2.2 Описание механического оборудования и анализ недостатков проектных решений производства и конструкций агрегатов

В состав электросталеплавильного цеха входят три сталеплавильных агрегата – две дуговые электросталеплавильные печи и один двухванный сталеплавильный агрегат, две сортовые и одна слябовая машины непрерывного литья заготовок, два агрегата “печь-ковш”, агрегат доводки стали и установка усреднительной продувки стали, промковш и его тележка, стальковш и его тележка, подъемно-транспортное оборудование .

Дуговые электросталеплавильные печи фирмы “VAI-FUCHS” представляют собой современные агрегаты (рис.2.7), масса плавки, как и для двухванного сталеплавильного агрегата – номинальная 180 т.

Рис.2.7 – Дуговая электросталеплавильная печь

В качестве шихтовых материалов все сталеплавильные печи используют жидкий чугун, металлический лом, ферросплавы, в качестве добавочных материалов используется известь, углеродсодержащие материалы и др. Электропечи имеют возможность работы как без жидкого чугуна (100% металлического лома, при этом цикл плавки по контракту составляет 48 минут), так и с жидким чугуном (от 25% до 40%, при этом цикл плавки снижается от 42 до 44 минут соотвественно). Для нагрева и расплавления металлошихты в рабочем пространстве сталеплавильного агрегата используются следующие энергетические источники: электрическая дуга, природный газ, углеродсодержащие материалы, кислород. Металл из сталеплавильного агрегата выпускается в сталеразливочный ковш в виде полупродукта с заданной температурой. Технические характеристики ДСП приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. –Технические характеристики ДСП

1	Годовое производство, тыс.т	2000
2	Годовое производственное время, час	7920
3	Средний вес плавки, т.	175
4	Продолжительность плавки, мин	42^*
5	Расход электроэнергии, кВт/ч	290
6	Расход электродов, кг/т	1,2
7	Мощность трансформатора, МВА	150
8	Вторичное напряжение, Вольт	800/1225/1400
9	Вторичный ток, кА	70
10	Диаметр электродов, мм	610
11	Жидкий остаток "болото", т	30
12	Общая емкость по жидкому металлу, т	210
13	Объем загружаемого в ДСП материала, м3	185
14	Объем бадьи (завалочной корзины), м3	165
15	Количество завалок	2
16	Выход годного, %	90
17	Производительность по вдуванию O2, м3/мин	6 x 2750
18	Производительность по вдуванию угля, кг/мин	2 x 20-60
19	Мощность комбинированных горелок RCB, МВт	6 x 3,5
20	Период под напряжением, мин	30
21	Период без напряжения, мин	12
22	Общий расход кислорода, м3/т	42
23	Общий расход газа, м3/т	4
24	Вдуваемый уголь, кг/т	4
25	Известь, кг/т	35
26	Доломит, кг/т	3,8

^٭ - для варианта работы с расходом жидкого чугуна - 25 %, скрапа – 75 %.

Основные проектные данные приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2. –Основные проектные данные

Скрап / Жидкий чугун

100 % / 0 %

75 % / 25 %

60 % / 40 %

Состав загружаемого материала

Загружаемый скрап	t	200	150	100
Загрузка чугуна	t	-	-	-
Доля скрапа, загружаемого впервой корзине	%	60	60	50
Доля скрапа загружемого во второй корзине	%	40	15	-
Загрузка жидкого чугуна Непрерывная подача %	%	-	25	40

Технология вдувания

Производительность по вдуванию кислорода	Nm^3/h	5x 2750	5x 2750	5x 2750
Производительность по вдуванию угля	kg/min	2x 20 - 60	2x 20 - 60	2x 20 - 60
Мощность комбинированных горелок, RCB	MW	5x 3,5	5x 3,5	5x 3,5
Мощность горелок, нормальные горелки	MW	1x 3,5	1x 3,5	1x 3,5
Мощность горелок общая	MW	21	21	21
Производительность	Nm^3/h	3 x 350	3 x 350	3 x 350

Продувка

Донная продувка в ковше, выпуск
Аргон / Азот	Liter/min	100 - 425	100 - 425	100 - 425

Показатели по расходу

Температура металла при выпуске	^0С	1610	1610	1610
Электроэнергия	kWt/h	365	290	235
Электроды	kg/t	1,3	1,2	1,15
Общий расход кислорода	Nm^3/t	40	42	45
Общий расход топлива (газ / мазут), макс	Nm^3/t	4	4	4
Вдуваемый уголь, макс.	kg/t	8	4	1
Загружаемый уголь, макс.	kg/t	15	0	0
Загружаемая известь	kg/t	35	35	40
Доломит	kg/t	3,5	3,8	3,8
Параметры отходящих газов
Расход	Nm^3/t	55	55	55
Температура в среднем	^0С	1400	1400	1600

Агрегат печь-ковш. Доведение расплава металла по химическому составу до заданной марки стали осуществляется на агрегатах внепечной обработки (рис.2.8 – агрегат печь-ковш»), при этом температура металла в конце обработки должна соответствовать заказу, в соответствии с конкретными условиями разливки на МНЛЗ.

Рисунок 2.8. –Агрегат печь-ковш

В качестве расходных материалов на агрегатах внепечной обработки стали используются: ферросплавы, известь, плавиковый шпат, порошковая проволока с различными наполнителями для микролегирования, инертный газ (аргон, азот) для перемешивания металла, кислород для химического нагрева металла на агрегате доводки стали (на агрегате печь-ковш для физического нагрева металла электрическая дуга) и др. Продолжительность технологических операций по внепечной обработке стали для рядового сортамента составляет 40-50 минут, в случае необходимости глубокой десульфурации, либо подготовки псевдокипящих марок стали для разливки «закрытой» струей на сортовых МНЛЗ длительность обработки возрастает до 70-120 минут .

В состав оборудования агрегата “печь-ковш” входят:

- система хранения, дозирования и механизированной подачи сыпучих (ферросплавов и шлакообразующих материалов) состоит из 8 бункеров;

- два 2-х ручьевых трайб-аппарата для ввода в металл порошковой проволоки с различными видами наполнителей диаметром 9-16мм со скоростью ввода до 300 м/мин;

- печной трансформатор;

- система для донной продувки;

- манипулятор аварийной верхней фурмы;

- манипулятор для измерения температуры и отбора проб металла;

- стенд наращивания электродов;

- самодвижущийся сталевоз.

Измерение температуры и окисленности металла осуществляется при помощи системы “Сelox” фирмы “Heraus Electro-Nite”.

Продувка металла в сталеразливочном ковше осуществляется аргоном через две пористые пробки с максимальной интенсивностью до 1200 л/мин. Общий вид агрегата печь-ковш представлен на рис.2.9.

Рисунок 2.9 - Общий вид агрегата печь-ковш

1 – АПК 175, 2 – трансформатор печной трехфазный, 3 - сталевоз самоходный со взвешивающим устройством СС-5700, 4 – манипулятор для измерения температуры и взятия пробы, 5 – механизм подъема электродов, 6 – элктроды, 7 – токопровод, 8 – линия загрузки агрегата, 9 – помещение автоматики АПК, 10 – бункера ферросплавов.

Технические характеристики АПК приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3. –Технические характеристики АПК

№ п/п	Наименование параметра	Величина
1	Годовая производительность, тыс. т	1700
2	Число рабочих часов в год	7680
3	Вес жидкой стали в ковше,	175-180
4	Длительность цикла обработки, мин	40
5	Мощность трансформатора, МВА	26
6	Скорость нагрева, ^0С/мин	4

Устройство для улавливания и очистки газов.

В течение плавки количество выходящих из печи газов колеб­лется в пределах 40—500 м³/ч на 1 т. Большое количество газов выделяется во время продувки металла кислородом. Средний выход газа за плавку составляет 50—60 м³/ч на 1 т. Отходящие газы содержат взвешенные частички пыли, количество которой во время продувки изменяется в пределах 2—12 г/м³, а в период расплавления 0,25—7,6 г/м³. Пыль — высокодисперсна, отли­чается малой электропроводностью и содержит 35—65 % окси­дов железа, 6—15 % оксидов кальция, 3—13 % глинозема, а также оксиды магния, марганца и кремния .

В процессе плавки газовая фаза постоянно обновляется; в ее состав входит до 20 % оксида углерода, до 10 % кислорода, а также диоксид углерода и водород. Температура ее примерно равна температуре металла. При соприкосновении с окружаю­щим воздухом горючие составляющие газовой фазы сгорают. Потери тепла при этом достигают 10 % от вводимой в печь элек­трической мощности.

Отбор газа из рабочего пространства дуговой печи осуществляют через сводовое отверстие. Между отверстием в своде и газоотборным футерованным патрубком предусмотрен зазор 200—300 мм. Соединение патрубка с неподвижным не­охлаждаемым газоходом выполнено также с зазором. Это поз­воляет перемещать патрубок при повороте свода. Тяга создается вентилятором-дымососом. Для уплотнения сводовых отверстий у электродов и между заслонкой и рабочим окном применяют пневмодинамические уплотнители, газы почти полностью уда­ляются только через специальное отверстие. Для очистки от пыли установлен металлический мокрый скруббер с трубами Вентури. После очистки содержание пыли в отходящих газах не превышает 80 мг/м³.

В своде печи установлен датчик давления, сигнал с которого поступает на регулятор давления. В соответствии с сигналом рассогласования между фактическим и заданным давлениями под сводом регулятор давления перемещает заслонку. Во время рас­плавления под сводом поддерживается давление от 10 до 20 Па. В период продувки при полностью открытой заслонке отрицатель­ное давление (разряжение) под сводом составляет 10 Па (из-за создаваемой тяги двух вентиляторов газоотсоса, мощностью 1900 кВт каждый). В восстановительный период дымосос отключают, поскольку отрицательное давление приводит к повышению угара легирующих и раскислителей; под сводом оно составляет плюс 5—20 Па. В испарителе установлены термопары, сигнал с которых поступает на регулятор темпера­туры. Последний управляет работой водяных форсунок.

Управление системой газоочистки сосредоточено в специаль­ном помещении, где установлены приборы, показывающие разре­жение газа в электропечи, разрежение дыма до и после газоочистки, температуру дыма до и после скрубберов, а также после газоочи­стки, перепад разрежения в трубах Вентури, давление и темпера­туру воды, поступающей на газоочистку, в распределительных коллекторах, расход воды на каждый блок труб Вентури, а также суммарный расход воды на скруббер и шламоуловитель, тем­пературу отходящего шлака.

Применение системы уменьшает тепловые потери с газами на 15—20 %, что снижает расход электроэнергии на 2,0—2,5 % и увеличивает тепловой к. п. д. печи.

Агрегат доводки стали и установка усреднительной продувки стали по составу и оборудованию аналогичен агрегату печь-ковш, за исключением системы электронагрева. Подогрев плавки на агрегате доводки стали осуществляется путем химического нагрева, а на установке усреднительной продувки стали подогрев отсутствует. Общий вид АДС представлен на рис. 2.10, технические характеристики АДС представлены в табл. 2.4.

Рисунок 2.10 –Общий вид АДС

1 – АДС 175, 2 – крышка АДС, 3 – сталевоз самоходный со взвешивающим устройством, 4 – манипулятор для измерения температуры и взятия пробы, 5 – манипулятор аварийной фурмы, 6 – магазин аварийных фурм, 7 – фурма продувочная.

Таблица 2.4 –Технические характеристики АДС (УУПС)

№ п/п	Наименование параметра	Величина
1	Годовая производительность, тыс. т	1800
2	Число рабочих часов в год	7680
3	Вес жидкой стали в ковше,	175-180
4	Длительность цикла обработки, мин	37,5

Сортовые МНЛЗ и слябовая МНЛЗ. Непрерывная разливка стали производится на двух сортовых пятиручьевых машинах непрерывного литья заготовок фирмы “VAI”(рис.2.11) и одной слябовой двухручьевой машины ОАО “УРАЛМАШ”

(рис. 2.12). Сечение сортовой заготовки 150х150 мм (для новых сортовых станов)

и в небольшом количестве - 152х170 мм, производительность каждой МНЛЗ - 1,0 млн.т непрерывнолитой сортовой заготовки в год. Сечение слябовой заготовки (слябы) 250х750…2350, производительность 2,0 млн.т непрерывнолитой слябовой заготовки в год. Технические характеристики сортовых МНЛЗ представлены в табл. 2.5 и слябовой МНЛЗ в табл. 2.6.

Рис.2.11 – Сортовая машина непрерывного литья заготовок

Таблица 2.5 –Технические характеристики сортовых МНЛЗ

№ п/п	Наименование параметра	Величина
1	Тип МНЛЗ	Радиальная установка с криволинейным кристаллизатором
2	Количество ручьев	5
3	Годовая производительность, тыс. т	1000
4	Емкость сталеразливочного ковша, т	175
5	Базовый радиус, мм	9000
6	Расстояние между ручьями	1250
7	Диапазон рабочих скоростей машины
	При разливке, м/мин	0-7
	При вводе затравки, м/мин	6
	Скорость рольгангов, м/мин	40
8	Сечение отливаемых заготовок, мм*мм	100*100
		124*124
		120*150
		150*150
		152*170
9	Длина заготовок, мм	3500-12000
10	Металлургическая длина машины, мм	24000
11	Уровень разливочной площадки, мм	+10200
12	Уровень рольганга, мм	+900

Рис. 2.12 – Слябовая машина непрерывного литья заготовок

Таблица 2.6 –Технические характеристики слябовой МНЛЗ №5

№	Наименование параметра	Величина
1	Тип МНЛЗ	Криволинейная с вертикальным кристаллизатором, с многоточечным загибом и выпрямлением непрерывного слитка
2	Количество ручьев	2
3	Технологическая длина (от верха кристаллизатора до оси последнего ролика), мм	31685
4	Длина вертикального участка, мм	2840
5	Длина участка загиба, мм	1799
6	Длина дугового участка, мм	8326
7	Длина участка выпрямления, мм	6630
8	Длина горизонтального участка, мм	12090
9	Радиус дугового участка, мм	8000
10	Длина медных стенок кристаллизатора, мм	900
11	Сечение отливаемых слитков, мм
	толщина	250
	ширина	1250-2350
12	Длина слитков после порезки, м
	максимальная	12
	минимальная	4,8
13	Емкость сталеразливочного ковша, т
	номинальная	175
	максимальная	200
14	Емкость промежуточного ковша при рабочем уровне металла, т	48,2
15	Рабочий уровень металла в промежуточном ковше, мм	1200
16	Годовая производительность, тыс. т	2200

Сущность машин непрерывного литья заготовок заключается в литье стали в сквозную водоохлаждаемую изложницу (кристаллизатор), непрерывного вытягивания слитка из изложницы и последующей порезки слитка на мерные заготовки.

Подъемно-транспортные механизмы

В цехе находятся основные мостовые краны с грузоподъемностью:

- на вспомогательных операциях на участке перегрузки скрапа - 16 т;

- перегрузка скрапа из совков в бадьи – 130 т;

- загрузка электропечи – 225+63/20 т;

- заливочный -300+75/15т;

- перенос стальковшей – 400+75/15 т;

- перенос и складирование заготовок – 100/32т;

- пратцен-кран – 16т

Так же работа кранов связано с опасностью и ответственностью. Группа режима работы кранов и их механизмов:

- группа режима работы крана ИСО А7 (ГОСТ 7К)

- главный механизм подъема ИСО М7 (ГОСТ 5М)

- вспомогательный механизм подъема ИСО М6 (ГОСТ 4М)

- механизм передвижения крана ИСО М7 (ГОСТ 5М)

- механизм передвижения тележки ИСО М7 (ГОСТ 5М)

К основному механическому оборудованию участка, где расположен сталеразливочный ковш, можно отнести сам сталеразливочный ковш и тележку стальковша.

Сталеразливочный ковш

Отечественная промышленность выпускает сталеразливочные ковши сварного типа вместимостью 50-480 т.

Сталеразливочные ковши выполняют в форме усеченного конуса со сферическим днищем . На рис.2.13 показан ковш вместимостью 480 т с двумя стопорными затворами. Коническая часть корпуса 7 состоит из трех обечаек, сваренных между собой встык; сферическое днище – цельноштампованное. К средней обечайке повышенной толщины приварены два кольцевых пояса жесткости 5, две кованые цапфовые плиты 3, в которые впрессованы цапфы 2 для захвата ковша крюками главного подъема разливочного крана. Упоры 4, приваренные к нижнему кольцевому поясу, предназначены для установки ковша на стенд или сталевоз. Для кантования ковша механизмом вспомогательного подъема разливочного крана при сливе остатков металла, проведении ремонта футеровки к днищу шарнирно на серьге прикреплена скоба 9. Слив избытка шлака, поступающего при выпуске металла из сталеплавильного агрегата, производят по двум сливным носкам 1. Внутри ковш футерован огнеупорным кирпичом 8. В днище ковша выполнены два отверстия для выпуска стали, в которые вставлены сменные сталевыпускные стаканы из огнеупорного материала. Отверстия ковша открывают и закрывают стопорами 6, управляемыми дистанционно гидроцилиндрами 15 (или ручным механизмом 17). Двухстопорные ковши позволяют сократить продолжительность разливки стали.

Рис. 2.13 –Общий вид сталеразливочного сварного ковша

По способу перекрытия сталевыпускного отверстия затворы подразделяют на стопорные и скользящие. В стопорных затворах отверстия для выпуска стали закрывают внутри ковша в объеме жидкого металла прижатием пробки к сталевыпускному стакану. В скользящих затворах отверстия ковша перекрывают снаружи горизонтальным движением отсекающей огнеупорной плиты или поворотного диска.

Стопорные затворы

Стопорный затвор состоит из следующих основных частей (рис.2.14): стопора 6 –стального стержня, защищенного огнеупорными кольцами, с навинченной шамотной пробкой 18 внизу; ползуна 11, проходящего внутри направляющей трубы 13; вилки 10, связывающей стопор с ползуном; винтового механизма 14 для регулирования наклона направляющей трубы при совмещении пробки со сталевыпускным стаканом 19; гидравлического цилиндра 15 и рычажного механизма 17, служащих для управления стопором дистанционно. Пружина 16 прижимает стопор к стакану. Вилка 12 предохраняет стопор от раскачивания.

Рис. 2.14 –Стопорные затворы сталеразливочного ковша

Скользящие затворы

Затворы скольжения относятся к прогрессивному типу, так как позволяют улучшить технологию разливки стали, увеличить время пребывания стали в ковше, необходимое для внепечной обработки металла и разливки на МНЛЗ, производить регулировку скорости и осуществить автоматизацию процесса разливки. В зависимости от вида движения отсекателя скользящие затворы делят на шиберные и поворотные .

Шиберный затвор конструкции ВНИИметмаша (рис. 2.15) состоит из блока затвора, расположенного на поворотном кронштейне 7, опорного фланца 2 со сменным стаканом 1, вставленным в корпус 3 ковша, кронштейна 14 и гидравлического механизма перемещения шибера. Основными деталями шиберного затвора являются неподвижная 8 и подвижная 10 контактные плиты, выполненные из огнеупорного материала. Неподвижную плиту вставляют в обойму 4, а подвижную плиту вместе со сталевыпускным патрубком 9 устанавливают в чаше 5. Чаша помещена в направляющие корпуса 6 затвора. Шибер затвора, состоящий из чаши, подвижной плиты и коллектора, перемещается навесным гидроцилиндром 13. Штанга 11, связывающая гидроцилиндр с шибером, помещена в направляющую втулку 12 и фиксирована от проворачивания пальцем, входящим в продольный паз штанги. Для быстрой замены контактных плит поворотный кронштейн, заключенный во втулку неподвижного кронштейна 15, опускают и отводят в сторону на оси 14. Кронштейн по вертикали перемещают гайкой 16.

Рис. 2.15 – Шиберные затворы сталеразливочного ковша

Тележка стальковша

Рисунок 2.16 –Тележка стальковша.

Тележка стальковша (рис. 2.16) служит для транспортировки стальковша из позиции загрузки в позицию разливки или из позиции разливки в аварийную позицию или позицию загрузки .

Тележка стальковша состоит из следующих основных частей:

- передвижной рамы;

- приводного узла;

- взвешивающего устройства;

- защиты разливки.

Сварная конструкция передвижной рамы используется в качестве опорной рамы тележки стальковша. На передвижной раме располагаются ходовые колёса, буфер, подшипники для приводов и взвешивающее устройство для измерения веса стальковша .

Приводной узел состоит из восьми колёс, которые опираются на передвижную раму. Четыре колеса приводятся в движение планетарной передачей (передаточное число 30) с гидравлическим двигателем, четыре колеса являются не приводными (самоустанавливающийся роликоподшипник). Диаметр неприводных колёс 800мм. Скорость передвижения 1,5 – 20 м/мин. Номинальный вращающий момент 8 кН*м.

Четыре загрузочные ячейки располагают на передвижной раме (по две загрузочные ячейки на каждую взвешивающую балку). На каждой загрузочной ячейке смонтирована поперечная балка. На передвижной раме находятся направляющие для стальковша. Загрузочные линейки измеряют вес содержимого стальковша.

Техническая характеристика и основные размеры тележки стальковша

Количесво тележек 2 шт

Длина тележки. 8613 мм

Ширина тележки. 5825 мм

Высота тележки 4065 мм

Объем загрузки 60 т

Вес тележки 30 т

Расстояние передвижения тележки 16500 мм

Расстояние между рельсами 4890 мм

Приводные колеса 4 шт

Неприводные колеса 4 шт

Диаметр приводных колес 800 мм

Диаметр неприводных колес 800 мм

У большинства МНЛЗ различных металлургических комбинатов существует специальный подъемно-поворотный стенд, который значительно упрощяет процесс разливки горячего металла в сталеразливочный ковш. ППС предназначен для установки на нем двух сталеразливочных ковшей, перевода их из резервного положения в рабочее и обратно, взвешивания ковша с металлом, удержания ковша в пе­риод разливки, вертикальных перемещений ковшей для вы­полнения вспомогательных технологических операций.

Техническая характеристика подъемно-поворотного стенда конструкции фирмы «Демаг» преведена в табл. 2.7.

Таблица 2.7 – Техническая характеристика ППС

Наименование	Значение
Максимальная масса ковша с металлом, т.	450
Угол поворота, град.	360
Время поворота на угол 180°, с.	30
Высота подъема ковша, мм.	650
Время подъема ковша, с.	25
Мощность электродвигателя, кВт.	2 х 63
Пневмодвигатель:
мощность, кВт.	16,4
частота вращения, об/мин.	200

При подготовке сталеразливочного ковша к разливки стали и во время разливки, на ковш одевается крышка термостатирования для сохранения температурных характеристик разливаемой стали.

Общая схема ППС показана на рис. 2.17.

Рисунок 2.17 – Общая схема ППС,

где 1- круг опроно-поворотный; 2- гидроцилиндр подъема; 3- консоль; 4- ковш сталеразливочный; 5- крышка термостатирования.

Основной тенденцией в развитии современного сталеплавильного производства является повышение качества металлопродукции при улучшении технико-экономических показателей (ТЭП) производства, то есть снижении затрат.

Улучшение ТЭП производства металлопродукции возможно путем его интенсификации и снижении расходов по переделу. Все это может быть достигнуто за счет введения в строй нового современного оборудования или модернизации существующего, что является экономически более оправданным.

На современных МНЛЗ для передачи крышки стальковша из одного пролета (разливочного) цеха в другой (пролет МНЛЗ) используют мостовые краны большой грузоподъемности.

В предлагаемом проекте основной задачей является модернизация конструкции сталеразливочного стенда с целью сокращения затрат на потребляемое электричество.

Рациональным решением поставленной задачи на сегодняшний день представ­ляется разработка и внедрение механизации транспортировки крышек термостатирования сталеразливочного ковша.

Для осуществления поставленной задачи в проекте предлагается провести установку на колонну вблизи сталеразливочного ковша стационарной консольной конструкции с механизмом поворота, механизмом подъема и опускания крышек.

Факторы, оправдывающие капитальные вложения на проведение модернизации сталеразливочного стенда, изложены ниже:

• разгрузить работу мостовых кранов разливочного пролета, грузоподъемностью 210+63/20 т.;

• улучшение условий труда и повышение безопасности эксплуатации сталеразливочного стенда.

Недостатком существующей технологии при данной конструкции сталеразливочного стенда является то, что установку и съем крышек термостатирования сталеразливочного ковша осуществляется краном грузоподъемностью 210 т, хотя процесс съема и одевания крышки может быть механизированным.