ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЙ ЦЕХ

Полезная модель относится к области металлургии и, в частности, к сталеплавильному производству.
В настоящее время производство стали осуществляется на так называемых технологических линиях, сформированных, как правило, из сталеплавильного агрегата, устройства внепечной обработки стали и устройства разливки, которые взаимосвязаны между собой транспортными средствами (патент РФ на изобретение №2285050 с приоритетом от 04.05.2005 г. по кл. МПК С21С 5/56).
Известна также технологическая линия производства стали, содержащая взаимосвязанные между собой крановыми и напольными транспортными средствами агрегат выплавки стали, участок внепечной обработки металла и участок разливки (свидетельство на полезную модель №21198 с приоритетом от 02.10.2001 по кл. МПК С21С 5/28).
Указанные технологические линии располагаются в цехах. Взаимное расположение основных агрегатов, в частности, дуговых сталеплавильных печей, установок внепечной обработки металла и установок непрерывной разливки стали определяет конструкцию цеха в целом. Эти цеха, как правило, выполняются трехпролетными или четырехпролетными (книга авторов Л.Е.Никольский, И.Ю.Зинуров «Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов». Москва, Металлургия, 1993 г.).
Трехпролетные и четырехпролетные цеха имеют ряд общих особенностей. В этих цехах к печному пролету примыкают шихтовый и разливочный пролеты. Дуговую сталеплавильную печь (или печи) располагают на границе с разливочным пролетом и сталь выпускают в сталеразливочный ковш, транспортируемый мостовым краном.
Ширина шихтового пролета в известных трехпролетных цехах составляет порядка 30 м, печного - 20 м, разливочного - 21,5 м. Общая длина цехов составляет 156-312 м. Печной пролет обслуживается четырьмя мостовыми кранами, разливочный пролет обслуживается двумя разливочными кранами и тремя уборочными мостовыми кранами.
Размеры пролетов (ширина, высота, длина), число и грузоподъемность кранов, а также другого оборудования определяются производительностью цеха, вместимостью одной дуговой печи, их общим количеством. Большое значение в конструкции главного здания электросталеплавильного цеха играет организация грузовых потоков внутри цеха. Основные грузопотоки связаны с обеспечением подачи металлолома в печь, подачи и загрузки шлакообразующих материалов и ферросплавов, загрузки легирующих, уборки шлака, разливки стали и транспортировки заготовки в прокатные цеха.
В печном пролете размещается дуговая сталеплавильная печь (или две печи), установка внепечной обработки стали с электропечными подстанциями и все необходимое для их обслуживания оборудование.
Все это ведет к большому повышению стоимости капиталовложений в проектирование и строительство металлургических предприятий, к увеличению штатной численности и эксплуатационных затрат, снижая при этом производительность труда.
Наиболее близким техническим решением является электросталеплавильный цех, помещение которого включает стены и кровлю, внутри которых размещены печной участок (ДСП), участок внепечной обработки стали (ВОС) и разливочный участок (МНЛЗ), обслуживаемые устройствами транспортировки исходных материалов и жидкого металла в виде кранового оборудования и сталевозов, перемещающихся по рельсовым путям (книга авторов Л.Е.Никольский, И.Ю.Зинуров «Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов», Москва, Металлургия, 1993 г. с.248-249, Рис.94-95).
Здание сталеплавильного цеха состоит из следующих пролетов: печного, бункерного, распределительного, разливочного и пролета по обработке и загрузке заготовок. Все пролеты имеют форму четырехугольной призмы, на границах которых обустроены подкрановые колонны, опоры с металлоконструкциями и различной фурнитурой.
Главными недостатками вышеуказанных цехов являются следующие. Сложная организация работ и грузопотоков, и как следствие, наличие большого кранового хозяйства, значительные потери времени и энергии на длинных перемещениях. Наличие нескольких пролетов приводит к необходимости строительства большого числа опорных конструкций, металлоконструкций и другой необходимой фурнитуры. Сложная схема организации отсоса и эвакуации отходящих газов и других выбросов и необходимость в оборудовании вытяжных систем над каждым источником выбросов. Значительная трудность автоматизации и управления производственным процессом в связи со сложностью объединения разных установок в единый непрерывный технологический процесс.
Все это ведет к большому повышению стоимости капиталовложений в проектирование и строительство металлургических предприятий, к увеличению штатной численности и эксплуатационных затрат, снижая при этом производительность труда.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание беспролетного электросталеплавильного цеха, в котором организация работ и грузопотоков не требует наличия большого кранового хозяйства и исключает необходимость в большом числе кранов и опорных конструкций, что в целом повысит надежность в управлении производственными процессами при значительном снижении себестоимости и, кроме того, создаст возможность улучшения эвакуации отходящих газов благодаря созданию общего беспролетного пространства.
Задача решается созданием полезной модели, согласно которой предлагается конструкция электросталеплавильного цеха, помещение которого включает стены и кровлю, внутри которых размещены печной участок ДСП, участок внепечной обработки стали ВОС и разливочный участок МНЛЗ, связанные устройствами транспортировки исходных материалов и жидкого металла с грузоподъемным устройством.
Согласно полезной модели участки расположены по криволинейной замкнутой линии в последовательности ДСП - ВОС - МНЛЗ с образованием между ними центрального участка и сориентированы в пространстве таким образом, что их продольные оси в плане расположены радиально к центру этого участка, внутри которого размещено устройство транспортировки исходных материалов и жидкого металла, выполненное поворотным с возможностью перемещения грузоподъемного устройства от участка к участку и обеспечением кругового грузопотока вокруг центрального участка.
Задача решается также тем, что устройство транспортировки исходных материалов и жидкого металла выполнено в виде крана-манипулятора.
При этом участки могут быть расположены в плане по кругу под углом 90° друг к другу.
Задача решается также тем, что стены помещения цеха установлены по кругу с образованием внутреннего объема помещения цилиндрической формы, а кровля цеха выполнена куполообразной формы с возможностью обеспечения централизованного отвода газов.
Заявляемая полезная модель направлена на создание беспролетного электросталеплавильного цеха с круговым размещением участков ДСП - ВОС - МНЛЗ и организацией кругового грузопотока в процессе выполнения технологических циклов расплавления, внепечной обработки и разливки.
Благодаря круговому расположению участков ДСП - ВОС - МНЛЗ по замкнутой изогнутой линии исключается расстановка оборудования по прямоугольным пролетам, создаются условия работы без большого количества кранов, что упрощает систему управления процессом и позволяет сократить рабочий объем цеха. Объединение участков в пределах единого объема и расположение их по кругу позволяет выполнить помещение цеха цилиндрической формы с единой куполообразной кровлей, позволяющей осуществить централизованный отвод газов из помещения.
Полезная модель иллюстрируется чертежами (Фиг.1-2). На Фиг.1 изображен вид сверху на помещение цеха при снятой кровле с краном - манипулятором внутри центрального участка. На Фиг.2 показан вид на цех снаружи.
На Фиг.1 на рабочей площадке круглой формы установлены по кругу дуговая сталеплавильная печь ДСП 1 с механизмами наклона печи, перемещения электродов, поднятия и поворота свода с печным трансформатором (на чертеже не обозначено), установка внепечной обработки стали ВОС 2 с печным трансформатором, механизмами управления и системой подачи ферросплавов и добавок (на чертеже не обозначено), машина непрерывной разливки стали МНЛЗ 3 с перемещаемым двухпозиционным стендом для сталеразливочных ковшей, станция 4 нагрева ковшей, бункерная станция для сыпучих материалов и ферросплавов 5. Внутри круга, на котором расположены участки ДСП ВОС, МНЛЗ, образован центральный участок 6. Участки 1, 2, 3 в плане сориентированы в пространстве таким образом, что их продольные оси 7, 8, 9 расположены в плане радиально к центру центрального участка 6 и расположены под углом 90° друг к другу.
Внутри центрального участка 6 размещено устройство транспортировки исходных материалов и жидкого металла 10, выполненное поворотным с возможностью перемещения грузоподъемного устройства от участка к участку и обеспечением кругового грузопотока вокруг центрального участка, выполненное в виде крана-манипулятора, созданного на базе карьерного ковшевого экскаватора Liebherr R 996 Litronic, где вместо ковша используются традиционные захваты для стальковшей.
Стены 11 помещения цеха выполнены по кругу цилиндрической формы, а кровля 12 - куполообразной, на которой размещено устройство 13 централизованного отвода газов. На рабочей площадке размещены все технологические посты, необходимые для осуществления полного технологического цикла - расплавление, обработка стали и разливка, такие как посты подогрева ковшей, силовое оборудование, система дозирования и подачи сыпучих и др.
Параметры рабочей площадки, а также технологического оборудования определяют исходя из производственной мощности проектируемого и строящегося электросталеплавильного цеха.
Минимальной вместимостью электродуговой печи, позволяющей работать в непрерывной технологической цепи ДСП>ВОС>МНЛЗ>прокатный стан является номинальная емкость - 15 тонн. Оптимальная годовая производственная мощность цеха составит 130000 т жидкой стали.
Это достигается тем, что на круговой площадке под углом 90° расположены основные технологические агрегаты ДСП, ВОС и МНЛЗ. В пространстве между ДСП и ВОС расположена бункерная станция 5 для сыпучих и ферросплавов с двумя скиповыми подъемниками. В пространстве между МНЛЗ и ДСП расположены участок футеровки ковшей 14, рельсовый путь 15 для вывоза шлака и рельсовый путь 16 для въезда скраповоза 17 с завалочной бадьей.
Задолженность этого крана-манипулятора по времени обслуживания обеспечивает потребности всех агрегатов и самого технологического процесса по все круговой площадке. Таким образом, снижена потребность в мостовых кранах и персонала по их обслуживанию.
Применение беспролетного размещения технологического оборудования сталеплавильного цеха на круговой площадке упрощает внутрицеховую схему грузопотоков, кроме этого общая кровля конусообразной формы позволяет выполнить централизованный отвод всех видов выбросов газа в цехе (Фиг.2). Для получения непрерывного плавильно-литейнопрокатного комплекса к круговой площадке сталеплавильного цеха со стороны МНЛЗ пристраивается пролет для прокатного стана.
Главным условием для непрерывности работы технологических агрегатов при размещении их на беспролетной круговой площадке с краном-манипулятором и круговым 18 перемещением сталеразливочных ковшей 19 является равенство часовых производительностей ДСП и МНЛЗ (т.е qчас ДСП=qчас МНЛЗ).
Основной цикл работы заключается в следующем. Загруженная на шихтовом дворе бадья скраповозом 17 подается на рабочую площадку и затем краном-манипулятором 10 подается к дуговой сталеплавильной печи 1, где после поднятия и поворота свода заваливается в печь.
После расплавления и нагрева до 1600°С расплав сливают в сталеразливочный ковш 19 и затем кран-манипулятор 10 перемещает его к установке 2 внепечной обработки стали ВОС, где происходит нагрев, доводка и легирование. По окончании внепечной обработки кран-манипулятор 10 перемещает сталеразливочный ковш 19 с жидкой сталью к машине 3 непрерывной разливки стали МНЛЗ, где его устанавливают на двухпозиционный передвижной стенд разливочной машины. После разливки порожний ковш 19 краном-манипулятором перемещает на участок футеровки ковшей 14 для подготовки его к следующей плавке.
Шлак с печи сливают в чашу, которая специальным шлаковозом-кантователем 20 вывозится из цеха.
Применение предлагаемой полезной модели дает снижение капитальных затрат при строительстве на 28,5%, которое достигается за счет следующих факторов:
а) При равных объемах сталеплавильных цехов (и пролетов) при их строительстве по известному аналогу и по предлагаемому решению площадь боковых поверхностей у предложенного решения меньше на 28,5%.
б) Соответственно и периметр рабочей площадки в предложенном решении меньше. В связи с этим пропорционально уменьшаются объемы строительных, монтажных работ, а также расходы строительных материалов, металлоконструкций, электрических кабелей и др.
Полезная модель найдет широкое применение в металлургической промышленности при создании мини-заводов для осуществления плавильно-литейнопрокатного процесса.