Загрузка шихты и распределение материалов на колошнике

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание производственной схемы

1.1.1 Железная руда

1.1.2 Флюсы и отходы производства

1.1.3 Топливо

1.1.4 Подготовка железных руд к доменной плавке

   1.2 Доменное производство

   1.3 Сталеплавильное производство

   1.4 Внепечная обработка стали

  1.5 Непрерывная разливка стали

  1.6 Прокатное производство

1.7 Термомеханическая обработка

1.8Калибровка. Технический контроль. Складирование и фасовка

 

ВВЕДЕНИЕ

Металлургия (в переводе с греч.) означает «добываю руду, обрабатываю металлы»; «выкапываю, добываю из земли»; «рудник, металл». Таким образом, металлургия – это область науки и техники и отрасль промышленности, включающая процессы обработки добытых из недр руд, получение металлов и сплавов, придание им определенных свойств.

Сегодня металлы стали основой современной цивилизации в результате многовековых усилий людей во многих странах.

За последние 20 лет ежегодное мировое потребление металлов и мировой металлофонд удвоились. Поэтому можно смело утверждать, что металлы в XXI веке останутся основными конструкционными материалами, так как по своим свойствам, экономичности производства и потребления не имеют себе равных в большинстве сфер применения.

Что касается металлургического комплекса России, то – это базовая отрасль, которая вносит существенный вклад в экономику России. Он обеспечивает одну из наибольших долей налоговых поступлений в бюджеты всех уровней (составляет 9%), рабочими местами огромное количество людей и определяет развитие всех остальных отраслей, напрямую или косвенно от неё зависящих (грузовые ж/д перевозки, потребление электроэнергии и проч.).

На сегодняшний день, доля металлургии страны составляет около 5%, промышленном производстве – 17,3%, экспорте – 14,2%. Металлургическая промышленность является одной из отраслей специализации России в современном международном разделении труда. На сегодняшний день Россия занимает 4 место в мире по производству стали (уступая Китаю, Японии и США), а по экспорту металлопродукции – третье место в мире (экспорт стального проката составил в 2006 году около 28,3 млн.т.; из Китая – 52,1 млн.т.; Японии – 35,6 млн.т.).

Однако, несмотря на адаптацию металлургического комплекса к рыночным условиям, технико-технологический уровень и конкурентоспособность ряда видов металлопродукции нельзя считать удовлетворительными. Анализ возможных направлений решения имеющихся проблем обуславливает необходимость разработки единой государственной стратегии развития металлургического комплекса. Так, стратегия развития металлургического комплекса РФ до 2015 года уже подготовлена Минпромэнерго России по исполнению поручения правительства РФ от 19.01.2005 г. № АЖ-П9-188 «О проектах стратегий развития отдельных отраслей промышленности».

В целом российский металлургический комплекс – это успешный в инвестиционном отношении сегмент экономики. Однако, несмотря на то, что отечественные предприятия способны реализовывать крупные проекты, в т.ч. и за рубежом, главная задача государства – содействовать этим инвестиционным процессам, происходящим в отрасли, создавать дополнительные возможности для её участников, а также брать на себя решение задач, которые бизнес решить самостоятельно не может (например, инфраструктурных в рамках государственно-частного партнерства с использованием средств инвестиционного фонда), и которые дают значительный мультипликативный эффект.

Целью данного курсового проекта является, разработка проекта производства и поставка товара покупателю.

Задачи проекта: проектирование процесса производства арматурной стали марки 35ГС объёмом 17 тыс. т в год в рамках металлургического предприятия полного цикла, определение состава и влияния легирующих элементов на относительное удлинение стали, а так же разработка коммерческого предложения по поставке данной арматуры покупателю в условиях Австралии (г.Мельбурн).

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание производственной схемы

В состав металлургического комбината интегрированного типа входят основные цехи (доменный, сталеплавильный, сортопрокатный), рудник, известковый карьер, обогатительная и агломерационная фабрики, коксохимический цех.

Взаимное расположение основных и вспомогательных цехов должно обеспечивать наиболее эффективную организацию производства в соответствии с принятой технологией путем создания надлежащих производственных связей между цехами, а в цехах между агрегатами. Схема расположения цехов предусматривает движение потока металла только в одном направлении, через прокатные цехи проходит почти вся сталь, выплавляемая в сталеплавильных цехах. Технологический процесс получения готового проката является завершающей стадией металлургического производства. 

Параметр оптимизации технологического процесса – относительное удлинение. Относительное удлинение образца при разрыве служит показателем пластических свойств материала.

Для армирования железобетонных конструкций применяют углеродистую или низколегированную сталь в виде гладких и периодического профиля стержней. Сталь марки 35ГС относят к классу АIII и применяют для ненапряженных конструкций.

 

Рисунок 1 – Технологическая схема металлургического производства

1.1.1 Железная руда

Руда – полезное ископаемое, добываемое из недр земли. Это горная порода или минеральное вещество, добываемая из недр земли, из которой при данном уровне развития техники экономически целесообразно извлекать металлы и их соединения.

Из большого числа встречающихся в земной коре железосодержащих минералов промышленное значение имеют минералы, в которых железо в основном представлено магнитным оксидом Fe₃O₄ (72,4% Fe) – магнетитовая руда, безводным оксидом Fe₂O₃ (70% Fe), водными оксидами mFe₂O₃ * nH₂O с различным количеством воды (52,3 – 62,9% Fe) – бурый железняк, карбонатом железа FeCO₃ (48,3% Fe) – шпатовый железняк.

Кроме указанных соединений железа в рудах присутствуют различные примеси (тоже в виде соединений), которые в зависимости от вида плавки могут быть полезными и вредными.

К вредным примесям относят серу, цинк и мышьяк, фосфор. Сера вызывает красноломкость стали, удаляется из руд окислительным обжигом и агломерацией. Цинк имеет свойство возгоняться и поэтому, проникая в швы кладки, приводит к ее росту и разрыву металлического кожуха доменной печи. Мышьяк, фосфор придают стали хладноемкость и ухудшают ее свариваемость, мышьяк удаляется из руды при агломерации, фосфор - в сталеплавильных печах. К полезным примесям относят никель, хром, медь, ванадий и титан. Пустая порода руд в основном состоит из SiO₂ , Al₂O₃ , CaO и MgO.

 

1.1.2 Флюсы и отходы производства

Флюсы вводят в доменную печь для перевода пустой породы железосодержащей шихты и золы кокса в шлак требуемого химического состава, обладающего определенными физическими свойствами (легкоплавкость, текучесть).

Температура плавления оксидов, входящих в состав пустой породы агломерата или руд, а также золу кокса, значительно выше температуры шлака в доменной печи (1450-1600 ⁰С). Необходимо, чтобы шлаки, получаемые в доменной печи, содержали определенное количество основных оксидов (СaO и MgO) для обеспечения требуемой десульфирующей способности. Для этого применяют основной флюс – известняк, состоящий из карбоната кальция CaCO₃ или доломитизированный известняк, содержащий еще и MgCO₃.

При доменной плавке используют так же некоторые отходы производства: колошниковую пыль доменного цеха (40-56%Fe, 3-15%С), сварочный шлак и окалину нагревательных печей, пиритные огарки и шлаки мартеновского производства.

 

1.1.3 Топливо

Как основное топливо доменной плавки рассмотрим кокс. Это кусковой пористый материал из спекшейся углеродистой (83 – 88%С) массы, получающейся при прокаливании каменного угля без доступа воздуха. Благодаря своей прочности, термостойкости и способности не спекаться кокс сохраняет форму кусков на всем пути движения шихты от колошника до горна, обеспечивая газопроницаемость.

Как топливо кокс, сгорая, обеспечивает доменную печь теплом, необходимым для нагрева и расплавления шихты и протекания процессов восстановления железа из оксидов. Кроме того, углерод кокса является восстановителем и служит для науглероживания железа (продукт сгорания кокса – газ СО - также восстановитель).

 Получение кокса происходит традиционным способом - сухой перегонкой (нагревом до 1100^оС без доступа воздуха) коксующихся каменных углей в коксовых печах.

Коксовые печи отапливают доменным и коксовым газами. Для коксования применяют коксовые, паровично-жирные, газовые, паровично-спекающиеся угли, которые предварительно дробят и обогащают для снижения зольности. Далее составляют шихту, которую подвергают окончательному дроблению и помолу, и направляют в распределительную башню.

Температура кладки шихты в отопительных простенках (вертикальных) колеблется в пределах 1350—1420°С. Коксовый пирог нагревают примерно до 1100° С. Коксование загруженной в камеру порции шихты длится 14,5 – 16ч. Предварительно уголь дробят и обогащают для снижения зольности. После процесса получения кокса, последний доставляют в доменный цех.

Выделяющиеся из коксовой печи летучие («грязный коксовый газ», 300 – 320 м³ т/шихты) направляют в химические цехи, где из них извлекают смолы, аммиак и бензол, из которых получают до 500 других продуктов (лаки, краски, растворители, лекарства, пек и др.).

Кокс, как доменное топливо, должен обладать комплексом свойств: высокой прочностью, термостойкостью, малым содержанием золы (снижает производительность печи), высокой пористостью, определенным размером кусков(25 – 60 мм). А также, кокс должен содержать: 83-88% углерода; 8-13% золы; 0,7-1,5% летучих; 0,5-5% влаги; 0,4-1,8% серы; 0,02-0,05% фосфора.

 

1.1.4 Подготовка железных руд к доменной плавке

Чем тщательнее подготавливают руду к доменной плавке, тем выше производительность доменной печи, ниже расход топлива и выше качество выплавляемого чугуна.

В конечном итоге стремятся снабжать доменную печь шихтой, состоящей только из двух компонентов: офлюсованного железорудного сырья и кокса определенной кусковатости и не содержащих мелких фракций (ниже 5 – 8 мм для железосодержащей шихты и ниже 20-30 мм для кокса). Важным резервом повышения производительности доменных печей и снижения расхода топлива является увеличение содержания железа в шихте. Его увеличение на 1% позволяет снизить расход кокса и увеличить производительность печи на 2-2,5%.Также увеличение железа в шихте ведет к снижению выхода шлака при доменной плавке, что увеличивает технико-экономические показатели плавки.

Для обеспечения хорошей газопроницаемости плавильных материалов желательно, чтобы шихта была однородной по кусковатости (10-20 или 20-40 мм). Диаметр самого крупного куска не должен превышать диаметр самого мелкого куска более чем в 2 раза.

В данном курсовом проекте рассмотрены следующие методы подготовки руды: дробление; обогащение; усреднение; окускование.

Дробление. Крупность добываемых руд в естественном виде различна, поэтому для дальнейшего использования руда должна быть подвергнута дроблению. Дробление – процесс уменьшения размера кусков твердого материала его разрушением под действием внешних сил, с целью придания кускам материала определенной крупности.

Для доменной плавки верхний предел крупности кусков руды составляет 40-100 мм, для агломерации 6-10 мм, а для обогащения менее 0,1 мм. Чем тоньше измельчена руда, тем полнее рудные зерна могут быть отделены от пустой породы в процессе обогащения. Поэтому дробление часто дополняют измельчением.

Различают следующие стадии дробления: крупное – получение кусков размером 1200 мм – 100 мм; среднее дробление – от 100-350 до 40-60 мм и мелкое дробление – от 40-60 до 6-25 мм; измельчение – от 6-25 до 1 мм; тонкое измельчение – менее 1 мм. Крупное, среднее и мелкое дробление осуществляет в дробилках, а измельчение – в мельницах.

Обогащение. Т.к. руды, добываемые из недр земли, часто не удовлетворяют требованиям металлургического производства по содержанию основного металла и вредных примесей, то они нуждаются в обогащении. Обогащение – процесс обработки полезных ископаемых, с целью повышения полезного компонента путем отделения рудного минерала от пустой породы или отделения одного ценного минерала от другого. В результате получают готовый продукт – концентрат, и остаточный продукт – хвосты, бедней чем исходная руда.

В зависимости от физических и физико-химических свойств минералов, входящих в состав руды, применяют следующие способы обогащения:

1. Промывка

2. Гравитация

В соответствии с проектом, как основной вид обогащения применяется метод магнитной сепарации.

3. Магнитная сепарация – наиболее распространенный способ обогащения, с целью отделения магнитного минерала (Рисунок 1). Магнитное обогащение железных руд осуществляют методами сухой и мокрой магнитной сепарации, а также комбинированными методами. Для обогащения магнитных железных руд крупностью более 3-6 мм применяют только сухую магнитную сепарацию. Для руд крупностью менее 0,1 мм – только мокрую сепарацию. Магнитное обогащение осуществляется магнитным сепаратором.

Концентрат

Рисунок 2 – Схема магнитного сепаратора для обогащения крупных руд

Для обогащения слабомагнитных руд ограниченное применение находят валковые сепараторы с сильным магнитным полем.

Дообогащение производится флотацией.

4.Флотация – способ обогащения, основанный на различии физико-химических свойств поверхностей различных минералов. Гидрофобные тела – минералы (в тонкоизмельченном состоянии в водной среде) не смачиваются водой, прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются, т.е. всплывают и флотируют, образуя минерализованную пену. Для повышения эффективности флотации используют флотационные реагенты трех видов: коллекторы – органические вещества, избирательно адсорбирующиеся на поверхности минерала и усиливающие их гидрофобные свойства. Регуляторы – многочисленные реагенты, которые активизируют или подавляют флотацию минералов. Вспениватели – создают обильную минерализованную пену. При прямой флотации пена представляет собой концентрат, при обратной – хвосты. Гидрофильные тела смачиваются водой, не прилипают к воздушному пузырьку и остаются в пульпе. Для флотации используются флотационные машины.

Усреднение. Неоднородность химического и гранулометрического состава шихты крайне отрицательно влияет на показатели работы доменных печей. Необходимо постоянство железа, так как снижение его содержания приводит к разогреву печи, а повышение – к похолоданию. Поэтому приходится вести плавку с некоторым избытком топлива. Нужно чтобы в шихте отклонения по содержанию железа от среднего его содержания не превышали ±0,3 – 0,5%. А увеличение содержания мелочи в шихте (<3 мм) на 10% приводит к увеличению расхода кокса на 4 – 7%. Усреднение гранулометрического состава шихты решается путем дробления агломерата и отсева мелочи от окускованной шихты, а задача усреднения железорудных материалов по химическому составу – на механизированных складах для усреднения.

Окускование. Окускование – процесс превращения мелких железорудных материалов (руд, концентратов, колошниковой пыли) в кусковые необходимых размеров. Применяют два способа окускования: агломерация; окомкование.

Агломерация – процесс окускования спеканием в результате сжигания топлива в слое спекаемого материала, с целью получения агломерата. Его проводят на агломерационных фабриках. При агломерации удаляются некоторые вредные примеси (сера, частично мышьяк), разлагаются карбонаты и получается кусковой, пористый, офлюсованный материал. Составляющие агломерационной шихты – железосодержащие материалы (рудный концентрат, руда, колошниковая пыль); возврат (отсеянная мелочь ранее произведенного агломерата); топливо (коксовая мелочь); влага, вводимая для окомкования шихты; известняк для получения офлюсованного агломерата.

Рисунок 3 – Схема агломерационного процесса

а – начало процесса; б – промежуточный момент; в – конечный момент; А – агломерат; Ш – шихта.

Составляющие шихты из бункеров выдают с помощью весовых и объемных дозаторов сначала в смесительный, а затем в окомковательный барабан. После окомкования, шихту транспортируют к спекательной машине. На колосниковую решетку 1 конвейерной ленты загружают «постель» высотой 30 – 35 мм, состоящую из возврата крупностью 10 – 25 мм. Затем загружают шихту (250 – 350 мм). Под колосниковой решеткой создают разрежение 7 – 10 кПа, в результате чего с поверхности в слой засасывается наружный воздух. Для начала процесса, нагревают верхний слой шихты до 1200-1300^оС, топливо воспламеняется. Горение поддерживается в результате просасывания атмосферного воздуха. Зона горения постепенно продвигается сверху вниз со скоростью 20 – 30 мм/мин. В зоне горения образуется жидкая фаза, которая пропитывает твердые частицы и взаимодействует с ними. Когда пропитанная масса затвердевает, образуется твердый пористый продукт – агломерат. Поры возникают в результате испарения влаги и просасывания воздуха. Годный агломерат конвейером транспортируют в доменный цех, а мелочь в бункер возврата. Выход годного агломерата из шихты не превышает 70 – 80%.

Окомкование – процесс окускования тонкоизмельченных железорудных концентратов (менее 0,07 мм). Процесс производства окатышей состоит из двух стадий:

- получение сырых (мокрых) окатышей;

- упрочнение окатышей (подсушка при 300 – 600 и обжиг при 1200 – 1350^оС).

Исходную шихту: возврат, концентрат и известняк загружают в бункеры, откуда она при помощи дозаторов поступает в смесительный барабан, а затем в гранулятор (окомкователь). Получаем шарики диаметром 10 – 20 мм, которые затем попадают на обжиговую машину. После чего, охлаждаются в зоне охлаждения подаваемым воздухом и разгружаются на грохот. Фракцию > 5 мм отправляют для доменной плавки, остальное является возвратом.

 

1.2 Доменное производство

Доменный процесс реализуется в печах шахтного типа и предназначен для получения чугуна из железорудного сырья. Шихтой доменной плавки является железная руда, топливом служит кокс, который получают методом нагрева коксующегося угля без доступа воздуха.

Доменный процесс реализуется в печах шахтного типа и предназначен для получения чугуна из железорудного сырья. Шихтой доменной плавки является железная руда с содержанием железа свыше 60%, агломерат, железорудные окатыши. Топливом служит кокс. Для реализации процесса горения кокса в доменной печи используют дутье.

Загрузка шихты и распределение материалов на колошнике

Шихту загружают в печь отдельными порциями — колошами. Рудную часть колоши можно загружать отдельно или одновременно с коксом. Величину колоши и способ ее загрузки выбирают так, чтобы распределение газов в печи было наилучшим.

В настоящее время основным железорудным материалом является агломерат, слой которого менее газопроницаем, чем слой кокса. Поэтому целесообразно, чтобы слой агломерата у стен был толще, чем в центре печи, а слой кокса — наоборот. Загрузка шихты с конуса и способность кокса располагаться в печи с меньшим углом откоса, чем угол откоса агломерата или руды, обеспечивают это требование.

 

 Рисунок 4 - распределение материалов на колошнике при загрузке их конусным аппаратом.

Рисунок 5 - Общий вид доменной печи

1 – летка для выпуска чугуна;           

2 – фурменное устройство для подачи комбинированного дутья;

3 – цилиндрическая часть колошника с защитными плитами;

4 – большой конус колошника;

5 – малый конус колошника;

6 – устройство для вращения приёмной воронки;

7 – приёмная воронка;

8 – скип;

9 – наклонный мост;

10 – межконусное пространство;

11 – летка для выпуска шлака;

12 – площадка.

 

Всё доменное производство в рамках металлургического комбината сосредоточено в доменном цехе, поперечный разрез которого представлен на рисунке.

 

 

Рисунок 6 - Поперечный разрез доменного цеха

1 – доменная печь;

2 – скиповый подъёмник;

3 – галерея коксового трансферкара;

4 – перегрузочный вагон;

5 – бункерная эстакада;

6 – рудный перегружатель;

7 – штабель железорудной шихты;

8 – вагоноопрокидыватель;

9 – приёмная траншея;

10 – вагон – весы;

11 – скиповая яма;

12 – скип.

 

В настоящее время осуществляют подачу шихты на колошник не скипами, а транспортером с применением засыпных аппаратов новых типов с большими возможностями регулирования газового потока перераспределением шихты по радиусу колошника.

Чтобы судить о газопроницаемости шихты в доменной печи и о том, насколько хорошо протекают теплообменные и химические процессы между шихтой и газами, желательно иметь данные о температуре и составе газа по сечению.