Практична робота № 5 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	2	1	I
2	3	2	I
3	4	3	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
1	2,0	10	6,0	19	2,75
2	2,5	11	5,9	20	3,75
3	3,0	12	5,8	21	4,75
4	3,5	13	5,7	22	5,75
5	3,8	14	5,6	23	4,35
6	4,0	15	5,5	24	4,25
7	4,5	16	5,4	25	4,15
8	5,0	17	5,3
9	5,5	18	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.