Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
В большинстве цехов металлизованные окатыши поступают с установок прямого восстановления. Обычно на заводе имеются хранилища окатышей типа силосов, вмещающих необходимое для бесперебойной работы электросталеплавильного цеха окатышей, откуда те ленточным конвейером или конвейером и элеватором подаются к собственно системе непрерывной загрузки, включающей рабочие (печные) бункера и транспортные устройства.
Нa рис. 83 схематически представлены различные варианты систем загрузки окатышей в дуговую печь, классифицированные по транспортному оборудованию и расположению рабочих бункеров по отношению к печи, а на рис. 84 некоторые варианты размещения оборудования в цехе.
Система загрузки с элеватором, расположенным вне цеха, горизонтальным конвейером на колоннах (рис. 83. а) применяется на заводе "Гамбургер Штальверке", Гамбург (ФРГ). Рабочие бункера расположены в ряде колонн печного пролета, выше уровня подкрановых ферм (рис 84 Г). Окатыши от рабочих бункеров подаются через ряд виброжелобов (для снижения высоты падения окатышей), расположенных в плоскости колонн, а затем через наклонную течку в печь.
Во многих цехах, где проводилась опытно-промышленная выплавка стали с применением металлизованных окатышей (заводы фирмы "Лукенс стил", Котсвиль (США), фирмы "Дейдо сейко" (Япония), "Днепроспецсталь"), для загрузки окатышей использовались элеваторы, расположенные непосредственно у печи (рис. 83, б). Такая схема принята и для электросталеплавильного цеха из двух печей фирмы КАСКО в Катаре (побережье Персидского залива), сооруженного при участии японских фирм. Рабочие бункера в этом цехе расположены в примыкающем к печному пролету (рис. 84, А) здании. Металлизованные окатыши и известь по конвейеру под рабочей площадкой подаются на элеватор, а затем по наклонной течке в печь.
Подача окатышей от рабочих бункеров, размещенных в торце цеха на уровне, несколько превышающем отметку подкрановых ферм конвейерами, отдельными для каждой печи (рис. 83, г), принята на заводе фирмы Джорджтаун стил”, Джорджтаун (США). Горизонтальные ленточные конвейеры расположены в цехе между подкрановыми фермами. В конце каждого конвейера размещена приемная воронка наклонной течки (рис. 84, Б). Системы загрузки с отдельными трактами подачи от рабочих бункеров вне печного пролета к печи (с элеваторами или с конвейерами) хорошо вписываются в цехи с традиционной планировкой, поскольку громоздкие бункера могут быть размещены вне цеха или в шихтовом пролете.
Типична для электросталеплавильных цехов с большим числом печей схема, принятая на заводе фирмы "Сидбек-Доско", Контрекер (США), где рабочие бункера размещены над печами, а окатыши подаются в них по общей системе горизонтальных и наклонных ленточных конвейеров (рис 84. в). В настоящее время цех оборудован двумя 120-т печами, но система загрузки спроектирована из расчета снабжения металлизованными окатышами и известью пяти печей.
Схемы загрузки окатышей через боковое окно и с использованием конвейера специальной конструкции (рис. 83, д и е соответственно) можно считать скорее исключением. Первая применялась на заводе фирмы ТИМСА (Мексика) при серийной выплавке стали на окатышах, вторая на заводе "Реренверке" Боус/Саар (ФРГ) при опытно-промышленной выплавке.
Размещение оборудования системы загрузки металлизованных окатышей и извести в печь может потребовать заметных изменений объемнопланировочных решений электросталеплавильных цехов.
Конвейеры, распределяющие материалы по печам, рабочие бункера и дозирующие устройства могут размещаться выше уровня свода печей в специальном пролете, граничащем с печным.
Вариант с размещением бункеров со стороны выпускного отверстия (рис. 84, В) требует выпуска металла на сталевоз, поэтому он широко не применяется. Вариант предложен фирмой "Крупп" в связи с разработанной ею конструкцией системы газо- и звукоизоляции печи, при котором вся печь заключена в кожух (рис. 85).
При расположении бункеров в пролете со стороны рабочего окна (рис. 84. Д) ограничений в отношении способа выпуска металла не имеется. Однако в этом случае все операции по обслуживанию печей и выпуску стали выполняются кранами одного пролета, что может привести к большей загруженности их. Указанного недостатка лишен вариант, принятый на заводе формы "Дет данске стальвальсверк" (Дания), где металл выпускается на сталевоз и передается из печного пролета в распределительный пролет, расположенный между пролетами печей и разливки.
Ниже в качестве примера приведены данные о транспортной системе подачи окатышей в электросталеплавильном цехе из двух 120-т печей фирмы "Сидбек-Доско" на заводе в Контрекере (рис. 86).
Металлизованные окатыши из трех силосов установки прямого восстановления суммарной емкостью 21 тыс.т через электромеханические питатели производительностью 210 т/ч попадают на один из двух разгрузочных конвейеров, подающих их на вибрационный грохот производительностью 210 т/ч. Подрешетный продукт перегружают многоковшовым элеватором в бункер емкостью 150 т, откуда брикеты в закрытых грузовиках или контейнерах автотранспортом подают в сталеплавильный цех для загрузки корзинами.
Надрешетный продукт крупностью более 3,3 мм поступает на наклонный 610-мм ленточный конвейер, подающий материал на станцию погрузки в вагоны или перегружающий его на горизонтальный конвейер сталеплавильного цеха. Наклонный конвейер шириной 610 мм и длиной 168 м размещен в галерее диаметром 2,7 м. Высота подъема 36,5 м, угол наклона конвейера 15 , скорость ленты 2,15 м/с, расчетная производительность 350 т/ч, мощность электродвигателя 74,5 кВт. Конвейер разгружается внутри башни, в которой находится грохот для отделения крупной фракции. Места перегрузки оборудованы системой пылеулавливания.
Горизонтальный ленточный конвейер (ширина 610 мм, длина 168 м, производительность 350 т/ч) помещен в галерею высотой 6 и шириной 4-6 м. Продукт разгружается сбрасывающей тележкой в бункера емкостью 220 т, входящие в систему автоматизированной загрузки шихты и расположенные выше подкрановых ферм непосредственно над дуговыми печами, или в бункер емкостью 220 т для загрузки в бадью. Автоматизированной системой подачи материалов в рабочие бункера управляет оператор с пульта управления установки прямого восстановления или его помощник со специального пульта системы. Подачей материалов в печи управляет сталевар с пульта управления печью.
Из рабочих бункеров металлизованный продукт через дозирующие устройства ленточного типа производительностью 30-140 т/ч поступает на два реверсивных конвейера, подающих материалы к приемным воронкам течек. Наличие двух конвейеров позволяет подавать материалы к каждой печи из любого бункера.
Пыль металлизованного продукта, образующаяся при транспортировке конвейерами и перегрузках материала, способна к возгоранию. Для ликвидации возможных очагов возгорания обе галереи транспортеров оборудованы спринклерными системами и датчиками тепловыделения, которые подсоединены к центральной системе пожаротушения. Датчики тепловыделения установлены и в коллекторе мешочных фильтров системы пылеудаления. В случае повышения температуры предусмотрена возможность продувки мешочных фильтров азотом.
Рабочие бункера на случай возможного возгорания металлизованных материалов оборудованы чувствительными термодатчиками, индикаторами уровня и имеют разгрузочные устройства у основания бункера. Каждый бункер снабжен системой пылеудаления с мешочными фильтрами, для которых предусмотрена возможность продувки азотом.
Система непрерывной загрузки в ряде действующих и проектируемых цехов используется также для присадки в печь окисленных окатышей, извести и других материалов, для чего предусматриваются дополнительные бункера с устройствами непрерывного или дискретного дозирования.
Основные показатели систем дозирования материалов - производительность и точность дозирования. Под точностью дозирования понимают как точность поддержания скорости подачи материалов при непрерывной загрузке, так и точность дозирования суммарной массы материала.
Производительность дозаторов металлизованных окатышей определяется, исходя из эффективной активной мощности в период плавления и максимальной удельной скорости загрузки, не превышающей обычно 35 кг/(мин*МВт) [2,1 т/(ч*МВт)]. Минимальная удельная скорость загрузки составляет 17-18 кг/(мин*МВт) [1,02-1,08 т/(ч*МВт)], т.е. диапазон регулирования составляет 50-100 %.
Необходимую точность поддержания заданной скорости загрузки окатышей можно оценить, исходя из наиболее жестких условий работы, имеющих место в конце периода плавления при выходе на заданную по расплавлении температуру с отклонением не более ±15 °C.
Если принять, что на этом этапе загружается не более 20 % общей массы шихты и температура в начале этапа известна, относительная ошибка отклонения фактических затрат энергии на плавление окатышей от расчетных не должна превышать
где mk, mk-1 - суммарная масса шихты и масса окатышей, проплавляемых на заключительном этапе плавления соответственно; сван, qван - теплоемкость [кДж/(кг*С)] и энтальпия (кДж/кг) шлака и металла в ванне соответственно; Δt - допустимое отклонение температуры от расчетной, °C.
Затраты энергии на плавление металлизованных окатышей выражаются
откуда относительная максимальная ошибка
где в правой части суммируются относительные погрешности удельной скорости дозирования, подводимой активной мощности и отсчета времени. Если принять, что современные регуляторы дуговых печей обеспечивают поддержание заданной мощности с погрешностью 2,0-2,5 %, а погрешность отсчета времени 0,5 %, погрешность поддержания заданной удельной скорости загрузки в рассматриваемом случае, может быть 1,0-1,5 %. Точность ленточных весовых дозаторов составляет 1-2 % при номинальной производительности, что практически совпадает с оцененной выше величиной.
Требования к точности дозирования общей массы загружаемых окатышей практически такие же, как при плавке на ломе: требуемая, исходя из условий легирования в печи, ошибка. массы жидкого металла должна быть не более 1,0-1,5 %. Эта величина согласуется с ошибкой выхода жидкой стали, обусловленной неконтролируемыми факторами технологии плавки - колебаниями потерь металла с корольками шлака, в скрапинах, испарением - величиной порядка 1 %. Погрешность дозирования извести и других добавочных материалов может быть того же порядка, что и окатышей: около 1 %.
Из двух типов дозаторов для шлакообразующих — непрерывных и дискретных - предпочтительнее первые, в большей мере соответствующие непрерывному процессу дозирования окатышей. Однако ввиду относительно малого количества загружаемой извести (расход 0,06-0,09 кг/кг окатышей), в особенности для печей небольшой емкости, может быть оправдано применение весовых дискретных дозаторов. Верхний предел взвешивания или емкость таких дозаторов выбираются, исходя из требуемой производительности при загрузке шлакообразующих для наводки рафинировочного шлака, поскольку производительность при присадке извести в период плавления металлизованных окатышей в 1,5-2 раза ниже. Расчеты показывают, что верхний предел взвешивания дискретных дозаторов для извести может приниматься в пределах 1-3 % от номинальной садки печи. При таком размере дозатора в период плавления окатышей может производиться 8-12 подач извести. Доза должна изменяться по ходу плавления, вначале она уменьшенная, а в конце номинальная. Большой размер дозатора и соответственно загрузка извести большими порциями в период плавления окатышей могут приводить к разбавлению закиси железа шлака, временному прекращению кипения ванны и, как следствие, к снижению массо- и теплообмена.
На ряде заводов фирм "Сидбек-Доско", "Гамбургер Штальверке", выплавляющих сталь с применением в шихте металлизованных окатышей, мелкая известь подается в печь пневмотранспортом. Применение мелкой извести взамен крупной кусковой, помимо других преимуществ, должно способствовать повышению устойчивости пенистого шлака, защищающего стены печи от излучения дуг.
В большинстве цехов, работающих на металлизованных окатышах, окатыши загружаются в печь через отверстие в своде.
При проведении опытно-промышленных работ испытывались системы загрузки с подачей окатышей через три отверстия в своде, расположенные у электродов. Предполагалось, что при такой подаче в результате экранирования стен от дуги окатышами повысится стойкость футеровки, однако отчетливого эффекта увеличения стойкости установлено не было. Испытывалась и загрузка через одно отверстие, расположенное в центре свода между электродами. При этом достигалось равномерное распределение окатышей по отношению к дугам, даже если происходило накопление их на жидкой ванне, как в опытах, проводимых ИРСИДом. Системы с загрузкой через три отверстия и через одно отверстие в центре свода промышленного применения не получили, по-видимому, из-за трудностей, возникающих при изготовлении свода, ухудшения условий его службы и отсутствия заметных преимуществ по сравнению с системой загрузки через одно отверстие, располагающееся несколько дальше от центра свода, чем электроды. Все узлы загрузки окатышей в печь должны обеспечивать попадание материалов в зону, ограниченную примерно окружностью с диаметром, равным диаметру распада электродов. На двух 80-т электропечах завода "Гамбургер Штальверке" отверстие для загрузки окатышей расположено рядом с отверстием газоотсоса. На 100-т электропечи того же завода из-за значительного выноса мелочи окатышей место загрузки их в печь было перенесено в район третьей фазы (электрода).
В табл. 21 приведены внутренние диаметры патрубков (течек) узла загрузки в печь окатышей через одно отверстие в своде для печей различной мощности. Размер патрубка 160-т печи взят, по-видимому, с большим запасом, поскольку, помимо окатышей, через него загружали и гранулированный чугун. В большинстве конструкций узла загрузки окатышей в печь патрубок, а также и воронка в своде печи, если она предусмотрена, выполнены не водоохлаждаемыми. Для предотвращения выбивания газов в местах разъемов между элементами загрузки делается аэродинамическое уплотнение.
Воронка или патрубок, направляющие поток окатышей в печь, должны фиксироваться относительно отверстия в своде, при этом желательно, чтобы дополнительная нагрузка на свод была минимальной. Указанное требование сравнительно просто удовлетворяется на печах с фиксированным относительно портала сводом, а подъем его осуществляется за счет подъема портала. Такая система подъема свода принята на многих печах, выпускаемых фирмами США и Европы, а также на отечественных печах емкостью до 50 т. В этом случае все элементы узла загрузки могут крепиться на портале.
Ha печах, где свод перемещается относительно портала, необходимо предусматривать подвижное или разъемное соединение на участке свод портал, часть арматуры крепить на своде, устанавливать дополнительные уплотнения разъемов от выбивания газов. Конструкция узла загрузки здесь по сравнению с предыдущим вариантом усложняется.
В действующих цехах зарубежных заводов, работающих на металлизованных окатышах, установлены преимущественно печи первою типа.