Обоснование основных грузопотоков цеха

Курсовая работа

по дисциплине «Конструкции и проектирование сталеплавильных цехов»

Исполнитель: Дуванов Д. В., студент 5 курса, группа Мсб 150400

Руководитель: И. В. Макарова, доцент кафедры ТМиЛП

Работа допущена к защите “_____” __________ 2017г. _________

^{(подпись)}

Работа защищена “_____” __________ 2017г. с оценкой _________ ________

^{(оценка) (подпись)}

Магнитогорск

Аннотация

Работа общим объёмом 40 страниц содержит 3 таблиц и 1 рисунок.

В курсовом проекте рассмотрен вопрос о строительстве конвертерного цеха с конвертерами вместимостью 350 т.

Введение в эксплуатацию конвертерного цеха позволит выплавить и разлить на МНЛЗ 9,5 млн. т литой заготовки в год.

В конвертерном цехе предусматривается установка трех конвертеров.

В текстовой части записки проводится обоснование основных положений проекта, а также представлен расчет.

Выполнен чертёж конвертерного цеха.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….....5

1 Обоснование вместимости, количества и конструкции конвертеров…………..7

1.1 Выбор вместимости и конструкции конвертеров…………………..……….....7

2 Выбор вида, типоразмера и обоснование количества МНЛЗ в цехе………….10

2.1 Выбор вида МНЛЗ и расчёт их числа в цехе…………………………………..11

3 Выбор и расчёт количества основного технологического оборудования конвертерного цеха…………………………………………………………………...19

3.1 Технологическое оборудование………………………………………………….20

3.1.1 Ковши миксерного типа……………………………………………………….20

3.1.2 Сталеразливочные ковши………………………………………………………22

3.1.3 Совки для скрапа………………………………………………………………..23

3.1.4 Шлаковые чаши…………………………………………………………………25

3.1.5 Оборудование для футеровки и ремонта сталеразливочных ковшей……….26

3.1.6 Машины для завалки скрапа……………………………………………….......27

3.2 Крановое оборудование…………………………………………………………..28

3.2.1 Заливочные краны………………………………………………………………28

3.2.2 Разливочные краны……………………………………………………………..29

3.2.3 Краны для перестановки ковшей в ковшевом пролете……………………….30

4 Ковшевая обработка стали………………………………………………………..31

5 Конструирование конвертерного цеха…………………………………………….32

5.1 Обоснование основных грузопотоков цеха……………………………………..32

5.2 Выбор и обоснование структуры цеха…………………………………………..35

Заключение……………………………………………………………………………38

Список использованных источников………………………………………………39

Введение

Строительство новых конвертерных цехов и замена ими существующих физически и морально устаревших мартеновских на действующих металлургических предприятиях является одним из главных направлений на путях радикального технического перевооружения отечественной черной металлургии и решения проблей резкого повышения технико-экономических показателей отрасли, улучшения качества выплавляемой стали и изделий из неё.

В то же время необходимо отметить, что строительство нового конвертерного цеха, как правило с плавильными агрегатами повышенной вместимости и с непрерывной разливкой стали, сопряжено с большими капитальными вложениями. Последние определяются многими факторами, главным из которых является конструкция (структура и объёмно-планировочные решения) цеха. Конструкция конвертерного цеха решающим образом влияет на технико-экономические показатели эксплуатации, а также условия работы внём. Выбор оптимального конструктивного решения современного конвертерного цеха является ответственной задачей, имеющей большое экономическое и социальное значение.

Конструирование ККЦ до сих пор является весьма сложной задачей. Поэтому в настоящее время трудно найти более 2-3 конвертерных цехов, которые имели бы одинаковые компоновочные решения. Современный кислородно-конвертерный цех представляет собой сложный и оснащенный разнообразным оборудованием комплекс взаимосвязанных зданий и сооружений, в котором осуществляют хранение запаса шихтовых материалов, подачу и загрузку их в конвертер, выплавку и разливку стали, уборку продуктов плавки. Цех включает ряд основных производственных и вспомогательных отделений, расположенных либо в отдельных зданиях, либо в пролетах одного здания.

В состав цеха могут входить следующие основные производственные отделения: главное здание, в котором производят выплавку стали, подготовку сталеразливочных ковшей и иногда разливку стали; шихтовое отделение для сыпучих материалов; шихтовое отделение для магнитных материалов (иногда шихтовый пролёт главного здания); миксерное отделение; отделение перелива чугуна; отделение непрерывной разливки стали (ОНРС); отделения подготовки изложниц при разливке стали в изложницы. Кроме того, в состав цеха входят вспомогательные отделения: отделение первичной переработки шлака (ОППШ), электроподстанции, насосная, объекты оборотного водоснабжения, ремонтные мастерские, экспресс-лаборатория, административно-бытовые здания и др.

Целью данного проекта является проектирование нового конвертерного цеха. В ходе самостоятельной работы с проектами аналогами и другими источниками проектирования необходимо выбрать оптимальную структуру и объёмно- планировочные решения цеха, удовлетворяющее нормам современного проектирования.

1 Обоснование вместимости, количества и конструкции конвертеров

Исходные данные:

- Потребность прокатных цехов в литой заготовке 9,5 млн.т/год

- Интенсивность продувки металла кислородом 5 н.м³/(т×мин)

- Количество порций лома в завалку 2 шт.

- Режим работы конвертеров классический

- Система управления плавкой автоматизированная оптимизация

- Вид чугуна фосфористый

- Сталь легированная конструкционная

- Литая заготовка: слябовая: 30 % сечением 250´1100 мм и 30% сечением 400´2200 мм; сортовая: 20% сечением 100´100мм и 20% сечением 200´200мм.

Опыт эксплуатации конвертерных цехов показывает, что для достижения оптимального режима функционирования цеха число работающих конвертеров должно быть минимальным при максимальной производительности и при постоянной работе всех конвертеров. Из-за большой годовой производительности проектируемого цеха и разнообразия сортамента продукции, принимаем производство которое будет осуществляться в цехе с тремя установленными конвертерами вместимостью 350 т, которые работают постоянно.

Для обеспечения стойкости футеровки 3000 плавок предусматриваем использование высококачественных периклазоуглеродистых огнеупоров при футеровке конвертера, азотирование шлака в конвертере для наведения гарнисажа, подварка загрузки, слива и стыков.

1.1 Выбор вместимости и конструкции конвертеров

Согласно нормам технологического проектирования [4] и действующему ряду вместимостей (ГОСТ 20.067-74 [4] для определения заданного объёма производства в первом приближении можно принять конвертеры вместимостью 350 т.

Интенсивность продувки металла кислородом (5 нм³/(т×мин)) в проектируемом цехе значительно отличается от нормативной (6…7 нм³/(т×мин)). С учётом этого имеем следующую длительность продувки:

12 мин для 6,5 нм³/(т×мин)

х мин для 5 нм³/(т×мин)

мин.

С учётом изложенного выше, принимаем технологию плавки, представленную в таблица 1.

Таблица 1 – Основные периоды плавки

Периоды	Длительность, мин
Завалка лома Заливка чугуна Время продувки Отбор проб и замер температуры Слив металла Слив шлака Подготовка конвертера Неучтенные задержки	2,0 2,0 16,0 2,0 2,0 4,0 4,0
Итого:	47,5

Годовая мощность одного постоянно работающего конвертера

, (1)

где – годовая мощность конвертера по жидкой стали, т;

– средняя (номинальная) масса плавки, т;

– длительность цикла плавки, мин;

– номинальное время работы конвертера в год, сут.

Известно: = 350 т; = 47,5 мин; = 320 сут [4].

Число постоянно работающих конвертеров в цехе, для обеспечения заданного производства литой заготовки, определяется из выражения:

(2)

где – число постоянно работающих конвертеров, шт.;

– потребность в литой заготовке, т;

– выход годной литой заготовки, %.

Выход годной литой заготовки принимаем равным 94,6% [4]. Тогда

шт.

Принимаем число непрерывно работающих конвертеров равным 3. Тогда фактическая масса плавки составит:

(3)

где – фактическая масса плавки, т;

– расчетное и принятое число непрерывно работающих конвертеров в цехе, шт.

т.

Масса плавки укладывается в рекомендуемые пределы 330…400 т [4].

Проверка на возможность работы цеха по классической схеме (с постоянным числом работающих конвертеров):

(4)

где – продолжительность ремонта футеровки конвертера (замена рабочего слоя), ч;

– стойкость футеровки, плавок;

– затраты времени в год на планово-предупредительный и капитальный ремонты, связанные с остановкой конвертера, сут.

Известно: = 120 ч; = 3000 плавок; = 12 сут; = 10 сут [4];

= 47,5 мин.

Таким образом, в цехе для обеспечения 9,5 млн. т/г литой заготовки необходимо установить три конвертера вместимостью 350 т, которые работают постоянно. Вместимость конвертера 350т соответствует требованиям для обеспечения производства. Основные параметры эксплуатации конвертера следующие:

- масса плавки 345,3 т;

- длительность цикла плавки 47,5 мин;

- стойкость футеровки 3000 плавок;

- длительность ремонта футеровки 120 ч;

- затраты времени на планово-предупредительные и капитальные ремонты в год 22 сут.;

– интенсивность продувки металла кислородом 5 м³/т×мин.

2 Выбор вида и обоснование количества МНЛЗ в цехе

Основываясь на результатах расчёта числа МНЛЗ и учитывая характер литой заготовки, устанавливаем в отделении непрерывной разливки стали две слябовых четырёхручьевых, две слябовых двухручьевых МНЛЗ и шесть сортовых шестиручьевых МНЛЗ.

Разливка стали осуществляется методом «плавка на плавку». Для разливки всего объёма выплавляемой стали необходимо четыре слябовых и десять сортовых постоянно работающих МНЛЗ. Согласно этому в отделении принимаются к установке две постоянно работающих и две резервных слябовых МНЛЗ и восемь постоянно работающих и две резервные сортовые МНЛЗ.

Общая характеристика машин для разливки и результаты расчёта представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Характеристика МНЛЗ и их число в цехе

Вид машины, её типоразмер, мм	слябовая совмещенная с прокаткой	сортовая с обжатием заготовки	слябовая совмещенная с прокаткой	сортовая с обжатием заготовки
Сечение полученных заготовок, мм	250 ´ 1100	100 ´ 100	400 ´ 2200	200 ´ 200
Вес плавки, т	345,3	345,3	345,3	345,3
Ритм подачи ковшей от конвертеров, мин	47,5	47,5	47,5	47,5
Число ручьёв на машине, шт.
Линейная скорость разливки, м/мин	расчётная	1,18	2,6	0,7	1,3
Продолжительность разливки одного ковша, мин	расчётной	37,4	311,6	39,4	155,8
Количество непрерывно работающих машин, шт.
Общее число машин с учётом резерва, шт.
Количество разливаемой стали, т	всего

В отделении непрерывной разливки принимается многорядное расположение машин. МНЛЗ работают методом "плавка на плавку" [3].

2.1 Выбор вида МНЛЗ и расчёт их числа в цехе

Исходные данные:

- потребность прокатных цехов в литой заготовке - 9,5 млн. т/г;

номинальная вместимость конвертера 350 т;

- сортамент продукции – слябовая: 30 % сечением 250´1100 мм и 30% сечением 400´2200 мм; сортовая: 20% сечением 100´100мм и 20% сечением 200´200мм;

- количество работающих конвертеров – 3;

- длительность конвертерной плавки – 47,5 мин.

Учитывая характер литой заготовки, в цехе устанавливаются слябовые и сортовые МНЛЗ криволинейного типа.

Средний вес металла в сталеразливочном ковше принимаем равным номинальной вместимости конвертера – 350 т. Тогда количество разливаемой на МНЛЗ стали составляет

для слябовой

т,

для сортовой

т,

где 9,5 – требуемое количество литой заготовки, млн. т;

95 и 94– выход годного на слябовых и сортовых машинах [5], %.

Определим основные параметры для слябовых машин.

Линейная скорость разливки () на слябовой машине рассчитывается по формуле:

(5)

где К – коэффициент, зависящий от марки разливаемой стали;

а – толщина сляба, м;

b – ширина сляба, м.

Принимаем К = 0,24 [1]. Тогда

м/мин.

Полученная линейная скорость разливки слябовых заготовок не превышает предельного значения, которое составляет 1,18 м/мин и 0,7 м/мин.

Машинное время разливки () на слябовой машине рассчитывается по формуле:

(6)

где – средний вес металла в ковше, т;

S – площадь сечения литой заготовки, м²;

– линейная скорость разливки, м/мин;

R – число ручьёв на машине, шт;

7,8 – плотность жидкой стали, т/м³.

Известно, что средний вес металла в ковше составляет 350 т, площадь сечения слябовых заготовок составляет S1 = 0,25 × 1,1 = 0,275 м², S2 = 0,4 × 2,2 = 0,88 м²число ручьёв – 4 и 2 соответственно (хотя это и усложняет конструкцию и обслуживание), тогда машинное время разливки составит

мин.

Полученное значение машинного времени разливки не превышает рекомендуемого предельного значения, которое составляет 110 мин [5].

Принимаем, что на слябовых МНЛЗ сталь будет разливаться сериями по 30 плавок [1]. Тогда среднегодовое значение времени подготовки машин к разливке () составит:

(7)

где – время подготовки машины к разливке между плавками или сериями плавок, мин;

a, b...i – доля стали от общего количества разливаемой соответственно по одной, двум и т. д. Плавкам в серии, %;

1, 2...k – принятое число плавок в серии (одна, две и т. д.), шт.

принимаем слябовой МНЛЗ равной 160 мин [5]:

мин.

Среднее время разливки одного ковша можно найти из выражения

(8)

где – машинное время разливки, принятое кратным длительности цикла конвертерной плавки, мин.

1,15 – коэффициент, учитывающий потери времени из-за несогласованной работы плавильных агрегатов и МНЛЗ.

Для слябовых машин:

мин.

В течение года на одной постоянно работающей машине будет разливаться ковшей стали:

, (9)

где – время работы одной постоянно работающей машины в течение года, сут (принимается равным 365 [5]).

Для слябовых МНЛЗ:

шт.

Число постоянно работающих машин (М_р), необходимое для нормальной организации работы цеха, должно быть равным:

(10)

где П_ж – количество разливаемой на МНЛЗ стали, т/год;

П_р – число ковшей, разливаемых в год на одной постоянно работающей машине, шт;

G_ср – средний вес металла в сталеразливочном ковше, т.

Для слябовых МНЛЗ:

шт.

Принимаем число постоянно работающих в цехе машин равным одному на каждый сортамент.

Общее число установленных в цехе машин (включая резервные), принимаем равным:

шт.

Проверка на возможность работы с постоянным числом машин:

, (11)

где – фактическое время работы одной установленной в цехе машины (время собственно разливки и подготовки без учета простоев на ремонтах и перестройке машины), сут/год

M_n – количество резервных машин, шт.

где 295 – фактическое время работы в течение года слябовой МНЛЗ, сут.

Наличие запасной машины обеспечивает работу цеха с необходимым числом постоянно работающих МНЛЗ.

Определим основные параметры для сортовых машин.

Линейная скорость разливки () на сортовой машине рассчитывается по формуле:

(12)

где К – коэффициент, зависящий от марки разливаемой стали;

а – сторона квадрата, м.

Принимаем К = 0,13 [5]. Тогда

м/мин.

Машинное время разливки () на сортовой машине рассчитывается по формуле:

(13)

где – средний вес металла в ковше, т;

S – площадь сечения литой заготовки, м²;

– линейная скорость разливки, м/мин;

R – число ручьев на машине, шт.;

7,2 – плотность жидкой стали, т/м³.

Известно, что средний вес металла в ковше составляет 350 т, площадь сечения сортовых заготовок составляет S1 = 0,1 × 0,1 = 0,01 м², S2 = 0,2 × 0,2 = 0,04 м², число ручьев – 6, тогда машинное время разливки составит

мин.

Принимаем, что на сортовых МНЛЗ сталь будет разливаться сериями по 12 плавок [5]. Тогда среднегодовое значение времени подготовки машин к разливке () составит:

(14)

где – время подготовки машины к разливке между плавками или сериями плавок, мин;

a, b...i – доля стали от общего количества разливаемой соответственно по одной, двум и т. д. Плавкам в серии, %;

1, 2...k – принятое число плавок в серии (одна, две и т. д.), шт.

принимаем сортовой МНЛЗ равной 95 мин [5]

мин.

Среднее время разливки одного ковша можно найти из выражения

(15)

где – машинное время разливки, принятое кратным длительности цикла конвертерной плавки, мин.

1,15 – коэффициент, учитывающий потери времени из-за несогласованной работы плавильных агрегатов и МНЛЗ.

Для сортовых машин:

мин.

В течение года на одной постоянно работающей машине будет разливаться ковшей стали:

, (16)

где – время работы одной постоянно работающей машины в течение года, сутки (принимается равным 320 [5]).

Для сортовых МНЛЗ:

шт.

(17)

где П_ж – количество разливаемой на МНЛЗ стали, т/год;

П_р – число ковшей, разливаемых в год на одной постоянно работающей машине, шт;

G_ср – средний вес металла в сталеразливочном ковше, т.

Для сортовых МНЛЗ:

шт.

Принимаем число постоянно работающих в цехе машин равным восемь.

Общее число установленных в цехе машин (включая резервные), принимаем равным:

шт.

Проверка на возможность работы с постоянным числом машин:

, (18)

M_n – количество резервных машин, шт.

где 300 – фактическое время работы в течение года сортовой МНЛЗ, сут.

Наличие запасной машины обеспечивает работу цеха с необходимым числом постоянно работающих МНЛЗ.

Вывод:

- число машин: слябовых - 4 шт., сортовых - 6 шт.;

- сортовая машина с типоразмером 100 х 100 мм, криволинейная шестиручьевая;

- сортовая машина с типоразмером 200 х 200 мм, криволинейная шестиручьевая;

- слябовая машина с типоразмером 250 х 1100 мм, криволинейная четырёхручьевая;

- слябовая машина с типоразмером 400 х 2200 мм, криволинейная двухручьевая;

- вместимость ковша: 350 т.;

- линейная скорость разливки: С1 – 1,18 м/мин, С2 – 0,7 м/мин; Б1- 2,6 м/мин, Б2 – 1,3 м/мин;

- продолжительность разливки одного ковша: С1 – 37,4 мин, С2 – 39,4 мин; Б1 – 311,6 мин, Б2 – 155,8мин;

- постоянное количество работающих машин: С1 - 1 шт., С2 – 1 шт.; Б1 – 5 шт., Б2 – 3шт.;

- число ручьёв: С1 - 4, С2 – 2; Б1, Б2 - 6.

3 Выбор и расчёт количества основного технологического оборудования

Исходные данные:

- число конвертеров в цехе – 3 постоянно работающих;

- вместимость конвертеров – 350 тонн;

- длительность плавки – 47,5 минут;

- доля скрапа в металлошихте – 20%;

- чугун – фосфористый;

- количество порций в завалку – 2.

3.1 Технологическое оборудование

3.1.1 Ковши миксерного типа

Характеристика ковшей миксерного типа:

– вместимость ковша миксерного типа, т 600

– максимальная суточная потребность в чугуне, т 28294,7

– время оборота ковшей миксерного типа между

конвертерным и доменным цехами, ч 3,7

– общее число миксерных ковшей

(в обороте, на ремонте и запасных), шт. 12

В настоящее время существует две схемы подачи жидкого чугуна из доменного цеха в конвертерный:

а) с использованием миксеров как промежуточной ёмкости;

б) с использованием ковшей миксерного типа.

Так как проектируемых цех является мощным цехом и создается в условиях свободного генплана, то применение миксеров приведет к значительным капитальным затратам, а также к возможности охлаждения чугуна при его транспортировке в открытых ковшах и переливе.

Поэтому, принимаем, что в цехе будут использоваться ковши миксерного типа.

В нашей стране изготавливаются передвижные миксеры вместимостью 135...150, 420 и 600 т [2]. Учитывая большой объём производства в цехе, принимаем вместимость ковша миксерного типа 600.

Число ковшей миксерного типа (), необходимое для организации бесперебойного снабжения конвертерного цеха чугуном, определяется выражением:

, (19)

где , и – число миксерных ковшей, соответственно находящихся в обороте, на ремонте и запасных.

, (20)

, (21)

где – время оборота ковшей миксерного типа между конвертерным и доменным цехами, час;

– вместимость ковшей миксерного типа, т;

– коэффициент заполнения ковшей;

– коэффициент, учитывающий возможные организационные задержки;

– затраты времени на холодный ремонт футеровки миксерных ковшей, час;

– число горячих ремонтов футеровки миксерных ковшей (горловины и место падения чугуна) между холодными, шт.;

– затраты времени на горячий ремонт футеровки ковшей, час;

– стойкость футеровки миксерных ковшей, наливов (принимаем равным 600 наливов [3]).

Максимально возможная суточная потребность цеха в чугуне определяется по формуле:

, (22)

где – максимально возможная масса плавки, т;

– максимально возможная доля чугуна в шихте конвертерной плавки, %;

g – выход годного металла на плавке, %;

– длительность конвертерной плавки, мин;

– число постоянно работающих в цехе конвертеров, шт.

Время оборота ковшей миксерного типа определяется по формуле:

, (23)

где – расстояние от доменного цеха до конвертерного, км;

– скорость передвижения ковшей миксерного типа, км/ч;

и – соответственно затраты времени на слив чугуна в доменном и конвертерном цехах, час.

Известно: = 350 т, = 80 %, g = 90 %, = 47,5 мин, = 3 шт.

Принимаем:

– S равным 6 км;

– равным 10 км/ч [3];

– , принимаем в сумме 2,5 ч;

– k равным 0,9 [3].

т;

часа

шт.

Принимаем равным 10 штуки, равным 1 штука, равным 1 штука, тогда

шт.

3.1.2 Сталеразливочные ковши

За сутки в цехе разливается 91 ковшей стали. Для нормальной организации работы в цехе необходимо иметь 36 сталеразливочных ковша.

Вместимость сталеразливочного ковша определяется вместимостью конвертера.

Число сталеразливочных ковшей в цехе () рассчитывается по формуле:

, (24)

где – число ковшей стали, разливаемых в сутки, шт.;

– задолженность сталеразливочного ковша на разливке одной плавки, час;

– затраты времени на ремонт футеровки ковша, час;

– стойкость футеровки ковша, плавок;

и – соответственно число ковшей на капитальном ремонте (кожуха, механических устройств и пр.) и запасных, шт.;

– коэффициент, учитывающий организационные задержки.

Число ковшей стали, разливаемых за сутки, соответствует числу плавок:

, (25)

Выбираем сталеразливочный ковш вместимостью 350 т (с учётом массы шлака и возможного увеличения количества стали из-за угара футеровки в конвертере), футерованный высокоглиноземистыми огнеупорами.

Принимаем следующие данные: =6,0 час, =17 час, = 20 плавок, = 2 штука, = 1 штука, = 0,8.

штук

Принимаем в цехе 36 ковшей для разливки стали.

3.1.3 Совки для скрапа

Принимаем для завалки скрапа совки вместимостью 50 м³, скрап будет заваливаться при помощи завалочной машины полупортального типа двумя порциями двумя совками.

Вместимость совков выбираем из расчёта завалки скрапа двумя порциями двумя совками с применением завалочной машины полупортального типа.

Вместимость совка конкретизируется в зависимости от объёма заваливаемого скрапа на плавку (V_с):

, (26)

где – максимально возможная масса плавки, т;

g_с – максимально возможная доля скрапа в металлошихте, %;

m_с – насыпная масса скрапа, т/м³ (принимается равной 1 т/м³).

Известно: максимальная масса плавки 350 т, максимально возможная доля скрапа в металлошихте 20%.

м³.

Согласно рекомендациям [3] принимаем в цехе для завалки совки вместимостью 50 м³. Для завалки будет использоваться двухсовковая полупортальная завалочная машина.

Число совков для скрапа определяется по формуле:

, (27)

где – время оборачиваемости совков, ч;

1,15 – коэффициент запаса совков;

– число совков скрапа заваливаемых в цехе за сутки, шт:

, (28)

где n_с – число совков скрапа заваливаемых на одну плавку, шт.

Принимаем время оборачиваемости совков равным 3 ч, тогда:

совка.

совков.

Принимаем для бесперебойного обеспечения цеха ломом 28 совков.

3.1.4 Шлаковые чаши

Количество шлаковых чаш для вывоза шлака из цеха принято равным 40 шт. Вместимость шлаковых чаш 30 м³.

Выбор вместимости чаш определяется количеством образующегося на плавке шлака. Объём шлака (V_шл) на плавку можно рассчитать по формуле:

V_шл = , (29)

где – максимально возможное количество образующегося шлака, % от массы плавки;

– плотность шлака, т/м³ (принимается в пределах 2,3...2,5 т/м³).

Объём шлака составит:

м³.

Учитывая, что в настоящее время на металлургических заводах используются шлаковые чаши вместимостью 30 м³ [2], принимаем две шлаковые чаши на плавку под конвертер вместимостью 30 м³.

Максимальное число шлаковых чаш определяется по формуле:

, (30)

где n_шч – число шлаковых чаш на плавку, шт.

чаши.

Количество шлаковых чаш:

N_шч = , (31)

где – время оборачиваемости шлаковых чаш, ч.

чаш.

Принимаем для обслуживания конвертеров 40 чаш (с учётом резервных).

3.1.5 Оборудование для футеровки и ремонта сталеразливочных ковшей

Вместимость сталеразливочного ковша 350 т.; футеровка – кирпичная. За сутки в цехе разливается 91 ковшей стали. Стойкость футеровки ковша – 20 плавок.

Принимаем:

- для ломки футеровки ковшей поворотный механизированный стенд и машину с телескопической стрелой и пневмоударником конструкции фирмы «LIEBHERR» (по аналогии с ККЦ «АзовСталь»);

- затраты времени на ломку футеровки, кладку днища кирпичём, кладки стен слоя и сушку, соответственно 2,5 ч; 1,0 ч; 0,6 ч и 11ч.

Число мест (n_м) определяется по формуле:

, (32)

где – число ковшей стали разливаемых за сутки, шт.;

– задолженность соответствующего места на ломку футеровки,

набивку или сушку, ч;

Ф – стойкость футеровки сталеразливочного ковша.

- для ломки футеровки: места;

- для футеровки: места;

- для сушки и разогрева: места.

Ввиду большой годовой производительности цеха и вследствие большого числа ковшей, мы увеличиваем число мест для обслуживания ковшей, по сравнению с расчетным и принимаем в ковшевом пролете:

- два места для ломки футеровки;

- два места для выполнения футеровки;

- четыре – для сушки и разогрева ковшей.

Соответственно предусматривается установка в пролёте:

- два механизированных стенда;

- две машины для ломки футеровки;

- четыре стенда для сушки и разогрева футеровки.

3.1.6 Машины для завалки скрапа

Число совков скрапа заваливаемых в цехе за сутки () – 182 порции.

Число завалочных машин (N_зм) определяется по формуле:

, (33)

где t³ – затраты времени завалочной машиной на загрузку одного совка скрапа в конвертер, мин (принимаются равными затратам времени на слив ковша с чугуном);

m – коэффициент, учитывающий затраты времени на вспомогательные операции, обычно применяется равным 1,15 [3];

С – коэффициент использования рабочего времени крана, принимается равным 0,8 [3].

По аналогии с ККЦ «АзовСталь» принимаем затраты времени на загрузку одной порции скрапа в конвертер равным 10 мин. Тогда

машины.

Учитывая непрерывный характер работы конвертеров, принимаем к установке в загрузочном пролете две полупортальные завалочные машины с совками вместимостью 50 м³.

3.2 Крановое оборудование

3.2.1 Заливочные краны

Заливочный кран с параметрами: грузоподъемность 450+100/20; пролёт 37,185м; высота подъёма 36; скорость подъёма 7,5+5,0/14 м/мин; скорость передвижения главной тележки 20; вспомогательной – 30 и крана 60 м/мин.

Суммарная суточная потребность в заливочном кране () определяется по формуле:

= , (34)

где t^з – затраты времени крана на слив одного ковша чугуна в конвертер,

мин;

– длительность конвертерной плавки, мин;

– число постоянно работающих конвертеров.

St^з_кр = ч.

Количество кранового оборудования (независимо от вида кранового оборудования) рассчитывается по формуле:

N_кр = , (35)

где – суммарная суточная потребность в кране для выполнения

основных операций;

m – коэффициент, учитывающий затраты времени на вспомогательные операции, принимается 1,15;

С – коэффициент использования рабочего времени крана, принимается равным 0,8;

24 – число часов в сутках.

N_кр = крана.

Учитывая большую годовую производительность цеха, мы увеличиваем количество заливочных кранов, по сравнению с расчетным, до трех.

Принимаем к установке в цехе три заливочных крана.

3.2.2 Разливочные краны

Мостовой разливочный кран с параметрами: грузоподъёмность 500+100/20; пролёт моста 27,5 м; высота подъёма 36+36/36; скорость подъёма 7,5+5,0/14 м/мин; скорость передвижения главной тележки 20; вспомогательной – 30 и крана 60 м/мин.

Разливка на машинах с применением консольно-поворотных стендов.

Затраты времени на прочие операции, связанные с разливкой одного ковша составят:

t_пр = 7,63 + 7,63 + 18 = 33,3 мин.

где 7,63 – затраты времени на перестановку ковша со сталевоза на

разливочный стенд и пустого – обратно, мин;

18 – затраты времени, связанные с обработкой стали в отделении цеха перед разливкой, мин.

Суточная потребность в разливочном кране:

, (36)

где t_р – затраты времени на собственно разливку одного ковша стали, мин;

t_пр – затраты времени на прочие операции, связанные с разливкой

одного ковша, мин.

St^р_кр = 33,3 × 1440 × 3/(47,5 × 60) = 50,47 ч.

Количество разливочных кранов составит:

N_кр = 50,47 × 1,15/(0,8 × 24) = 3 крана.

Учитывая большую годовую производительность цеха и разнообразие сортамента выпускаемой продукции, мы увеличиваем количество, по сравнению с расчетным и принимаем к установке в ОНРС восемь разливочных кранов (пять для сортовых МНЛЗ и три для слябовых МНЛЗ).

3.2.3 Краны для перестановки ковшей в ковшевом пролете

Принимаем к установке в ковшевом пролёте два мостовых крана со следующими характеристиками:

- грузоподъёмность, т 125 + 30

- пролёт, м 28,326

Принимаем:

- мостовой ковшевой кран грузоподъёмностью 125+30 т и пролётом 28,326 м;

- схема перестановки ковшей аналогична принятой в ККЦ «АзовСталь»;

- ковши имеют монолитную набивную футеровку. Стойкость ковшевого слоя 20 плавок и длительность его ремонта в среднем 17 ч.

Суточная потребность в ковшевом кране определяется по формуле:

, (37)

где t^к – затраты времени ковшевым краном на одну перестановку ковша,

мин;

– соответственно число подготавливаемых ковшей и на ремонте

футеровки за сутки, шт;

к^п, к^ф – число перестановок ковша при его подготовке и ремонте

футеровки.

Число ковшей, подготавливаемых за сутки, отвечает числу плавок и может быть определено по формуле:

. (38)

Число ковшей на ремонте футеровки определяется по формуле:

, (39)

где - затраты времени на ремонт футеровки, ч;

Ф – стойкость футеровки сталеразливочных ковшей, плавок.

n^п_к=1440 × 3/47,5 = 91 ковш

n^ф_к= 91 × 17/(24 × 20) = 3,2 ковша.

St^к_к = 3,95 × (91 × 5 + 3,2 × 7)/60 = 31,4 ч.

N_кр = 31,4 × 1,15/(0,8 × 24) = 1,88 крана.

Учитывая, что в случае остановки одного из кранов ковшевой пролёт не сможет обеспечивать бесперебойную работу цеха, принимаем к установке в пролёте 2 крана.

4 Ковшевая обработка стали

Рассчитываем требуемое количество АКОС для обработки стали.

Годовая пропускная способность определяется по формуле:

П_акос=1440∙Р∙m/t_акос, (40)

где m – масса плавки, т;

t_акос – время обработки, мин.

П_акос=1440∙345,3∙300/60=2486160 т

Количество АКОС определяется по формуле:

n_акос=П_г/П_акос, (41)

где П_г – годовая производительность цеха, т;

П_акос- годовая пропускная способность, т.

n_акос=9500000/2486160=3,82

Принимаем к установке в цехе 4 АКОС.

Рассчитываем требуемое количество ваккууматоров для обработки стали.

Годовая пропускная способность определяется по формуле:

П_вак=1440∙Р∙m/t_вак, (42)

где t_вак – время обработки, мин.

П_вак=1440∙345,3∙300/35=4261988,57 т

Число плавок по одному агрегату определяется по формуле:

n_пл=П_сут/m, (43)

где П_сут – суточная производительность конвертера, т;

m - масса плавки, т.

П_сут= 3395368/320=10610,5т/сут.

n_пл=10610,5/345,3=31

Число плавок по трем агрегатам определяется по формуле:

А=n_пл∙n_к, (44)

где n_к– количество агрегатов

А=31∙3=93

Количество ваккууматоров определяется по формуле:

n_вак=А∙t_вак/1440 (45)

n_вак=93∙35/1440=2,26

Принимаем к установке в цехе 4 ваккууматора.

5 Конструирование конвертерного цеха

Обоснование основных грузопотоков цеха

В результате анализа проектов - аналогов и других источников проектирования в конструируемом цехе предусматривается следующая организация грузопотоков [9]:

Скрап: копровый цех – совки – железнодорожные платформы – скрапной пролёт – кран для перестановки совков – платформенные весы (дозагрузка скрапа) – скраповоз – загрузочный пролёт конвертерного отделения (УЗП) – полупортальная завалочная машина – конвертер.

Принятая организация доставки скрапа потребует:

· создания в копровом цехе специального участка по загрузке совков;

· создание скрапного пролёта;

· специальных кранов для разворота совков.

Достоинством принятой организации грузопотока скрапа является:

· возможность корректирования веса плавки в конвертерном отделении за счёт изменения количества лома;

· использование более экономичного заводского железнодорожного транспорта.

Жидкий чугун: литейный двор доменного цеха – чугуновозные ковши миксерного типа – отделение перелива чугуна ККЦ (УЗП) – заливочные ковши на самоходных (электрифицированных) тележках – загрузочный пролет конвертерного отделения – заливочный кран – конвертер.

В отделении перелива чугуна организуется скачивание шлака из заливочных ковшей. Для перестановки ковшей с чугуном предусматривается мостовой кран с тензометрическим устройством для взвешивания чугуна.

Достоинством данного варианта грузопотока чугуна является:

· отсутствие необходимости строить здание миксерного отделения и

установки в нем громоздкого и дорогостоящего оборудования;

· уменьшение вредных выделений и улучшение условий труда в

загрузочном пролёте;

· освобождение заливочных кранов от операций по перестановке ковшей с

чугуном и шлаковых чаш и, как следствие, улучшение организации

заливки чугуна;

· возможность корректировки веса чугуна в ковше в зависимости от

потребности плавки.

Сталь: конвертер – сталеразливочный ковш вместимостью 350 т, установленный на самоходную (электрифицированную) тележку – ОНРС – разливочный кран – установка внеагрегатной обработки стали – МНЛЗ – прокатный цех.

При необходимости окончательная доводка стали организуется непосредственно в ОНРС.

Достоинства организации грузопотока стали:

· ввиду расположения ОНРС в непосредственной близости от конвертерного

отделения отсутствует необходимость защищать металл от охлаждения

при транспортировке;

· возможность транспортировать ковши по внутрицеховым путям, т.е.

отсутствие межцеховых путей или крановой эстакады.

Шлак: конвертер – шлаковая чаша, установленная на самоходную (электрифицированную) тележку – шлаковый пролет – железнодорожные платформы с механизмом кантования – отделение первичной переработки шлака.

Транспортировка с помощью ЖДТ нашла широкое распространение в цехах со сверхмощными конвертерами. Ее достоинствами являются:

· низкая стоимость ЖД-платформ при высокой грузоподъемности;

· улучшение условий труда в цехе.

Сыпучие: сыпучие от приёмных бункеров отделения сыпучих транспортируются в бункера запаса конвертерного отделения конвейерами. Бункера запаса располагаются в непосредственной близости от конвертера, что позволит:

· уменьшить габариты конвертерного отделения;

· сократить путь движения сыпучих, т.е. уменьшить их истирание,

пылевыделение, потери.

Ферросплавы: аналогично организации грузопотока сыпучих. Из бункеров запаса конвертерного отделения ферросплавы по течкам доставляются к печам для их подогрева и прокаливания, а также к печам для получения жидких лигатур, находящихся в конвертерном пролете. Затем ферросплавы подаются в ковш с металлом.

Достоинство данного грузопотока:

· независимость грузопотока ферросплавов и высокая степень механизации и автоматизации работ;

· возможность выплавки широкого сортамента сталей.

5.2 Выбор и обоснование структуры цеха

Ввиду большой годовой производительности цеха, разнообразия сортамента выпускаемой продукции и большого числа машин непрерывного литья заготовок, стало невозможным выполнение условия по заданию, а именно компоновка цеха – ограничение по ширине. Руководствуясь принятыми грузопотоками и другими основными положениями проекта, опытом проектирования (проекты - аналоги) и рекомендациями ведущих проектных организаций [9],, принимаем ККЦ в виде отдельно стоящих зданий:

- приемное отделение сыпучих материалов;

- склад ферросплавов;

- отделение первичной переработки шлака;

- отделение дымососов.

Новым в структуре КО будет следующее:

- размещение газоочистки на крыше ковшевого пролета;

- совмещение сталевозных и шлаковозных путей;

- отказ от заливочных кранов в отделении перелива чугуна (слив чугуна из ковшей миксерного типа в заливочные ковши, расположенные на самоходных платформах ниже УЗП);

- отказ от размещения участка ферросплавов на УЗП и УРП и размещение вертикального тракта подачи ферросплавов параллельно вертикальному тракту сыпучих в одном пролете.

- отказ от пролета электропомещений и размещение их в отдельном здании.

Эти мероприятия позволяют несколько уменьшить загруженность оборудованием здание конвертерного отделения и сократить размеры здания и, следовательно, уменьшить капитальные затраты на строительство ККЦ и улучшить условия труда в отделении.

Схема взаимного размещения отделений цеха на генплане показана на рисунке 1.

Скрапной цех

ОППШ

Ситуационный план конвертерного цеха

Рисунок 1 – Ситуационный план

Заключение

Состав и характеристика проектируемого кислородно-конвертерного цеха, удовлетворяющий потребности прокатных цехов в литой заготовке, отражены в таблице 3

Таблица 3 - Состав проектируемого кислородно-конвертерного цеха

Оборудование

Количество, шт.

Характеристика оборудования

Конвертер

G_ст=350т; стойкость футировки -3000 плавок; длительность цикла плавки-47,5мин.; интенсивность продувки металла кислородом - 5 н.м³/(т×мин)

МНЛЗ слябовые

Размер заготовки: 250×1100мм; количество ручьев – 4; машинное время разливки – 37,4мин.

Размер заготовки: 400×2200мм; количество ручьев – 2; машинное время разливки – 39,4мин.

МНЛЗ сортовые

Размер заготовки: 100×100мм; количество ручьев – 6; машинное время разливки – 311,6мин.

Размер заготовки: 200×200мм; количество ручьев – 6; машинное время разливки – 155,8мин.