Использование систем и средств автоматизации технологических объектов на предприятии ОАО "ММК"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"

(ФГБОУ ВПО "МГТУ")

Кафедра автоматизированных систем управления

ОТЧЕТ ПО ОЗНАКОМИТЕЛЬНОЙ ПРАКТИКЕ

Магнитогорск, 2015

Оглавление

• Введение
• 1. Краткое описание металлургического процесса
• 2. Агломерационный процесс
• 2.1 Материалы для аглопроцесса
• 2.2 Процесс спекания
• 2.3 Контролируемые параметры агломерационного процесса
• 3. Доменный процесс
• 3.1 Конструкция доменных печей
• 3.2 Описание технологического процесса доменного цеха
• 3.3 Автоматический контроль основных параметров доменного процесса
• 4. Кислородно-конвертерный процесс
• 4.1 Описание технологического процесса
• 4.2 Раскисление и легирование
• 4.3 Контроль плавки и автоматизация процесса
• 5. Машина непрерывного литья заготовок
• 5.1 Конструкция и применение МНЛЗ
• 5.2 Автоматический контроль на МНЛЗ
• 5.3 Автоматизация машин непрерывного литья заготовок
• 6. Дуговые сталеплавильные печи
• 6.1 Особенности технологического процесса выплавки стали
• 6.2 Автоматизированное управление процессом плавки
• 6.3 Определение контролируемых и неконтролируемых технологических параметров
• 7. Горячая прокатка
• 7.1 Подготовка исходных материалов
• 7.2 Описание технологического процесса
• 7.3 Структура и функции АСУ ТП стана горячей прокатки
• 8. Холодная прокатка
• 8.1 Подготовка исходных материалов
• 8.2 Описание технологического процесса
• 8.3 АСУ ТП стана холодной прокатки
• 9. Агрегат непрерывного горячего цинкования
• 9.1 Технология горячего цинкования
• 9.2 Способы цинкования
• 9.3 Автоматизация на линиях горячего цинкования
• Заключение
• Список литературы

Введение

Целью ознакомительной практики является ознакомление студентов с основными областями использования систем и средств автоматизации технологических объектов на основном промышленном предприятии города - ОАО "ММК".

ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" является крупнейшим предприятием чёрной металлургии России, его доля в объёме металлопродукции, реализуемой на внутреннем рынке страны, достигает 20%. Комбинат занимает первое место среди металлургических предприятий России по объемам производства и традиционно входит в двадцатку крупнейших сталелитейных компаний мира. Предприятие представляет собой крупный металлургический комплекс с полным производственным циклом, начиная с подготовки железорудного сырья и заканчивая глубокой переработкой черных металлов. Общая площадь комбината составляет 11834,9 га, из которых 6842 га заняты производственными помещениями. ММК производит самый широкий на сегодняшний день сортамент металлопродукции среди предприятий Российской Федерации и стран СНГ. Более половины продукции ОАО "ММК" экспортируется в различные страны мира.

Руководство ММК уделяет большое внимание совершенствованию форм и методов партнерства. С ММК продолжительное время успешно сотрудничают крупнейшие зарубежные фирмы и ведущие отечественные предприятия.

Важное место в интеграционной политике компании занимает создание собственной сырьевой базы. В рамках этого направления в состав Группы ММК вошли угольная компания "Белон" и компания "Профит", специализирующаяся на поставках металлического лома.

Среди крупных проектов ОАО "ММК", реализованных за пределами магнитогорской площадки, можно назвать металлургический комплекс "ММК Metalurji", построенный на территории Турецкой Республики, а также завод штампованных автокомпонентов в г. Колпино.

Как отметил председатель совета директоров ОАО "ММК" Виктор Рашников, "реализация перспективных инвестиционных проектов будет способствовать укреплению конкурентоспособности и стабильному развитию ММК".

В 2015 году российскую черную металлургию ожидает общее падение спроса на металлопродукцию. В этих условиях металлурги ищут новые стратегические пути для сохранения собственных позиций на внутреннем рынке.

Магнитогорский металлургический комбинат сделал свой выбор несколько лет назад и не только сохраняет, но и усиливает свои позиции за счет перехода от поставок массовой продукции к выпуску металлопродукции с высокой добавленной стоимостью, которая ориентирована на удовлетворение требований конкретных потребителей.

На реализацию этой задачи было направлено, в частности, строительство новых агрегатов комбината - стана 5000 горячей прокатки и стана 2000 холодной прокатки. Продукция с этих станов предназначена потребителям ключевых для ММК отраслей - трубной, автомобильной и строительной.

Если говорить о продукции стана 5000, то, по словам заместителя генерального директора ОАО "ММК" по продажам Николая Лядова, на ММК ожидают стабильной его загрузки в течение всего 2015 года. Трубопроводные проекты, такие как "Сила Сибири" и "Турецкий поток", будут обеспечены государственным финансированием и заказами труб со стороны "Газпрома".

По мнению аналитиков рынка, снижение потребления металлопродукции серьезнее всего коснется строительной отрасли: общее снижение потребления металлопроката из черных металлов в строительстве может составить до 30%. Отчасти оно будет компенсировано ожидаемым сокращением поставок оцинкованного проката по импорту. При этом Николай Лядов надеется, что к 2017 году спрос в строительном сегменте не только восстановится, но и станет устойчивым, чему будет способствовать, в частности, подготовка России к чемпионату мира по футболу, обеспеченная государственным финансированием.

Реалистично оценивая ситуацию на рынке, руководство ММК продолжает реализацию своей стратегии клиентоориентированности и выпуска продукции с высокой добавленной стоимостью. "Мы будем продолжать освоение нового сортамента для всех групп российских потребителей", - подчеркнул Николай Лядов.

1. Краткое описание металлургического процесса

Производство на ММК начинается с рудообогатительной фабрики (переработка руды) и аглофабрики (получение агломерата путем мелкого окускования рудного материала, который необходим для выплавки чугуна).

Далее идет коксохимическое производство, т.е. получение кокса, который необходим для получения чугуна. Кокс получают из коксующихся углей в специальных коксовых печах при температуре 12000°C. В батареи насчитывается около 74 печей. Уголь загружается в печи углезагрузочной машиной и при такой температуре спекается в кокс. После этого коксовыталкиватели выталкивают кокс в тушильный вагон, который везет его в тушильную башню, где он будет охлаждаться посредством орошения водой. Далее кокс идет на выплавку чугуна в доменную печь.

После выплавки чугун поступает в кислородно-конвертерный цех и электросталеплавильные печи. В кислородно-конвертерном цехе, который был введен в эксплуатацию в 1990 г., плавят сталь. В конвертер заливают чугун и савками сигарообразной формы загружается металлолом, затем интенсивно продувается кислородом. Процесс длится 35-40 минут.

Чтобы полученную сталь довести до нужного качества, она проходит агрегаты внепечной обработки (агрегат вакуумирования стали и агрегат доводки стали), где сталь интенсивно продувается аргоном, для того, чтобы удалить вредные примеси, т.е. газовые пузыри и неметаллические включения. Процесс длится около 6 минут.

Далее стальной ручей идет на машину непрерывного литья заготовок, где специальными ножницами они режутся на слитки, которые называются слябами. Эти слябы прокатываются на станах, которые состоят из нагревательных печей, где слябы нагреваются при температуре от 8500°C на входе и 11500°C на выходе (нагретый сляб имеет большую мягкость, пластичность и ковкость), черновых и чистовых клетей. Нагретый сляб прокатывается между валками до определенной толщины. После этого прокатанный лист подается на моталки, где сматывается в рулоны.

Готовая продукция представлена горячекатаным и холоднокатаным листом, сортовой продукцией (арматура, швеллер, балки), а в 2004 г. комбинат стал производить полимерную продукцию, т.е. стальную полосу, покрытую тонким слоем цинка, а потом тонким слоем полимера (покрытие служит для того, чтобы увеличить срок службы).

2. Агломерационный процесс

Агломерация впервые была применена в цветной металлургии для спекания сернистых и медных руд, а также руд, содержащих свинец и цинк. Агломерация в промышленном масштабе развивалась на основе двух методов: продувкой воздуха через шихту и просасыванием воздуха.

Первые машины для непрерывного спекания руд были разработаны в результате ряда опытов Дуайтом и Ллойдом и были установлены в 1907 г. на заводах в Перу и Америке. В дальнейшем были разработаны и применены машины трех типов: барабанная, горизонтальная, круглая и ленточная с прямолинейным движением. Опыт эксплуатации подтвердил целесообразность применения последних, в результате чего началось их усовершенствование и развитие агломерации железных руд.

Современное агломерационное производство представляет собой сложную систему различных аппаратов, действующих в разных режимах и выполняющих различные функции.

Непрерывный рост производства агломерата, повышение требований к его качеству, а также поточность технологических процессов создали условия для широкого внедрения средств автоматического контроля и управления.

Комплексной автоматизации агломерационного производства уделяется большое внимание. Значительное место в технологической схеме агломерационного производства занимают процессы, связанные со спеканием шихты, одной из основных операций, определяющих качество агломерата.

Автоматическое управление в спекательном отделении заключается в автоматическом поддержании высоты слоя аглошихты, загружаемой на машину, контроле и автоматическом регулировании процессом зажигания шихты, контроле температуры зажигания горна, регулирование законченности процесса спекания в конце активного участка аглошихты.

2.1 Материалы для аглопроцесса

Шихта для агломерации представляет собой увлажненную смесь зерен железосодержащих материалов, твердого топлива и флюсов. К ее основным компонентам относятся:

- мелкая железная руда и железорудный концентрат;

- возврат - мелкий некондиционный агломерат от предыдущего спекания (20-40%);

- мелкий кокс в качестве твердого топлива (4-8%);

- флюсующие добавки - известняк и доломит (10%);

- металлосодержащие добавки - отходы металлургического и химического производств (5%).

Основными видами железосодержащего сырья для производства агломерата являются мелкая руда с содержанием железа не менее 40% и концентраты с содержанием железа 60-65%. Твердым топливом для процесса спекания в основном является коксовая мелочь (коксик). Из-за дефицита и высокой стоимости коксовой мелочи в качестве твердого топлива применяют также антрацитовый штыб и торфяной кокс. В железорудную часть шихты включаются отходы металлургического и химического производства.

Колошниковая пыль - мелкие частицы компонентов доменной шихты (руда, агломерат, кокс, флюсы), выносимые газовым потоком из доменных печей и осаждаемые в пылеуловителях. Колошниковая пыль в зависимости от исходных материалов, загружаемых в доменную печь, содержит железа до 40-55%. Спекание колошниковой пыли почти не требует затрат топлива, так как она содержит до 15% углерода.

Окалина - отходы прокатного производства, образующиеся в нагревательных и термических печах. Окалина является богатым по содержанию железа материалом (до 70%).

Пиритные огарки - отходы сернокислотного производства с содержанием железа до 65%.

Красные шламы - отходы глиноземного производства (остатки после извлечения из бокситов оксида алюминия).

Для агломерационного процесса материалы должны иметь следующие размеры: железорудные - 0-6 мм, твердое топливо и флюсы - 0-3 мм.

Агломерационная руда, железорудный концентрат, возврат и металлсодержащие добавки обычно имеют крупность, соответствующую этим требованиям, а не подвергаются на агломерационных фабриках сортировке и дроблению. Топливо и флюсы поступают в кусках, размеры которых значительно превышают требуемые для окускования. Перед агломерацией их подвергают измельчению.

При спекании тонкоизмельченных концентратов газопроницаемость агломерационной шихты может быть значительно повышена добавками негашеной извести.

На агломерационных фабриках среднее содержание извести в шихте составляет 2%, а на некоторых фабриках 3-6%. Интенсификация процесса спекания достигается также добавками в шихту горячего возврата с температурой 500-600єС.

При смешивании и окомковании в агломерационную шихту добавляется влага. В зависимости от типа шихты оптимальная влажность составляет 6-7% для зернистых руд, 8-9% для шихт с высоким содержанием тонких концентратов и 10-12% при агломерации бурых железняков.

Шихты и их компоненты для получения агломерата относятся к категории сыпучих материалов, между частицами которых существует трение, а во влажных материалах - некоторое сцепление. Внешняя подвижность частиц сыпучих материалов характеризуется углом естественного откоса. Углы естественного откоса сыпучих материалов, находящихся в покое или движении различны. Специфическим свойством сыпучих материалов является слеживание, т. е. потеря сыпучести после длительного хранения. Опасность слеживания возрастает с увеличением влажности, времени хранения и высоты слоя материала. Влажные шихтовые материалы (железорудный концентрат, шламы и др.) подвержены смерзанию.

Таблица 2.1 - Составляющие шихты для производства агломерата

Компонент шихты	Насыпная масса, т/мі	Угол естественного откоса, град.
		в покое	в движении
Руда	2,1 - 3,5	40 - 45	35 - 40
Концентрат	2,0 - 2,6	45 - 50	35 - 40
Возврат	1,8 - 2	40 - 45	30 - 35
Колошниковая пыль	1,8 - 2	30	20
Окалина	2,0 - 2,2	35	30
Мелкий кокс	0,6 - 0,8	50	30 - 40
Антрацитовый штыб	0,8 - 0,95	15 - 20	10 - 15
Доломит	1,6 - 1,8	45	30
Известняк	1,4 - 1,7	40 - 45	30 - 35
Известь негашеная	1,7 - 1,8	45 - 50	40 - 45
Торфяной кокс	0,215

Готовый агломерат после дробления разделяется по крупности кусков на годный продукт (+6мм) и возврат (-6 мм), используемый в процессе спекания как оборотный продукт. Из годного агломерата выделяется фракция 12- 25 мм для "постели" защитного слоя, укладываемого на колосники спекательных тележек агломерационных машин.

2.2 Процесс спекания

Специальным зажигательным устройством поджигают топливо шихты. В результате сгорания углерода топлива, а также интенсивной подачи воздуха в зоне горения развивается высокая температура (1200-1500°). В процессе нагрева зерна руды обезвоживаются, а затем размягчаются с частичным образованием жидких и полужидких фаз. При этом происходят химические превращения входящих в них соединений. Материал частично или полностью сплавляется, а затем при продолжении подачи воздуха быстро остывает и кристаллизуется, образуя пористый спек. Полученный продукт называется агломератом.

По характеру подачи воздуха в слой шихты различают три основных метода агломерации:

- без продува или прососа;

- с продувом слоя снизу вверх;

- с прососом сверху вниз (путем создания разрежения под слоем).

Среди всех методов агломерации доминирующее положение заняло спекание с прососом на прямолинейных конвейерных машинах. Эти машины были разработаны в США в 1911 году Дуайтом и Ллойдом. Первые агломерационные конвейерные машины имели рабочую площадь около 7 м 2 при рабочей ширине 1,07 м. Схема установки для спекания на агломерационной конвейерной машине с прососом воздуха сверху вниз изображена на рис. 2.1.

Главной частью агломерационной машины является конвейер, состоящий из отдельных спекательных тележек (паллет) 1, которые снабжены штучными колосниками, образующими решетку. Тележки двигаются по замкнутым направляющим путям, включающим прямолинейные верхний и нижний участки и криволинейные участки в головной и хвостовой (разгрузочной) частях машины. На верхнем и нижнем путях тележки двигаются плотно прижатыми друг к другу, образуя соответственно рабочую и холостую ветви. Движение конвейера осуществляется от приводных звездочек 7, расположенных в головной части машины. Эти звездочки захватывают двигающиеся по нижней холостой ветви спекательные тележки и поднимают их на верхнюю рабочую ветвь конвейера.



Рисунок 2.1 - Схема установки для спекания на агломерационной прямолинейной конвейерной машине с прососом воздуха сверху вниз

Для воспламенения входящего в шихту твердого топлива (коксика) необходимо довести его температуру до 700° С. Для этого в камере горения (горне) 4, установленной над рабочей ветвью тележек в начале конвейера, сжигают газ или мазут. Одновременно под слоем шихты в вакуум-камерах 5 создают разрежение, благодаря чему раскаленные до 1130-1200° С продукты сгорания проходят через шихту, зажигая частицы твердого топлива в узкой (15-40 мм) верхней зоне.

Начавшееся горение поддерживают просасыванием воздуха сверху вниз через слой шихты на всей рабочей площади колосниковой решетки. Газы из-под слоя шихты через вакуум-камеры, газовые тракты и пылеуловители 6 отводят в дымовую трубу 9 и выбрасывают в атмосферу. Необходимое для этого разрежение 10-25 кПа создается нагнетателем (эксгаустером) 8. По мере продвижения конвейера с шихтой твердое топливо в верхних ее слоях выгорает, и зона горения перемещается ниже. Скорость движения конвейера выбирают такой, что при достижении данным участком шихты последней вакуум-камеры горение доходит до нижнего горизонта материала и спекание завершается по всей толщине слоя. Полученный агломерат после разгрузки с машины подвергают дроблению и грохочению (сортировке по крупности).

Для интенсификации процесса спекания стремятся повысить газопроницаемость и температуру шихты, уменьшить ее переувлажнение, активизировать процесс горения топлива в шихте. В качестве интенсификаторов процесса спекания используют свежеобожженную известь, горячий возврат. Для повышения эффективности агломерационного производства применяют также окомкование шихты перед спеканием, добавки крупнозернистой (0-8 мм) руды, увеличение толщины спекаемого слоя и мощности отсасывающих средств, рациональные системы загрузки шихты на агломерационную машину, обеспечивающие такое ее расслоение, при котором достигается оптимальное по толщине слоя распределение материала по крупности и концентрации углерода.

Завершают термическую обработку агломерата его охлаждением, которое осуществляют либо на удлиненных агломерационных машинах, либо на установленных за ними линейных, кольцевых или чашевых охладителях. Охлаждение производится принудительной подачей холодного воздуха в слой агломерата. От того, насколько правильно выбраны способ и режим охлаждения, зависят качество выдаваемой продукции, количество мелочи, выход годного агломерата, а также условия работы последующего оборудования и обслуживающего персонала.

Брикетирование заключается в получении брикетов из мелкозернистых рудных материалов на прессах с добавками или без добавок связующих веществ (известь-пушонка, портландцемент, жидкое стекло и др.). Для улучшения металлургических свойств брикетов их часто подвергают термической или химической обработке.

Основным оборудованием для брикетирования являются валковые брикетпрессы, производящие одинаковые куски в форме орехов. На штемпельных брикет-прессах получают брикеты цилиндрической и призматической формы, а на высокопроизводительных кольцевых прессах - непрерывную брикетную ленту. В последнее время для брикетирования применяют вакуум-прессы.

В черной металлургии брикетируют главным образом руды, направляемые в сталеплавильное производство. Способ имеет ограниченное применение для тонкоизмельченных концентратов, имеющих глиноземистую пустую породу с большой влажностью (16,0-16,5%). В небольшом количестве выпускают также брикеты из марганцевых руд.

2.3 Контролируемые параметры агломерационного процесса

металлопродукция автоматизация агломерат шихта

Для обеспечения максимальной производительности агломашин служат системы автоматического контроля и управления процессом спекания, выполняющие операции подготовки шихты (увлажнения и окомкования), загрузки её на агломерационную машину, контроля теплового режима и оптимизации процесса спекания. Определенное значение имеют также локальные схемы контроля и управления уровнем материалов в потоках и емкостях, а также системы управления отдельными механизмами агломерационной фабрики - дробилками, эксгаустерами, обжиговыми установками и др.

Точность дозирования компонентов шихты влияет на качество готового агломерата и ход спекания на аглоленте. Постоянство химического состава шихты достигается дозировкой шихтовых материалов системой бункеров с питателями. Дозирование осуществляется по массе материалов с учетом их химического состава. Соотношение компонентов шихты регулируют путем автоматического поддержания расхода отдельных составляющих с корректировкой по данным химических анализов и анализов влажности материалов. Качество регулирования при этом зависит от частоты отбора проб и анализа.

Для обеспечения качественной загрузки шихты спекательные тележки агломашины оборудуют промежуточным (загрузочным) бункером, который, как промежуточная емкость, сглаживает колебания разности между приходом шихты из барабана-окомкователя и расходом ее на аглоленту. Чтобы не нарушалась газопроницаемость окомкованной шихты, уровень ее в промежуточном бункере необходимо поддерживать как можно точнее.

Автоматизация управления процессами в спекательном отделении заключается в автоматическом поддержании высоты слоя аглошихты, загружаемой на машину, автоматическом регулировании уровня шихты в промежуточном бункере над агломашиной, контроле и автоматическом управлении процессом зажигания шихты и регулировании законченности процесса спекания в конце активного участка аглоленты. Отдельный узел управления составляют механизмы охлаждения и дозирования возврата.

С целью оперативного управления агломерационным процессом на аглофабрике осуществляют контроль следующих технологических параметров:

- скорость движения аглоленты;

- объемные расходы природного газа и воздуха на зажигание;

- температуры зажигания слоя шихты, отходящих газов в последних вакуум-камерах, коллекторах агломашины, перед эксгаустерами, шихты перед барабанами-окомкователями;

- разрежения в вакуум-камерах, коллекторе агломашины перед эксгаустерами;

- толщина слоя агломерата на аглоленте.

Скорость движения аглоленты необходимо контролировать, т.к. равномерное распределение шихты по ширине аглоленты является одним из необходимых условий для нормального протекания процесса спекания. Если скорость аглоленты увеличится, то температура шихты может быть выше нормы, что ухудшает качество спекаемой шихты.

Контроль объемов расхода природного газа и воздуха на зажигание важен, т.к. необходимо равномерное зажигание шихты по аглоленте. Высокая температура факела, избыток тепла для зажигания вызывает плавление поверхности слоя и ухудшение его газопроницаемости. При низкой температуре зажигания получается плохо спеченная с малой прочностью верхняя часть "пирога".

Температура регулируется в ходе всего процесса спекания, т.к. от этого зависит качество спекаемой шихты.

АСУ ТП отделения спекания агломерата является подсистемой АСУ ТП агломерационного производства. В целом АСУ ТП должна обеспечивать за счет стабилизации и оптимизации технологического процесса:

- повышение производительности агломашин;

- повышение выхода годного агломерата;

- снижение доли возврата в шихте;

- повышение качества агломерационной шихты;

- снижение удельного расхода шихты на окомкование и брак по окомкованию и спеканию;

- уменьшение числа аварийных режимов работы;

- улучшение условий труда обслуживающего персонала;

- облегчение управления объектом.

3. Доменный процесс

В 2014 году доменный цех Магнитогорского металлургического комбината произвёл 10 280 тыс. тонн чугуна, что является абсолютным рекордом за всю постсоветскую историю Магнитогорска.

В последний раз на ММК выпускали больше чугуна 23 года назад, в 1991 году, но в то время на комбинате работали 10 доменных печей. На восьми доменных печах, работающих сегодня, такой результат получен впервые (рис. 3.1).

Доменный цех ОАО "ММК" является одним из крупнейших и эффективных доменных производств в стране. За полтора последних десятилетия большая часть доменных печей ММК была кардинально обновлена. Внедряется отсев мелочи агломерата, устанавливаются загрузочные устройства нового типа, активно применяется современная автоматика.

Рисунок 3.1 - Доменный цех, доменная печь №9

3.1 Конструкция доменных печей

Современная доменная печь представляет собой высокомеханизированный и автоматизированный агрегат, способный выплавлять до 12 тыс. т. чугуна в сутки. Для успешного управления им нужны знания механических, химических и тепловых процессов, совершающихся внутри печи, а также сведения о всей технологии получения чугуна.

Доменная печь - печь шахтного типа. Сверху в печь порциями непрерывно загружают шихтовые материалы - агломерат (окатыши) и кокс, которые медленно опускаются вниз; длительность их пребывания в печи составляет 4-6 ч. В ниж-нюю часть печи(верх горна) через фурмы подают дутье - нагретый воздух; у фурм за счет кислорода дутья сгорает кокс с выделением тепла, а горячие продукты сгорания движутся через столб шихты вверх, нагревая ее; вре¬мя пребывания газов в печи составляет 3-12с. При опускании нагревающейся шихты в ней из оксидов восстанавливается железо, которое науглероживается, расплавляется и каплями стекает в горн, формируя чугун, а невосстановившиеся оксиды в нижней части печи (низ шахты, распар) расплавляются, образуя шлак, который также стекает в горн. Накапливающиеся в горне чугун и шлак, имеющие температуру 1450-1500°С, периодически выпускают через чугунные и шлаковые летки.

В доменном цехе ОАО "ММК" ведется реконструкция печей с установкой бесконусных загрузочных устройств (БЗУ) и аспирационных систем для снижения пылевых выбросов в атмосферу. На доменных печах №№ 1, 2, 4, 6, 9, 10 установлены и успешно эксплуатируются БЗУ фирмы "PAUL WURTH" (Люксембург), см. рис. 3.2.



Рисунок 3.2 - Конструкция БЗУ фирмы "PAUL WURTH": 1 - приемные воронки; 2 - верхние газозапирающие клапаны; 3 - бункера; 4 - нижние грузовые регулирующие затворы; 5 - нижние газозапирающие клапаны; 6 - нижняя сборная воронка; 7 - задвижка; 8 - привод вращения и изменение угла наклона лотка; 9 - центральная цилиндрическая течка; 10 - лоток.

3.2 Описание технологического процесса доменного цеха

Основной технологической задачей доменной плавки является восстановление железных руд и получение чугуна заданного состава и температуры.

Комплекс процессов, протекающих в доменной печи, называется доменным процессом (рис. 3.3). При этом шихтовые материалы проходят путь от колошника до горна за 5-8 часов, а газы, движущиеся навстречу им - за 2-10 с. Высокая эффективность доменного процесса обуславливается рациональной организацией противотока материалов и газов в доменной печи. При опускании вниз загруженные на колошник холодные материалы непрерывно омываются движущимися вверх горячими восстановительными газами, образующимися в горне при сжигании топлива в кислороде дутья. За время движения материалов сверху вниз успевают произойти все физико-химические превращения, обуславливающие получение чугуна и шлака.

Рисунок 3.3 - Упрощенная технологическая схема доменного процесса: 1 - домна; 2 - очистка доменного газа; 3 - впрыскивание котельного топлива; 4 - подогреватель воздуха

Процесс производства чугуна в доменной печи состоит из следующих этапов:

- формирование запаса шихтовых материалов на бункерной эстакаде;

- набор и подача шихты на колошник;

- загрузка шихтовых материалов в доменную печь;

- нагрев дутья и подача его в доменную печь;

- подача природного газа в печь;

- выплавка чугуна;

- выпуск продуктов плавки;

- очистка доменного газа.

Доменный процесс является восстановительным противоточным процессом, заключающимся во взаимодействии шихтовых материалов, опускающихся вниз, и поднимающегося вверх потока горячих восстановительных газов.

Режим работы печи - непрерывный с периодическими остановками для проведения ремонтно-восстановительных работ.

Доменная печь выплавляет в основном передельный чугун, направляемый в мартеновский и конвертерные цеха, и литейный чугун, направляемый на разливочные машины. Шлак от доменной печи убирается шлаковозами и затем перерабатывается в цехе шлакопереработки.

Доменный газ после очистки от колошниковой пыли (которая используется в агломерационном производстве) используется в качестве топлива для обогрева воздухонагревателей доменных печей, на ТЭЦ, ПЭВС и прокатными цехами.

Важнейшим процессом, протекающим в рабочем пространстве печи, является восстановление железа и его оксидов. Поэтому доменный процесс принято называть восстановительным. Успешность протекания восстановительного процесса в значительной мере зависит от теплового режима, распределения газового потока в столбе шихтовых материалов и характера движения шихты.

Основная задача автоматического управления доменным процессом заключается в создании наиболее благоприятных условий для протекания восстановительных процессов. При этом доменная печь работает с максимальной производительностью и экономичностью при ограничениях, обусловленных качеством сырья, мощностью воздуходувных машин, ресурсами кислорода, природного газа, состоянием печи, вспомогательного оборудования и др.

3.3 Автоматический контроль основных параметров доменного процесса

Контрольно-измерительная аппаратура, установленная на доменных печах, позволяет получить доступную для измерения рабочую информацию о технологическом процессе, а также о состоянии печи и вспомогательного оборудования. Кроме того, она должна обеспечить безопасность работы всех агрегатов, составляющих комплекс доменного производства.

На рисунке 3.4 представлена схема контроля параметров доменного производства.

Рисунок 3.4 - Принципиальная схема автоматического контроля параметров доменного процесса: Т - турбовоздуходувная машина; В-воздухонагреватели; Ш - шихтоподача; 3 - загрузка печи; ГО - газоочистка; Д - дроссельная группа, Ч - чугун; Шл - шлак на выпусках

Контролируемыми параметрами являются:

1. Химический состав и физические свойства шихтовых материалов: рудно-флюсовой части 1, кокса 2.

Эта информация поступает периодически и сравнительно редко (один раз в смену или в сутки). Она используется для коррекции шихтовки доменной плавки. Разрабатываются методы автоматического отбора представительной пробы материалов и средства для экспресс-анализа состава материалов, в частности квантометры, рентгеновские спектрометры и др. Более частый контроль состава шихты позволит корректировать шихтовку по ходу доменной плавки, что существенно уменьшит возмущения процесса по этому каналу.

2. Загрузка шихтовых материалов.

Сюда входят: рудная 3 и коксовая 4 подачи, количество подач 5, порядок загружаемых материалов 6, работа конусов 7, уровень засыпи и скорость схода шихты 8, положение вращающегося распределителя шихты (ВРШ) 9, распределение материалов в печи 10.

3. Состояние верхней зоны печи (колошника).

Здесь контролируются: давление 11 и температура 12 в газоотводах, давление колошникового газа 13, расход 14 и давление 15 пара, подаваемого в печь, давление в междуконусном пространстве 16, температуры по окружности 17 и по диаметру 18 колошника, содержание СО 19, СО 2 20 и Н 2 21 в колошниковом газе и по диаметру колошника 22 (проводится периодически).

4. Состояние шахты печи.

На нескольких горизонтах шахты по окружности в кладку вмонтированы термопары, контролирующие температуру по окружности шахты на данном горизонте 23. Измеряются расход 24 и давление 25 охлаждающей воды на различных горизонтах шахты. В средней части шахты встраивается отборное устройство 26, позволяющее измерять перепады статического давления между кольцевым воздухопроводом 27 и серединой шахты АРН (нижний перепад) и между серединой шахты 26 и колошником 13 (верхний перепад). Измеряется также общий перепад давления по шахте печи от кольцевого воздухопровода 27 до колошника 13. Измерение перепадов статического давления позволяет судить о гидравлическом сопротивлении столба шихтовых материалов на различных участках шахты печи.

5. Параметры комбинированного дутья.

Количество 28, давление 29 и температура 30 холодного дутья, количество 31 и давление 32 природного газа, количество 33 и давление 34 кислорода, содержание кислорода в дутье 35, влажность дутья 36, температура дутья 37, распределение дутья 53 и природного газа по фурмам доменной печи 39.

6. Состояние нижней зоны печи (горн).

Измеряются температуры в фурменной зоне 40, температуры лещади 41 и фундамента печи 42 на нескольких - уровнях. Контролируются на выпусках температура чугуна 43 и шлака 44. Содержание кремния, серы и марганца в чугуне 45, основность шлака 46. Продукты плавки исследуются периодически (на выпусках) и сведения об их составе получаются с опозданием. Внедрение современных методов экспресс-анализа позволит ускорить получение этой важной информации.

7. Технико-экономические показатели плавки.

Производительность печи, расход углерода на тонну чугуна, себестоимость продукции оцениваются по результатам работы доменной печи за сутки.

8. Тепловое состояние воздухонагревателей (рис. 3.5).

Здесь контролируются общее количество 1 и давление 2 газа, расходуемого на обогрев воздухонагревателя; расход газа на обогрев каждого воздухонагревателя 3; температуры купола 4 и продуктов сгорания 5, покидающих воздухонагреватель, разрежение перед дымовым шабером 6. На различных участках дымового и воздушного трактов устанавливают сигнализаторы перепада давления 7, обеспечивающие безопасность перевода воздухонагревателя с режима обогрева на режим "дутья". При автоматическом переводе воздухонагревателей предусматривается установка прибора, контролирующего зажигание факела газа 8.



Рисунок 3.5 - Принципиальная схема автоматического контроля работы воздухонагревателей

Кроме указанных систем контроля, на доменной печи устанавливают еще целый ряд сигнализаторов и блокирующих устройств в системе загрузки печи, периодически определяют массу колошниковой пыли, вынесенной из печи, и ряд других параметров.

Система контроля основных параметров доменного процесса представляет сложный комплекс датчиков, преобразователей и вторичных приборов. Количество щитов, пультов и стендов, на которых размещается эта аппаратура, непрерывно растет. Информация становится трудно обозримой и персонал, обслуживающий печь, не в состоянии полностью использовать ее для оперативного управления процессом.

В настоящее время на мощных доменных печах устанавливают системы централизованного контроля (СЦК), а показатели основных параметров процесса, кроме регистрации на бланках и перфокартах, выносятся также на мнемонические схемы в виде цифровой индикации, причем индикаторы расположены в точках мнемосхемы, соответствующих положению датчика на объекте. Примечание СЦК и мнемосхем дает возможность более рационально использовать всю информацию, поступающую от системы контроля доменного процесса, и выдавать ее в форме, удобной для ввода в управляющие вычислительные машины. В системе СЦК может быть предусмотрена предварительная обработка данных: сглаживание, усреднение, расчет комплексных показателей, что облегчает анализ информации.

Интересующий нас параметр - давление природного газа, поступающего по фурмам в печь в качестве восстановителя, контролируется АСК давления природного газа (позиция 32, рис. 3.4).

4. Кислородно-конвертерный процесс

Снабжение железорудным сырьем ОАО "ММК" в настоящее время сориентировано на привозные руды и руды местных месторождений. Потребность ММК в железорудном сырье составляет около 14 млн.т/год. Сырьевой базой ММК на ближайшее время остается рудник Малый Куйбас (общий объем добываемого сырья равен 1,5 млн. т. сырой руды в год), рудник горы Магнитной, Качканарское и Лисаковское месторождения. Мощность горно-обогатительного комбината близ Лисаковского месторождения составляет около 35 млн. т/год исходной руды с содержанием железа 47,5 %.

Другим немаловажным источником получения местного сырья являются отвальные шлаки, которых насчитывается около 150 млн. т. В шлаках ММК содержится до 30 % железа.

Снабжение известняком ММК осуществляется с Агаповского месторождения (промышленные запасы известняка около 100 млн. т.). В год добывается около 420 тыс. т сырого известняка.

Снабжение ММК доломитом осуществляется с Лисьегорского месторождения, промышленные запасы доломита которого составляют около 31 млн.т. Огнеупорная глина доставляется с Южно-Уральского рудника (промышленные запасы глины около 435 млн. т). Подготовка флюсовых материалов производится на базе Агаповского месторождения известняка.

4.1 Описание технологического процесса

Кислородно-конвертерный процесс это процесс выплавки стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму. В России используют в основном конвертеры с подачей кислорода сверху. Кислородный конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом (рис. 4.1). Вместимость конвертера 50-350 тонн. В процессе работы конвертер может поворачиваться на цапфах вокруг горизонтальной оси на 360 градусов для завалки металлолома, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются:

- жидкий передельный чугун;

- металлолом;

- шлакообразующие (известь, полевой шпат, железная руда, бокситы).

Перед плавкой конвертер наклоняют, загружают через горловину металлолом (скрап) и заливают чугун при температуре 1250 - 1400°C (рис. 4.1, а, б). После этого конвертер поворачивают в вертикальное положение, вводят водоохлаждаемую фурму и через нее подают кислород (рис. 4.1, в). Одновременно с началом продувки в конвертер загружают известь, бокситы, железную руду для образования жидкоподвижного шлака. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию и перемешивание со шлаком.

Рисунок 4.1 - Схема получения стали в кислородном конверте: а - загрузка металлолома; б - заливка чугуна; в - продувка; г - выпуск стали; д - слив шлака

В зоне контакта кислородной струи с чугуном интенсивно окисляется железо, так как концентрация его выше, чем примесей. Образующийся оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный в металле кислород, окисляет кремний, марганец, углерод и содержание их в металле понижается. При этом происходит разогрев ванны металла теплотой, выделяющийся при окислении примесей. Благодаря присутствию шлаков с большим содержанием CaO и FeO происходит удаление из металла фосфора в начале продувки ванны кислородом, когда температура ее еще не высока. В чугунах, перерабатываемых в кислородных конвертерах, не должно быть более 0,15%P. При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый. Удаление серы из металла в шлак проходит в течении всей плавки. Однако для передела в сталь в кислородных конвертерах применяют чугун с содержанием до 0,07%S.

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер наклоняют, выпуская сталь в ковш через летку (рис. 4.1, г) и одновременно вводят в ковш раскислители и легирующие добавки. В ковш сливают также небольшое количество шлака, который предохраняет металл в ковше от быстрого охлаждения. Оставшейся шлак сливают через горловину в шлаковую чашу (рис. 4.1,д).

Общая длительность плавки в конвертерах емкостью 50 - 350 тонн составляет 30 - 50 минут.

4.2 Раскисление и легирование

Раскисление кислородно-конвертерной стали производят осаждающим методом в ковше во время выпуска. В конвертер раскислители не вводят во избежание их большого угара.

Спокойные стали обычно раскисляют марганцем, кремнием и алюминием, на отдельных марках стали дополнительно применяют титан, кальций и другие сильные раскислители. Кипящую сталь раскисляют одним марганцем. В старых цехах, не имеющих установок внепечной обработки, в ковш при выпуске вводят все раскислители, обычно начиная с более слабых (обладающих меньшим химическим сродством к кислороду), а затем вводят более сильные, что уменьшает их угар. Последовательность ввода в ковш широко применяемых сплавов - раскислителей следующая: вначале вводят ферромарганец или силикомарганец, затем ферросилиций и в последнюю очередь алюминий. Кипящую сталь раскисляют одним ферромарганцем. Подачу раскислителей начинают после наполнения ковша жидким металлом примерно на 1/4-1/3, а заканчивают, когда заполнен металлом на 2/3, что позволяет избежать попадания раскислителей в шлак и их повышенного угара. Количество марганца и кремния, вводимых в металл, рассчитывают так, чтобы обеспечивалось не только раскисление, но и получение требуемого в данной марке стали содержания этих элементов. Попадающий в ковш в конце выпуска металла конвертерный шлак на многих заводах загущают присадками извести или доломита, чтобы уменьшить окисление вводимых в ковш добавок оксидами железа шлака и восстановление из шлака фосфора.

В современных конвертерных цехах, оборудованных установками доводки жидкой стали в ковше, при выпуске металла в ковш вводят лишь часть раскислителей - преимущественно слабоокисляющиеся, т.е. имеющие не очень высокое сродство к кислороду. Чтобы исключить попадание в ковш содержащего фосфор и оксиды железа конвертерного шлака, в конце выпуска делают его отсечку, а в ковш загружают материалы (гранулированный доменный шлак, вермикулит, смесь извести и плавикового шпата и др.) для создания шлакового покрова, предохраняющего поверхность металла от окисления и охлаждения. Затем ковш транспортируют на установку доводки стали, где в процессе перемешивающей продувки аргоном в металл вводят ферросилиций, алюминий и при необходимости другие сильные раскислители; по результатам анализа отбираемых при внепечной обработке проб проводят корректировку содержания кремния и марганца в металле, что обеспечивает гарантированное получение заданного состава стали.

Выплавка легированных сталей в кислородных конвертерах сопряжена со значительными трудностями, поскольку большинство легирующих элементов нельзя вводить в конвертер из-за возможности их полного или частичного окисления, а в случае ввода в ковш количество добавок ограничено, так как возможно чрезмерное охлаждение жидкой стали и неравномерное распределение вводимых элементов в объеме жидкого металла. Не представляет сложности легирование лишь теми элементами, у которых химическое сродство к кислороду меньше, чем у железа, и которые при введении в конвертер не окисляются (никель, медь, молибден, кобальт); их чаще всего вводят в конвертер в составе шихты. Легирование другими элементами осуществляют в ковше следующими методами.

4.3 Контроль плавки и автоматизация процесса

Основная сложность контроля хода плавки при кислородно-конвертерном процессе связана с высокой скоростью его протекания. Общепринятые в металлургии методы контроля при помощи химического анализа проб металла по ходу плавки неприемлемы для данного метода. По тем же причинам нельзя считать удовлетворительным способ контроля температуры металла термопарами погружения. В связи с этим многочисленные усилия исследователей и практиков направлены на изыскание методов непрерывного контроля температуры и состава металла по ходу продувки. Из перспективных существующих методов контроля температуры металла можно назвать следующие:

- непрерывный замер температуры ванны термопарами, горячий спай которых защищается чехлами из высокоогнеупорных материалов (используются чехлы, стойкость которых составляет десятки часов). широкого применения способ пока еще не нашел.

- способ периодического замера температуры ванны при помощи "бомб", забрасываемых в конвертер по ходу продувки на гибком отгорающем троссе.

- применение оптических пирометров со специальной защитой от брызг металла. пирометр вводят в конвертер при помощи специальной водоохлаждаемой трубы.

Контроль содержания углерода в металле в кислородно-конвертерном процессе является наиболее ответственным моментом. Существует несколько методов контроля:

- по интенсивности излучения факела, которая зависит в основном от скорости окисления углерода (выделение СО);

- по температуре отходящих из конвертера газов;

- по анализу содержаний СО и CO₂ в отходящих газах (в камине);

- по интенсивности шума в конвертере и др.

Момент окончания плавки в конвертере можно определить по расходу кислорода с начала операции. Расход кислорода фиксируется интегратором, который после пропускания заданного количества на плавку дает сигнал на повалку конвертера. При этом отключается дутье и автоматически поднимается фурма.

В последние годы созданы системы автоматического управления конвертерной плавкой с применением электронных вычислительных машин (ЭВМ). С этой целью разработаны математические модели процесса, основанные на тепловом и материальном балансах плавки. На основе математического описания процесса создается программа (алгоритм) для ЭВМ. В ЭВМ вводят исходные данные о составе чугуна, флюсов и охладителей, количестве сыпучих, температуре чугуна, чистоте кислорода, основности конечного шлака, составе и температуре готовой стали и т. д. Машина на основании полученной информации и уравнений математической модели процесса прогнозирует ход плавки, рассчитывает количество и время присадок, расход кислорода на плавку и момент окончания продувки, рассчитывает и вводит в ковш необходимое количество раскислителей.

В практике применяют статические и динамические системы управления. Недостатком статических систем является невозможность учета различного рода отклонений в ходе плавки, например неточности в исходных параметрах, отклонения в угаре железа, механические потери металла, степень усвоения ванной кислорода и т. д. Этих недостатков лишены динамические системы, основанные на управлении процессом с обратной связью, когда, кроме начальных параметров, используется непрерывная информация о ходе плавки. Система воздействует на ход процесса, учитывая отклонения, возникающие по ходу плавки, и обеспечивает проведение процесса по оптимальному режиму. При этом обеспечивается максимальная производительность, выход годного и качество стали.

5. Машина непрерывного литья заготовок

В декабре 2014 исполнилось пять лет с момента ввода в строй машины непрерывного литья заготовки (МНЛЗ) №6 в кислородно-конверторном цехе ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат".

Ввод в стой этого агрегата стал очередным этапом реализации проекта по строительству комплекса по производству толстолистового проката, предназначенного, в первую очередь, для выпуска заготовки для труб большого диаметра. Цель проекта по строительству МНЛЗ - обеспечение толстолистового стана 5000 слябовой заготовкой необходимого уровня качества и типоразмеров, не производимых на существующих слябовых МНЛЗ ОАО "ММК". По комплексу технических решений и по параметрам производимых слябов МНЛЗ № 6 ОАО "ММК" является одной из самых передовых в мире и уникальным для СНГ агрегатом для производства больших объемов высококачественного металла. Производительность агрегата - 1,6 миллиона тонн слябов шириной 1400-2700 миллиметров, толщиной 190 миллиметров, 250 миллиметров и 300 миллиметров. Максимальная скорость разливки составляет до 1,0 м/мин для слябов толщиной 300 миллиметров. Одноручьевая МНЛЗ оснащена динамическим мягким обжатием заготовки.

Ввод в строй комплекса по производству толстолистового проката позволил ОАО "ММК" занять ключевые позиции среди российских производителей трубной заготовки повышенного класса прочности. Качественный импортозамещающий толстолистовой прокат, произведенный на агрегатах комплекса, востребован при реализации крупнейших инфраструктурных проектов российского ТЭК, а также в судостроении и машиностроительной отрасли.

5.1 Конструкция и применение МНЛЗ

Конструкционное оформление МНЛЗ постоянно развивается и совершенствуется в течение всего периода их применения в промышленности. Основные конструктивные и технологические решения обычно направлены на повышение производительности МНЛЗ, ее компактности, обеспечение высокого качества заготовки, снижение трудоемкости процесса, уменьшение энергозатрат и повышение обеспеченности автоматическими системами управления. Наиболее важными вопросами при этом являются рациональная конфигурация, расположение и протяженность главной технологической оси, профиль поперечного сечения заготовки, совмещение дискретного характера подачи стали от плавильного агрегата с непрерывной работой МНЛЗ и т.п.

Различают следующие конструкции МНЛЗ:

- вертикальные;

- криволинейные;

- радиальные.

- горизонтальные

По количеству ручьёв МНЛЗ разделяют на 1-7 ручьевые.

В зависимости от геометрии слитка МНЛЗ делятся на:

- слябовые;

- блюмовые;

- сортовые.



Рисунок 5.1 - Конструкция МНЛЗ: 1 - ковш подачи жидкого металла; 2 - промежуточный ковш; 3 - кристаллизатор; 4 - заслонка; 5 - стопор; 6 - зона кристаллизации; 7 - тянущие ролики; 8- зона начала кристаллизации; 9 - подача охлаждающей воды

МНЛЗ включает в себя: сталеразливочный 1 и промежуточный 2 ковши, водоохлаждаемый кристаллизатор 3, систему вторичного охлаждения, устройства для вытягивания заготовки из криталлизатора, оборудования для резки и перемещения слитка.

Перед началом заливки в кристаллизатор вводится специальное устройство с замковым захватом ("затравка"), как дно для первой порции металла. После затвердевания металла затравка вытягивается из кристаллизатора, увлекая за собой формирующийся слиток. Поступление жидкого металла продолжается, и слиток непрерывно наращивается. В кристаллизаторе затвердевают лишь поверхностные слои металла, образуя твердую оболочку слитка, сохраняющего жидкую фазу по центральной оси. Поэтому за кристаллизатором располагают зону вторичного охлаждения (ЗВО), называемую также второй зоной кристаллизации. В этой зоне в результате форсированного поверхностного охлаждения заготовка затвердевает по всему сечению. Этот процесс слиткообразования является способом получения слитков неограниченной длины. В этом случае по сравнению с разливкой в изложницы резко уменьшаются потери металла на обрезку концов слитков, которые, например, при литье спокойной стали составляют 15-25 %. Кроме того, благодаря непрерывности литья и кристаллизации, достигается полная равномерность структуры слитка по всей его длине.