Разработка и расчет строительства доменной печи. Выбор и обоснование материалов, вспомогательных устройств, оборудования. Выбор, расчет и обоснование технологических параметров плавки. Обеспечение экологичности производства, безопасности условий труда.
Аннотация к работе
В качестве топлива, восстановителя и разрыхлителя шихты в доменном производстве применяют кокс - прочное спекшееся вещество, остающееся после удаления из каменного угля летучих веществ при нагревании до температуры 950 - 1100 град. без доступа воздуха [2]. В связи с непрерывным ростом производства чугуна и недостатком коксующихся углей особенно остро стоит вопрос о снижении расхода кокса в доменных печах. В связи с непрерывным ростом производства чугуна и недостатком коксующихся углей - особенно остро стоит вопрос о снижении расхода кокса в доменных печах. Поэтому при применении природного газа влажность дутья снижают, иногда до естественной, стремясь предельно увеличить теплосодержание дутья и подать в печь максимальное количество заменителей кокса. Вдувание природного газа в доменную печь сопровождается увеличением количества продуктов горения, снижением температуры газа в горне, расширением косвенного восстановления и уменьшением расхода кокса.Взять печь на «снорт»; 2. вызвать газоспасателей, выставить оцепление опасной зоны и удалить людей с площадки шахты и колошника; 3. сообщить диспетчеру газового цеха; 4. при необходимости остановить печь; 5. сообщить начальнику цеха об аварии и вызвать необходимый персонал; 6. приступить к ликвидации аварии и ее последствий. Мастер, газовщик, первый, заметивший аварию; 2. служба ГСС по прибытии осматривает площадки шахты и колошника с целью выявления пострадавших, удаления людей и оказания им помощи; 3. помощник нач. цеха по механическому оборудованию, механик с персоналом. Начальник (зам. нач.) цеха; 2. командный пункт ликвидации аварии расположен в помещении пульта управления доменной печью. Сообщить мастеру, диспетчеру газового и доменного цеха об аварии; 2. перевести печь на низкое давление и при необходимости взять ее на «снорт»; 3. вызвать газоспасателй и выставить оцепление загазованной зоны; 4. сообщить об аварии нач. цеха и вызвать необходимый персонал; 5. при наличии пострадавших вызвать медицинский персонал; 6. при загорании газа вызвать пожарную охрану; 7. приступить к ликвидации аварии. Начальник (зам. нач.) цеха; 2. командный пункт ликвидации аварии расположен в помещении пульта управления доменной печью.
План
План ликвидации чрезвычайных ситуаций согласно технологической инструкции представлен в таблице 9.
Введение
Значительные достижения металлургической науки в последние годы обусловлены использованием современных методов исследования и контроля, позволивших значительно углубить представления о металлургических процессах. Представить сущность процессов, протекающих при металлургическом переделе железных руд, невозможно без использования современных знаний в области физической химии, кристаллографии, физики твердого тела и т.д.
Несмотря на быстрое развитие новых отраслей промышленности, металлургия сохраняет и долго еще будет сохранять свое преимущественное положение в современной индустрии.
Особое место в интенсификации производства отводится реконструкции и механическому перевооружению предприятий, автоматизации и совершенствованию производства на базе современной науки и техники. Целью данной работы является разработка строительства доменной печи с использованием материалов, оборудования на усовершенствованном уровне. Использование внепечного оборудования новейших технологий, применяемого за рубежом.
Применение в качестве добавок жидкого и газообразного топлив явилось одним из главных направлений развития технологии доменного производства в истекшем десятилетии. В последние годы возрос интерес к использованию дешевого и малодефицитного измельченного твердого топлива как заменителя кокса. В СССР и за рубежом выполнен ряд научно-исследовательских и опытно-промышленных работ, значительно приблизивших решение этой проблемы в промышленном масштабе.
1.
Выбор и обоснование сырьевой базы
1.1 Железорудные материалы
Балансовые запасы собственно железорудных месторождений Северо-Запада составляют по всем категориям 2504 млн. т и содержат 588 млн. т извлекаемого железа, что обеспечивает выплавку около 7 млн. т чугуна в год в течение 80 лет или более значительную выплавку, но с меньшим сроком обеспеченности [1].
Оленегорское месторождение расположено к югу от Мурманска, близ ст. Оленья Кировской железной дороги. Главными рудными минералами являются магнетит и гематит. В целом ? рудного железа заключено в магнетите, а ? - в гематите.
Ковдорское месторождение расположено в 118 км от ст. Пинозеро Кировской железной дороги. Приурочено к контакту известняков со щелочной интрузией. На обогатительной фабрике Ковдорского рудника двухстадийная магнитная сепарация руд: сухая и мокрая.
Костамукшское месттрождение находится в 65 км от железнодорожной ст. Юшкозеро. Месторождение приурочено к комплексу нижнеархейских метаморфических сланцев, железистых кварцитов метаморфизованных эффузивов. Это месторождение рассматривается в качестве резерва на отдаленное будущее.
Реальные возможности использования этих ресурсов весьма ограничиваются их невысокой экономической эффективностью как изза требующейся большой транспортной работы при потреблении руд, так и вследствие расположения в необжитом районе с высокой заработной платой.
1.2
Флюсы
Флюсы это добавки вводимые в доменную печь и аглошихту для снижения температуры плавления пустой породы и предания доменному шлаку необходимого состава и физических свойств, обеспечивающих получение чугуна заданной марки и нормальную работу печи.
В доменном цехе и на аглофабриках в основном используют основные флюсы (известняк, доломитизированный известняк). Вывод из доменной шихты сырого известняка снижает удельный расход кокса на тонну чугуна, поэтому применяют офлюсованный агломерат и окатыши, т.е. известняк поступает на аглофабрики для спекания агломерата.
Техническая характеристика известняка поступающего на аглофабрики приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Химический состав известняка, %
Материал SIO2 Al2O3 Fe Fe2O3 MNO P2O5 ZNO SO3 П.п.п. K2O
В качестве топлива, восстановителя и разрыхлителя шихты в доменном производстве применяют кокс - прочное спекшееся вещество, остающееся после удаления из каменного угля летучих веществ при нагревании до температуры 950 - 1100 град. без доступа воздуха [2].
В связи с непрерывным ростом производства чугуна и недостатком коксующихся углей особенно остро стоит вопрос о снижении расхода кокса в доменных печах. В данное время применяют в качестве заменителя кокса природный газ. Коэффициент замены кокса природным газом 0,5-1,0.
2. Выбор, расчет и обоснование технологических параметров плавки
2.1 Температура и влажность дутья
В связи с непрерывным ростом производства чугуна и недостатком коксующихся углей - особенно остро стоит вопрос о снижении расхода кокса в доменных печах. Повышение температуры дутья является важным условием снижения расхода кокса и увеличением подачи в печь его заменителей (мазут, природный газ, угольная пыль).
Средняя естественная влажность воздуха - 12,5 г/м3. Увлажнение дутья позволяет быстро и эффективно регулировать тепловое состояние печи. С применением природного газа роль и значение увлажненного дутья изменилась. Поэтому при применении природного газа влажность дутья снижают, иногда до естественной, стремясь предельно увеличить теплосодержание дутья и подать в печь максимальное количество заменителей кокса. Но увлажнение дутья не только дает возможность работать с высоким нагревом дутья, но и позволяет устранить влияние колебаний атмосферной влажности на нагрев печи, эффективно регулировать тепловое состояние горна, повышать интенсивность плавки благодаря повышению содержания кислорода в дутье [3].
2.2 Степень обогащения дутья кислородом
Повышение концентрации кислорода в дутье сопровождается уменьшением расхода дутья на 1 кг сгорающего у фурм углерода, приблизительно обратно пропорционального, и несколько более медленным уменьшением выхода фурменного газа. Повышение концентрации кислорода в дутье, как и увеличение температуры дутья, сопровождается значительным ростом теоретической температуры горения. С увеличением концентрации кислорода уменьшается количество газов на единицу выплавляемого чугуна.
При выплавке передельного чугуна чрезмерные температуры в горне вызывают значительные затруднения в ведении плавки (систематические подвисания шихты) и препятствуют получению малокремнистого чугуна. Однако понижение теоретических температур горения может быть достигнуто путем понижения температуры дутья или значительного его увлажнения, (но оба эти способа связаны с перерасходом кокса), либо путем вдувания в горн природного газа и других углеводородов.
Для сохранения оптимальных тепловых и газодинамических условий в печи принимаю расход кислорода - 80 м3/т, природного газа - 104 м3/т.
2.3 Расход топливной добавки
В качестве топливной добавки широкое применение получил природный газ. Вдувание природного газа в доменную печь сопровождается увеличением количества продуктов горения, снижением температуры газа в горне, расширением косвенного восстановления и уменьшением расхода кокса. Совместное применение обогащенного дутья кислородом и природного газа дает возможность существенно сократить удельный расход кокса, повысить интенсивность плавки и производительность печи.
Однако во избежании неполадок связанных с переохлаждением горна и образовании сажистого углерода при горении газа у фурм, а также эффективного использования вдуваемого газа и рационального его расхода первостепенное значение имеет распределение газа по фурмам и хорошее смешение его с дутьем.
2.4 Давление дутья и колошникового газа
Увеличение давления газов на колошнике увеличивает интенсивность плавки и производительность печи. Кроме того сокращается существенно вынос пыли. С увеличением давления дутья понижается содержание серы в чугуне, кремния, а также увеличивается содержание углерода - все это улучшает качество чугуна. В данном расчете принято давление колошникового газа - 2,5 МПА.
2.5 Расход железорудных материалов
Согласно расчету шихты (приложение А) на 1 тонну чугуна расходуется: - агломерата 1099,5 кг;
- окатышей 452,9 кг.
2.6 Состав чугуна
Химический состав чугуна представлен в таблице 2 (приложение А): Таблица 2 - Химический состав чугуна
Элемент Si S Mn C P Fe
Содержание, % 0.50 0.02 0.30 4.52 0.07 94.57
Полученный чугун (из расчета) удовлетворяет ГОСТУ 805-80
2.7 Состав шлака и его физические и физико-химические свойства
Химический состав шлака представлен в таблице 3 (приложение А):
Температура плавления шлака тшл = 1400 град. С, вязкость - 0,4 нс/м2 или (4 пуаз).
2.8 Показатели тепловой работы
Согласно расчету шихты (приложение А) показатели тепловой работы следующие: - Полезно используемое тепло q исп = 8549,10 МДЖ/т;
- коэффициент использования тепла Кт = 88,78%;
- количество тепла выделяющегося на 1 кг суммарного углерода qc = 13,36 МДЖ/кг;
- коэффициент использования энергии горючего Кс = 51,59%.
Показатели тепловой работы полученные в результате расчета шихты, соответствуют обычно встречающимся в практике и показывают, что величина удельного расхода кокса выбрана верно.
2.9 Показатели восстановительной работы и состав колошникового газа
В результате расчета шихты (приложение А), получен следующий состав колошникового газа: Таблица 4 - Состав колошникового газа
Элемент CO2 H2 CO N2
Содержание, % 20.69 8.22 23.53 47.56
Степень прямого восстановления Rd = 23,7%.
Степень использования восстановительной способности водорода и окиси углерода соответственно: 0,421 и 0,468
Отношение степеней использования водорода и окиси углерода находится в пределах 0,9-1,2. В данном расчете 0,421/0,468=0,9, что соответствует встречающимся значениям. Имеющийся резерв в повышении степени использования газов будет реализован подбором рациональных режимов загрузки, что позволит получить дополнительную экономию кокса.
2.10 Расход кокса
Доменная печь обеспечивается коксом сухого тушения фракции более 40 мм, допускается загрузка отдельными порциями по специальной программе коксового орешка 15-25 мм. Запрещается увлажнять кокс сухого тушения с целью обеспыливания и охлаждения, поскольку это лишает одного из основных преимуществ - постоянства содержания влаги, а следовательно и стабилизации теплового состояния печи.
Качество кокса должно характеризоваться следующими показателями: - технический анализ;
- показатели прочности;
- гранулометрический состав.
В данном расчете удельный расход кокса принимаем 430 кг/т чугуна.
3. Конструкция и оборудование печи
3.1 Конструкция печи
3.1.1 Профиль
Профилем называют очертания вертикального осевого сечения рабочего пространства печи. Рациональный профиль обеспечивает максимальную производительность и минимальный расход кокса. Трудность в выявлении рационального профиля заключается в качестве сырых материалов и топлива. В настоящее время влияние профиля на результаты плавки уменьшилось, т. к. профиль близок к рациональному, но полностью не исчезло. Изменение размеров профиля близких к рациональным дает увеличение производительности на 2-4%. Результаты расчета профиля печи представлены в «приложении Б», которые выполнены по методу Павлова с элементами оптимизации.
3.1.2 Огнеупорная кладка
Футеровка предназначена для сохранения проектного профиля печи, защиты холодильников и кожуха печи от разрушения. В условиях эксплуатации футеровка испытывает воздействие высоких, переменных во времени и неравномерно распределенных температур, давления жидкого чугуна и шлака, газов, истирающему воздействию шихты. Поэтому ее стойкость зависит от основных свойств огнеупоров [4]: огнеупорность - свойство сохранять форму и размеры при воздействии высоких температур;
термостойкость - способность выдерживать колебания температуры;
усадка - уменьшение объема;
сопротивление истиранию;
пористость - отношение объема сквозных пор к общему объему образца;
химическая устойчивость - способность огнеупорных материалов противостоять химическому воздействию продуктов плавки;
теплопроводность.
Расчет огнеупорной кладки печи представлен в «приложении Б». На данной печи используется цельноуглеродистая футеровка лещади. Для нее предусмотрена укладка двух вертикальных рядов блоков - снизу графитированных, а сверху углеродистых. По переферии лещадь выкладывается горизонтальными прямоугольными углеродистыми блоками. В центре сверху углеродистых блоков укладывается два ряда высокоогнеупорных муллитовых изделий. Общая толщина лещади составляет 4354 мм.
В неохлаждаемой части шахты укладываем шамотные изделия. Для компенсации теплового расширения кладки зазоры между кладкой и холодильниками заполняем засыпкой на углеродистой основе. Зазор между кожухом и кладкой неохлаждаемой части шахты заполняем пастой на каолиновой основе.
3.1.3 Охлаждение кладки
Охлаждение выполняет следующие функции: - предохраняет материал деталей, работающих в зонах высоких температур, от разрушения или преждевременного износа;
- способствует образованию на холодильниках гарнисажа, предохраняющего их от истирания и обеспечивающего постоянный профиль и ровный ход печи;
- способствует правильному распределению тепловых потоков внутри кладки, исключающему термические напряжения и изолирующему от высоких температур.
Лещадь доменной печи охлаждается снизу чугунными плитовыми холодильниками с залитыми трубами, по которым проходит вода.
В районах леток для чугуна, фурменной зоны и заплечиков устанавливаются гладкие холодильные плиты с двумя рядами охлаждающих трубок.
Распар и шахта - ребристые холодильники. Для экономического использования технической воды применяется система оборотного водоснабжения.
3.1.4 Металлоконструкции
К металлоконструкциям относятся: кожух печи, копер, колошник, газоотводы и площадки.
Кожух печи, примыкающие к нему холодильники и кладка составляют единую взаимосвязанную систему, определяющую долговечность ее работы. Повреждение одного из элементов этой системы приводит к разрушению двух других.
Доменные печи имеют сварной кожух, из листов толщиной 20-40 мм. Газ от печей отводится четырьмя газоотводами, врезанными в купол. Они размещены симметрично для равномерного отвода газа.
Площадки вокруг печи предназначены для обслуживания холодильников и другого оборудования.
Чугунная летка представляет собой прямоугольный канал в нижней части горна, выложенный шамотными изделиями.
Шлаковая летка оснащена водоохлаждаемой арматурой, состоящей из рамы, прикрепленной к стальному фланцу кожуха печи; шлаковой кадушки; амбразуры и шлаковой фурмы.
На данной печи установлены 24 фурмы (приложение Б).
Фурменный прибор состоит из полой, охлаждаемой водой медной фурмы, медного холодильника, чугунной амбразуры с охлаждающей трубкой, сопла, подвижного колена с гляделкой и неподвижного колена.
На печи применяется бесконусное загрузочное устройство.
3.1.6 Загрузочное устройство
Конструктивной особенностью БЗУ является расположение трансмиссионного редуктора в рабочем пространстве печи. Температура редуктора должна составлять 30-40 град. С, температура колошникового газа не должна превышать 350 град. С.
Редуктор охлаждается азотом, система охлаждения эксплуатируется в соответствии со специальной инструкцией.
Передвижная приемная воронка служит для направления материала в соответствующий промежуточный бункер и защиты верхних газоотсекающих клапанов от остатков шихты на конвейере, для чего она снабжена челюстным шихтовым затвором. Воронка имеет гидравлические приводы передвижения.
Промежуточные бункеры предназначены для приема шихтовых материалов и шлюзования их перед загрузкой в печь. Каждый бункер снабжен верхним и нижним газоотсекающим клапаном и шихтовым затвором.
Скорость высыпания для железорудной части шихты должна быть в пределах от 1 до 1,15 т/с, для кокса - 0,2-0,25 т/с.
Лоток служит для распределения материалов по окружности и по радиусу колошника. Он имеет приводы для вращения в двух противоположных направлениях и изменения угла наклона.
Распределительный лоток БЗУ печи может в автоматическом и дистанционном режимах работы изменять угол наклона, относительно вертикали, от 8 до 50 град. в 11 фиксированных угловых положениях.
Время выгрузки для всех видов материалов из промежуточного бункера БЗУ должно быть постоянным. Это обеспечивается выбором соответствующего угла раскрытия шихтового затвора для материалов с различными свойствами.
3.2 Выбор вспомогательных устройств
3.2.1 Воздуходувные средства
Сжатие и нагнетание дутья в печи осуществляется центробежными компрессорами с паротурбинным приводом, работающим на паре высокого давления (до 9 МПА/м2). Воздуходувные машины имеют большую мощность, экономичное и гибкое регулирование числа оборотов и высокую надежность. С переводом печей на работу с высоким давлением газа под колошником и с широким применением кислорода и природного газа, изменились требования к параметрам дутья. С уменьшением расхода воздуха компрессоры должны обеспечивать более высокое давление дутья.
Техническая характеристика воздуходувной машины приведена в таблице 5.
Таблица 5 - Техническая характеристика воздуходувной машины [2]
Для обеспечения нагрева дутья до температуры 1250 град. С принимаем высокотемпературный воздухонагреватель регенеративного типа с камерой горения в куполе. Для нашей печи полезным объемом 2824 м3 принимаем четыре таких воздухонагревателя.
Огнеупорная насадка воздухонагревателя нагревается теплом, полученным от сжигания колошникового газа, после чего аккумулированное насадкой тепло передается дутью.
Кожух сваривают из листовой стали толщиной 20 мм в основной части, 24-26 в купольной и 24 мм в днище. Футеровку купола выполняют толщиной 450 мм. Воздухонагреватель имеет теплоизоляционную защиту из трепельного и легковесного кирпичей по одному ряду каждого. Высокотемпературная зона со встроенной камерой горения выкладывается динасовыми огнеупорами, остальные зоны - шамотными.
Конструктивная и тепловая характеристики воздухонагревателя приведены в таблице 6.
Таблица 6 - Конструктивная и тепловая характеристики воздухонагревателя [2]
Показатель Объем печи 2824 м3
Высота воздухонагревателя полная, м Диаметр воздухонагревателя, м Радиус купола, м Камера насадки: высота, м полезное сечение, м2 Камера горения: высота, м сечение, м2 Температура, град. С: купола дутья уходящих газов 44,2 9,19 4,68 43,3 42,0 33,7 6,06 1300-1550 1250 400
3.2.3 Подача и загрузка шихты
Агломерат и кокс в приемные бункера шихтоподачи подаются системой конвейеров непосредственно из агломерационного и коксохимического производств комбината. Добавки также подаются конвейерами со специального приемного устройства. Коксовая мелочь подается в специально выделенный бункер, оборудованный грохотом с диаметром отверстий сит 15 мм.
Нормальный запас агломерата, окатышей, руды и кокса в приемных бункерах определяется объемом бункеров. Полнота заполнения бункеров материалами должна быть не менее чем на 2/3 их емкости. Полное опорожнение бункеров запрещается.
Кокс, агломерат, окатыши выдаются из бункеров непосредственно на доменный конвейер по схеме: приемный бункер, 3 грохота типа ГСТ-62, весовой бункер с регулируемым затвором, сборная воронка, доменный конвейер для подачи шихты на колошник. Добавки выдаются из бункеров питателями в весовые бункера и далее на доменный конвейер без отсева мелочи. При этом регулируемые затворы весовых бункеров устанавливаются в положение, исключающее переполнение конвейера доменного.
Бесперебойная ритмичная загрузка материалов в доменную печь в заданной последовательности и установленной массы с обеспечением постоянства уровня засыпи на колошнике являются одним из основных условий ровного и устойчивого хода печи.
3.2.4 Очистка доменного газа
Количество пыли в газе изменяется в зависимости от степени подготовки сырья к плавке, прочности кокса и ровности хода печи. Содержание пыли в газа резко сокращается при работе печей на режиме повышенного давления газа на колошнике. По количеству пыли, остающейся в газе после его очистки, последняя классифицируется на грубую, полутонкую и тонкую. По способу очистки газа газоочистительные средства разделяют на сухие и мокрые. Грубая очистка производится сухим способом. Полутонкую очистку газа осуществляют мокрым способом, т.е. обильным увлажнением газа, после которого смоченные частицы пыли удаляются вместе с водой из газовой среды виде шлама.
Тонкая очистка является конечной стадией очистки газа и требует обязательной предварительной подготовки для получения надлежащего эффекта. Тонкая очистка осуществляется фильтрацией газа через тканевые фильтры или наэлектризованием частиц пыли и притягиванием их проводниками электрического тока в электростатических аппаратах или устройствах, работающих по принципу тесного перемешивания газа с водой.
Для очистки доменного газа в нашем случае принята следующая схема газоочистки в соответствии с рисунком 1 (обозначения в тексте).
Пылеуловитель 1 с центробежным подводом газа. Основные параметры: скорость газа на входе 12 нм/с; скорость подъема газа 1,1 нм/с; степень очистки газа 50%; время пребывания газа 13 с. Скруббер 2 - полый форсуночный скруббер представляет собой шахту (колонну) круглого сечения, в верхней части которой размещено несколько ярусов орошения с большим числом форсунок, распыляющих воду и создающих равномерный поток мелких капель воды, движущихся вниз. Нижняя часть скруббера заканчивается конусом и заполнена водой, уровень которой поддерживается постоянным. Запыленный газ подведенный снизу, распределяется по всему сечению и движется вверх. В результате происходит контакт частиц пыли с каплями воды, тем самым, осуществляется очистка газа от пыли. В скрубберах достаточно эффективно улавливаются частицы пыли более 10 мкм (0,01 мм). Частицы размером меньше 5 мкм практически не улавливаются. Трубы Вентури 3 - Скрубберы Вентури являются наиболее распространенным и эффективным типом мокрого пылеуловителя, который обеспечивает очистку газов от частиц пыли практически любого дисперсного состава.
Конструктивно скруббер Вентури представляет собой сочетание орошаемой трубы Вентури и каплеуловителя. Труба Вентури состоит из сужения на входе-конфузора и плавного расширения на выходе-диффузора. Пережим сечения трубы Вентури получил название горловины. Принцип действия трубы Вентури основан на интенсивном раздроблении частиц орошающей жидкости газовым потоком, движущимся с высокой скоростью (порядка 50 - 150 м/с. Осаждению частиц пыли на каплях орошающей жидкости способствуют турбулентность газового потока и высокие относительные между частицами пыли и каплями. Труба Вентури эффективно работает на пылях со средним размеров частиц 1-2 мкм в широком диапозоне начальной концентрации (0,05-100 г./м3).
Каплеуловитель 4, дроссельная группа 5, каплеуловитель 6, нагревательный элемент 7, ГУБТ 8.
3.2.5 Уборка и переработка жидких продуктов плавки
Для транспортировки жидких продуктов плавки потребителям используются чугуновозные ковши грушевидной формы емкостью 100 тонн. Шлак перевозится в шлаковозах конической формы емкостью 16,5 м3.
Техническая характеристика чугуновоза и шлаковоза представлена в таблице 7.
Таблица 7 - Техническая характеристика чугуновоза и шлаковоза
Наименование Величина
Модель чугуновоза Емкость ковша полезная, т Длина чугуновоза по осям автосцепок, мм База чугуновоза, мм База тележки, мм Скорость движения, км/ч (не более) Усилие на ось тележки, тс Масса чугуновоза груженого, т порожнего без футеровки, т Шлаковоз Емкость чаши, м3 Масса чаши, т Длина шлаковоза по осям, мм Угол поворота чаши, град Время поворота чаши, мин Мощность привода, КВТ Скорость вращения, об/мин Скорость груженого шлаковоза, км/ч Масса порожнего шлаковоза, т Г-9-100 100 8200 4160 1300 15 40 156 37,2 16,5 19,7 7850 118 1,5 22 705 15 63,2
4. Автоматизация и механизация производственных процессов
4.1 Контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура
4.1.1 Расход, температура и влажность дутья
Система автоматического регулирования расхода и параметров (температуры, влажности, содержания кислорода и т.п.) дутья является одной из наиболее совершенных и надежных подсистем автоматического регулирования доменного процесса.
Эта система состоит из следующих подсистем: - стабилизация работы воздуходувок на паровоздушной станции;
- стабилизация расхода и параметров пара, природного газа, доменного газа, кислорода;
- управления работой и регулирование температуры воздухонагреватедей;
- регулирование расхода дутья в соответствии с ходом доменного процесса
- регулирование влажности;
- регулирование соотношений расходов дутья, пара и кислорода;
- регулирование температуры дутья.
Кроме этого, система автоматического регулирования дутья функционально связана с системой распределения дутья по фурмам и регулирования соотношений горячего дутья, природного газа и холодного кислорода, вдуваемых через каждую фурму.
Каждая из подсистем состоит из датчиков Д величины регулируемого параметра, вторичного регистрирующего и показывающего прибора (Vi, hi, Wd, Ck, h) регулятора Pi и исполнительного механизма, реализующих заданный режим контроля и регулирования.
Задатчики работают в режиме ручного управления с импульсом от оператора или автоматического устройства. В последнем случае задатчик с помощью соответствующего логического устройства, реализующего заданный алгоритм согласования нагрузок или синхронизации, связан с соответствующими подсистемами САРД или системами автоматического регулирования доменного процесса.
Задачей систем стабилизации является поддержание расходов, давления и температуры компонентов, вдуваемых в печь, на заданном уровне. Все системы стабилизации, за исключением системы автоматического регулирования температуры горячего дутья, являются стандартными ЕАР, использующими стандартную аппаратуру.
Автоматическое регулирование температуры горячего дутья осуществляется установкой, состоящей из: измерительного органа; электронного регулирующего потенциометра; изодромного регулятора и дроссельного клапана (установленного в смесительном воздухопроводе) с исполнительным механизмом.
Регулятор поддерживает температуру горячего дутья на заданном уровне независимо от количества дутья. При отклонении температуры от заданного уровня, регулятор дает команду исполнительному механизму на открытие или закрытие дроссельного клапана в зависимости от знака разбаланса. Дроссельный клапан, перемещаясь под воздействием исполнительного механизма, соответственно уменьшает или увеличивает количество холодного воздуха, поступающего в воздухопровод горячего дутья.
САР температуры дутья отличается конструкцией смесительного клапана, имеющего вместо одной две заслонки: одну диаметром 0,5 м, для нормальной работы на дутье, другую диаметром 1,2-1,5 м для работы в пусковых режимах на дутье. Переключение приводов их исполнительных механизмов автоматическое.
Второй особенностью этой системы является связь с САР перекидки клапанов воздухонагревателей через специальное устройство, отключающее на заданный интервал времени (5-10 с) регулятор температуры дутья и и открывающее малую задвижку смесительного клапана полностью, в результате чего не происходит чрезмерного повышения температуры дутья в момент переключения с остывшего воздухонагревателя на нагретый.
САР влажности дутья поддерживает влажность дутья путем добавки пара. Датчиками служат психометры или термоадсорберы, имеющие практически одинаковые характеристики.
Очень важным для нормальной работы доменной печи является равномерное поступление дутья через все фурмы. Фактически же, количество дутья, поступающего через каждую фурму, как показывают замеры, сильно колеблется. Эти колебания вызываются неравномерным распределением материалов по окружности, которое полностью не устраняется даже вращающимся распределителем, а также односторонним подводом дутья к кольцевому воздухопроводу, распределяющему дутье по фурмам.
4.1.2 Распределение шихты и газовых потоков
Распределение ведется или по перепаду давления по высоте шахты, или по температуре газа в слое шихты в верхней зоне колошника, или по температуре и химическому составу газа в газоходах.
Измерение давления осуществляется на двух горизонтах шахты: вверху и внизу с помощью наклонных конических водоохлаждаемых труб, установленных по 3-4 штуки на каждом горизонте и соединенных с измерительными приборами - сифонными дифманометрами ДС-362 с помощью импольской сети.
Таким образом, вырабатывается импульс - перепад давления. Регулятор дает команду на пропуск соответствующей фиксированной остановки для разгрузки шихты.
Если применяется система подачи шихты в течении заданного интервала времени не изменит перепад давления, то логическое устройство переключает САР на регулирование порядка загрузки шихтовых материалов, назначая в сектор с пониженным перепадом давления разгрузку мелких или рудных материалов.
4.2 Автоматизированное регулирование теплового состояния и схода шихты
4.2.1 Тепловое состояние элементов печи
Кладка доменной печи защищена снаружи металлическим кожухом и изнутри специальными холодильниками, расположенными горизонтальными рядами по всей высоте шахты, распара и заплечиков.
Не смотря на интенсивное охлаждение, кладка по ходу кампании разрушается, создавая опасность разрушения металлического каркаса. Особенно опасно разрушение по объему лещади и периметру кладки по горизонтам.
В системе автоматического регулирования доменным процессом предусмотрена установка системы автоматического контроля температуры кладки. Основным элементом контроля является коммутатор, подключающий в определенном порядке соответствующие термопары к измерительному, регистрирующему и показывающему приборам.
Контролируется также температура охлаждающей воды во всех холодильниках. Основной задачей является обнаружение прогара холодильников и в особенности фурм и фурменных амбразур, так как датчики в виде термосопротивлений прогар не обнаруживают и вода через образовавшееся отверстие попадает в печь, разрушая кладку, вызывая местное охлаждение шихты и нарушая нормальный ход печи.
4.2.2 Скорость схода шихты
Контроль и регулирование схода шихты являются важнейшими операциями управления доменным процессом, так как определяют эффективность всех основных процессов: восстановительного, газодинамического и теплового.
Наиболее распространены системы автоматического регулирования скорости схода шихты с импульсами «сверху», вырабатываемыми механическими или радиометрическими уровнемерами типа УРМС-2 и УРМС-2М. Источником излучения является изотоп Со активностью 0,32-0,45 Ки. Два источника гамма-излучения устанавливают в амбразурах верхнего ряда защитных сегментных плит колошника в диаметрально противоположных точках. Излучение воспринимается детекторами, размещенными в водоохлаждаемых штангах, опускаемых и поднимаемых перед герметически закрываемым отверстием в кожухе колошника примерно по оси каждого газохода. Опускание и подъем осуществляют тросовыми лебедками с электромеханическим приводом. Электрические сигналы детекторов излучения по кабель - тросу выводятся из печи наружу к лебедкам и передаются в импульсную цепь в блок управления, где сравниваются с опорным потенциалом (Vo = 0,5 Vmax). Образовавшаяся разность потенциалов Vp = Vc - Vo передаются на релейный усилитель блока управления, который коммутирует обмотки двигателя лебедки так, что при VCVO опускание штанги с детектором излучения.
4.3 Механизация работ на литейном дворе и других участках
Вопросы механизации трудоемких процессов доменного производства являются исключительно важными. Они не могут считаться решенными полностью.
В настоящее время к оборудованию, механизирующему трудоемкие работы на литейных дворах доменных печей, относится: - краны литейного двора;
- трамбовки и рыхлители вибрационного действия;
- различные устройства для подрыва и удаления скрапа;
- срезы для разделки футляра чугунной летки;
- механизированные передвижные балки для обслуживания желобов и литейных дворов.
5. Безопасность и экологичность
5.1 Опасности и вредности доменного производства
Доменное производство характеризуется непрерывностью и периодичностью технологических и трудовых операции, работы механизмов, оборудования.
В этих условиях опасные и вредные производственные факторы проявляют себя постоянно или периодически. К постоянно действующим опасным и вредным производственным факторам относят: движущиеся и вращающиеся части механизмов и оборудования, перемещение грузов, тепловые излучения, шум, вибрация. А к периодически действующим - расплавленный и нагретый металл, запыленность, загазованность и др.
5.1.1 Загазованность атмосферы
В доменном производстве могут выделяться следующие вредные для здоровья газы и вещества: окись углерода СО, сернистый газ SO2, углеводороды СН и цианистые соединения.
В зависимости от условий плавки и качества выплавляемого чугуна доменный газ может иметь следующий состав: 11 - 17% СО2; 22 -28% CO; 1,5 - 7,5% Н2; 0,1 - 0,3% CH4 и 50 - 57% N2.
Различные составляющие доменного газа (СО, N2, CO2, H2) по-разному действуют на человеческий организм, вызывая отравление и удушье. Окись углерода легко адсорбируется пылью, смолой, проникает через малейшие трещины.
Окись углерода - основная газовая вредность в доменном цехе. Попадая в легкие, окись углерода вступает в химическое соединение с гемоглобином и образованием карбоксигемоглобина, что препятствует переносу кислорода кровью из легких к тканям организма. При отравлении окисью углерода больше всего страдает центральная нервная система, а также органы дыхания.
5.1.2 Взрывоопасность
Газы, применяемые и образующиеся в доменном производстве, легко воспламеняемы, что может вызвать их возгорание и взрывы.
Взрывы происходят при смешивании газа с воздухом в определенных соотношениях. Во всех случаях они являются следствием неправильных действий персонала или неисправности оборудования. Взрывы могут происходить; в доменной печи, межконусном пространстве, трубопроводах, воздухонагревателях, пылеуловителях, воздуходувных машинах, скрубберах, горновом желобе при сушке, теплушках, отапливаемых газом помещениях, где может накапливаться газ.
Кроме газовых взрывов, в доменных цехах возможны взрывы, вызванные жидкими продуктами плавки (чугуном и шлаком). Эти взрывы происходят при взаимодействии влаги с расплавленным металлом и шлаком. Они сопровождаются сильным звуком, разбрасыванием большого количества брызг и искр, что может привести к тяжелым травмам.
Такие взрывы являются следствием неправильных действий горновых, разливщиков, ковшевых и др.
5.1.3 Температурные условия и излучение
Тепловое облучение, которому подвергается персонал у доменных печей, колеблется в очень широких пределах (от 0,5 до 16 кал/см мин; от 0,35 до 1,12 Вт/см2). Источником излучения являются расплавленные массы чугуна и шлака (температура чугуна 1380-1500. °С, шлака 1450
(при сушке желобов и футляра), нагретые элементы оборудования и конструкций, а также дуга электросварки.
Приближение к источникам тепла и непосредственное прикосновение к ним вызывает ожоги кожи и тяжелые травмы. Выполнение трудовых операций в рабочей зоне с повышенной тепловой нагрузкой может привести к тепловому удару. Наиболее опасными участками в доменном цехе, где может произойти тепловой удар, являются: место выгрузки горячего агломерата и подачи его в скип, горн доменной печи, межконусное пространство при ремонтах и др.
5.1.4 Запыленность
В доменном цехе пыль образуется в следующих местах: на рудном дворе и бункерной эстакаде при разгрузке шихтовых материалов, в подбункерном помещении при наборе и взвешивании ших
Список литературы
1 Браун Г.А. Железорудная база черной металлургии СССР., - М., изд-во «Недра», 1970. 312 стр.
2 Остоухов М.Я., Шпарбер Л.Я., Справочник мастера - доменщика., М., «Металлургия», 1977, 304 с.
3 Рамм А.Н. Современный доменный процесс., - М., «Металлургия», 1980, 304 с.
4 Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н. Металлургия чугуна., - М., «Металлугрия», 1989, 521 с.