие сведения о металлургическом производстве

Известно, что железо в чистом виде представляет собой материал, не всегда отвечающий высоким эксплуатационным требованиям, поэтому значительная часть фасонного проката сегодня изготавливается из ферросплавов – смесей железа с другими элементами. Пример наиболее удачного сочетания – ферросилиций – сплав железа с кремнием. Производство ферросплавов связано с применением сложных технологий, причем сегодня не многие предприятия в состоянии получать сплавы достаточной технической чистоты. Одним из них является Юргинский ферросплавный завод.

Основным направлением деятельности кузнецких ферросплавов является выпуск ферросилиция, который представляет собой сплав кремния и железа, используемый для раскисления и легирования стали, в машиностроении для модификации чугуна и в химической промышленности для получения водорода. Основу производственной базы предприятия составляют три цеха по производству ферросилиция, цех по производству гранулированного ферросилиция и электродной массы, цех по переработке и фракционированию ферросилиция. Кроме того, в состав предприятия входят несколько цехов вспомогательного производства, среди которых энергетический цех, ремонтно-механический цех, цех ремонта металлургического оборудования и ряд других.

«Кузнецкие ферросплавы» выпускают следующие виды продукции:

· ферросилиций марок: ФС45, ФС65, ФС70Э, ФС75;

· ферросилиций гранулированный: ФС15Г3 и ФС45ГС;

· шлак от производства ферросилиция;

· пыль дымогазовую (кремнезем).

По итогам 1999 года на заводе выпущено 318 тыс. тонн ферросилиция, что на 61.95% больше, чем в 1999 году. При этом следует отметить, что положительная динамика объемов производства наблюдается с 1996 года (рисунок 3.2). В 1998 году рост объемов производства составил 4.1%, в 1997 году – 12.7%, а в 1996 году – 6%. При этом темпы роста объемов производства на кузнецких ферросплавах выше, чем по России в целом. В 1999 году выпуск ферросилиция в России увеличился на 21.7% по сравнению с предыдущим годом. В настоящий момент это предприятие входит в состав ОАО «Кузнецкие ферросплавы», хотя изначально оно задумывалось исключительно как некая экспериментальная площадка, где бы разрабатывались и внедрялись уникальные технологии переработки отсевов ферросилиция, позволяющие получать крупные сплавы чистейших материалов. Основная задача, которая ставилась перед инженерами Юргинского ферросплавного завода – убрать все качественные и количественные потери, возникающие при выплавке ферросплавов. Подтверждением тому, что эта задача решается более чем успешно, являются постоянно растущие объемы производства продуктов выплавки стали заводом, который сегодня по праву называют лидером отрасли.

Мощности Юргинского ферросплавного завода расположены в г. Юрга, известном не только на весь Кузбасс, но и на всю страну именно благодаря данному предприятию. Завод строился фактически с нуля, однако для введения в эксплуатацию первой ферросплавной печи понадобилось всего 2 года напряженной работы (2004-2006 гг.) Уникальное оборудование было решено разместить на территории местного абразивного завода, который за относительно небольшой срок был полностью перепрофилирован под нужды нового производства.

Начиная с 2006 года, уникальное в своем роде металлургическое предприятие стало выпускать и реализовывать первую продукцию, что позволило практически сразу построить еще 4 рудовосстановительные печи, отвечающие самым современным экологическим стандартам. Можно сказать, что в погоне за прибылью руководители Юргинского ферросплавного завода никогда не забывали об ответственности за загрязнение окружающей среды, а потому, сразу решили использовать современные системы газоочистки. В 80-тысячном моногороде это предприятие нельзя назвать крупнейшим. Сегодня оно дало высокооплачиваемые рабочие места 1000 горожанам, однако все без исключения эксперты указывают на то, что Юргинский ферросплавный завод имеет огромные перспективы. Достаточно сказать, что в ближайшее время ЮФЗ планирует достроить суперсовременный цех индукционного переплава, после чего будет нуждаться еще в 500 квалифицированных кадрах. На очереди также сдача нового ферросплавного цеха, который повысит численность работников предприятия до 2 тысяч. Наконец, готовы проекты строительства второй очереди завода, в частности, нескольких плавильных цехов…

Основное оборудование цеха,его назначение,план расположения

Шихтовый двор

Для выплавки ферросилиция используются следующие основные шихтовые материалы:

а) источник кремнезёма – кварцит;

б) углеродистые восстановители – коксовый орешек, полукокс, малозольные марки ископаемых углей;

в) в качестве рыхлителя колошника (отчасти и как восстановителя)- щепа древесная;

г) источники поступления железа в сплав:

- стружка стальная углеродистых сталей (реже окалина),

- отходы кремнистых сталей.

В производстве ферросилиция рудным компонентом шихты является кварцит, а восстановителем – коксовый орешек (коксик). Железо для улучшения условий восстановления кремния вводят в состав шихты в виде стальной или чугунной стружки.

Плавильный корпус

Плавильный корпус предназначен для размещения и обслуживания электропечей, а также для приёма и разливки готового сплава и удаления шлака. Он делится на два пролёта: печной и разливочный.

Печной пролет служит для размещения и обслуживания плавильных электропечей, которые будут расположены вдоль цеха “в линию”. Рабочая площадка, предназначенная для обслуживания печи - наблюдения за технологическим и электрическим режимами, представляет собой сплошное перекрытие, расположенное на отметке 5,3 м. На ней установлены загрузочно-шуровочные машины, пульты управления печами (одно помещение на две печи), зонт для удаления газов, помещения для инженерно-технического и дежурного персонала. Технологическая линия производства ферросилиция оборудована сложными механическими агрегатами и устройствами, эффективное использование которых позволяет экономично вести производство при оптимальной механизации и автоматизации технологического процесса, обеспечивать безопасные условия труда с минимальными воздействиями на окружающую среду. Электропечь предназначена для выплавки кремнистых сплавов непрерывным электротермическим процессом.

В состав оборудования ферросплавной электропечи открытого типа входят:

- печной трансформатор;

- система токоподвода к электродам;

- три само спекающихся электрода, закрепленные в электродо-держателях;

- механизм подъема (маневрирования) электродами;

- устройство для перепуска (наращивания) электродов;

- ванна печи;

- зонт печи, улавливающий газо-воздушную смесь колошника печи;

- система водо-охлаждения узлов электропечи;

- система загрузки печи шихтовыми материалами;

- машины для загрузки и обработки колошника.

Печь имеет основные геометрические параметры: размеры ванны печи (мм) - по кожуху (диаметр 8600, высота 4700), по кладке (диаметр 7140, высота 2550); диаметр электродов 1200мм; ход электродов 1200мм; диаметр распада электродов 3100мм; диаметр несущего цилиндра 1400мм; высота несущего цилиндра (мантеля) 9330мм; длинна от верхнего кольца мантеля до верхнего обреза контактных щек 9900мм; оптимальный уровень пустоты электродной массы в кожухе электродов 8400-8900мм; оптимальная высота столба жидкой электродной массы над уровнем верхнего обреза контактных щек 1000-1500мм.

Конструкция ванны и кожуха

Кожух должен быть достаточно прочным, так как ему нужно выдерживать давление от веса шихты. Он изготавливается из листовой стали толщиной 15-35 мм в зависимости от диаметра ванны и мощности печи. При изготовлении кожух делается из секций, которые свариваются, если кожух монтируется непосредственно в цехе или секции собирают на болтах, швы закрывают специальными уплотнительными прокладками-компенсаторами, между секциями прокладывают асбест, если кожух готовится на заводе-изготовителе. Для придания жесткости кожух выполняется с 3 поясами жесткости.

1 - лоток летки; 2 - амбразура летки; 3 - кожух ванны; 4 - уплотняющие накладки; 5 - днище ванны.

Рис. 1 Кожух ванны печи

Кожух ванны герметичный угольной футеровки, так как подсос воздуха вызывает окисление и быстрое разрушение. Днище у кожуха плоское. Чтобы можно было следить за состоянием нижней части кожуха печи, кожух плоским днищем устанавливается на двутавровые балки - "гребенку" (№ 30 - 50), расстояние между балками 400-500 мм. Если днище сильно греется, предусматривается обдув его в просветы между балками гребенки.

Футеровка печи

Одной из особенностей ферросплавных печей является образование в них гарнисажа- слоя из проплавленной шихты, сплава и остатков огнеупоров. Гарнисаж закрывает огнеупорную кладку, предохраняя ее от разрушения. Стойкость ванн, работающих с гарнисажем, достигает 8 -10 лет. Футеровка ванны подвергается действию высоких температур до 2200 - 2700 К в реакционной зоне, что определяет особо высокие требования к огнеупорности футеровки. Из всех известных огнеупорных материалов этим требованиям удовлетворяет угольная футеровка.

Футеровка подины ванны печи для плавки сплавов ферросилиция выкладывается следующим образом: кожух обклеивается изнутри листовым асбестом на жидком стекле толщиной 15 мм; на асбест насыпается слой засыпки толщиной 70 мм. В качестве засыпки используется шамотный порошок, иногда магнезитовый порошок. Слой засыпки является амортизационным, т.е. тепловое объемное расширение огнеупоров воспринимается данным слоем. На этот слой укладывается 8 слоев шамотного кирпича на плашку с перевязкой швов. Размеры кирпича 230x115x65 мм. Кладка ведется "всухую" без связующего материала, чтобы испарение влаги не вспучивало подину, швы пересыпают сухим шамотным порошком.

На последний ряд предварительно прогретой кирпичной кладки подины укладывают и выравнивают слой подовой массы толщиной 50 мм, на который устанавливают плашмя 3 ряда угольных блоков (общая толщина примерно 1200 мм). Угольные блоки поставляются двух стандартных размеров (сечение 400x400 мм; 550x550 мм). Длина блоков определяется размером ванны печи.

Швы между угольными блоками набивают подовой массой, подогретой до 100 -150 °С.

Значительная толщина подины (примерно 2 м) необходима для обеспечения большой тепло инерции нижней части печи.

Стены ванны футеруют шамотным кирпичом и угольными блоками, установленными на угольные блоки подины своими торцевыми поверхностями. Швы между обстановочными угольными блоками стен ванны толщиной до 2 мм заполняют подовой массой. Высота угольных блоков стен ванны относительно пода печи составляет примерно 1000 - 1200 мм. Между кожухом ванны и кирпичной футеровкой печи засыпан компенсационный слой шамотной крупки толщиной 80 мм. Общая толщина стен составляет около 740 мм.

Электродо- держатель с гидравлическим прижимом контактных щек

Основными требованиями к электро-контактным узлам электродо-держателя являются: обеспечение хорошего электрического контакта между электродом и контактной щекой, подвод тока к электроду с минимальными электрическими потерями, а также увеличение стойкости и срока эксплуатации контактных щек.

Для безопасности работы в конструкции электродо-держателя предусмотрена двойная защитная электро-изоляция контактной щеки от несущей траверсы.

Электродо-держатель с гидро-прижимом контактных щек состоит из несущей траверсы, к которой на изолированных тягах подвешено нажимное кольцо с сильфонами гидро-прижима, водо-охлаждаемых токоведущих труб и контактных щек.

Система гидро-прижима контактных щек включает в себя:

Станцию системы гидро-прижима, которая состоит из четырех основных частей:

- бака, в котором расположены теплообменники для поддержания нормальной температуры рабочей жидкости (конденсата пара) и на котором расположены дистиллятор, а также контрольная и измерительная аппаратура;

- установки насосов, состоящей из рамы, с размещенными на ней рабочим, резервным и резервным ремонтным насосами, а также контрольной и измерительной аппаратурой;

- коллектора, на котором расположена контрольная, регулирующая и измерительная аппаратура;

- шкафа управления гидро-прижимом.

Низкий зонт такой печи позволяет уменьшить подсос воздуха с рабочей площадки и, соответственно, снизить количество очищаемого газа.

Поскольку работа оборудования для дозировки шихты требует постоянного присутствия технологического персонала, необходимо надежное уплотнение отверстий в крыше низкого зонта для исключения выбиваний пыли и газа через них и обеспечения нормальных экологических условий при работе на верхних отметках цеха.

Контактные щеки отливаются из электролитической меди и лома меди старых щек в соотношении 1:1. К подвесному кожуху контактная щека подвешивается на изолированной подвеске. Для изоляции контактной щеки от нажимного кольца в месте касания упора пружинного зажима в гнезде щеки вставлена стальная пластина, изолированная от тела контактной щеки асбестом. Подвески контактных щек защищаются от теплового излучения колошника печи водо-охлаждаемыми щитками.

Механизм перемещения и перепуска электродов

Перемещение само-спекающихся электродов по ходу плавки обусловлено расходом электрода и необходимостью поддержания заданного электрического режима. Механизм перемещения электродов выполнен в виде двух плунжерного гидравлического механизма. Основным конструктивным элементом этого механизма являются два плунжера, которые осуществляют перемещение электродов при подаче в них масла от маслонапорных установок. Плунжеры опираются на стаканы, укрепленные на раме уплотнения. Плунжеры связаны между собой несущей траверсой (верхнее кольцо несущего цилиндра). Сверху траверсы устанавливается механизм перепуска электродов. Масло в плунжеры поступает при подаче сигнала от автоматического регулятора электрического режима печи на катушку золотника, находящегося в схеме питания гидроподъемника. Ход плунжеров гидроподъемников обычно выбирается от 1,2 м до 1,5 м, скорость перемещения около 0,5 м/мин. Мощность гидроподъемника – 65 кВт, грузоподъемность – 35 т. Для устранения перекосов требуется фиксация направления движения электродов. Надежно работает фиксирующее устройство.

1- электрод; 2- верхнее кольцо; 3- нижнее кольцо; 4– вертикальный гидроцилиндр; 5- горизонтальный гидроцилиндр; 6- траверса; 7- гидродомкрат.

Рис. 2 Гидравлические механизмы перемещения и перепуска электродов

Гидравлические механизмы перемещения и перепуска электродов

По мере сгорания электрода возникает необходимость его перепуска, т.е. удлинения рабочего конца электрода. Перепускание электродов происходит без отключения печи с помощью специального механизма перепуска. Механизм гидро-перепуска состоит из двух колец (верхнего и нижнего). Верхнее кольцо состоит из двух полуколец, сваренных из листовой стали и соединенных между собой при помощи двух стяжек. На наружной боковой поверхности кольца располагаются окна для прохода механизмов сжатия лент и гнезда для установки цилиндров перемещения. На внутренней боковой поверхности находятся опорные поверхности под установку обжимных колец (лент). Кольцо нижнее аналогично конструкции верхнего кольца.

Номинальное давление системы перепуска – 16 МПа. Суммарная производительность насосов – 200л/мин. Номинальный объем бака 1500 л.

Зонт открытой печи

Служит для сбора и вывода из реакционной зоны печи газообразных продуктов, образующихся в процессе плавки.

Зонт представляет собой цилиндрический купол с крышей 1 из водо-охлаждаемых немагнитных секций и тремя водо-охлаждаемыми боковыми тамбурами 2 для токо-подвода к электродам. Секции центральной части крыши зонта 6 изготавливаются из немагнитной стали. Цилиндрическая поверхность зонта состоит из отдельных стальных карточек, скрепленных между собой болтами из немагнитной стали через алюминиевые прокладки толщиной 6 - 10 мм. Внутренние поверхности зонта и тамбуров торкретируют слоем толщиной 30 - 50 мм из массы, состоящей из мелкого асбестового волокна и высокоглиноземистого цемента. Зонт подвешен к балкам перекрытия над печью и электрически изолирован от металлических строительных конструкций.

В нижней части зонта находится водо-охлаждаемый пояс жесткости зонта, который изготавливается с магнитными разрывами. Между зонтом и светозащитнойобечайкой, установленной на ванне печи, находится цепная завеса 5 для защиты обслуживающего персонала печи от теплового и светового излучения. Вытяжка газов осуществляется через две вытяжные шахты 3, 7, подсоединенные к всасывающему газоходу газоочистки.