Описание основных технологических процессов

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ

ГОАПОУ «Липецкий металлургический колледж»

 

Методические указания для курсового и дипломного проектирования  по ПМ.01

Организация технического обслуживания

и ремонта электрического и

электромеханического оборудования

МДК.01.03

Электрическое и электромеханическое оборудование

Тема

Технологический процесс металлургического производства ПАО «НЛМК»

для специальности(группы специальностей):

13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание

электрического и электромеханического

оборудования (по отраслям)

Липецк-2016

 

Методические указания для курсового и дипломного проектирования по
ПМ.01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования МДК.01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование.

Составитель:  Климонтова Н.А., преподаватель ОПД и ПМ

 

 

ОДОБРЕНО Цикловой комиссией электротехнических дисциплин Председатель: _______________ /Климонтова Н.А./

Заместитель директора по учебной работе: _________________ / Перкова Н. И./

Методические указания для курсового и дипломного проектирования предназначены для студентов ГОАПОУ «Липецкий металлургический колледж» специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) для выполнения курсовых и дипломных проектов с целью освоения практических умений и навыков и профессиональных компетенций.

Методические указания для курсового и дипломного проектирования составлены в соответствии с рабочей программой ПМ.01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования, ОП специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям).

 

 

 

Введение

 

Методические указания по курсовому проектированию составлены в соответствии с содержанием рабочей программы профессионального модуля ПМ 01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования.

Курсовая работа выполняется по междисциплинарному курсу МДК 01.03 «Электрическое и электромеханическое оборудование» с целью освоения практических умений, навыков и профессиональных компетенций.

Курсовая работа направлена на освоение следующих практических умений и знаний согласно требованиям ФГОС СПО специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), рабочей программы профессионального модуля ПМ 01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования.

уметь:

- подбирать технологическое оборудование для ремонта и эксплуатации электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем, определять оптимальные варианты его использования;

- выбирать электрооборудование для механизмов ПАО «НЛМК»;

знать:

- классификацию основного электрического и электромеханического оборудования отрасли;

- классификацию и назначение электроприводов, физические процессы в электроприводах;

- выбор электродвигателей и схем управления;

- физические принципы работы, конструкцию, технические характеристики, области применения, правила эксплуатации электрического и электромеханического оборудования;

- условия эксплуатации электрооборудования;

- методы расчёта основных механизмов электрооборудования ПАО «НЛМК»;

- технические характеристики современного электрического оборудования кранов, лифтов, поточно-транспортных систем, коксохимических, агломерационных, прокатных, сталеплавильных и доменных цехов ПАО «НЛМК».

 

Методические указания по курсовому проектированию содержат описание технологического процесса металлургического производства ПАО «НЛМК».

Введение

 

Новолипецкий металлургический комбинат является предприятием с полным металлургическим циклом, т.е. на промышленной площадке комбината располагаются все производства, необходимые для того, чтобы железная руда, пройдя все технологические этапы, превратилась в конечный металлургический продукт – холоднокатаный прокат.

Общая схема производства включает следующие переделы:

– агломерационное производство;

– коксохимическое производство;

– доменное производство;

– сталеплавильное производство;

– прокатное производство.

Агломерационное и коксохимическое производства (АГП и КХП) являются производителями основных компонентов для доменного производства – агломерата и кокса.

Доменное производство (ДЦ-1, ДЦ-2) специализируется на выпуске чугуна, который является не только полуфабрикатом для сталеплавильного производства, но и товарной продукцией первого передела.

Сталь, получаемая в сталеплавильном производстве (КЦ-1, КЦ-2), производится в виде слябов. Стальные слябы в дальнейшем используются для производства проката, а также являются товарной продукцией второго передела.

Прокатное производство представлено цехом горячей прокатки ПГП, и цехами холодной прокатки ПХПП, ПТС и ПДС. Сталь, прокатанная на стане 2000 (ПГП) (горячекатаный прокат), является товарной продукцией НЛМК третьего передела, и служит заготовкой в производстве холоднокатаного листа.

Металлургической продукцией НЛМК с наиболее высокой добавленной стоимостью является холоднокатаный прокат. На комбинате освоены технологии, позволяющие производить холоднокатаный прокат с цинковым и полимерным покрытиями (ПХПП), а также прокат электротехнических марок стали (ПТС, ПДС).

НЛМК – это комбинат с высоко развитой и инфраструктурой. Кроме выше перечисленных цехов и производств, комбинат имеет ряд подразделений обеспечивающих работу комбината:

– топливно-энергетический комплекс бесперебойно обеспечивает подразделения комбината энергоресурсами (электроэнергия, пар, вода, газ и т.д.).

– ремонтный завод комбината ведет ремонт металлургического оборудования высокой степени сложности.

– строительно-ремонтный комплекс ведет строительные работы на территории комбината и в городе.

– железнодорожный и автотранспортный цеха.

Описание основных технологических процессов

 

Рисунок 1 – Общая схема производства

Производство агломерата

 

Агломерация – первое звено металлургического цикла. Это процесс спекания мелких фракций железорудного сырья, поступающего на комбинат, в кусковый материал размером более 40 мм. Исходным сырьем для производства агломерата являются железная руда и железорудные концентраты. Железорудные концентраты – это железная руда, которую предварительно «обогатили» (повысили содержание железа) на горно-обогатительном комбинате. Другими компонентами являются отходы металлургического производства и специальные добавки – флюсы (известняк и доломит). Топливом для аглопроцесса служит мелкомолотый кокс.

Целью агломерационного производства является:

- окускование мелких фракций железных руд и концентратов;

- сокращение количества компонентов в сырье для производства чугуна (доменной шихте);

- вывод из доменной шихты сырых флюсов (известняка и доломита);

- утилизация железосодержащих отходов (шламов, пыли, окалины);

- удаление вредных примесей (серы, мышьяка, калия, натрия).

Все шихтовые материалы дозируют в соответствии с расчетом на заданный химический состав.

В полностью отдозированную, готовую смесь сухих компонентов (шихту) добавляют мелкомолотый кокс (5 – 8 %) и подвергают смешиванию и окомкованию. Далее происходит укладка шихты на паллеты агломашины ровным слоем высотой 400 – 440 мм. Основная часть такой машины – металлический конвейер, каждое звено которого – паллета – представляет собой решетку. Двигаясь по конвейеру, шихта попадает в зажигательный горн, где и начинается процесс агломерации. В горне шихта зажигается продуктами горения смеси природно-доменного газа при температуре 1150 – 1200⁰ С. Конвейер проходит над мощными вентиляторами (эксгаустерами), которые протягивают (просасывают) через толщу загруженной шихты воздух. Кокс, входящий в состав смеси, начинает гореть и руда из мелкой, пылеватой превращается в агломерат – прочную пористую массу. В спекаемом слое температура поднимается до 1500⁰ С.

Рисунок 2 – Агломерат на выходе из горна агломашины

 

После спекания агломерат дробят, удаляют с помощью просеивающих агрегатов (грохотов) мелочь размером 0 – 5 мм (возврат), охлаждают на специальном конвейере (охладителе), снова рассеивают на грохоте и загружают в вагоны (хопперы) для отправки в доменные цехи комбината, предварительно определив химический состав.

В состав агломерационного производства ПАО «НЛМК» входят 2 агломерационных цеха, в каждом находятся по 2 агломерационных машины.

Суммарная производственная мощность АГП – 13700 тыс. т/год агломерата.

 

Производство кокса

 

Кокс – это почти чистый углерод. В угле содержится много водорода и кислорода. Коксование — процесс переработки смеси углей (угольной шихты) различных марок (коксующихся, жирных, газовых, отощенных, слабоспекающихся) путем нагревания без доступа воздуха до температур 900 – 1100⁰ С. При этом разлагается вещество угля, выделяются газообразные продукты распада. Получение кокса осуществляется в коксовых печах. Несколько коксовых печей образуют батарею. Коксовые батареи комбината насчитывают до 77 коксовых печей, объемом до 35,2 м³ каждая.

Технологический процесс коксования состоит из следующих операций:

- подготовка шихты;

- загрузка шихты углезагрузочным вагоном из угольной башни в коксовые печи;

- спекание кокса;

- тушение и рассев кокса;

- улавливание и переработка выделяющихся продуктов.

Для производства высококачественного металлургического кокса необходимо, чтобы угольная шихта состояла не менее чем на 64 % из углей марок Ж (жирных), К (коксовых) и ОС (отощенных спекающихся).

В дозировочном отделении из углей различных марок составляется шихта, которая по наклонному конвейеру подают в угольную башню блока коксовых печей. Под бункерами угольной башни по рельсовому пути перемещается электрифицированный загрузочный вагон. Набрав шихту из угольной башни, вагон подвозит ее у печи, которая должна быть загружена, и устанавливается над загрузочными люками печи. При открывании затворов бункера угольная шихта высыпается в печь, а затем выравнивается с помощью планирной штанги.

Коксование протекает в несколько стадий. Вначале при температуре 200 – 350⁰ С, входящие в состав угля вещества начинают разлагаться, затем уголь размягчается, становиться пластичным, и при температуре 450 – 500⁰ С происходит более глубокое разложение – образуется полукокс (густая и вязкая масса), а при температуре 1000 – 1100⁰ С эта масса спекается в твердый и прочный кокс. Процесс спекания продолжается 14 – 17 часов.

По окончании процесса коксования готовый коксовый пирог выдается коксовыталкивающей штангой из печи через направляющую ванну двересъемной машины в тушильный вагон. Предварительно необходимо снять двери с передней (машинной) и задней (коксовой) сторон печи. Съем дверей с машинной стороны батареи производится коксовыталкивателем и с коксовой стороны – двересъемной машиной.

Дальнейшая обработка кокса заключается в его тушении водой (мокрый способ) или газом-охладителем (сухой способ), с последующей сортировкой на разные по крупности фракции.

Во время загрузки тушильный вагон медленно перемещается, чтобы кокс равномерно распределился по всей площади вагона.

При мокром тушении: Электровоз, сцепленный с тушильным вагоном, отвозит загруженный вагон в тушильную башню. Здесь расплавленный кокс охлаждается холодной водой, а затем охлажденный кокс выгружается на коксовую рампу для испарения из него влаги.

При сухом тушении: электровоз, сцепленный с коксовым вагоном, отвозит его к одной из шахт установки сухого тушения кокса (УСТК). Платформа с кузовом, в которой находится раскаленный кокс, стягивается с лафета коксового вагона механизмом передвижения платформы с кузовом и устанавливается на оси подъемника УСТК.

Подъемник поднимает кузов с коксом наверх УСТК и перемещает его к одной из загружаемых камер. После чего через загрузочные устройства кокс подается в камеру тушения и форкамеры. Из форкамеры кокс по мере загрузки опускается в камеру тушения, где охлаждается, отдавая тепло циркулирующим инертным газам.

Остывший кокс выдается из рампы на ленточный конвейер и поступает в коксосортировку. Для первоначальной сортировки применяют дисковые грохоты, а рассев мелкого кокса производится на сеточных вибрационных грохотах.

Газ из печных камер через специальные отверстия отводится в трубопровод – газосборник, проложенный вдоль всей батареи. Из газосборника усредненный по составу газ поступает в аппаратуру для улавливания основных продуктов коксования, таких как сырой бензол, аммиак, фенолы, сероводород, смола, для их последующей переработки. Коксовый газ очищенный от этих продуктов, называется обратным и может применяться в технологических целях в качестве топлива (обогрев коксовых батарей, котлов ТЭЦ и др.).

Рисунок 3 – Коксовая батарея

 

В составе Коксохимического производства ПАО «НЛМК» 2 коксовых цеха. Коксовый цех № 1 (батареи № 1,3,4) производит кокс мокрого тушения (коксовая батарея № 2 реконструируется). Коксовый цех № 2 (батареи № 5-6 и 7-8) — производит кокс сухого тушения. Суммарная производственная мощность КХП – 4140 тыс. т/год.

 

Производство чугуна

 

Чугун – это сплав железа с углеродом и другими элементами, а также очередное звено технологической цепочки получения стали.

Выплавку чугуна осуществляют в доменных печах. Для выплавки чугуна необходимо железорудное сырье и топливо. Основным железорудным сырьем для доменных печей является агломерат и окатыши. Окатыши – это железорудный концентрат, поступающий в виде сырья с горно-обогатительных комбинатов, который получают следующим образом: для окомкования увлажненную пылеватую руду смешивают со связующим материалом и на вращающихся тарелках или в барабанах получают определенной величины шарики-окатыши, которые затем обжигают в специальных печах.

Топливом в доменной печи является кокс (сгорая, он дает тепло и является источником получения восстановителя окислов железа), а также природный газ, вдуваемый внутрь печи через специальные устройства (фурменные приборы). Вместо природного газа, с целью снижения удельного расхода кокса, в печь можно вдувать пылевидный уголь.

Агломерат, окатыши, кокс поступают в доменный цех в железнодорожных вагонах или по системе конвейеров. Затем эти материалы выгружают в бункеры, после чего отделяют от мелочи с помощью грохотов, дозируют и готовят шихту. Доменную шихту посредством скипового подъемника загружают в печь и укладывают послойно в колошниковой зоне печи при помощи загрузочного устройства. В некоторых домнах шихта из бункера на колошник подается при помощи транспортера.

                

Рисунок 4 – Схема                              Рисунок 5 – Литейный двор

доменного процесса                           доменной печи № 6

 

На колошнике материал высыпается в воронку вращающегося распределителя, дном которого является малый конус. Для правильного распределения материалов по окружности большого конуса воронка распределителя поворачивается на заданный угол и останавливается. Малый конус открывается, и материал выгружается на большой конус, который во время опускания малого конуса остается закрытым. Малый конус закрывается, а большой конус опускается, перегружая материалы в печь. Для опускания и подъема малого и большого конусов служит одна электролебедка

Для того чтобы еще сильнее подогреть шихту перед расплавлением, через фурменные приборы в домну вдувают горячий воздух. Это позволяет снизить расход дорогостоящего кокса и повышает производительность домны. Воздух перед подачей нагревают до температуры 1200 – 1300⁰ С в воздухонагревателях, или как их еще называют по имени изобретателя, кауперах.

Шихтовые материалы, заполняющие всю печь, непрерывно опускаются вниз под действием силы тяжести, а снизу вверх поднимается горячий газ, который нагревает шихту и одновременно участвует в восстановительных процессах. Уровень шихты в доменной печи измеряется при помощи двух щупов – зондов, которые подвешены на канатах, наматываемых на барабаны лебедок.

В горне домны сгорает кокс, развивая очень высокую температуру (1800 – 2000⁰ С). Сгорая, кокс соединяется с кислородом воздуха, и образует углекислый газ. Под влиянием высокой температуры углекислый газ превращается в оксид углерода, который отнимает у железной руды кислород, восстанавливая железо. Стекая вниз через слой раскаленного кокса, железо насыщается углеродом (науглероживается) и превращается в чугун. Жидкий чугун скапливается в нижней части печи (горне), а на его поверхности собирается более легкий слой расплавленной пустой породы рудного материала (шлак). После накопления в горне жидких чугуна и шлака их выпускают через летки с периодичностью 15 – 20 раз в сутки в зависимости от объема печи.

Чугун разливают в чугуновозные ковши и транспортируют в кислородно-конвертерный цех для переработки в сталь, шлак разливают в шлаковозные ковши, которые транспортируют в цех переработки металлургических шлаков (ЦПМШ). Доменный шлак могут перерабатывать в гранулированный шлак на установках придоменной грануляции.

Современные доменные печи являются высокопроизводительными металлургическими агрегатами с высокой степенью механизации и автоматизации технологического процесса.

В составе доменного производства ПАО «НЛМК» 2 доменных цеха. Доменный цех № 1 – печи № 2, 3, 4, 5.

Доменный цех № 2 – печь № 6.

Всего доменные печи комбината выплавляют около 9 млн. тонн чугуна в год.

 

Производство литых слябов

 

Сталь по сравнению с чугуном, содержит значительно меньше углерода (до 2%). Она мягче, податливее, её легче обрабатывать. Металлурги научились легировать сталь, то сеть «сдабривать» её различными добавками и придавать ей разнообразные свойства, изменяя в каждом конкретном случае условия ведения технологического процесса. Если, например, в сталь добавить немного титана, легкого и прочного металла, а затем хром и никель, то получим сталь твердую, пластичную и коррозионностойкую (нержавеющая сталь). Легирующими добавками также служат – вольфрам, кобальт, молибден, ванадий, цирконий и др. Большинство этих добавок вводят в сталь в виде готовых сплавов с железом, которые называются ферросплавами. Некоторые из них выплавляются в ферросплавном цехе комбината (ФСЦ).

Для выплавки стали, на комбинате используются кислородные конвертеры, представляющие собой емкости грушевидной формы, футерованные внутри стойким огнеупорным кирпичом. В КЦ-1 установлено 3 конвертера емкостью по 160 т каждый, в КЦ-2 – 2 конвертера емкостью по 300 т.

В общем виде процесс производства стали можно представить как ряд операций, задачей которых является удаление примесей из чугуна. Если производство чугуна с точки зрения химиков процесс – восстановительный, то передел чугуна и металлического лома в сталь – окислительный.

Технология кислородно-конвертерного процесса выплавки стали основана на удалении (окислении) примесей (углерода, кремния, марганца, фосфора и серы) за счет вдувания в жидкий чугун через вертикальную водоохлаждаемую фурму технически чистого кислорода и перевод этих примесей в шлак или газовую фазу.

В качестве шлакообразующих материалов используется металлургическая известь, доломит и плавиковый шпат. Эти материалы, реагируя с примесями, связывают их в прочные соединения, которые не растворяются в стали, а всплывают в шлак.

 

Рисунок 6 – Принципиальная схема кислородного конвертера

 

Технология производства стали, включает последовательное выполнение следующих операций:

- Загрузка металлического лома в конвертер в количестве 18 – 22 % от всей металлической шихты плавки.

- Заливка жидкого чугуна в конвертер.

- Продувка металла в конвертере техническим кислородом, подаваемым через фурму, с одновременной продувкой металла нейтральными газами (азотом, аргоном) через донные фурмы (КЦ-1) и присадкой в конвертер шлакообразующих материалов.

- Измерение температуры и отбор проб металла и шлака после окончания продувки.

- Выпуск планки из конвертера в сталеразливочный ковш с присадкой науглероживателя и раскислителей (ферросплавов, обеспечивающих получение расплава с химическим составом, близким к среднему составу для данной марки стали).

- Обработка расплава аргоном в сталеразливочном ковше (внепечная обработка) производится для усреднения и корректировки химического состава и температуры.

 

Жидкий чугун в конвертерное отделение подаётся в заливочных ковшах, установленных на не приводных чугуновозных тележках, перемещающих тепловозом по двум ширококолейным железнодорожным путям, уложенным на рабочей площадке в загрузочном пролёте. Заливочные ковши, доставленные таким образом к конверторам, в загрузочном пролёте захватываются траверсой заливочного крана грузоподъёмностью 400 – 100/16 т транспортируются к конвертеру, после чего чугун из них сливается в конвертер.

Сыпучие материалы в конвертерное отделение подаются двумя ленточными наклонными конвейерами производительностью по 330 т/ч, установленные в закрытой проходной галерее. Под горизонтальными участками в конвертерном отделении сооружены подвесные расходные бункеры (8 бункеров на каждый конвертер).

Распределение материалов по бункерам производится реверсивными транспортёрами. Выдача материалов из бункеров производится через систему вибропитателей и виброгрохотов, весовых дозаторов, продольных и поперечных транспортёров в промежуточные бункеры.

Система подачи сыпучих материалов обеспечивает двухстороннюю подачу материалов в конвертер. Причём тракт подачи извести предусматривает отсев мелочи и подачу извести двумя способами: крупными порциями (до 70 % к общему расходу на плавку) и непрерывно по ходу продувки в течение 10 минут.

Отсечная мелочь извести спускными трубами с затворами может быть подана в сталеразливочный ковш для укрытия металла и в специальный бункер, установленный под рабочей площадкой для отгрузки её на аглофабрику цементовозами.

Весь цикл получения одной плавки жидкой стали таким способом составляет от 40 до 60 минут.

Выпуск плавки из конвертера производится в сталеразливочный ковш ёмкостью 350 т, оборудованный скользящим затвором сталевыпускного отверстия шиберного типа. При выпуске устанавливается на электрифицированной приводной сталевозной тележке (сталевозе) с нижним токосъёмником.

Шлак из конвертера сливается в две шлаковые чаши ёмкостью по 16 м³, установленные на электрифицированной шлаковой тележке (шлаковозе) с нижним токосъёмником. Шлаковоз перемещается по общим со сталевозом железнодорожным путям. Привод его унифицирован с приводом сталевоза. Слитый из конвертера шлак шлаковозом вывозится в шлаковый полёт, где шлаковые чаши переставляются краном на не приводные шлаковозы с механизмом кантования и вывозятся из конвертерного отделения.

Производство слябов осуществляется путем разливки жидкой стали на установках непрерывной разливки стали (УНРС).

Установка непрерывной разливки стали – агрегат, который позволяет разливать жидкий металл в твердые заготовки заданного сечения – прямоугольного (слябы), квадратного (блюмы), круглого или профилированного (круг, тавр, двутавр и т.д.).

Рисунок 7 – Схема УНРС криволинейного типа

 

Основная часть УНРС – водоохлаждаемый кристаллизатор с медными стенками, внутри которых циркулирует охлаждающая вода. Перед началом разливки в кристаллизатор вводят так называемую затравку, которая образует временное дно кристаллизатора. Затравка – это конструкции из стальных звеньев, связанных между собой. Она предназначена для запуска УНРС в работу.

Рисунок 8 – Установка непрерывной разливки стали

 

Жидкую сталь подают на УНРС в сталеразливочном ковше, который устанавливают на поворотный стенд. Под сталеразливочным ковшом помещают промежуточный ковш, который распределяет жидкую сталь в кристаллизаторы. УНРС может иметь от одного до восьми кристаллизаторов (ручьев). На НЛМК применяются только двухручьевые УНРС.

Жидкая сталь, касаясь холодных стенок к мгновенно образует твердую «корочку», а с затравкой первые порции затвердевшего металла образуют прочное сцепление. Включается тянуще-правильное устройство УНРС и затравка с «намороженным» слитком вытягивается из кристаллизатора. Кристаллизатор УНРС во время разливки качается вверх-вниз (чтобы «корочка» слитка не приваривалась к стенкам кристаллизатора).

Ниже кристаллизатора слиток попадает в зону вторичного охлаждения, где на поверхность слитка подают воду или смесь воды и сжатого воздуха. Чтобы поверхность еще не застывшего слитка не деформировалась, пока она движется в зоне вторичного охлаждения, её поддерживают ряды горизонтальных роликов, диаметр которых увеличивается от верха к низу УНРС. В зоне вторичного охлаждения жидкая сталь внутри слитка полностью кристаллизуется, и уже затвердевший металл входит в тянуще-правильное устройство.

Когда слиток полностью затвердел и выпрямлен в горизонтальное положение, он попадает на установку газовой резки, где специальные резаки смесью природного газа и кислорода разрезают его на куски заданных размеров. Отрезанные слябы при помощи роликового конвейера (рольганга) подаются на склад, где проходят контроль качества, и обработку, обеспечивающую удаление выявленных дефектов. Затем слябы отгружают в листопрокатный цех № 3 или в полувагоны для отправки сторонним потребителям.

КЦ-1 оснащен двумя высокопроизводительными УНРС криволинейного типа и двумя УНРС вертикального типа. В состав оборудования КЦ-2 входят четыре УНРС криволинейного типа и одна – радиального типа. Для разливки металла применяют сталеразливочные ковши емкостью 180 и 350 т и промежуточные ковши емкостью 10, 23, 30 и 50 т.

Сталеплавильное производство ПАО «НЛМК» состоит из двух конвертерных цехов – КЦ-1 и КЦ-2 – производительностью порядка 3,8 и 5,5 млн. т литых слябов в год соответственно.