Проектирование цехов сталеплавильного производства
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Инфра-Инженерия
Авторы:
Вдовин Константин Николаевич, Мысик Виктор Федорович, Точилкин Виктор Васильевич, Чиченев Николай Алексеевич
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 528
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-0522-5
Артикул: 766581.01.99
Изложены основные положения по проектированию сталеплавильных цехов, даны материалы по выбору и расчету основного сталеплавильного оборудования, элементов МНЛЗ, приведены отдельные справочные данные. Рассмотрены схемы применения металлургических машин в сталеплавильных цехах. Представлены вопросы конструирования металлургических машин сталеплавильного производства, рассмотрены элементы оборудования внепечной обработки, машин непрерывного литья заготовок, их отдельных элементов: кристаллизаторов, промежуточных ковшей, сталеразливочных ковшей, систем гидравлического привода машин сталеплавильного производства. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Металлургия».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.03.02: Металлургия
- ВО - Магистратура
- 22.04.02: Металлургия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
¶¤ ¬§©
Допущено учебно-методическим объединением
по образованию в области металлургии
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению «Металлургия»
Москва Вологда
«Инфра-Инженерия»
2021
1
УДК 669.18.013(075.8) ББК 34.327я7 П80 А в т о р ы : К. Н. Вдовин, В. Ф. Мысик, В. В. Точилкин, Н. А. Чиченев Р е ц е н з е н т ы : главный научный сотрудник ФГБУ «Институт металлургии» Уральского отделения РАН доктор технических наук О. Ю. Шешуков; заведующий кафедрой проектирования и эксплуатации металлургических машин и оборудования ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова» доктор технических наук, профессор А. Г. Корчунов П80 Проектирование цехов сталеплавильного производства: учебник / [К. Н. Вдовин и др.]. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2021. – 528 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-0522-5 Изложены основные положения по проектированию сталеплавильных цехов, даны материалы по выбору и расчету основного сталеплавильного оборудования, элементов МНЛЗ, приведены отдельные справочные данные. Рассмотрены схемы применения металлургических машин в сталеплавильных цехах. Представлены вопросы конструирования металлургических машин сталеплавильного производства, рассмотрены элементы оборудования внепечной обработки, машин непрерывного литья заготовок, их отдельных элементов: кристаллизаторов, промежуточных ковшей, сталеразливочных ковшей, систем гидравлического привода машин сталеплавильного производства. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Металлургия». УДК 669.18.013(075.8) ББК 34.327я7 ISBN 978-5-9729-0522-5 Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 2
¯¨±®ª ±®ª° ¹¥-¨© ДЦ – доменный цех; СЦ – сталеплавильный цех; МЦ – мартеновский цех; ККЦ – кислородно-конвертерный цех; ЭСПЦ – электросталеплавильный цех; ОПЛ – отделение подготовки лома; МО – миксерное отделение; ВПО – отделение внепечной обработки стали; МНЛЗ – машина непрерывного литья заготовок; ОНРС – отделение непрерывной разливки стали; ШО – шихтовое отделение; К – кристаллизатор; СРК – сталеразливочный ковш; ПК – промежуточный ковш; ЗВО – зона вторичного охлаждения; АКОС – агрегат комплексной обработки стали 3
........................................................................ 7 « ¢ 1. .............................................................................. 9 1.1. ²¸¤°±¡²½¸§¤ ±¤´¬-ª-¢§§ § °®-°- º ®¤¯¤¯ -±©§ ¥¤ª¤¦-°-£¤¯¥¸¤¢- °º¯»¾ .................................... 9 1.2. ¯§¬µ§®º § ±¤´¬-ª-¢§¾ ®¯-¤©±§¯-¡¬§¾ § - -¯²£-¡¬§¾ «¤±ªª²¯¢§¶¤°©§´ «·§¬ ............. 14 1.3. ¸¾ ´¯©±¤¯§°±§© °±ª¤®ª¡§ª»¬º´ µ¤´-¡ ....... 29 1.4. ¡±-«±§¦§¯-¡¬¬º¨ ©-«®ª¤©° µ¤´-¡ °±ª¤®ª¡§ª»¬-¢- ®¯-§¦¡-£°±¡. ®¯¡ª¤¬§¾ ¤¢- ¯¦¡§±§¾ ...................................................... 33 « ¢ 2. .... 39 2.1. ¯-¤©±§¯-¡¬§¤ ........................................... 39 2.2. °¶¤± § ©-¬°±¯²§¯-¡¬§¤ - -¯²£-¡¬§¾ ........ 75 « ¢ 3. ... 96 3.1. ²¢-¡º¤ °±ª¤®ª¡§ª»¬º¤ ®¤¶§ ............................ 96 3.2. °- ¤¬¬-°±§ ±¤´¬-ª-¢§§ ®ª¡©§ § ¯ -±º °-¡¯¤«¤¬¬º´ ............................................ 124 3.3. ¯-¤©±§¯-¡¬§¤ ©-«®ª¤©° ...................... 133 « ¢ 4. ........................ 147 « ¢ 5. ................................. 191 5.1. -¯²£-¡¬§¤ £ª¾ -±°¤¶©§ ®¤¯¡§¶¬-¢- ·ª© ...... 191 5.2. -¯²£-¡¬§¤ £ª¾ -±°¤¶©§ ©-¬¤¶¬-¢- ·ª© ........ 193 5.3. -¯²£-¡¬§¤ £ª¾ -±°¤¶©§ ·ª© «¬§®²ª¾±-¯«§ ............................................... 199 « ¢ 6. ................................... 212 6.1. ±ª¤¯¦ª§¡-¶¬º¤ ©-¡·§ .................................. 212 6.2. -¯²£-¡¬§¤ £ª¾ ¦«¤¬º ......................... 217 6.3. °±¯-¨°±¡ £ª¾ ¦¸§±º °±¯²§ «¤±ªª .................. 220 6.4. §£¯¡ª§¶¤°©§¤ °§°±¤«º °±¤¬£ £ª¾ ¦«¤¬º ............................................... 226 6.5. ¯¬°®-¯±§¯-¡¬§¤ .................................... 228 4
« ¢ 7. .............. 231 7.1. ±®º ¯¦¡§±§¾ ®¯-µ¤°°-¡ § - -¯²£-¡¬§¾ ¬¤®¯¤¯º¡¬-¢- ª§±»¾ .......................................... 231 7.2. °¬-¡¬º¤ ±§®º «·§¬ ¬¤®¯¤¯º¡¬-¢- ª§±»¾ ¦¢-±-¡-© ......................................................... 233 7.3. ¦ª§¡© °±ª§ ¬ °ª¾ -¡º¤ ¦¢-±-¡©§ ................ 243 7.4. ¦ª§¡© °±ª§ ¬ °-¯±-¡º´ ..................... 247 7.5. ¸§¤ ±¤¬£¤¬µ§§ ¯¦¡§±§¾ ®¯-§¦¡-£°±¡ °±ª§ ° ¯¦ª§¡©-¨ ¡ ......................................... 252 7.6. º -¯ -°¬-¡¬º´ ®¯«¤±¯-¡ .................... 255 « ¢ 8. ............................................................... 264 8.1. ª¤«¤¬±º § ©-¬°±¯²©µ§¾ ..................... 264 8.2. -¦§¯-¡¬§¤ °±ª§ ........................................... 271 8.3. -¢¯²¥¬º¤ °±©¬º ........................................... 278 8.4. ³§¬§¯²½¸§¤ ²°±¯-¨°±¡ ........................... 279 8.5. ¤©-«¤¬£µ§§ ®- ®¯-¤©±§¯-¡¬§½ ¼ª¤«¤¬±-¡ ¡ ®¯-«¤¥²±-¶¬º´ ©-¡·´ ................... 293 8.6. -¯²£-¡¬§¤ £ª¾ ®-£¢-±-¡©§ ....................... 305 8.7. ¬¤¡«±§¶¤°©-¤ - -¯²£-¡¬§¤ ®-£°§°±¤«º - ° ®-£¶¤¨ ¯¢-¬ ............................ 312 8.8. -¯²£-¡¬§¤ £ª¾ ¯¦ª§¡©§ °±ª§ §¦ ............. 316 8.9. §£¯¡ª§¶¤°©§¤ °´¤«º ®-£°§°±¤«º - ............ 323 « ¢ 9. ........................................ 327 9.1. -¬°±¯²©±§¡¬º¤ -°- ¤¬¬-°±§ § ®¯«¤±¯º ¯ -±º °-¡¯¤«¤¬¬º´ ©¯§°±ªª§¦±-¯-¡ .............. 327 9.2. -¡¤¯·¤¬°±¡-¡¬§¤ ©-¬°±¯²©µ§§ ©¯§°±ªª§¦±-¯-¡ ............................................. 339 9.3. ±¤«±§¶¤©¾ «-£¤ª» «¤´¬§¦«-¡ ©¶¬§¾ ©¯§°±ªª§¦±-¯ .............................................. 341 9.4. °- ¤¬¬-°±§ ±¤¶¤¬§¾ ¥§£©-¨ °±ª§ ¡ ©¯§°±ªª§¦±-¯¤ °ª¾ -¡-¨ .................... 345 9.5. ª©-- ¯¦²½¸§¤ °«¤°§ § -°- ¤¬¬-°±§ §´ ¯ -±º ¡ ©¯§°±ªª§¦±-¯¤ ............................. 350 9.6. §°±¤« ¢§£¯¡ª§¶¤°©-¢- ®¯§¡-£ ©¯§°±ªª§¦±-¯-¡ ............................................. 355 9.7. °¶¤± «¤´¬§¦«-¡ ©¶¬§¾ ©¯§°±ªª§¦±-¯-¡ ............................................. 357 5
« ¢ 10. ......... 364 10.1. °¬-¡¬º¤ ®-ª-¥¤¬§¾ ....................................... 364 10.2. ¦ªº § ¼ª¤«¤¬±º «¤±ªª²¯¢§¶¤°©§´ ©¯¬-¡ ........ 387 10.3. -¬°±¯²§¯-¡¬§¤ § ¯°¶¤± «¤´¬§¦«-¡ «¤±ªª²¯¢§¶¤°©§´ ©¯¬-¡ ................................ 417 10.4. -«®-¬-¡©§ «¤±ªª²¯¢§¶¤°©§´ ©¯¬-¡ ............... 443 « ¢ 11. , ..................................... 455 11.1. °¬-¡¬º¤ ¼ª¤«¤¬±º ................................. 455 11.2. §£¯-«¤´¬§© °§°±¤«º ««¾¢©-¢-» - ¥±§¾ ¦-¬º ¡±-¯§¶¬-¢- -´ª¥£¤¬§¾ ................................... 458 11.3. ¾¬²¸¤-®¯¡§ª»¬¾ «·§¬ ............................. 473 11.4. ±¯¡© § ²°±¯-¨°±¡ £ª¾ ¤¤ ®¤¯¤«¤¸¤¬§¾ ...... 480 11.5. §°±¤« ¯¦£¤ª¤¬§¾ ¦¢-±-¡-© ¬ «¤¯¬º¤ £ª§¬º ........................................................... 486 11.6. °¶¤± ¼ª¤«¤¬±-¡ ¯-ª§©-¡º´ ®¯-¡-£-© .............. 490 11.7. §°±¤«º -´ª¥£¤¬§¾ ............................. 496 11.8. ¯¬°®-¯±¬-¤ - -¯²£-¡¬§¤ ................... 503 « ¢ 12. - .............................. 508 ................................................. 518 6
Повышение эффективности производства металлопродукции во многом зависит от эффективных технологий металлургического производства и, применяемого для их осуществления, механического оборудования. Поэтому подготовка специалистов в области проектирования металлургических цехов и машин является стратегически важной задачей, необходимой для обеспечения национальной безопасности страны. При создании сталеплавильных цехов и металлургических машин требуются специфическое видение, понимание, абстрактное мышление, которое включает: 1) компоненты некоторого объемно-планировочного представления, прочтение аксонометрического и декартова изображений; 2) умение представить объект в некотором табличноцифровом виде, в виде модели, описываемой набором показателей, за которыми предполагается ряд технологических и иных решений; 3) владение отечественными и зарубежными справочнолитературными данными и нормативными материалами, чтобы уметь выделять тенденции развития данного вида техники, возможности технологии производства и использования материалов, изменение объемов спроса на выпускаемую продукцию (марочник и сортамент), экологические и иные ограничения и, наконец; 4) достаточные знания и представления обо всех частях проекта, которые требуют от технолога учета при определении габаритов, транспортных и иных развязок, стоимости и проч. В число задач, к решению которых готовят инженеровпроектировщиков, входят: выбор технологических процессов, основного и вспомогательного оборудования; разработка транспортной схемы производства, включая структуру и объемы устройств для межоперационного хранения продуктов; 7
разработка требований и согласование решений по системам и конструкциям, необходимым для обеспечения технологических процессов проектирования заводов просматривались три проектные стадии процесса реализации инвестиций. Это, во-первых, так называемые предпроектные решения (стадии), когда изучается необходимость осуществления будущего проекта, анализируется рынок, спрос, условия конкуренции, технические характеристики аналогичных производств и намечаемого проекта, имеющиеся материальные и иные ресурсы. Во-вторых, собственно технико-экономические обоснования (ТЭО), включая согласования, оценку проекта, решения об инвестициях как по стоимости проектных работ, так и по глубине проработки и согласованиям. В результате многие решения принимались волюнтаристски. Заключительная стадия проектирования состоит из разработки проектной и конструкторской документации, которая включает детальные вопросы установки каждой единицы оборудования, решение вопросов строительной части, коммуникаций, обеспечения управления. Учебник допущен учебно-методическим объединением по образованию в области металлургии в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению Металлургия. 8
1 1.1. ³¹¥±²¢³¾¹¨¥ ²¥µ-®«®£¨¨ ¨ ±¯®±®¡» ¯¥°¥° ¡®²ª¨ ¦¥«¥§®±®¤¥°¦ ¹¥£® ±»°¼¿ Потребность и качество металла определяют потребители. В качестве сырья для производства стали могут использоваться первородное сырье и металлолом, или их совместные различные комбинации. В соответствии с этим идет и развитие технологий по выплавке стали. Рост цен на энергоносители и ухудшение качества сырья заставляет металлургов разрабатывать новые металлургические агрегаты и способы рафинирования стали от вредных примесей, в том числе от цветных металлов. Известно, что одна и та же марка стали, выплавленная с использованием разных шихтовых материалов или выплавленная в различных сталеплавильных агрегатах, отличается своими свойствами. В настоящее время используются различные металлургические процессы производства стали. Одна из таких процессов представлен на рис. 1.1. По данным журнала «Новости черной металлургии за рубежом», в 2010 году в мире было выплавлено – 1400 млрд т стали и 900 млрд т чугуна. Из этого следует, что было переплавлено более 0,5 млрд т стального лома, т. е. доля вторичного лома в общей шихте составляет ~35 %. В России, по данным того же источника, чугуна было произведено примерно 48 млн т, а стали ~67 млн т и доля лома в металлозавалке составила ~ 28 %. Этот показатель ниже среднемирового, что связано с меньшей долей выплавки стали методами электрометаллургии. Доля электростали в общем объеме будет увеличиваться. Это связано, прежде всего, с увеличением фонда металлолома, территориальным размещением новых мини-заводов для удовлетворения региональных потребностей, из-за растущих железнодорожных тарифов и по экологическим соображениям. Кроме того, маршрут выплавки металла с использованием дуговых сталеплавильных печей (ДСП) от9
личается универсальностью, так как возможно применение не амортизационного лома, но жидкого или твердого чугуна и продукта металлизации. Основным сырьем в ближайшей перспективе для таких заводов останется амортизационный лом. Качество лома постоянно снижается из-за накопления в нем примесей цветных металлов. В табл. 1.1 приведен типичный состав амортизационного лома, используемого в черной металлургии. Следует отметить, что загрязненность лома зависит от технологий сбора и подготовки лома к плавке и меняется от страны к стране. ª§µ 1.1 §®§¶¬º¨ ´§«§¶¤°©§¨ °-°±¡ ª-«, % 10í3 §£ ª-« C Mn S P Cr Ni Sn Cu ±¯º¨ ª-« 122 786 45 40 22 52 12 70 ©¤±º 1 ©±¤¢-¯§§ 82 198 17 33 27 73 90 55 ¦«¤ª»¶¤¬¬º¨ ª-« 163 178 28 14 44 68 44 298 ¡¥£º §¦«¤ª»¶¤¬¬º¨ ª 330 350 37 25 280 74 10 23 С увеличением оборота амортизационного лома, содержание загрязняющих элементов в готовой стали на соответственном в последующем из нее амортизационном ломе и ломе металлообработки повышается и может достичь пределов, когда лом становится непригодным для дальнейшего использования. На рис. 1.2 приведены данные накопления неиспользуемого лома при выплавке 1 млрд т стали способами, применяемыми в настоящее время без использования специальных методов очистки лома. Расчет накопления неиспользуемого лома: 1 – при условии увеличения содержания загрязняющих примесей в 1,5 раза к 2020 г.; 2 – при условии, что качество лома меняться не будет. В настоящее время существует много методов подготовки лома, основными из которых являются: предварительная обработка лома; разделка, механическое дробление и сортировка; криогенное дробление; автоматизированная сортировка; многократное дробление; удаление загрязняющих веществ из жидкой стали; испарение в вакууме – удаление сульфидов, свинца. Однако экономически аффективных способов рафинирования лома от загрязняющих элементов пока не разработано. Наибольшее распространение получил шрединг-процесс для получения мелкокусковоголома, который при дроблении обеспечивает уменьшение содержания примесей цветных металлов в два раза. 10