Расчет производительности металургического оборудования

 

 

 

 

 

1. Общая характеристика и устройство  доменных цехов

Доменный цех является одним  из основных цехов металлургического  завода. В его состав входит несколько  доменных печей, с относящимся к  каждой из них и расположенным  вблизи них комплексом объектов (литейный двор, воздухонагреватели с воздухопроводами, система подачи шихты к колошниковому  загрузочному устройству, система газоочистки, установки припечной грануляции шлака и некоторые другие); бункерная эстакада; система транспортных путей, газопроводов и ряд общих для цеха или нескольких печей отделений и участков, таких как склад шихтовых материалов (рудный двор), отделение разливки чугуна, склад холодного чугуна, воздуходувная станция, отделение приготовления масс и ремонта чугуновозов и шлаковозов; вспомогательные отделения – ремонтные мастерские, электроподстанция и др.

Для доменных цехов характерны большой  объем и сложная система грузопотоков, среди которых можно выделить грузопотоки шихтовых материалов к  бункерной эстакаде с фабрик агломерации  и окомкования,  коксохимического цеха (завода) и ряда других источников снабжения цеха шихтой, находящихся за пределами завода; системы подачи материалов от бункерной эстакады к колошниковому загрузочному устройству; грузопотоки уборки продуктов плавки – чугуна, шлака, колошниковой пыли; системы линий уборки коксовой мелочи и мелочи агломерата; грузопотоки материалов, используемых при ремонтах объектов цеха, трубопроводная подача к доменным печам кислорода и природного газа и отвод колошникового газа.

Устройство  доменного цеха, характер размещения в нем основных объектов во многом определяются выбранной системой грузопотоков и транспорта, причем изменение этих систем существенно сказывается  на планировке цеха [1,4].

На рис. 2.1 приведена схема грузопотоков доменного цеха с подачей шихтовых материалов машинами периодического действия [1,6].

 

              

 

Рис.2.1. Схема  грузопотоков доменного цеха

 

1 – карьер сырых материалов; 2 –рудники; 3 – агломерационная  фабрика; 4 – железнодорожная станция  доменного цеха; 5 – вагон; 6 –  толкатель; 7 – вагоноопрокидыватель; 8 – приемная траншея; 9 – тележка перегрузочного крана; 10 – перегрузочный кран; 11 – путь перегрузочного крана; 12 – склад; 13 – штабель; 14 – вагон; 15 – коксохимический завод; 16 – коксовый перегрузочный вагон; 17 – вагон; 18 – бункерная эстакада; 19 – скиповой подъемник; 20 – колошник доменной печи; 21 – газовая подстанция; 22 – воздухонагреватели; 23 – воздуходувная станция; 24 – кислородная станция; 25 – литейный двор; 26 – чугуновозы; 27 – шлаковозы; 28 – разливочная машина; 29 – отделение грануляции шлака; 30 – придоменные установки грануляции шлака; 31 – фильтры грубой очистки; 32 – фильтры полутонкой очистки; 33 – фильтры тонкой очистки 

 

Флюсы, добытые в карьерах сырых  материалов, руду из рудников 2 и агломерат  с агломерационной фабрики 3 направляют на железнодорожную станцию 4 доменного  цеха и передают на склад шихтовых материалов вагонами 5. Вагоны при помощи толкателя 6 подают на вагоноопрокидыватель 7, который выгружает из них материал в приемную траншею 8. Шихту из траншеи 8 забирают грейфером тележки 9 перегрузочного крана 10 и выгружают послойно в штабеля 13. Грейферный кран перемещается вдоль склада 12 по специальным путям 11.

Шихтовые материалы из штабелей перегрузочным краном подают в вагоны 14 и направляют на агломерационную  фабрику 3 или подают в бункер эстакады доменного цеха. Крупный металлургический кокс с коксохимического завода 15 направляют на бункерную эстакаду, где распределяют по бункерам доменных печей коксовым перегрузочным вагоном 16. Из бункеров эстакады 18 агломерат, окатыши и  кокс (после его сортировки на грохотах и загрузки весовой воронки) порционно  в определенной последовательности подают в скипы подъемника 19, поднимают  на колошник доменной печи 20 и через  загрузочное устройство загружают  внутрь печи.

От газовой подстанции 21 газ  направляют в воздухонагреватели 22 для нагрева их насадок. Воздух от воздуходувной станции 23 после подогрева  в воздухонагревателе 22 обогащают  кислородом, подаваемым от кислородной  станции 24, и через фурмы подают в доменные печи совместно с природным  газом, который поступает от газораспределительной  подстанции 21. Продукты плавки доменной печи (чугун, шлак) через летки печи и желоба литейного двора 25 сливают  соответственно в чугуновозы 26 и шлаковозы 27. Часть жидкого чугуна в ковшах передают на разливочную машину 28 для получения твердых чушек, а остальной чугун направляют в миксерные отделения сталеплавильных цехов. Жидкий шлак в шлаковозах отправляют на грануляцию в специальные отделения 29, остальной шлак гранулируют на придоменных установках 30 и по трубам передают в отстойники. Доменный газ перед подачей потребителям очищают от пыли в пылеуловителях грубой 31, полутонкой 32 и тонкой очистки 33. Пыль, выделенную в пылеуловителях, передают железнодорожным транспортом на агломерационную фабрику.

 

 

 

2. Определение годовой производительности доменной

     печи и числа печей в цехе

 

Годовую производительность доменного  цеха определяют на основании составляемого  баланса металла по заводу [1,4]. Исходной величиной для составления баланса является годовой объем производства проката – готовой продукции металлургического завода. Зная эту величину и расходные коэффициенты  металла для производства заданного сортамента готовой продукции, определяют потребность прокатных цехов в стальных слитках. Далее по известной величине расхода чугуна на 1 т стальных слитков определяют потребность сталеплавильных цехов в жидком чугуне. К найденной величине добавляют количество товарного чугуна, которое завод должен отправлять на сторону, и потребность вспомогательных цехов завода в литейном чугуне, получая требуемую величину годовой производительности доменного цеха П_ц (т/год).

Необходимо также учитывать  потери чугуна в скрап в желобах  и чугуновозных ковшах и в ковшах со шлаком, которые по нормативам составляют соответственно 0,2; 0,35 и 1,0% [4].

Годовую производительность доменной печи П_П.Г.(т/год) можно рассчитать по формуле (т/год):

                                                                                               (2.1)

     где: V_n – полезный объем печи, м³;

            КИПО – коэффициент использования полезного объема, м³( т/сут);

             т – число рабочих суток печи в году, сут.

  Тогда :

                                                 

В СНГ строились и эксплуатируются  доменные печи с полезным объемом 1033, 1386, 1719, 2000, 2300, 2700, 3000, 3200, 5000 и 5500 м³. Для построенных в последнее время доменных цехов приняты печи объемом 3200 и 5000-5500 м³. При реконструкции и капитальных ремонтах существующих печей рекомендуют производить, в случае необходимости, увеличение их полезного объема.

Для проектируемых печей большого объема, работающих на постоянном давлении газа под колошником с применением  кислорода и природного газа, Гипромез рекомендует [4] принимать КИПО в пределах 0,370-0,385.

Число рабочих суток в году для  печей объемом 2700 м³ и более принимают равным 355, для печей меньшего объема – 357.

Тогда потребное  число доменных печей (П_П) в проектируемом цехе можно определить из соотношения (шт):

                                                                                                          (2.2)

Для действующих цехов, в которых  число доменных печей и их производительность известны, годовую производительность цеха определяют из выражения (2.2) (т/год).

                                                     П_Ц.Г.=П_П × П_П.Г.                                                  

                                                     П_Ц.Г.=6 × 0,907 = 5,442 млн.т.                   (2.3)

 

3. Рудный двор и его оборудование

 

Рудный двор представляет собой  склад шихтовых материалов(2.2),    предназначенный для приемки, хранения, создания требуемого запаса и усреднения компонентов шихты по химическому и гранулометрическому составу. В настоящее время большинство доменных печей работает на окускованном сырье (агломерат, окатыши), поэтому непосредственно с рудного двора в печи поступает незначительное количество материалов, а рудные дворы используют как склады сырья для фабрик окускования [4].

В зависимости от принятой схемы  разгрузки, транспортировки и усреднения материалов состав оборудования складов  может быть различным. В случае разгрузки  вагонов передвижными вагоноопрокидывателями транспортировку и усреднение материалов осуществляют перегрузочными кранами. На складах со стационарными вагоноопрокидывателями применяют конвейеры, бункера, питатели и комплекса машин для усреднения.  Площадка рудного двора ограничена с одной стороны бункерной эстакадой 21, а с другой – приемной траншеей 14, вдоль которой проложен железнодорожный путь 16 для прибывающих на разгрузку вагонов, а по ширококолейным рельсовым 15 и 17 перемещаются башенный вагоноопрокидыватель 19 и толкатель 18. Вся площадь рудного двора обслуживается кранами-перегружателями 2, которые передвигаются вдоль склада над штабелями 10. Поступающие на разгрузочный путь 16 открытые вагоны с материалами подают в башенный вагоноопрокидыватель 19 для выгрузки из них компонентов шихты в траншею 14. Из траншеи материалы перегружают в штабель грейфером крана-перегружателя. Для подачи к печам материал забирают из штабеля грейфером и загружают им перегрузочный вагон 3, который перемещается по рельсам бункерной эстакады 21 и разгружает этот материал в бункер.

 

       

Рис.3.1 Схема рудного двора доменного цеха

 

1 – коксовые  бункера; 2 – перегрузочный кран; 3 – рудный вагон–перегружатель; 4 – коксовый вагон–перегружатель; 5 – путь подачи кокса; 6 – железнодорожный  путь; 7 – путь подачи железорудной  части шихты; 8,12 – пути перегрузочного  крана; 9 – консольный путь; 10 –  штабель материала; 11– грейферная  тележка перегрузочного крана; 13 – железнодорожный путь; 14 – траншея  для шихтовых материалов; 15,17 –  рельсовые пути башенного вагоноопрокидывателя и толкателя; 16 – железнодорожный путь подачи вагонов на вагоноопрокидыватель; 18 – толкатель; 19 – башенный вагоноопрокидыватель; 20 – железнодорожный путь подачи вагонов на аглофабрику; 21 – бункерная эстакада

 

3.1 Определение потребного  количества вагоноопрокидывателей

 

Число вагоноопрокидывателей, предназначенных для разгрузки материалов из открытых железнодорожных вагонов на склад, определяют исходя из годового поступления материалов (грузооборота) (шт) [1, 6].

                                                                                                                                         (3.1)

где:   М – годовое поступление материалов на склад (грузооборот), т/год;

         К_Н – коэффициент неравномерности прибытия составов под разгрузку (К_Н = 1,3÷1,6);

         Q – грузоподъемность одного вагона, т;

         t – число часов работы вагоноопрокидывателя за год;

         П_В – часовая производительность вагоноопрокидывателя, ваг/час.

Число часов работы вагоноопрокидывателя определяют из выражения (час):

                                                   t = в(24 – t_сп),                                                  (3.2)                                              

где: в – число рабочих суток вагоноопрокидыватля в год;

        t_сп – время суточных простоев на профилактику (t_сп» 4),час;

        24 – число часов в сутках.

Производительность вагоноопрокидывателя определяют по формуле (ваг/час):

                                                                                             (3.3)     

где: 1440 – число минут в сутках;

t_р – задолженность вагоноопрокидывателя на разгрузку одного вагона, мин; t_сп – время суточной профилактики, мин. Задолженность башенного или роторного вагоноопрокидывателя на разгрузку одного вагона (подача вагона на люльку или ротор, опрокидывание вагона и его выдача) составляет 2-3 минуты.

   Тогда:        t = 350(24 – 2)=7700 час.,

                                         

   3.2 Расчет нормы запаса шихтовых материалов на рудном дворе 

 

     Норму запаса на рудном дворе шихтовых материалов определяют по

формуле [1,6] (т):

                                                       З = П_Ц.сут.× К × Д,                                         (3.4)    

где: П_Ц.сут – суточная производительность доменного цеха по чугуну т/сут;

       К – плановый расходный коэффициент сырых материалов, т/т;

       Д – норма запаса, сут.

                                                      Д = Д_тек. + Д_рез,                                                                      (3.5)     

где: Д_тек. – норма текущего запаса, сут;

        Д_рез. – норма резервного запаса, сут.

Норма текущего запаса материала равна интервалу (в сутках) между двумя очередными поставками материала по плану.

Тогда:       Д =19+2 = 21 сут.                   

               З = 15243 ×1,65×21 =528169.95 т

               Пц.сут = _,                                                                      (3.6)