микролегирование или получение металла с узкими пределами содержания элементов путем ввода порошковой проволоки с различными видами наполнителей.

Контроль над процессом ковшевой обработки производится путем измерения температуры и окисленности металла, отбора проб металла и шлака, измерения расхода и давления аргона для продувки, измерения массы добавок, присаживаемых в ковш, измерения тока и напряжения дуги и других электрических параметров, а также измерения вспомогательных параметров (температура и давление охлаждающей воды, отходящих газов и т.п.) [4].

В зависимости от требований к химическому составу сталей и другим характеристикам, могут использоваться следующие схемы внепечной обработки сталей [24]:

Конвертер - АПК - МНЛЗ.

Конвертер - УЦВС - АПК - МНЛЗ.

Конвертер - АПК - УЦВС - МНЛЗ.

Ферросплавы, используемые на установке «печь-ковш», должны иметь фракцию от 5 до 50 мм, соответствовать требованиям государственных стандартов и технических условий. Влажность не должна быть более 1 %.

Кокс кусковый должен иметь фракцию до 25 мм по СТП 14-101-206-98.

Алюминий для раскисления, легирования и коррекции химического состава стали должен отвечать ТУ 48-0102-49-91, ГОСТ 11070-74 и ГОСТ 295-79 соответственно.

Применяемая известь должна быть только свежеобожженной по СТП ММК 223-99.

Плавиковый шпат должен иметь влажность не более 1 % и соответствовать ГОСТ 29220-91.

Подаваемый аргон должен иметь массовую долю аргона не менее 99,5 % и отвечать требованиям ГОСТ 10157-79. Давление аргона в сети - не менее 10 кг/см2 (1 МПа).

Азот газообразный должен соответствовать ГОСТ 9293-74.

Применяемые пробоотборники должны соответствовать ТУ 311-00226253.046-94.

Термопары - ТУ 311-0226258.017.

Применяются датчики окисленности жидкого металла типа «Celox»

Перед обработкой металла на установке необходимо обеспечить:

заполнение бункеров необходимыми материалами, соответствующим требованиям ГОСТов;

наличие средств отбора проб металла, измерения температуры и окисленности;

подачу газов необходимого давления;

подачу воды на охлаждение элементов установки до требуемых параметров;

исправность работы систем продувки металла аргоном;

исправность работы газоотводящего тракта;

исправность работы всех механизмов, систем контроля, управления, сигнализации и блокировок;

исправность работы пневмопочты;

проверку длины электродов и по необходимости их наращивание.

Технология обработки металла на АПК по схеме «Конвертер - АПК - МНЛЗ», сводится к следующему:

плавка, предназначенная для обработки на АПК, сливается в сталеразливочный ковш, специально оборудованный для донной продувки. Ковш должен иметь исправную сухую футеровку. Верхний край ковша должен быть чистым;

раскисление, легирование и обработка металла твердыми шлакообразующими смесями во время выпуска плавки из конвертера производится согласно имеющейся в цехе технологической инструкции. Легирующие присаживаются из расчета получения содержания Si, Mn, Al на нижнем пределе;

производится качественная отсечка конвертерного шлака во время выпуска металла в сталеразливочный ковш;

уровень налива металла в ковше должен быть 400…1000 мм от верхней кромки ковша (величина уровня налива может уточняться в процессе освоения технологии);

поступивший из конвертерного отделения сталеразливочный ковш устанавливается на сталевоз агрегата «печь-ковш». К продувочным устройствам подсоединяются аргонные шланги, включается подача аргона с расходом 15…30 м3/ч на каждое из продувочных устройств (расход аргона может уточняться в процессе освоения технологии);

сталевоз передвигается под крышку АПК, после чего крышка опускается. Через рабочее окно производится корректировка интенсивности продувки. Расходы аргона должны обеспечивать минимальное оголение поверхности металла;

через 1…2 минуты продувки производится измерение температуры и окисленности метала. На основании показаний содержания кислорода в металле вводится расчетное количество алюминиевой катанки для предварительного раскисления металла. Ориентировочный расход алюминия приведен в табл. 7.1.;

при проведении процесса десульфурации металла в ковше должен быть наведен белый высокоосновный жидкоподвижный шлак. Для этого в ковш присаживается известь и плавиковый шпат в соотношении 4:1. Расход шлакообразующих материалов может составлять до 10 кг/т (расход уточняется в процессе освоения технологии). Материалы вводятся порциями не более 150 кг;

для нагрева металла и расплавления шлака электродный портал поворачивается в исходную позицию и производится включение установки на 5 минут на средней ступени нагрева;

после расплавления жидкий шлак раскисляется присадкой алюминия в количестве 50…100 кг (уточняется исследованиями);

после окончания процесса нагрева, через 3 минуты перемешивания металла аргоном, производится измерение температуры металла и отбираются пробы металла и шлака и отправляются в экспресс-лабораторию. Проба шлака берется с помощью металлической трубки-стержня через рабочую дверцу, далее она охлаждается и анализируется визуально по цвету и поверхности. Цвет шлака меняется по степени его окисленности (содержания FeO) от черного к белому. Появление белого шлака в ковше означает, что шлак нормально подготовлен для проведения процесса десульфурации стали. При отклонении цвета и поверхности шлака от рекомендуемых, необходимо принять меры по исправлению химического состава шлака. Ориентировочный визуальный анализ состава шлака и способы его исправления представлены в табл. 7.2. Для обеспечения наилучшего результата десульфурации стали в ковше, содержание в шлаке (FeO)+(MnO) должно быть менее 1,5 %. Оптимальный состав ковшевых шлаков для проведения десульфурации представлен в табл. 7.3.;

после получения результатов химического анализа металла производится корректировка его химического состава добавлением необходимого количество ракислителей и легирующих материалов из расчета получения среднего содержания элементов. Затем металл перемешивается аргоном не менее 5 минут. Для интенсификации растворения ферросплавов расход аргона разрешается увеличить до 30…40 м3/ч (уточняется в процессе исследований);

не ранее чем через 5 минут продувки, после присадки ферросплавов измерить температуру металла и отобрать пробы металла и шлака. До получения результатов экспресс-анализа производить перемешивание металла аргоном с расходом 10…20 м3/ч (уточняется исследованиями);

при получении результатов химического анализа в случае необходимости произвести дополнительную корректировку химического состава металла;

легкоокисляющиеся элементы вводятся в ковш только после окончания последнего цикла нагрева. В стали, с оговоренным содержанием кальция, вводят трайб-аппаратом порошковую SiCa или AlCa проволоку без продувки аргоном для достижения максимально высокого усвоения элементов. Если наблюдается белое пламя над шлаком, то необходимо увеличить скорость ввода порошковой проволоки;

если температура металла ниже указанной для МНЛЗ, то необходимо произвести дополнительный нагрев;

при необходимости охлаждения металла, охлаждение производить слябом;

через 3 минуты после окончания последнего цикла нагрева произвести замер температуры и отбор пробы металла. После достижения необходимого химического состава и заданной температуры электродный портал поворачивается в другую сторону. Крышка АПК поднимается, сталевоз с ковшом выдвигается из-под агрегата, отсоединяется аргонный шланг и далее ковш передается на МНЛЗ.

Обработка стали по схеме «Конвертер - УЦВС - АПК - МНЛЗ»:

перед подачей плавки на агрегат «печь-ковш» металл подвергается обработке на установке циркуляционного вакуумирования стали в соответствии с имеющейся в цехе инструкцией по внепечному вакуумированию жидкой стали;

после окончания вакуумной обработки ковш передают на АПК и проводят внепечную обработку в соответствии с вышеизложенной схемой;

при обработке сталей с низким и особонизким содержанием углерода следует учитывать возможное науглероживание металла от электродов.

Обработка стали по схеме «Конвертер - АПК - УЦВС - МНЛЗ» производится при необходимости вакуумной обработки металла с целью дегазации. При этом обработка плавки на АПК производится согласно вышеописанной, первой схеме обработки металла, затем металл обрабатывается на УЦВС в соответствии с технологической инструкцией по вакуумированию стали в цехе.

При невозможности продувки металла аргоном через донные фурмы, необходимо:

проверить все соединения трубопроводов, по которым подается аргон. При наличии утечек аргона их устранить;

дать максимальный расход аргона через 'байпас'. Если 'раздутия' пробки не произошло, то необходимо продувку аргоном производить аварийной верхней фурмой;

по окончании усреднительной продувки, поднять фурму и произвести замер температуры и окисленности, также отобрать пробы металла и шлака. Пробы направляются в экспресс-лабораторию (проба шлака оценивается визуально);

после отбора проб и замере температуры, по необходимости осуществляется ввод шлакообразующих материалов, затем опускаются электроды, и в течение 4…6 мин производится нагрев металла. Одновременно с нагревом производится продувка металла аргоном через аварийную фурму с максимальным ее заглублением. Расход аргона должен обеспечивать минимальное волнение поверхности металла;

затем производится измерение температуры и отбор проб металла и шлака;

после получения результатов экспресс-анализа в металл вводится в необходимом количестве ферросплавы;

окончание обработки производится по описанной выше технологии.

Таблица 7.1

Ориентировочный расход алюминия для раскисления металла

Содержание кислорода в металле, ppm	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
Расход алюминия, кг	40	80	120	160	200	240	280	320	360	400

Таблица 7.2

Визуальный анализ состава ковшевого шлака

По цвету
Черный	Содержание (FeO+MnO)>2%. Шлак необходимо дополнительно раскислить Al или Si.
Серый	Содержание (FeO+MnO)=1…2 %. Необходимо дальнейшее раскисление шлака Al или Si.
Белый - желтый	Шлак нормально раскислен. Желтый цвет указывает, что десульфурация прошла.
По цвету
Зеленый	Шлак содержит оксид хрома (Сr2O3).
По поверхности
Зеркальная - гладкая, тонкая	Высокая доля (SiO2, Al2O3). Необходима добавка извести порциями по 0,4 кг/т.
Гладкая и толстая	В холодном состоянии шлак должен распадаться. Если он не распадается, то высокая доля (Al2O3). Необходима добавка порций извести по 0,4 кг/т.
Шероховатая, неровная	Высокая доля (CaO). Если имеются нерастворенные частицы извести, то необходима добавка песка (SiO2) или глинозема (Al2O3) порциями не более 0,1 кг/т.

Таблица 7.3

Оптимальный химический состав ковшевых шлаков для десульфурациии стали

Компонент	Содержание в шлаке, %
	Сталь, раскисленная кремнием	Сталь, раскисленная алюминием
CaO	55…65	55…65
SiO2	20…30	5…10
Al2O3	5…10	20…30
MgO	4…5	4…5
FeO+MnO	1	0.5

7.3 Технология обработки стали на установке

вакуумирования циркуляционного типа

Процесс циркуляционного вакуумирования заключается в обработке вакуумом металла, непрерывно текущего через вакуумкамеру по двум патрубкам, опущенным в сталеразливочный ковш с расплавом. Для обеспечения непрерывного подъема металла в камеру в один из патрубков подается аргон, пузырьки которого в результате большой разницы плотностей , поднимаясь вверх по патрубку, увлекают за собой расплав выполняя функции транспортирующего газа. В камере металл дегазируется и, становясь более плотным и тяжелым, сливается по второму патрубку в ковш.

Во время прохождения жидкого метала через вакуумкамеру под действием разрежения, создаваемого пароэжекторным насосом, происходят процессы удаления из стали растворенных газов (кислорода, водорода, частично азота), углеродное раскисление или обезуглероживание стали. Выделяющиеся в вакуум пузыри моноокиси углерода и инертного газа (аргона), приводят к интенсивному диспергированию металла и интенсификации процессов дегазации и перемешиванию стали в вакуумкамере. Вследствие повышения раскислительной способности углерода при низких парциальных давлениях моноокиси углерода, значительная часть кислорода (до 60 %) удаляется из стали в виде СО, что повышает чистоту металла по содержанию в нем неметаллических включений и уменьшает угар элементов-раскислителей, вводимых в сталь. Снижение активности кислорода в металле при вакуумировании, наряду с интенсивным перемешиванием жидкой стали в вакуумкамере, способствует лучшему усвоению присаживаемых добавок [27].

С целью увеличения срока службы вакуумной камеры и патрубков, в начале обработки и за 1 минуту до окончания вакуумирования на поверхность металла в вакууматоре через вакуумный шлюз подают порцию нейтрализатора шлака в количестве 50…100 кг. В качестве нейтрализатора шлака применяют брикеты на основе глинозема (Al2O3).

Для снижения тепловых потерь металла при вакуумировании и улучшения условий службы огнеупоров, футеровка вакуумкамеры постоянно поддерживается в разогретом состоянии (1450…15000С) за счет теплоизлучения графитового нагревателя, являющегося резисторным элементом электрической системы разогрева вакуумкамеры. С целью уменьшения эрозии футеровки вакуумкамеры и патрубков, в периоды между обработками плавок на УЦВС, объем вакуумкамеры заполняется азотом, а патрубки погружаются в песок.

Ферросплавы, используемые на установке циркуляционного вакуумирования стали, должны иметь фракцию от 5 до 50 мм и соответствовать требованиям государственных стандартов и технических условий. Влажность не должна превышать 1 %.

Применяемый на установке нейтрализатор шлака должен отвечать требованиям СТП-101-73-89.

Газообразный аргон, с массовой долей аргона не менее 99,5 % должен соответствовать требованиям ГОСТ 10157-79. Азот - ГОСТ 9293-74. Давление газов в сети должно быть не менее 0,8 МПа.

К началу вакуумной обработки стали установка должна быть полностью подготовлена к работе. Это означает:

А. Все механизмы, органы управления и футеровка вакуумкамеры находятся в исправном состоянии.

Б. Установка обеспечена всеми необходимыми энергоресурсами требуемых параметров:

аргон и азот: давление 0,8…1,0 МПа;

вода технически очищенная на пароэжекторный насос: давление 0,1…0,4 МПа с температурой не более 35 0С;

вода химически очищенная на механизм электронагрева: давление 0,5 МПа;

сжатый воздух: давление 0,7 МПа;

пар: давление 1,3 МПа и температура 200 50 0С;

электроэнергия: рабочее напряжение 36…360 В;

вода технически очищенная на газоохладитель и уплотнения: давление 0,5 МПа.

В. Все системы сигнализации и АСУ ТП «Вакуумирование» исправны.

Г. Футеровка вакуумкамеры нагрета до температуры не менее 14500С (измеряется термодатчиками и отображается на дисплеях АСУ ТП).

Сталеразливочный ковш, подаваемый под плавку для вакуумирования, должен иметь исправную сухую футеровку без мусора и настылей. Толщина шлака в ковше должна быть не более 100 мм, а уровень наполнения ковша металлом и шлаком - на 100…150 мм ниже верхней кромки ковша.

Цикл вакуумной обработки начинается с установки шлакоотделителей на патрубки вакуумной камеры. При погружении вакуумной камеры в металл, в ней создают избыточное кратковременное давление азота для вытеснения попавшего в патрубки шлака. Погружение патрубков производят до глубины, предотвращающей подсосы воздуха и ковшевого шлака в камеру. Затем включается вакуумный насосный агрегат, и металл вследствие разности давлений между камерой и атмосферой поднимается по обоим патрубкам в камеру на барометрическую высоту (около 1,4 м). Одновременно в нижнюю часть всасывающего патрубка подается аргон, который, поднимаясь вверх и увеличиваясь в объеме, образует газо-металлическую эмульсию с соотношением газа к металлу 10:1. Со скоростью более 5 м/с такая эмульсия врывается в камеру, образуя высокий бурун над всасывающим патрубком. Наличие большого количества транспортирующего газа способствует созданию огромной дополнительной реакционной поверхности, интенсифицируя процесс дегазации металла. Этим объясняется то обстоятельство, что, несмотря на сравнительно небольшое время пребывания расплава в камере, обычно не превышающее нескольких секунд, металл поступает в сливной патрубок практически полностью дегазированным. Из сливного патрубка этот металл, попадая снова в ковш, смешивается с находящимся в нем расплавом, несколько разбавляя в нем содержание газов. Поэтому для более глубокой дегазации весь металл ковша необходимо пропустить через камеру не менее 2,5…5 раз в зависимости от степени раскисления [25].

В зависимости от назначения металлопродукции, а также технологических целей использования вакуумной установки, различают следующие виды обработки стали:

глубокое удаление водорода, вакуумное углеродное раскисление, рафинирование от неметаллических включений, доводка по химическому составу и температуре, окончательное раскисление и легирование алюминием;

доводка по химическому составу и температуре, окончательное раскисление алюминием и удаление водорода;

глубокое обезуглероживание стали в вакууме, дегазация, доводка по химическому составу и температуре, раскисление;

усреднение и коррекция химического состава и температуры, а также окончательное раскисление.

Вакуумированию подвергаются плавки как непосредственно после выпуска из конвертера, так и после обработки на агрегате «печь-ковш». Для проведения всех технологических операций при вакуумировании стали типа 08Ю, выпуск из конвертера должен производиться не менее, чем за 60 минут до начала разливки на МНЛЗ, а для трансформаторной стали - не менее 80 минут.

Перед началом обработки измеряют температуру металла, толщину слоя шлака в ковше и отбирают пробу для определения химического состава стали. Температура металла измеряется термопарой погружения и отображается на измерительном приборе. Температура металла в ковше перед вакуумированием должна быть на 40…50 0С выше температуры разливки, но не более 1630 0С. При температуре металла выше требуемой до начала вакуумирования производится охлаждение металла слябом.

По данным измерений и результатам химического анализа пробы стали, отобранной перед вакуумированием, учитывая массу плавки и заказанную марку стали, оператор выбирает программу обработки и режим управления. Процесс вакуумирования может производиться в автоматическом или ручном режиме. В первом случае оператор вводит программу в ЭВМ АСУ ТП «Вакуумирование» и по команде оператора вакууматор включается в работу по заданной программе. Вакуумирование в ручном режиме осуществляет оператор с пульта управления, при этом он имеет возможность воспользоваться режимом «совет мастера».

Вакуумное обезуглероживание низкоуглеродистой нераскисленной стали производится до минимально возможного снижения остаточного давления в вакуумной камере (менее 1 мм.рт.ст.) и до достижения кратности циркуляции не менее трех. Известно также, что обработка металла при давлении более 0,53 кПа (4 мм.рт.ст.) не обеспечивает требуемую дегазацию стали.

Длительность вакуумирования определяется совокупностью осуществляемых технологических операций и регламентируется скоростью циркуляции, которая зависит от расхода аргона и внутреннего диаметра патрубков.

Масса, марочный сортамент и очередность присаживаемых ферросплавов и раскислителей в вакуумную камеру определяется маркой стали и технологией вакуумной обработки. Корректирующие присадки среднеуглеродистого (до 2 % углерода) и высокоуглеродистого (до 7 % углерода) ферромарганца при обработке особонизкоуглеродистых марок стали производятся в период вакуумного обезуглероживания.

Присадки материалов в вакуумкамеру осуществляются со скоростью не более 2 т/мин. При этом масса одной порции не должна превышать : ферромарганец - 350 кг; ферросилиций - 250 кг; силикомарганец - 350 кг; ферованадий - 250 кг; ферротитан - 250 кг; алюминий - 250 кг; нейтрализатор шлака - 100 кг; руда, окатыши, агломерат - 50 кг; углеродосодержащий материал - 50 кг; скрап, сечка - 350 кг [21].

При расчете количества присадок на плавку в процессе вакуумной обработки руководствуются следующими ориентировочными величинами усвоения элементов: марганец - 90…95 %; кремний - 85…90 %; алюминий - 30…60 %; титан - 50…70 %; углерод - 40…50 %; ванадий - 80…90 %; ниобий - 80…90 % [26].

После введения добавок для корректировки химического состава стали и раскисления производится перемешивание металла с кратностью циркуляции не менее 0,5 в течение 3…5 минут. Расход аргона в подъемный патрубок при этом максимальный.

После окончания процесса вакуумирования, закрывают главный вакуумный затвор, выключают вакуумный насос, включают систему заполнения вакуумкамеры азотом. При достижении атмосферного давления, вакуумкамера поднимается из сталеразливочного ковша. Система подачи аргона в патрубок переключается на азот с минимальным расходом, отбирается проба стали и замеряется температура металла. При получении необходимого химического состава и заданной температуры металла ковш передается на МНЛЗ [25].

При лимите времени на вакуумную обработку, возможна корректировка химического состава стали и усреднение металла по температуре на агрегате «печь-ковш».

8 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Развитие современного металлургического производства сопровождается интенсификацией технологических и производственных процессов. Создание крупных металлургических агрегатов и их комплексов позволяет более эффективно использовать сырье, топливо, капиталовложения. В то же время осуществлять управление интенсифицированными металлургическими процессами в больших и сложных технологических объектах без использования новейших методов и средств управления - неэффективно или вообще невозможно.

Наиболее эффективным средством управления технологическими объектами являются системы централизованного управления, создаваемые на основе теории управления, использующие экономико-математические методы, вычислительную и управляющую технику. Такие системы управления получили наименование автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).

Для достижения высоких качественных и технико-экономических показателей работы как конвертерного цеха в целом, так и отделения ковшевой обработки стали в частности, предусматривается их оснащение автоматизированными системами управления технологическим процессом, которые обеспечивают:

достижение максимальной производительности за счет рационального управления технологическими процессами;

повышение качества стали за счет обеспечения операторов информацией о ходе процессов, а также своевременной выдачи рекомендаций и управляющих воздействий;

повышение выхода годного металла;

снижение простоев оборудования;

снижение сырьевых и энергетических затрат на производство стали;

улучшение условий труда производственного персонала.

АСУ включает подсистемы, реализующие управляющие, информационные и расчетные функции в соответствии с функциональной структурой.

В состав интегрированной АСУ входят следующие взаимосвязанные автоматизированные системы управления [6]:

АСУ процессом производства стали в кислородно-конвертерном цехе (АСУ «Производство»);

АСУ технологическим процессом подготовки шихтовых материалов и выплавки стали в конвертере (АСУ ТП «Плавка»);

АСУ процессом внепечной обработки стали на агрегате «печь-ковш» (АСУ ТП «Доводка»);

АСУ процессом вакуумирования стали (АСУ ТП «Вакуумирование»);

АСУ процессом разливки стали на МНЛЗ (АСУ ТП «Разливка»).

В отделении ковшевой обработки стали применяются АСУ ТП «Доводка» и АСУ ТП «Вакуумирование».

С целью обеспечения нормальной эксплуатации систем автоматики, управления и электрооборудования предусмотрены специальные поверочные устройства.

8.1 Общецеховая АСУ «Производство»

АСУ «Производство» является элементом интегрированной АСУ ККЦ и предназначена для планирования, управления, учета хода производства, технико-экономического анализа, а также обеспечения информацией смежных систем верхнего и нижнего уровней.

АСУ «Производство» включает в себя четыре подсистемы:

подсистему оперативного планирования производства;

подсистему информационного обеспечения производства;

подсистему учета технико-экономического анализа хода производства;

исследовательскую подсистему.

В подсистему оперативного планирования входят:

оперативное планирование, обеспечивающее формирование и оперативную корректировку компактного графика;

расчет потребности в основном сырье;

анализ обеспечения МНЛЗ металлом с учетом месячной спецификации для выполнения заказов.

Оперативное управление выполнения контактного графика включает:

направление плавки на технологическую операцию;

выдачу задания на подготовку ферросплавов;

слежение за потребностью в чугуне, в совках с металлоломом, в сыпучих шихтовых материалах и ферросплавах;

слежение за выполнением сменно-суточного задания;

анализ необходимости пересчета контактного графика.

Подсистема информационного обеспечения персонала, выполняет следующие функции:

а) ответы на запросы персонала с выдачей данных:

о количестве и характеристиках шихтовых материалов;

о ходе выплавки стали в конвертере;

о химическом составе чугуна, стали и шлака;

о длительности периодов выплавки и обработки стали;

о межплавочных простоях;

о виде и ходе внепечной обработки плавки.

б) формирование плавильного журнала и итоговых данных за смену;

в) информация о состоянии агрегатов и оборудования;

г) информация о наличии шихтовых материалов.

Подсистема учета и технико-экономического анализа хода производства реализует такие функции:

а) учет производства, включающий:

производство металла;

расчет плана производства за сутки и с начала месяца;

выполнение плана производства.

б) учет использования рабочего времени;

в) учет расхода шихтовых материалов;

г) контроль за качеством металла;

д) учет стойкости оборудования, включающий продолжительность межремонтного периода основного оборудования;

е) расчет технико-экономических показателей.

8.2 АСУ ТП «Доводка»

Основные функции АСУ ТП «Доводка» следующие:

Информационные:

измерение химического состава и массы жидкого металла в ковше;

измерение температуры и окисленности металла в ковше;

расход порошковых материалов, вдуваемых в ковш;

расход аргона на транспортировку материалов, вдуваемых в ковш;

давление и расход аргона на продувку металла в ковше;

количество и температура отходящих газов в ковше, их состав;

давление под уплотнительной крышкой ковша;

содержание кислорода под уплотнительной крышкой ковша;

электрические параметры нагрева металла в ковше;

положение графитовых электродов;

масса алюминиевой и порошковой проволоки, вводимой в ковш;

продолжительность электродугового нагрева, продувки аргоном, вдувания порошков и суммарное время обработки.

Управляющие:

управление взвешиванием, транспортировкой и подачей порошкообразных материалов;

управление взвешиванием, транспортировкой и подачей ферросплавов, легирующих и модифицирующих кусковых материалов;

расчет и подача количества алюминия;

управление электродуговым нагревом металла;

управление газоотводящим трактом;

управление продувкой металла аргоном;

регистрация отклонений контролируемых параметров от заданных значений и др.

Режимы работы АСУ ТП «Доводка»:

ручной, наладочный;

дистанционный (с поста управления);

«совет мастеру», когда система дает рекомендации по ведению процесса;

автоматизированный, при котором работа оборудования происходит по командам вычислительного комплекса.

8.3 АСУ ТП «Вакуумирование»

АСУ ТП «Вакуумирование» выполняет следующие основные функции:

1. Информационные:

масса стали в ковше;

масса стали в вакууматоре;

температура металла в ковше;

уровень металла и шлака в ковше;

окисленность металла в ковше;

содержание углерода в стали по температуре ликвидус;

температура стенок, футеровки и рабочего пространства а период нагрева вакуумкамеры;

остаточное давление (вакуум) в вакуумкамере;

температура газов после охладителя;

расход., давление и количество подаваемого аргона;

расход, давление и количество азота;

расход, давление и количество воды на газоохладитель, на охлаждение электрододержателя;

уровень воды в газоохладителе;

уровень материалов в бункерах ферросплавов и ы шлюзовом устройстве;

параметры энергоносителей к пароэжекторному насосу;

расход, давление природного газа и воздуха на сушку вакуумкамеры.

Сбор и обработка информации построена на базе микропроцессорных контроллеров «Димиконт» и «Ломиконт», а также вычислительного комплекса СМ-1800 [6].

Функции регулирования давления аргона и азота и управления их подачей, а также регулирования расхода природного газа и соотношения газ-воздух, подаваемых для сушки футеровки вакуумкамеры на стенде, выполняет логический микропроцессорный контроллер («Ломиконт»).

Для возможности дистанционного управления регулирующими клапанами предусмотрены блоки управления БРУ и задатчики РЗД.

Кроме того, «Ломиконт» выполняет функции управления пароэжекторным насосом и дожигающим устройством.

Для отображения информации применен дисплейный микропроцессорный контроллер («Домиконт», который по команде оператора или программно формирует и высвечивает на экране дисплея мнемосхемы, таблицы, графики, гистограммы, а также осуществляет допусковый контроль технологических параметров и параметров оборудования, сигнализацию отклонения параметров от заданных значений и печать протокола процесса вакуумирования.

Вычислительным комплексом СМ-1800 производится:

расчет массы металла в вакууматоре;

расчет массы присадок и управления их подачей;

прогнозирование состава и температуры металла по ходу процесса вакуумирования;

обмен информацией с цеховой АСУ «Производство»;

контроль работы горелок стенда сушки и устройства дожигания отходящих газов;

контроль факела дожигающего устройства;

давление газа к горелкам дожигающего устройства;

сигнализация отклонения параметров вакуумирования от заданных.

2. Управляющие:

движением вакуумкамеры;

расчет массы присадок и управление их подачей;

пароэжекторным насосом;

дожигающим устройством;

подачей и стабилизации давления аргона и азота, подаваемых в вакуумкамеру.

Объем автоматического контроля и регулирования представлен на схемах автоматизации (рис. 8.1, 8.2).

8.4 Связь

Проектом предусмотрены следующие виды связи:

связь с помощью телефонов, включенных в цеховую АТС;

диспетчерская телефонная связь абонентов цеха с цеховым диспетчером, спомощью коммутаторов;

прямая двухсторонняя громкоговорящая связь с помощью аппаратуры ПТС-А «Прогресс»;

распорядительно-поисковая громкоговорящая связь;

административная связь руководителей цеха с подчиненными с помощью коммутаторов;

технологическое и диспетчерское промышленное телевидение;

радиосвязь машинистов кранов с операторами.

Схема автоматизации вакууматора

1 - контроль работы вакуумного пароэжекторного насоса; 2 - измерение температуры отходящих газов; 3 - определение состава отходящих газов; 4 - контроль работы графитового электрода для нагрева вакуумкамеры; 5 - контроль расхода подаваемого аргона; 6 - определение химического состава и температуры обрабатываемого металла; 7 - измерение остаточного давления в вакуумкамере; 8 - измерение температуры футеровки вакуумкамеры; 9 - контроль системы загрузки сыпучих и ферросплавов; 10 - определение массы подаваемых сыпучих и ферросплавов; 11 - контроль положения вакуумкамеры; 12 - контроль давления подаваемого аргона и определение объема аргона за весь цикл обработки

Приложение 1

Выбор и расчет количества основного технологического

оборудования отделения ковшевой обработки стали

1 Технологическое оборудование

1.1. Сталеразливочные ковши

Вместимость сталеразливочного ковша определяется вместимостью конвертера, и в проектируемом цехе составляет 220 т при вместимости конвертера 200 т [*].

Число сталеразливочных ковшей в цехе (Nск) рассчитывается по формуле:

Nск = *(з + ) + nрм + nз ,

где n- число ковшей стали, разливаемых за сутки, шт;

з - задолженность сталеразливочного ковша на разливке одной плавки (составляет 6,5 ч) [*];

рф - затраты времени на ремонт футеровки ковша (составляют 15,6 ч);

nрм и nз - соответсвенно число ковшей на капитальном ремонте (кожуха, механических устройств и пр.) и запасных (обычно по одному), шт;

Ф - стойкость футеровки ковша (составляет 10…15 плавок);

С - коэффициент, учитывающий организационные задержки (принимается равным 0,8).

Число ковшей стали, разливаемых за сутки, соответствует числу плавок:

n = ,

где N- число постоянно работающих конвертеров, шт;

- длительность цикла конвертерной плавки (см. п.2.1.), мин.

Принимаю:

стойкость монолитной футеровки ковша 15 плавок;

техническая характеристика ковша: высота - 4890 мм, ширина по цапфам - 4890 мм, ширина по носку - 5945 мм.

Согласно вышеприведенным формулам имеем:

n= = 35,87 ковшей;

Nск = *(6,5+)+1+1 = 16,1 ковшей.

Принимаю в цехе 17 сталеразливочных ковшей.

1.2. Шлаковые чаши

Выбор емкости чаш определяется количеством (объемом) образующегося на плавке шлака. Объем шлака (Vшл) на плавку можно рассчитать по формуле:

Vшл = ,

где G- максимальная масса плавки, т;

Р- максимально возможное количество образующегося шлака, % от массы плавки;

шл - плотность шлака, т/м3 (изменяется в пределах 2,3…2,5 т/м3).

Количество шлаковых чаш (Nшл) определяется по формуле:

Nшч = *1,15,

где n- потребное суточное количество шлаковых чаш без учета их оборачиваемости, шт;

1,15 - коэффициент запаса;

об - время оборачиваемости шлаковых чаш, ч.

В настоящее время при организации вывоза шлака с помощью шлакового пролета или крановой эстакады время оборачиваемости чаш составляет 3…6 ч.

Максимальное число шлаковых чаш без учета их оборачиваемости рассчитывается по формуле:

nшч = * nшч,

где nшч - число шлаковых чаш, шт.

Известно:

максимальная масса плавки 250 т;

на плавке образуется 15 % шлака от массы плавки;

шлак вывозится из цеха через шлаковый пролет составами.

Тогда на плавке образуется шлака:

Vшл = = 15,6 м3.

Принимаю к установке на плавку под конвертер одну чашу емкостью 16 м3.

Согласно приведенным выше формулам имеем:

nшч = *1 = 35,87 чаш;

Nшч = *1,15 = 7,7 чаш.

Принимаю для обслуживания цеха 8 чаш.

2 Крановое оборудование

2.1 Разливочные краны

Выбор разливочного крана производится в зависимости от вместимости выбранного сталеразливочного ковша, ширины принятого пролета и необходимой высоты подъема.

В общем случае, суточная потребность в разливочном кране (Ркр) определяется по формуле:

Ркр = ,

где N- число постоянно работающих конвертеров;

tр - затраты времени на собственно разливку одного ковша стали, мин;

tпр - затраты времени на прочие операции, связанные с разливкой одного ковша, мин;

- длительность конвертерной плавки, мин.

Затраты на собственно разливку определяется прямым хронометражом или расчетом, или принимается на основе справочного материала и рекомендаций проектных организаций. При разливке стали со стенда затраты времени на собственно разливку не учитываются (tр = 0).

Затраты времени на прочие операции зависят от: вида операций, выполняемых краном и связанных непосредственно с разливкой стали; схемы грузопотока и конструктивных решений отделения разливки.

Длительность конвертерной плавки определяется из условия средней интенсивности продувки металла (в проектируемом цехе равной 4,2 м3/(т*мин)).

Тогда:

Периоды	Длительность, мин
Завалка скрапа	2,0
Заливка чугуна	2,0
Продувка	17,14*
Отбор проб, замер температуры и ожидание анализа	4.0
Додувка	2.0
Слив металла	5.0
Слив шлака	2.0
Подготовка конвертера	3.0
Неучтенные задержки	3.0
ИТОГО	40.14

- определено расчетом:

t = = 17,14 мин,

где 16,0 - длительность продувки при интенсивности 4,5 м3/(т*мин) [**].

Потребное количество кранового оборудования определяется по формуле:

Nкр = ,

где кр - суммарная суточная потребность в кране;

m - коэффициент, учитывающий затраты времени на вспомогательные операции. Принимается обычно во всех случаях равным 1,15 (15% от времени основных работ);

С - коэффициент использования рабочего времени крана. Принимается равным 0,8;

24 - число часов в сутках.

Известно: ОНРС с линейным расположением машин, ширина разливочного пролета 16 м.

Принимаю:

вместимость сталеразливочного ковша 220 т [*];

мостовой разливочный кран с параметрами: грузоподъемность 280+100/20 т, пролет 15,5 м, высота подъема крюков 36+36/40 м, скорость подъема 9,6+7,5/15,0 м/мин, скорость передвижения главной тележки 30, вспомогательной 30 и моста крана 60 м/мин [*];

разливка на машинах с применением консольно-поворотных стендов.

Затраты времени на прочие операции, связанные с разливкой одного ковша, для рассматриваемого случая составят:

tпр = 7,38+7,38+20 = 34,76 мин,

где 7,38 - затраты времени на перестановку ковша со сталевоза на разливочный стенд и пустого - обратно, мин [*];

20 - средние затраты времени, связанные с обработкой стали в отделении ковшевой обработки, мин [*].

Согласно прведенным выше формулам имеем:

Ркр = = 20,78 ч;

Nкр = = 1,24 крана.

Учитывая высокую загруженность и назначение, принимаю к установке в разливочном пролете ОНРС с линейным расположением машин четыре разливочных крана.

Список использованных источников

Технология производства стали в современных конвертерных цехах/ С.В. Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктий и др. М.: Машиностроение, 1991.

Металлургия стали/В.И. Явойский, Ю.В. Кряковский, В.П. Нечкин и др. М.: Металлургия, 1983.

Кудрин В.А. Металлургия стали. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Металлургия, 1989.

Глинков Г.М., Маковский В.А. АСУ технологическими процессами в агломерационных и сталеплавильных цехах. М.: Металлургия, 1981.

Заявка и исходные данные на установку порционного вакуумирования стали - Магнитогорский Гипромез, 1983.

Технический проект конвертерного цеха №1 ММК. Корректировка. Том 3 - Магнитогорский Гипромез, 1988.

ММК. Основные направления развития металлургического комплекса до 2003 года - Магнитогорский Гипромез, 1995.

8. Зиньковский М.М. Техника безопасности и производственная санитария. Краткий справочник металлурга. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Металлургия, 1984.

9. ММК. Технологические решения по основному производству. Охрана труда - Магнитогорский Гипромез, 1986.

10. Злобинский Б.М. Охрана труда в металлургии. 2-е изд. М.: Металлургия, 1975.

11. Бринза В.Н., Зиньковский М.М. Охрана труда в черной металлургии. М.: Металлургия, 1982.

12. Правила безопасности в сталеплавильном производстве. 2-е изд. перераб. и доп./Под ред. П.И. Гетьмана, И.Д. Чиграя и др. М.: Металлургия, 1984.

13. Ефанов П.Д., Берг И.А. Охрана труда и техника безопасности в сталеплавильном производстве. М.: Металлургия, 1976.

14. Внепечное вакуумирование жидкой стали на комбинированной установке. Технологическая инструкция ТИ101-СТ-ККЦ-71-2000. Магнитогорск: ММК, 2000.

15. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали. М.: МИСИС, 1995.

16. СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение. М.: Стройиздат, 1995.

17. ММК. Реконструкция мартеновского цеха. Обоснование инвестиций. Пояснительная записка. Том 4 - Магнитогорский Гипромез, 2001.

18. Техническое задание на проектирование и изготовление МНЛЗ сечением 310 х 440 мм - Челябинский Гипромез, 1975.

19. Летимин В.Н. Проектирование сталеплавильных цехов. Основные принципы, технические решения и методика конструирования конвертерных цехов: Метод. указ. к самостоятельной работе и дипломному проектированию. Магнитогорск: МГМИ, 1989.

20. Ахметшин Н.Ф., Зинуров И.Ю., Галян В.С., Шумаков А.М., Киселев А.Д. Выбор параметров трансформатора для агрегата «ковш-печь» и режимы обработки стали// Электрометаллургия. 2001. № 10. С.23-26.

21. Якушев А.М. Справочник конвертерщика. Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1990.

22. Тахаутдинов Р.С. Производство стали в кислородно-конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комбината. Магнитогорск: 2001.

23. Летимин В.Н. Выбор и расчет количества основного технологического оборудования конвертерных цехов: Метод. указ. к практическим занятиям и дипломному проетированию для студентов специальности 0401 специализации «Металлургия стали». Магнитогорск: МГМИ, 1985.

24. Обработка стали на установке «печь-ковш». Временная технологическая инструкция ВТИ 101-СТ-ККЦ-83-2000. ММК, 2000.

25. Внепечное вакуумирование жидкой стали на комбинированной установке. Технологическая инструкция ТИ101-СТ-ККЦ-71-2000. ММК, 2000.

(???) 26. гипромезовская книга по АПК на немецком языке (переводная)…

27. Внепечное вакуумирование стали./А.Н. Морозов, М.М. Стрекаловский, Г.И. Чернов и др. М.: Металлургия, 1975.

28. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства/В.П. Григорьев, Ю.М. Нечкин, А.В. Егоров и др. М.: МИСИС, 1995.

29. Немцев В.Н., Купфер Г.В., Савинова Т.Л. Оплата труда на предприятии: Метод. указ. для самостоятельной работы по дисциплине «Организация и управление на предприятиях» для студентов технических специальностей заочного факультета. Магнитогорск: МГТУ, 2001.

30. Немцев В.Н. Расчеты по оплате труда на предприятии: Метод. разраб. Для самостоятельной работы по дисциплине «Организация и управление на предприятиях» для студентов технических специальностей заочного факультета. Магнитогорск: МГТУ, 2001.

31. Немцев В.Н. Расчет капиталовложений в инвестиционный проект: Метод. указ. для самостоятельной работы по дисциплине «Организация и управление на предприятиях» для студентов технических специальностей заочного факультета. Магнитогорск: МГТУ, 2001.

32. Немцев В.Н. Расчет показателей финансовой оценки инвестиционного проекта: Метод. указ. для организации самостоятельной работы по дисциплине «Организация и управление на предприятиях» для студентов технических специальностей. Магнитогорск: МГТУ, 2000.

33. Немцев В.Н., Летимин В.Н., Сиволапов В.Г. Расчет производственной программы кислородно-конвертерного цеха: Метод. указ. для студентов специальности 1101. Магнитогорск: МГТУ, 2000.