Механическое оборудование конвертерного производства

 
 
 
 
 
 
А. Л. Челядина 
 
 
 
 
 
 
 
 
МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ  
КОНВЕРТЕРНОГО ПРОИЗВОДСТВА 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 

УДК 669.1 
ББК 34.32 
Ч-41 
 
 
 
Рецензенты: 
кафедра машин металлургического комплекса Донбасского государственного 
технического университета, зав. кафедрой, доц., канд. техн. наук  
Вишневский Д. А.; 
д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой механического оборудования заводов  
черной металлургии ГОУ ВПО «ДонНТУ» Еронько С. П. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Челядина, А. Л. 
Ч-41   
Механическое оборудование конвертерного производства : учебное пособие / А. Л. Челядина. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 
144 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1579-8 
 
Рассмотрен комплекс оборудования цехов для производства стали в конвертерах. 
Рассмотрено основное оборудование конвертерного цеха: миксеры, конвертеры, установки непрерывной разливки стали, а также оборудование для внепечной обработки 
стали: установка доводки стали в ковше, агрегат «ковш-печь» и вакууматор. Приведены 
методики расчетов оборудования, входящего в комплекс современного конвертерного 
цеха. 
Для студентов, обучающихся по профилю «Металлургические машины и оборудование» направления «Технологические машины и оборудование», а также может быть 
полезно студентам, обучающимся по направлению «Металлургия». 
 
УДК 669.1 
ББК 34.32 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1579-8 
” Челядина А. Л., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ......................................................................................................................  5 
1. Грузопотоки цехов по производству стали в конвертерах ................................. 6  
1.1. Цехи с наличием стационарных миксеров ...................................................  6 
1.2. Цехи без наличия стационарных миксеров ..................................................  9 
2. Миксеры ................................................................................................................  11  
2.1. Конструкция передвижного миксера ........................................................... 11 
2.2. Конструкция стационарного миксера .......................................................... 17 
2.3. Машина для скачивания шлака .................................................................... 19 
2.4. Виды приводов наклона стационарных миксеров 
...................................... 21 
2.5. Расчеты приводов механизмов стационарного миксера 
............................ 24 
3. Конвертеры ............................................................................................................ 28 
3.1. Конструкции кислородных конвертеров ..................................................... 28 
3.2. Приводы поворота конвертера 
.....................................................................  34  
3.3. Шихтовка плавки и подготовка конвертера к работе 
................................. 38 
3.3.1. Твердая металлическая шихта ............................................................... 38 
3.3.2. Скраповозы .............................................................................................. 40 
3.4. Ремонт конвертера ........................................................................................  41 
3.4.1. Машины для ремонта конвертера ......................................................... 41 
3.4.2. Торкретирование футеровки конвертера 
.............................................  47 
3.5. Расчет привода поворота конвертера 
........................................................... 51 
3.5.1. Определение момента, необходимого для поворота  
порожнего конвертера .............................................................................................. 51 
3.5.2. Определение момента, создаваемого жидким металлом 
.................... 52 
3.5.3. Определение момента, создаваемого силами трения  
в подшипниках опор конвертера ............................................................................. 56  
4. Машины для подачи кислорода в конвертер 
.....................................................  60 
4.1. Конструкции машин для подачи кислорода в конвертер .........................  60 
4.1.1. Стационарная машина для подачи кислорода ..................................... 60 
4.1.2. Двухпозиционная передвижная машина для подачи кислорода ....... 62 
4.1.3. Стационарная машина для подачи кислорода  
типа МПК-330 
............................................................................................................ 66 
4.2. Фурма для подачи кислорода 
........................................................................ 71 
4.3. Расчеты механизмов машины для подачи кислорода в конвертер ........... 74 
4.3.1. Расчет механизма перемещения фурменной каретки ......................... 74 
4.3.2. Расчет механизма передвижения платформы ...................................... 76  
5. Оборудование для внепечной обработки стали ................................................. 78 
5.1. Установки комплексной обработки металла в ковше без нагрева 
............ 82 
5.1.1. Способы подачи газа в установки доводки металла ........................... 84 
 
 
3

5.1.2. Устройства для введения в металл алюминиевой  
и порошковой проволоки 
.......................................................................................... 88 
5.2. Установки комплексной обработки металла в ковше с нагревом ............ 90 
5.3. Вакууматоры 
................................................................................................. 102 
5.4. Расчеты механизмов агрегатов для внепечной обработки ...................... 110 
6. Установки для непрерывной разливки стали ................................................... 112 
6.1. Типы машин непрерывного литья заготовок ............................................ 114 
6.2. Состав оборудования машины непрерывного литья заготовок  
и основные конструктивные особенности 
............................................................ 118 
6.3. Расчеты оборудования машины непрерывного литья заготовок ............ 134 
Заключение 
............................................................................................................... 139 
Библиографический список 
.................................................................................... 140 
 
 
 
 
 
 
 
 
4

ВВЕДЕНИЕ 
 
Сталеплавильное производство сегодня выпускает тысячи марок стали 
различного назначения. Практически вся произведенная сталь разливается на 
установках непрерывной разливки с получением слябов различного сечения в 
зависимости от дальнейшего их применения. 
Современное машиностроение все чаще требует выпуска сложных многокомпонентных марок стали для решения различных технических задач с последующей их реализацией. Выплавка таких сталей обеспечивается, прежде 
всего, развитием и применением машин и оборудования, отвечающим требованиям современной технологии. Поэтому подготовка специалистов в области 
металлургических машин и оборудования, в том числе сталеплавильного, 
должна базироваться на знании конструкции машин, их функционального 
назначения, особенностей сталеплавильного оборудования. 
В пособии рассмотрено основное оборудование сталеплавильных цехов, 
конструктивные особенности агрегатов и машин. Для каждого оборудования 
приведены примеры технологического и конструктивного развития и изменения состава оборудования, рассмотрены достоинства и недостатки, технические 
характеристики действующего оборудования 
Отдельными пунктами каждой главы стоят методики расчетов механизмов основного оборудования сталеплавильного цеха. 
Учебное пособие, подготовленное автором на основе читаемого курса 
«Сталеплавильное оборудование» и одноименного электронного презентационного курса лекций, предназначено для студентов бакалавриата и магистратуры, обучающихся по направлению «Технологические машины и оборудование» 
и профилю «Металлургические машины и оборудование» а также может быть 
полезно студентам, обучающимся по направлению «Металлургия». 
 
 
 
 
5

1. ГРУЗОПОТОКИ ЦЕХОВ ПО ПРОИЗВОДСТВУ СТАЛИ  
В КОНВЕРТЕРАХ 
 
В настоящее время ведущим способом получения стали является кислородно-конвертерный. Он практически вытеснил мартеновский способ и обеспечивает выплавку большей части производства стали в мире. 
Такой переход на конвертерный способ в сталеплавильном производстве 
обусловлен значительными технико-экономическими преимуществами этого 
способа по сравнению с другими (например, с мартеновским). Это более высокая производительность на единицу выплавляемой стали, меньшие капитальные затраты, более благоприятные условия для механизации и автоматизации 
производственных процессов и совмещение процесса выплавки стали с ее внепечной обработкой и непрерывной разливкой. 
Сейчас производительность самой мощной мартеновской печи в 8–10 раз 
меньше производительности современного большегрузного кислородного конвертера. Современный конвертерный цех, оснащенный тремя-четырьмя конвертерами емкостью по 400 т каждый при полной загрузке и работе по два-три из 
четырех, может обеспечивать плавки с циклом 30–40 мин в зависимости от 
марки стали и производить по несколько десятков миллионов тонн стали в год. 
Так и работает большинство конвертерных цехов с конвертерами различной 
емкости на крупнейших металлургических предприятиях России и мира, обеспечивая машиностроительные отрасли современными высококачественными 
сталями. 
В системе грузопотоков современного конвертерного цеха различают 
следующие основные технологические линии (рис. 1) [1]: 
– подачи и загрузки металлического лома в конвертер I; 
– доставки и заливки жидкого чугуна II;  
– подачи, дозирования и загрузки сыпучих шлакообразующих материалов III; 
– подачи кислорода IV; 
– доставки, дозирования, нагрева и подачи ферросплавов в сталеразливочный ковш V; 
– приема, транспортирования и внепечной обработки стали VI; 
– приема, транспортирования и разливки стали VII; 
– уборки и переработки шлака VIII. 
 
1.1. Цехи с наличием стационарных миксеров 
 
В случае, если конвертерный цех оснащен конвертерами небольшой емкости (например, 150 т), и они не могут принять весь объем выплавленного в 
доменном цехе чугуна или если емкости имеющихся в цехе конверторов не 
хватает принять к выплавке увеличившийся по различным причинам объем по 
 
6

лученного в доменном цехе чугуна, в цехе необходимо вводить в эксплуатацию 
стационарный миксер для хранения излишек чугуна.  
В данном случае схема основных грузопотоков цеха будет соответствовать схеме, приведенной на рис. 1. Стрелками указано движение материалов 
внутри цеха. 
Осуществление операций технологической линии I может быть организовано как в самом конвертерном цехе, так и с привлечением вспомогательных 
производств. Для складирования, переработки и подготовки металлического 
лома к переплавке служат копровый цех или специализированное производство 
по подготовке лома. Подготовленный металлический лом подается железнодорожным транспортом в отделение (или открылок) магнитных материалов. Лом 
загружается в совки магнитно-грейферными кранами 1. Загруженные совки 
взвешиваются и устанавливаются на скраповоз 2, подающий их на рабочую 
площадку. Подача и загрузка лома в конвертер 4 осуществляется загрузочной 
машиной 3. 
 
 
Рис. 1. Схема грузопотоков конвертерного цеха со стационарным миксером 
 
Доставка и заливка жидкого чугуна в соответствии с операциями технологической линии II осуществляется следующим образом. Чугун из доменного 
цеха доставляется в чугуновозных ковшах 5 железнодорожным транспортом в 
миксерное отделение. Из чугуновозных ковшей чугун переливается в стационарный миксер 6 миксерным краном 7. По мере надобности чугун из миксера 
 
 
7

выдается в чугуновозные ковши 8, соответствующие по объему емкости конвертеров цеха. Ковши с чугуном подаются на рабочую площадку конвертерного отделения железнодорожным транспортом или самоходным чугуновозом. 
Чугун из ковшей заливается в конвертер 4 заливочным (литейным) краном 9. 
Подача, дозирование и загрузка сыпучих шлакообразующих материалов 
обеспечивается работой оборудования технологической линии III. Осуществление операций технологической линии III может быть организовано как в самом 
конвертерном цехе, так и с привлечением вспомогательных производств.  
На крупных металлургических предприятиях подготовка сыпучих материалов 
осуществляется в известковых или огнеупорных цехах. Сыпучие материалы доставляются в шихтовое отделение (открылок) немагнитных материалов железнодорожным или автомобильным транспортом и разгружаются в приемные 
бункера. Из отделения немагнитных материалов сыпучие материалы подаются 
по наклонному конвейерному тракту 10 и реверсивным передвижным конвейерам 11 в расходные бункера, находящиеся в конвертерном отделении. Загрузка 
в конвертер в процессе плавки определенных порций шлакообразующих и 
охлаждающих материалов осуществляется системой дозирования и подачи 13. 
Она состоит из вибропитателей, весов-дозаторов, конвейеров, промежуточных 
бункеров и трубных течек. 
В соответствии с технологической линией IV доставка технически чистого кислорода осуществляется по магистрали из кислородного цеха. Подача кислорода в конвертер осуществляется машиной для подачи кислорода 14 с двумя 
кислородными фурмами. 
Операции по доставке, дозированию, нагреву и подаче ферросплавов в 
сталеразливочный ковш осуществляются оборудованием технологической линии V. Ферросплавы доставляются в цех в контейнерах автомобильным или 
железнодорожным транспортом из ферросплавного цеха и перегружаются краном в расходные бункера 15. Взвешенные порции ферросплавов нагреваются в 
печах для прокаливания ферросплавов 16, расположенных на рабочей площадке конвертерного отделения. Нагретые ферросплавы взвешиваются и подаются 
в сталеразливочный ковш 19 с помощью течки 17 или лотка для подачи 18. 
Сталеразливочный ковш 19 со сталью на сталевозе отправляется на внепечную обработку согласно операциям технологической линии VI.  
Технологическая линия VI по приему, транспортированию и внепечной 
обработке стали является буферной между выплавкой и разливкой, но она важна для обеспечения марочного состава стали, обеспечения ее механических 
свойств и температуры перед разливкой. Внепечная обработка стали может 
осуществляться на установке доводки металла (УДМ) 20, на агрегате «ковшпечь» 21 и на вакууматоре 22.  
 
 
8

Готовая сталь далее отправляется по технологической линии приема, 
транспортирования и разливки стали VII. Сталеразливочный ковш 19 разливочным краном 23 устанавливается на сталеразливочный стенд 24. Сталь разливается на установке непрерывной разливки стали (УНРС) 25 с получением цельнолитого сляба заданных размеров. Слябы являются как заготовками для последующей горячей прокатки на станах горячей прокатки, так и готовой продукцией для отгрузки заказчикам. 
Согласно операциям линии уборки и переработки шлака VIII после каждой плавки шлак из конвертера 4 сливается в ковш самоходного шлаковоза 26, 
который отвозит ковш в шлаковый пролет цеха. Там краном ковш переставляется на уборочный шлаковоз и отправляется в шлаковое отделение (шлаковый 
двор), где шлак сливается в ямы для охлаждения и дробления. 
Наличие миксерного отделения сопряжено с наличием дополнительных 
железнодорожных путей и транспорта, зданий и сооружений, энергосиловых 
коммуникаций, системы газоочистки и пылеулавливания, штата обслуживающего и ремонтного персонала, что ведет к увеличению себестоимости тонны 
стали. 
 
1.2. Цехи без наличия стационарных миксеров 
 
В тех случаях, когда конвертерный цех оснащен конвертерами большой 
емкости (300 т и более), хранение жидкого чугуна в стационарных миксерах не 
требуется. Весь объем подаваемого из доменного цеха чугуна переплавляется 
имеющимися в конвертерном отделении конвертерами без простоев составов с 
чугуном и нарушений времени проведения технологических операций как в 
доменном, так и в конвертерном цехе. В этом случае в состав оборудования 
технологической линии II (рис. 2) будет входить оборудование для перелива и 
взвешивания ковшей с чугуном. Также в состав этой линии может быть добавлена установка для десульфурации чугуна.  
Таким образом, доставка и заливка жидкого чугуна в соответствии с операциями технологической линии II осуществляется следующим образом. Чугун 
из доменного цеха доставляется в чугуновозных ковшах 5 железнодорожным 
транспортом в миксерное отделение. Из чугуновозных ковшей чугун переливается миксерным краном 7 в чугуновозные ковши 8, соответствующие по объему емкости конвертеров цеха. Ковши с чугуном взвешиваются и подаются на 
рабочую площадку конвертерного отделения железнодорожным транспортом 
или самоходным чугуновозом. Чугун из ковшей заливается в конвертер 4 заливочным (литейным) краном 9. 
 
 
9

 
Рис. 2. Схема грузопотоков конвертерного цеха без стационарного миксера 
 
Порядок работы технологических линий подачи и загрузки металлического лома в конвертер I, подачи, дозирования и загрузки сыпучих шлакообразующих материалов III, подачи кислорода IV, доставки, дозирования, нагрева и подачи ферросплавов в сталеразливочный ковш V, приема, транспортирования и внепечной обработки стали VI, приема, транспортирования и разливки стали (VII)  
и уборки и переработки шлака VIII осуществляется тем же способом, который 
рассмотрен в п. 1.1. данного учебного пособия. 
 
 
 
10