Дипломная (вкр): Проект реконструкции электросталеплавильного цеха

Интенсивность пылегазообразования при плавке стали в дуговых печах зависит от ведения технологического процесса, вида шихтовых материалов, расхода электродов, состава футеровки и других показателей. При отсутствии системы уплотнения (герметизации) печи газы фильтруются через неплотности свода, электродные зазоры, желоб и рабочее окно.

В зависимости от системы отбора газов неорганизованные выбросы могут составлять до 40 % общего объема. Следует различать первичные газы, образующиеся непосредственно в объеме печи, и вторичные, поступающие на очистку, в которых концентрация пыли и газообразных компонентов в десятки раз меньше вследствие разбавления воздухом. Количество и состав газов, поступающих на очистку, определяются емкостью печи, режимом плавки и способом отбора газов.

За счет выгорания углерода из металла, угара электродов, а также загрязнений, вносимых скрапом, образования газов при разложении флюсов и окисления присадок в электродуговой печи в среднем за плавку выделяется 350 ÷ 500 м3 первичных газов на 1 т металлозавалки. При крупной, чистой шихте выбросы снижаются до 100 м3/т.

Газы, образующиеся при плавке стали в дуговых печах, состоят из оксидов углерода (СО и СО2), азота (NО и NO2) серы (SO2 и SO3). В небольших концентрациях присутствуют цианиды, фториды, пары воды и некоторые продукты деструкции органических веществ. Основная доля указанных газов образуется в зоне горения дуги. Часть газов выделяется из расплава в период кипения и доводки металла. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от электродуговой печи приведен в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от электродуговой печи

Емкость печи,  т.	Произво-дитель-ность печи, т/ч	Объем техноло- гичес- ких газов, м3/т	Объем отходящих газов, м3/ч	Удельные выделения загрязняющих веществ, кг/ч
				пыль	оксид углеро- да	окислы азота	окислы серы
100	92	270	19700	72,8	26,93	4,8	1,63

Кроме большого количества токсичных газов в дуговой печи образуется чрезвычайно много дисперсной пыли. Удельные выбросы пыли зависят в основном от состава и качества шихты, а также от интенсивности плавки, т.е. подводимой мощности. Поскольку основными источниками образования пыли в дуговой печи являются продукты взаимодействия

(окисления, испарения, сублимации) шихты, футеровки, флюсов и материала электродов с плазмой электрической дуги, а также физико-химических превращений в расплаве, то состав и свойства пыли претерпевают существенные изменения в различные периоды плавки. Общие потери от испарения компонентов могут достигать 1 % от веса металлозавалки. При этом угар легкоплавких элементов с высокой упругостью паров, как правило, превышает потери остальных компонентов.

Химический состав пыли отличается многокомпонентностью и значительно изменяется в зависимости от периодов плавки и марки выплавляемой стали по таблице 7.2.

Таблица 7.2 - Содержание химических элементов при выплавке в ДСП

Период плавки	Химический состав, вес, %
	С	SiO2	CaO	MgO	MnO	FeO	Fe2O3
Расплавление шихты	0,9-2,0	10-20	0,6-1,5	1,0-2,0	1,0-3,0	6-10	50-75
Раскисление  и доводка расплава	0,8-2,0	15-30	1,0-3,0	1,0-2,0	1,0-3,0	6-12	40-65

Пыль, выбрасываемая электродуговыми печами, относится к III-IV классам дисперсности, хотя в отдельные периоды плавки в газоход могут попадать довольно крупные частицы - продукты разрушения футеровки, пригар и т.д. Поскольку основным источником образования пыли является электрическая дуга, то первичная пыль, состоящая из оксидов, имеет чрезвычайно мелкие размеры.

Плавка стали в электродуговых печах сопровождается интенсивным образованием вредных газообразных веществ и дисперсного аэрозоля, характеристики и количество которых существенно зависят от целого ряда технологических и конструктивных факторов. При недостаточно надежной герметизации печи в плавильном пролете литейного цеха создаются

повышенные уровни запыленности: в рабочей зоне вокруг печи - до 40 мг/м3, над печью - 700 мг/м3 и под крышей цеха - до 60 мг/м3. Значительно превышает при этом санитарные нормы и концентрация окиси углерода и азота.

7.2 Газ- и пылевыделения из электроплавильных печей

Выплавка стали в дуговой электропечи сопровождается значительными выделениями газов при высокой температуре и загрязненных пылью.

Газы в духовых электропечах образуются при выгорании углерода металла и сгорания электродов.

Для расчета и конструирования систем газоочистки необходимо определить основные параметры, характеризующие газовыделение. К ним следует отнести объем, интенсивность выделения, химический состав, температуру газов и содержание в них пыли, ее химический и гранулометрический состав.

Количество газов и интенсивность их выделения в значительной степени будут зависеть от марки выплавки стали, периода и особенностей технологии ведения плавки, емкости печи. На основании опытных данных установлено, что в различные периоды плавки выделение газов неравномерно.

В окислительный период происходит бурное выделение газов, значительно отличающихся по составу и содержанию пыли в них от газов, выделяющихся в период расплавления и восстановления.

Химический состав газов также колеблется в зависимости от периода плавки. Кроме указанных химических соединений в отходящих газах может содержаться сернистый ангидрид SO2 в пределах 1 ÷ 9 мг/м3.

В связи с тем, что количество и химический состав технологических газов изменяется в зависимости от марки стали, для правильного определения действительно характеристика газов следует в каждом отдельном случае знать, какие сорта стали предполагается варить в проектируемой печи. Запыленность газов также не постоянна во времени. В период расплавки содержание пыли в отходящих газах относительно невелико, а размеры пылинок довольно значительны (5 ÷ 20 мкм). В окислительный период наряду с интенсивным выделением газов происходит и интенсивное пылеобразование.

Примерный химический состав пыли, %

е2О3 = 56,8; Мn2О3 = 10; Аl203 = 5; SiO2 = 6,9; СаО = 6,9; МgО = 5,8

При проектировании системы газоочистки расчет объема выделяющихся газов ведется на период, характеризуемы интенсивным газо- и пылевыделением, то есть окислительный период.

При расчете объема технологических газов необходимо руководствоваться следующими данными:

а) в окислительный период выгорает 0,3 ÷ 0,6 % С металла (в зависимости от марки выплавляемой стали) с образованием СО;

б) выгорает углерод электродов в количестве 0,14 кг на 100 кг садки с образованием 70 % СО и 30 % СО2.

Полученный объем газов необходимо увеличить на 60 ÷ 70 %. Помимо образовавшейся смеси СО + СО2 в печь подсасывается атмосферный воздух через рабочее окно. В существующих конструкциях сталеплавильных печей не предусмотрены специальные устройства для улавливания и удаления образующихся в период плавки газов. В связи с этим при незначительном повышении давления в рабочем пространстве печи технологические газы, через имеющиеся неплотности в печи, просачиваются в помещение и загрязняют атмосферу цеха.

Поэтому необходимо устанавливать системы улавливания (отсосы) газов на дуговых электропечах. К системе отсоса предъявляются следующие требования:

а) естественное или принудительное удаление газов через аэрационные шахты в перекрытии зданий, расположенные непосредственно над печами;

б) удаление газов через зонт, расположенный над печью, с принудительным отводом от него;

в) принудительный отвод газов непосредственно из рабочего пространства печи.

Метод естественного удаления газов наиболее прост, но имеет существенные недостатки. Совершенно недостаточна эффективность удаления газов. Кроме того, выходящие потоки воздуха могут захватывать только мелкую пыль, а основная ее часть остается в атмосфере цеха, что ухудшает условия труда обслуживающего персонала. Накопление пыли на техническом оборудовании приводит к преждевременному его износу и повышению эксплуатационных расходов. При таком методе удаления запыленных газов исключается возможность их очистки, что приводит к загрязнению окружающей среды.

С целью уменьшения распространения удаляемых газов внутри помещения над печами устанавливают вытяжные колпаки и зонты.

Способ удаления газов при помощи зонтов более совершенен, так как при этом отсасывается значительная часть газов. Однако применение вытяжных зонтов не обеспечивает необходимой чистоты атмосферы цеха. Они требуют больших скоростей отсоса газа, а это приводит к большим недососам воздуха [ 22 ].

Наиболее эффективно применение отсосов непосредственно из рабочего пространства печи. Именно такой метод применяется на ДСП-3 РУП «БМЗ».

Где для прямого отвода газов на своде печи предусмотрено водоохлаждаемое устройство (колено), которое через подвижную муфту обеспечивает поступление горячего газа в трубопровод.

Для охлаждения отходящих газов предусмотрен трубный холодильник с принудительной вентиляцией, где горячие газы поднимаются через первую ступень холодильника в отражательный колпак. А после - охлажденный газ поворачивается и проходит через вторую ступень вниз во входной бункер. Из-за чего отходящий газ теряет около 75% тепла и его температура не превышает 1560 С.

Охлаждающий же воздух нагнетается из атмосферы осевыми вентиляторами. Накапливающаяся в холодильнике пыль собирается и постоянно подается в бункерах на скребковый транспортер через шлюзовые питатели.

Газы, отсасываемые из укрытия печи, колпака или зонда соединяются с охлажденным газом от электропечи позади холодильника в канале смешивания. Количество отходящего газа из укрытия печи устанавливается регулирующими заслонками так, чтобы температура газа перед камерой фильтра не превышала 125°С. При увеличении температуры газа свыше 125°С предусмотрено автоматическое открывание заслонки “аварийного воздуха” для всасывания воздуха из атмосферы.

В качестве сепаратора пыли на ДСП используют рукавный фильтр- обеспыливающий агрегат с автоматической очисткой рукавов с помощью импульсов сжатого воздуха.

Рукава фильтра омываются потоком газа снаружи.

Обеспыленный газ отсасывается из внутреннего пространства рукавов и подается через канал чистого воздуха к вентилятору.

Для обеспечения требуемого отсоса отходящих газов на установке предусмотрено два радиальных дымососа.

Выброс очищенного газа в атмосферу производится через дымовую трубу высотой 60 метров.

Транспортировка образующейся пыли из-под холодильника газа и из-под камер фильтров производится скребковыми транспортерами пыли. Пыль собирается в накопительном бункере. Из бункера пыль подается в автотранспорт для отгрузки за пределы цеха.

При оборудовании духовых печей дополнительными устройствами для герметизации рабочего пространства (уплотнение зазоров у электродов, уплотнение рабочего окна и т.д.) метод отсоса дымовых из рабочего пространства позволяет полностью исключить выбивание газов в цех и обеспечить требуемую очистку их от пыли.

Диаметр отверстия в своде устанавливают из условия беспрепятственного отвода всех образующихся газов.

Печной патрубок может быть как водоохлаждаемым , так и футерованным. Однако футерованный патрубок быстро зарастает плавильной пылью, в результате чего уменьшается его проходное сечение [ 23 ].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом проделанной дипломной работы является проект реконструкции электросталеплавильного цеха, путем изменения технологического процесса разливки стали, предусматривающий мероприятия, способствующие повышению качества литой заготовки и увеличению производства МНЛЗ на 20%.

Проект реконструкции включает в себя изменение конструкции кристаллизатора и секций зоны вторичного охлаждения для уменьшения количества некоторых видов дефектов МНЛЗ и увеличения производительности машины.

Применение гильзового кристаллизатора позволит обеспечить:

постоянство водяного зазора между гильзой и рубашкой;

высокую скорость протока воды в зазоре;

высокую точность центровки медной гильзы;

возможность установки катушки электромагнитного перемешивания;

возможность получения круглой заготовки диаметром 200 мм для использования при производстве бесшовных горячекатаных труб в трубопрокатном цехе;

снижения трещинообразования и дефектов формы (овальность, скошенность стенок квадрата и вмятины).

Применение комбинированного: водяного и водовоздушного охлаждения круглофакельными форсунками позволит:

снижения подогрева поверхности в конце охлаждения струйным душированием;

сведения к минимуму разницы в скорости охлаждения между центром и углами граней слитка путем расположнения душирующих форсунок;

обеспечить мягкое и равномерное вторичное охлаждение непрерывнолитых заготовок;

обеспечить быструю и правильную скорость затвердевания;

снижение брака по раскатанной трещине;

снижение внутренних и поверхностных дефектов.

Анализ технико-экономических показателей данного проекта показал, что реконструктивные мероприятия в ЭСПЦ-2 имеют положительный эффект.

Себестоимость единицы продукции снизилась на 0,19 млн.руб. Годовой экономический эффект составил 15044,1 млн.руб. Рентабельность производства при этом увеличилась на 3,3 %. Период возврата инвестиций составил 5,3 лет.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Н.В.Андрианов, Фотоальбом «Сэрца краiны, магутны аплот-Беларускi металургiчны завод 1984-2009», Мн, УП «Белта», 2009 - с 1 -37.

. А.В.Демин РУП «БМЗ», Современное состояние технологий при разливке стали в области качества, Литье и металлургия, 2010, №3 - с 99- 146.

. Технологическая инструкция «Непрерывная разливка стали на МНЛЗ, ТИ 840-С-18-2004, г. Жлобин, 2004 - 31с.

. Технологическая инструкция «Непрерывная разливка стали на МНЛЗ, ТИ 840-С-18-2001, г. Жлобин, 2001 - 20с.

. Технологическая инструкция «Непрерывная разливка стали на МНЛЗ, ТИ 840-С-18-2010, г. Жлобин, 2010 - 40с.

. Технологическая карта «Выплавка, внепечная обработка и разливка качественной углеродистой стали», ТК 840-С-02-2006, г.Жлобин, 2006.- 4с.

. Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф. Непрерывная разливка стали. - М.: Металлургия, 1990. - 296 с.

. Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В. и др. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. - М.: МИСИС, 1995. - 512с.

. Лузгин В.П.,Вишкарев А.Д.Учебное пособие №1513. МИСИС, 2000.- 56с.

. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали - М.: «МИСИС», 1995. - 256 с.

. И.В. Земсков, к.т.н. Г.И. Столяров (БГПА). Особенности непрерывного литья заготовок из хромистых сталей. Сталь, 2003. - №2, с 45-48

. С. Шатохин. Современные водовоздушные форсунки для зоны вторичного охлаждения МНЛЗ. Металлургическая и горнорудная промышленность, 2002.- №10, 37с

. В.С. Есаулов, В.А. Николаев (ИЧМ). Водовоздушное охлаждение непрерывнолитых заготовок на МНЛЗ. Электрометаллургия, 2004.-№10, с

. Н.Чичко, Н.В. Андрианов. Белорусский национальный технический университет, РУП “Белорусский металлургический завод”. Численное моделирование температур и напряжений в слитке при плоскофакельном и круглофакельном вторичном охлаждении. Сталь, 2004 .- №10, с 236-240.

. Положение о непрерывном профессиональном обучении руководящих работников и специалистов. П-840-16-5-2007, г.Жлобин, 2007 -9с.

. Положение о непрерывном профессиональном обучении рабочих (служащих). П-840-16-6-2007, г.Жлобин, 2007 -9с.

. Показатели, условия и порядок премирования и оплаты труда работников электросталеплавильного цеха №2 за основные результаты финансово-хозяйственной деятельности, г.Жлобин, 2007 -8с.

. Кожевников Е.А., Астраханцев С.Е., Ридецкая И.Н. Практическое пособие по выполнению экономического раздела дипломного проекта. - Гомель: ГГТУ, 2001 - 18с.

. Малькевич М.М., Вербовой И. В., Бурчков Л. П. Пособие общественного инспектора по охране труда.- 2-е изд.перераб.и доп. СП-б.,Универсал, 2001.-45с.

. Общая инструкция по охране труда для работающих на РУП «БМЗ». БТИ 33-01-2010. г. Жлобин, 2010 - 163с.

. Инструкция по охране труда для сталеваров, подручных сталевара ДСП-3. БТИ 59-01-2010, г. Жлобин, 2010 - 17с .

. Н.Ф.Невар, Конспект лекций «Отраслевая экология», Мн, БНТУ, 2010 - 121с.

. Производственно-технологическая инструкция «Эксплуатация ПГУ ДСП-3» ПТИ-840-С2-111-2007, г.Жлобин, 2007 - 9с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Кристаллизатор диаметр 200

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Машина непрерывной разливки стали до реконструкции

ПРИЛОЖЕНИЕ В Машина непрерывной разливки стали после реконструкции

ПРИЛОЖЕНИЕ Г План - схема ЭСПЦ-2

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Технологическая схема плавки стали 40Х

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Зона вторичного охлаждения

ПРИЛОЖЕНИЕ К

Технико-экономические показатели проекта

Показатели	Варианты
	Базовый	Проектный
Годовой объем выпуска продукции В натуральном выражении, т В стоимостном выражении, млн руб	690000 751794	841000 723248
Стоимость инвестиций, млн руб	488364	484183
В том числе основных фондов, млн руб	300415	303371
Численность работающих, чел	171	171
В том числе производственных, чел	120	120
Фонд заработной платы, млн руб	3491,311	3491,311
Среднемесячная заработная плата 1 работающего, млн руб	1,7	1,7
Производительность труда 1 работающего, млн руб/чел	4396	4396
Фондоотдача, руб/руб	2,5	2,5
Себестоимость годового объема, млн руб	626495	602707
Себестоимость единицы продукции, млн руб	0,91	0,72
Прибыль чистая, млн руб	76308	91352
Рентабельность производства, %	15, 6	18, 9
Период возврата инвестиций, лет	6, 4	5, 3