Проектирование цехов

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» Кафедра механического оборудования металлургических заводов ЛЕКЦИИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «Проектирование цехов» Направление 151000 «Технологические машины и оборудование» Профиль «Металлургические машины и оборудование» Квалификация (степень) выпускника бакалавр Форма обучения очная Новокузнецк 2012г. Лекция 1 Введение Назначение и состав завода Проектное (документационное) представление завода Проектная мощность и производительность производственных цехов Проекти́рование — процесс создания проекта, прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, состояния. В технике — разработка проектной, конструкторской и другой технической документации, предназначенной для осуществления строительства, создания новых видов и образцов. В процессе проектирования выполняются технические и экономические расчёты, схемы, графики, пояснительные записки, сметы, калькуляции и описания. Проект — комплект указанной документации и материалов (определённого свойства), результат проектирования. Проект какого-либо объекта может быть индивидуальным или типовым. При разработке индивидуальных проектов широко применяются типовые проектные решения. Деятельность инженера — проектировщика цеха (завода) от деятельности разработчиков тех­нологии, оборудования, материалов отличается более высоким уровнем абстрагирования, требо­ваниями согласования возможностей и воздей­ствия проектируемого объекта с региональной и общегосударственной экономико-со­циальной системой и природными комплексами района размещения объекта проектирования. Все вопросы снабжения сырьем, материалами, энер­горесурсами, рабочей силой в проекте должны быть решены технологически до конца (хотя каждая часть и остается открытой системой. Точно так же вопросы регулирования или ограничения воздей­ствия проектируемого объекта на природный ком­плекс региона, в котором он будет размещен, дол­жны решаться конкретно, с учетом реальной об­становки, определяемой как характеристикой при­родного комплекса, так и суммарным воздействи­ем на него всех других источников техногенного и антропогенного воздействия в регионе. Принципиальные отличая металлур­гических объектов инновационного проектирова­ния. Каждый металлургический завод индивидуа­лен, и важнейшие технологические решения по нему неформальны, принимаются на основе интуиции и опыта, определяя современного высо­коклассного специалиста, «держащего в руках» весь инновационный цикл. Завод как техничес­кая система образован практически бесконечным количеством слабо связанных и слабо взаимоза­висимых элементарных изделий, комплектующих и материалов, обеспечивающих работу отдельной машины или технологической линии, т.е. всего множества, попадающего построчно в ту или иную детальную спецификацию. Завод как реаль­ный объект определяется границами, различаю­щимися для технолога, генпланировщика, стро­ителя, энергетика, электрика, эколога, местной власти и др., т.е. это объект с размыты­ми границами, тогда как любое изделие дискретно определено и на него суще­ствует паспорт. Собрать же все чертежи на дей­ствующий завод (цех), во-первых, нереально, а во-вторых, они адекватно его уже не отображают (построили не то, что проектировали, а эксплуа­тируют - не то, что строили). Назначение и состав завода Металлургия — область науки и техники полу­чения металлов из руд и других материалов с на­правленным изменением их химического соста­ва, свойств, структуры и формы. Черная металлургия охватывает добычу, обогаще­ние и окускование рудного сырья; коксохимичес­кое производство, производство чугуна, стали, проката, труб, метизов; изготовление ферроспла­вов и огнеупоров; добычу и переработку неруд­ного сырья и вторичную обработку черных ме­таллов. Металлургический завод — слож­ное многофункциональное предприятие, где вза­имодействуют объекты основного технологичес­кого производства и обеспечивающие его вспо­могательные службы. К объектам основного производства ме­таллургического комбината относятся цехи по из­готовлению полупродукта или готовой продукции: агломерационные, коксохимические, доменные, сталеплавильные, прокатные и трубные. Вспомогательные хозяйства и службы должны обеспечить нормальное функционирование объек­тов основного производства. К ним относятся объек­ты и сооружения информационного сопровождения и обеспечения, внутризаводского транспорта, ремонтно-инструментального хозяйства, энергообеспече­ния и электроснабжения, складирования сырья и материалов, экологические и другие службы обес­печения надзора и безопасности, административно-бытовые корпуса, здания и помещения. Основными объектами заводов металлургии яв­ляются производственные цехи, в которых изго­товляется металлургическая продукция: промежу­точная (добытая и обогащенная руда, кокс, чу­гун, выплавленный металл) и готовые изделия (прокат, трубы и метизы, товары народного по­требления и попутные). Современные цехи металлургического произ­водства - сложные промышленные комплексы, успешная работа которых зависит от техничес­ких и технологических, информационных и орга­низационных, экономических и социальных фак­торов. Решающее влияние на состав и экономи­ческие результаты работы современных цехов ока­зывает технология производства. В каждом цехе реализуется конкретный технологический про­цесс, определяемый характеристиками исходно­го материала и готовой продукции, уров­нем техники и экологическими ограничениями. Для обеспечения выпуска промышленной про­дукции современный цех оснащают комплексом технологического оборудования, позволяющим реализовать ту или иную технологию информационно и организаци­онно обеспеченного производства. В соответствии со струк­турой технологического процесса этот комплекс включает участки: складирования, контроля и подготовки исходного материала, его переработ­ки, контроля и складирования готовой продук­ции, а также ее отгрузки. На этих участках уста­новлены комплекты технологического оборудо­вания, связанные системой межучастковой транс­портировки. При нормальном функционировании комплекс основного производства должен обес­печивать: 1) выпуск продукции требуемого качества в за­данных номенклатуре и объемах при минималь­ных отходах обрабатываемого материала и мини­мальных затратах на функционирование системы (расходах по переделу); 2) эффективную производительность труда, со­четаемую с нормальными условиями работы обслу­живающего персонала и требованиями техники безопасности; 3) отсутствие (сверх нормированных) вредных выделений, как внутрицеховых, так и в окружа­ющую среду (водный и воздушный бассейны). Принятие проектного технико-технологичес­кого решения зависит от стадии проектирования. Рассмотрев назначение и состав производственных цехов металлургического завода, можно определиться, если так можно выразиться, с местонахождением проектировщика в иерархии отрасль — единичное оборудование, с необходимым для принятия решения объемом знаний. Проектное (документальное) представление завода Особенность недокументального представ­ления завода в значи­тельной степени определяется профессиональным уровнем специалиста. Сам образ завода от образа отдельной едини­цы оборудования, агрегата, сооружения отлича­ется размытостью. Отдель­ная единица оборудования как вид, паспортно определена заводом-изготовителем. Ее образ рождается в результате непосред­ственного наблюдения, рассмотрения, созерца­ния; образ как отражение прототипа соизмерим с масштабами человеческого восприятия, его раз­мерами. Он фотографически идентичен для по­купателей, обсуждающих параметры, отличающи­еся при приобретении у двух штук-особей в пределах паспортных характеристик. Металлургический завод, вообще говоря, не обойдешь и не осмотришь. Получить образ фун­кционирующего завода непосред­ственным осмотром может квалифицированный специалист (каждый — в своей области). И лишь квалифицированный специалист, точнее - ме­неджер высокого уровня, представляет образ данного завода в целом и встраивает его в систему уже существующих у него образов, отмечая раз­личия в известных ему областях (технологии, тех­нике, компоновках, организации управления, качестве и сортаменте готовой продукции и др.). Чем ниже квалификация, тем бледнее образ: ока­зываются неувиденными индивидуальные харак­теристики и отличия объекта. Таким образом, способ повышения квалификации — выстраива­ние для себя системы образов. Проектное видение завода с технологической точки зрения может быть представлено схемой движения металла по заводу, ме­нее (рис. 1.1) или более (рис. 1.2) конкретизи­рованной. Инвестор, строители, согласовываю­щие и контролирующие организации чаще обра­щаются к генеральному плану (рис. 1.3) Рис. 1.1. Балансовая схема движения металла по заводу Такой схемой чрезвычайно трудно (если вообще возможно) руководствоваться. Очевидно, что генплан завода (действующего или проектируемого), равно как и цеха, не дает ответа на множества ключевых технологичес­ких и иных вопросов. Нельзя по перечню образующихся обьектов представить завод. Прежде всего, приведенный перечень не со­впадает с экспликацией генплана. Например, не существует доменного цеха как зда­ния, подобно прокатному или механическому цехам, паровоздуходувной станции. На генплане изображены отдельно стоящие доменные печи (есть цехи, «образованные одной домной»), кау­перы (воздухонагреватели), бункерная эстакада, тракт шихтоподачи с электроподстанцией, раз­ливочные машины, депо ремонта чугуновозов, ма­стерская, склад чугуна и склад граншлака, административно-бытовое здание. Прокатные цехи чаще располагаются под одной крышей, образуя блок. Могут образовывать блок энергоремонтный, электроремонт­ный цехи, центральная электротехническая ла­боратория и трансформаторно-масляное хозяй­ство. Блок кислородных зданий — это несколько зданий, возможно, расположенных в разных час­тях завода. Коксохимическое производство - всегда мно­жество зданий и сооружений, как и конвертер­ный цех. Основные производства террито­риально локализованы, а многочисленные и раз­нообразные насосные, другие сооружения и сети водоснабжения и канализации, электрического, теплосилового, газового хозяйств, транспортные сооружения и сооружения связи, административно-бытовые помещения на­столько многочисленны, что рассредоточены по заводу и не всегда могут быть названы как на ген­плане, так и в соответствующей части проекта. Каждый завод принадлежит к тому или иному виду, кластеризуется по набору характеристик-по­казателей. Его «индивидуальность» проявляется, в частности, в названии цехов. Рис. 1.2. Предполагаемый материальный баланс и поток материалов Рис. 1.3. Металлургический завод в Искендеруне, Турция. Основные производства: 1 — коксовые батареи; 2 — цех подготовки сырья к доменной плавке; 3 — доменные печи; 4 — кислородно-конвертерный цех; 5 — непрерывный заготовочный стан 850/700/500; 6 — непрерывный мелкосортный стан 250; 7— непрерывный проволочный стан 250; 8 — среднесортно-балочный стан 700; 9 — тепловозо-вагонное депо; 10 — автогаражное хозяйство Таблица 1.1 Основные обьекты металлургического предприятия с полным циклом Объекты основного производственного назначения Производственные объекты подсобного и обслуживающего назначения Объекты энергетического хозяйства Коксохимическое производство Аглофабрика Известково-обжигательный цех Доменный цех Конвертерный цех Отделение непрерывной разливки стали Электросталеплавильный цех Цех подготовки составов Копровый цех Обжимной цех Мелкосортный цех Среднесортный цех Термическое отделение прокатных цехов Цех горячей прокатки толстолистовой стали Огнеупорное производство Шлакоперерабатывающий цех Цех изложниц Фасонносталелитейный цех Кузнечно-термический цех Цех металлоконструкций Механический цех Цех по ремонту сталеплавильного оборудования Блок цехов по ремонту прокатного оборудования Энергоремонтный цех Электроремонтный цех Трансформаторно-масляное хозяйство Ремонтно-строительный цех Складское хозяйство Лабораторное хозяйство Информационно-вычислительный центр Цех КИП и автоматики Административно-бытовые помещения Электроснабжение Газовое хозяйство Блок кислородных станций Паровоздуходувная станция Водоподготовка и конденсатное хозяйство Компрессорная станция Установка для использования вторичных энергоресурсов Холодильные станции Мазутное хозяйство Энергетические сети и сооружения Электрическое освещение территории Сети и сооружения водоснабжения и канализации Оборотные циклы Шламонакопители и отстойники Транспорт и связь Проектная мощность и производительность производственных цехов Важнейшие показатели, характеризующие про­изводственные цехи, — их проектная мощность и производительность. Проектная мощность цеха — расчетное количество готовой продукции за­данного сортамента и качества, которое может быть получено в цехе в течение календарного года при освоении запроектированной технологии про­изводства и оборудования, бесперебойном снабжении исходным сырьем, энергоносителями, ма­териалами и сменным инструментом при орга­низации современного менеджмента и высокой квалификации обслуживающего персонала. Качественное соотношение разных видов и размеров готовой продукции, приведённое в за­дании на проектирование и принятое в расчете проектной мощности, представляет программу производства цеха. Она не может и не должна рассматриваться самостоятельно, вне связи с воз­можностями других цехов рассматриваемого за­вода и цехов однотипного назначения, имеющихся в стране. Последнее обусловлено тем, что агрегаты для производства металла, проката и труб по техническим характеристикам обычно имеют достаточно широкий сортамент, который может быть произведен из сырья и заготовок раз­ного качества и геометрических размеров, что позволяет при необходимости гибко изменять сортамент каждого конкретного агрегата в зависи­мости от требований рынка. Отметим теоретически решаемое на основе техноценологических представлений противоре­чие между большими и малыми размерами партий. Использование, например, в одном цехе или на одном агрегате большого числа исходных заготовок и производство проката или труб мно­гих типопрофилеразмеров влекут за собой час­тые перевалки, перенастройки и усложнение ре­гулирования оборудования, увеличение числа и продолжительности остановок по организацион­ным причинам. При наличии нескольких агрегатов, способных производить продукцию одинаковых ти­попрофилеразмеров, целесообразна специализа­ция с учетом обеспеченности заготовкой, реали­зации производства на каждом агрегате продук­ции с наибольшей эффективностью и обеспече­нием транспортировки её к потребителю на ми­нимальном расстоянии от изготовителя. Специа­лизация цехов и агрегатов способствует сокраще­нию количества и номенклатуры рабочего инст­румента, удешевлению и упрощению ремонтного и инструментального хозяйств, упрощению учета и работ на складах заготовки, полупродукта и го­товой продукции, повышению квалификации и производительности труда. Производительность цеха определяется объе­мом готовой продукции, выпускаемой в единицу времени. Обычно рассчитывают часовую производительность цеха по заданно­му сортаменту как суммарную производительность установленных в цехе агрегатов, на которых осуществляется пол­ный технологический процесс производства го­товой продукции из поступающей в цех исход­ной заготовки. Производительность агрегата или суммы аг­регатов, установленных в цехе, зависит от разных факторов. Выделим: 1) орудия труда и обеспечивающие производство здания, сооружения, сети; 2) материалы — исходное сы­рье во всех его видах, обеспечивающее в резуль­тате физических и химических воздействий получение готовой продукции; энергоносители, включая воду и воздух, а также климатические и иные условия материаль­ного воздействия на технику и технологию; 3) технологию, характеризующую режимы обра­ботки предметов труда, в том числе по массе, раз­мерам и качеству сырья, скорости протекания процессов и режиму обработки, разбиваемую на технологические операции — выделенный техно­логический процесс изменения во времени свойств обрабатываемого материального продук­та на технологических агрегатах, фиксируемых по­средством контролируемых параметров; 4) гото­вую продукцию (по сортаменту, химическому со­ставу, размерам, требованиям к качеству и т.п.); 5) выбросы (экологическое воздействие). Достижение цехом проектной производитель­ности, определенной с учетом всех факторов, пред­полагает соответствующую им организацию тех­нологии и решение задач оперативного планиро­вания, управления, анализа и контроля производ­ства во времени, ограниченном полным технологи­ческим циклом производства или сменно-суточным интервалом. При этом учитываются особенности организации процесса и условия производства, вза­имосвязи участков и видов оборудования, условия обеспечения предметами труда и другими средства­ми производства, методы сочетания операций и квалификация обслуживающего персонала. Техника, здания, сооружения и сети для кон­кретного производственного процесса являются по­стоянно действующими факторами и характеризу­ют объективные ограничения. Изменения факто­ров связаны с рационализацией, модернизацией, реконструкцией или техническим перевооружением производства и влекут, в частности, замену обору­дования и изменение планировочных решений. Для запроектированных, но не построенных объектов изменение факторов связано с пересмотром про­ектов в части соответствия как новым нормам и правилам, так и в части разработки новых техни­ческих требований к технологическому оборудо­ванию. Варьирование материалами и энергоноси­телями в некоторых вероятностно заданных пределах не ведет к необходимости изменения обору­дования: можно обойтись лишь техно­логическими улучшениями. Иначе возникает необходимость новых инвестиций. Технология является результатом научно-иссле­довательских разработок, и для проектировщика, принявшего её, становится ключевым фактором, определяющим проектные решения. Продукция, с одной стороны, конечный резуль­тат, следствие принятой технологии, используе­мых материалов, функционирующей техники, с другой — исходное, определяемое маркетинговы­ми или иными исследованиями, диктующими тех­нику, технологию, материалы. Появля­ется необходимость выявления закономерностей, связывающих условия функционирования произ­водства с его результатами и опирающихся на профессионально-логический и технический анализы. Производительность комплекса оборудования рассчитывают, исходя из допущения, что процесс производства — установившийся, т.е. каждый последующий цикл полностью повторяет предыду­щий. Годовой объем производства, т, Р1 = Тp Рч.ср, где Т — годовой фонд рабочего времени обору­дования, ч; Рч.ср — средняя часовая производи­тельность оборудования, т/ч. В течение недели оборудование может рабо­тать по непрерывному (четырехбригадному) и прерывному (трехбригадному) графику. В зависимости от графика работы годовой фонд рабо­чего времени определяют различно. Периодичность и продолжительность капи­тальных и планово-предупредительных ремонтов, а также текущих простоев технологического обо­рудования зависят от его надежности и ремон­топригодности, а также уровня организации ра­бот. Для действующего оборудования эти пока­затели определяют на основании анализа опыт­ных данных, для вновь устанавливаемого обору­дования — принимают по нормативам и рекомендациям заводов-изготовителей. Текущие простои включают: время, необхо­димое для приема и сдачи смены (обычно 20 мин/смена); простои, связанные с текущим обслуживанием оборудования (зависят от технологических и конструктивных особенно­стей машин и механизмов); время, необходимое для перевалки валков, замены технологического инструмента и настройки оборудования (зависит от сортамента, величины партии металла одного размера, стойкости технологического инструмента и конструкции оборудования, а также уровня орга­низации этих работ). Продолжительность остановок технологичес­кого оборудования в течение года, связанных с планово-предупредительными и капитальными ремонтами, а также текущими простоями, при не­прерывном графике работы оборудования цехов больше, чем при прерывном. Следовательно, при непрерывном графике работы имеются большие, чем при прерывном, резервы для увеличения фонда рабочего времени и, как следствие, для увеличения годовой производительности действу­ющих и годовой мощности проектируемых про­изводственных цехов. Производительность комплекса оборудования для многооперационного процесса производства, например, проката и труб в значительной мере зависит от структуры компоновки технологичес­кого потока. С ростом числа операций в технологическом процессе соответственно увеличиваются число еди­ниц технологического оборудования и, как следствие, капитальные и эксплуатационные затраты на его реализацию. Помимо числа единиц обору­дования, участвующего в технологическом процес­се, значительное влияние на эффективность произ­водства и стоимость строительства оказывает зани­маемая оборудованием производственная площадь, так как стоимость здания цеха составляет 20—35 % общих капитальных затрат на его создание. При одних и тех же технических характерис­тиках машин параметры технологического пото­ка и, как следствие, число участвующего в нем оборудования и занимаемая площадь зависят от структуры компоновки — взаимного расположе­ния, взаимосвязи и взаимодействия машин, задействованных в производстве. Технологическая цепочка машин и механизмов с выбранными маршрутами и режимами принци­пиально может быть скомпонована по разным структурным вариантам: от отдельно стоящего обо­рудования с межоперационными накопителями до автоматической линии с жесткой связью. Простейшим структурным вариантом техно­логического потока является линия с жесткой связью, сочетающая минимальную площадь с минимальным числом обслуживающего персонала и минимальной стоимостью. Такая линия может быть полностью механизирована и автоматизи­рована, но иметь, как правило, низкую надеж­ность в работе, зависящую от надежности каждо­го элемента и числа их в линии. В такой линии выход из строя любого агрегата влечет остановку всей линии, и ее простои равны сумме простоев всех ее элементов, что приводит к снижению фак­тической производительности. Можно сделать общий вывод, что вопрос о выборе структуры компоновки оборудования нуж­но решать, исходя из сочетания требований на­дежности и экономичности с использованием современных теорий производительности и надежности машин и линий. Лекция 2 Системы и службы обеспечения производства Проектирование как вид инвестиционной деятельности Проектная деятельность и его эволюция Жизненный цикл инвестиционного проекта и этапы проектирования Системы и службы обеспечения производства Для нормального функционирования основ­ного производства в современных цехах созданы разные службы и системы. 1. Система материально-технического снабжения и сбыта — для обеспечения бесперебойного снаб­жения цеха основными и вспомогательными ма­териалами, необходимыми для ритмичного функ­ционирования производства и организации своев­ременного сбыта продукции. Обычно систему ма­териально-технического снабжения организуют не для каждого цеха, а для всего завода. 2. Система подачи сырья и материалов, отгрузки готовой продукции — для обеспечения подачи по­ступлений с других предприятий или общезавод­ских складов на внутрицеховые склады с после­дующей отгрузкой готовой продукции, использу­ет железнодорожный, автомобильный транспорт и специальные его виды, например контейнерный. 3. Система энергообеспечения — для обеспечения цеха всеми видами энергии: электричеством, топ­ливом, паром, кислородом и сжатым воздухом, специальными видами энергии, а также вещества­ми, полями, излучениями, жидкостями и газами. К энергетике относится система водоснабжения и канализации. 4. Система уборки отходов производства обеспе­чивает вывод за пределы цеха отходов, образую­щихся в процессе производства основной про­дукций, — шлака, пыли, окалины, стружки, обрези, отработанных масел, мусора и т.п. Для убор­ки отходов производства применяются ковши, транспортеры, короба, контейнеры, устройства гидросмыва и др. Работа этой системы непрерыв­но связана с работой основной транспортной си­стемы цеха. 5. Система технического контроля обеспечивает контроль качества сырья и материалов, поступа­ющих в цех, контроль технологии производства и качества продукции на переделах, контроль ка­чества и приемку готовой продукции, а также учи­тывает и анализирует причины брака и реклама­ций. 6. Ремонтно-инструментальная служба обеспечи­вает постоянное поддержание оборудования в работоспособном состоянии, а также ремонт и восстановление технологического инструмента. В отрасли в основном распространена смешанная форма организации ремонтного хозяйства со все большим преобладанием элементов централиза­ции. При такой системе в состав цеховой ремон­тной службы входят небольшие ремонтные и ин­струментальные мастерские с минимально необходимым штатом дежурных и ремонтников для надзора за состоянием оборудования, ухода за ним и проведения текущих ремонтов собственными силами. 7. Автоматизированная система управления тех­нологическим процессом (АСУТП) — комплекс ма­териальной и структурно-алгоритмических служб, обеспечивающих автоматический контроль и уп­равление технологическим процессом. Матери­альная часть АСУТП включает в себя техничес­кие средства, системы, соединённые в соответствии со структурно-алгоритмической частью АСУТП. 8. Автоматизированная система управления про­изводством (АСУП) цехового уровня — система управления с применением современных автома­тических средств обработки данных и экономи­ко-математических методов для регулярного ре­шения основных задач управления производствен­но-хозяйственной деятельностью цеха, являющихся неотъемлемой частью АСУ заводского уровня. В состав АСУП входит также система связи и дис­петчеризации. По мере развития средств и систем обработки данных все системы обычно объединя­ются в единую интегрированную систему управле­ния технологическим процессом производства. 9. Система бытового обслуживания — цеховые бытовые помещения, места отдыха, столовые и пункты питания, медпункты, оздоровительные комплексы и другие службы, обеспечивающие нуж­ды трудящихся во время их пребывания на работе. Оборудование производственного цеха разме­щают в одном или нескольких производственных зданиях, соединённых транспортными система­ми. В состав цеха могут входить открытые и зак­рытые склады сырья, промежуточной и готовой продукции. В зависимости от вида изготавливае­мой продукции производственные цехи металлур­гических заводов резко отличаются технологичес­кими процессами, используемым оборудованием, конструкцией и конфигурацией зданий и сооружений, мощностями обслуживающих систем Каждый цех состоит из отделений и участков, других выделяемых компонентов. Чис­ло уровней деления и количество элементов за­висят от применяемого технологического процес­са. Учитывая центральное место технологическо­го процесса при проектировании, технологичес­кую схему следует разрабатывать на основе оте­чественного и зарубежного опыта производства аналогичных видов продукции, достижений науки, изложенных в публикациях и научно-иссле­довательских работах технологических, конструк­торских и проектных институтов, академической и вузовской науки, каталогов и рекламы орга­низаций — поставщиков техники, материалов, тех­нологии. На основе технологического задания выпол­няется, как правило, многовариантная проектная проработка, в которой определяется мощность объекта, схема технологического потока, состав и планировка оборудования, основные технико-экономические показатели, включая потребность в материалах и энергоносителях и источники их удовлетворения, стоимость сооружения или реконструкции объекта и эффективность капиталь­ных вложений. Выбор технологической схемы связан и с решением вопроса механизации и автоматизации производственного процесса. Проектирование как вид инвестиционной деятельности Под проектированием Госстрой России пони­мает весь комплекс работ по проектному обеспе­чению всех этапов «жизненного цикла» объектов строительных инвестиций — от предпроектных обоснований до ликвидации объекта. Проектирование имеет особо важное значение для обес­печения и поддержания качества строительной продукции. Оно осуществляется, как правило, на протяжении всего жизненного цикла объекта стро­ительства. Понятие проектирование есть понятие истори­ческое и развивающееся. Уже 200 лет назад стали разли­чать, что проектировать - значит: 1) предлагать что-либо для последующего рассмотрения; 2) на­брасывать на бумагу планы построек или сооружений; 3) чертить проекции на плоскость (слово конструкция тогда применялось в значении — уст­ройство, строение какого-либо предмета, но отсутствовало слово конструктор как специалист, проектирующий новое техническое устройство), трансформированное в XX веке в деятельность: 1) по оценке реализованных технических (иных) ре­шений, прогнозу перспективы, тактике и страте­гии развития производства и услуг; 2) по проведе­нию научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию образцов (серийного производства) техники, технологии, матери­алов как продукции и продукции не для промыш­ленного применения, наконец, работ, связанных с экологическими ограничениями; 3) по выпуску проектно-сметной документации на капитальное строительство (инвестиционное проектирование, проектирование техноценозов). Все три вида дея­тельности имеют принципиальные отличия. Инвестиционное предложение (проект) может иметь отраслевой (строительство стана 5000), ре­гиональный (например, баланс лома по Уралу) или локальный (цеховой, заводской) характер. Это документ не для непосредственного материального действия (зака­за оборудования, например, или объема строймонтажных работ), но лишь для принятия решения о необходимости действия, его последствиях, стоимости и др. Документ оценивает существующую ситуацию, используя информацию по аналогам, и пытается прогнозировать изменения на перспек­тиву. Проектировщик осуществляет некоторый информационный отбор, предлагая некоторый техноэволюционный шаг вперед (он может оказаться и шагом назад), оцениваемый в наиболее полной мере после его реализации. Проект — ограниченное во времени целена­правленное изменение отдельной системы с ус­тановленными требованиями качества результатов, возможными рамками расхода средств и специфи­ческой организацией. Понятие проект обозначает комплекс взаимосвязанных мероприятий для дос­тижения в заданное время и при установленных ресурсах поставленных задач с четко определен­ными целями. Цель проекта — доказуемый резуль­тат при заданных условиях реализации. Инвестицией называют долгосрочные вложе­ния капитала в отрасли экономики внутри стра­ны и за границей, которые могут быть и в виде покупки ценных бумаг. Нас будут интересовать реальные инвестиции, заключающиеся во вложе­нии капитала в промышленность, строительство и др. Инвестиционная политика проявляется си­стемой мер, определяющих объем, структуру и направление капитальных вложений, рост основ­ных фондов и их обновление на основе новейших достижений науки и техники. С ее помощью обеспечивается выбор приоритетных направлений, осуществляется концентрация капитальных вло­жений и повышение их эффективности. С финансовой и экономической позиций ин­вестирование может быть определено как едино­временное вложение экономических ресурсов в материальные активы и информационное обес­печение с целью создания и получения выгоды в течение длительного периода в будущем. Основ­ной смысл инвестирования — в преобразовании финансовых ресурсов (ликвидности) инвестора — собственных и заемных средств в производитель­ные активы в виде основного и оборотного капи­талов, а также в создании новой ликвидности при прибыльном использовании этих активов. Образно говоря, инвестирование — это особого рода сделка купли-продажи, в которой инвестор единовременно (условно) «покупает» объект в расчете на получение прибыли. Отсюда нацеленность на коммерческий результат, отдачу вложен­ного капитала и ресурсов, необходимость провер­ки или оценки коммерческой состоятельности проекта. Как следует из определения, процесс инвестирования и его содержание существенно отличаются от процесса инвестирования средств в ценные бумаги, реализуемого на фондовом рын­ке (так называемое портфельное инвестирование). Инвестиционный строительный проект есть со­вокупность организационно-технических меро­приятий по реализации инвестиций в объекты ка­питального строительства в форме предпроектных, проектных, строительных, пусконаладочных ра­бот по вводу объекта в эксплуатацию. Основные участники инвестиционного процесса — юридические лица: государственные, обществен­ные и социальные образования — организации (предприятия, учреждения, компании, корпорации, фонды и т.п.), и частные лица, те и другие иденти­фицируются как заказчики, инвесторы, собствен­ники и арендаторы строительных объектов; проек­тные, изыскательские, строительные, инжинирин­говые и консультационные организации; органы государственного контроля, надзора и эксперти­зы; организации местного самоуправления. Жизненный цикл проекта — требования к про­екту, определение проекта, концепция; предпро-ектный анализ; разработка проекта, проектный анализ, торги, контракты, реализация проекта, детальное проектирование, строительство, пуск, наладка, опытная эксплуатация, выход на проек­тную мощность, завершение проекта, эксплуата ция, сопровождение и поддержка, анализ опыта, определение направлений дальнейшего развития. Таким образом, инжиниринговые услуги пред­ставляют комплекс услуг коммерческого характе­ра по подготовке и обеспечению процесса произ­водства и реализации продукции, которые при всем своем многообразии образуют две основные группы: услуги, связанные с подготовкой произ­водственного процесса, и услуги по обеспечению хода и управлению производственным процессом. В число связанных с подготовкой производ­ственного процесса входят прежде всего услуги, образующие в совокупности сферу проектной де­ятельности в рамках инвестиционного цикла. При этом предпроектные услуги обычно включают изучение рынка, полевые исследования (топо­графическую съемку местности, исследования почв, грунта, разведку полезных ископаемых), разработку планов капитальных вложений, раз­вития транспортной сети, выполнение технико-экономического обоснования (ТЭО). В объем проектных услуг, подразделяемых на базисный и детальный инжиниринг, как прави­ло, входят различные работы. В базисный инжи­ниринг — подготовка предварительных инженер­ных исследований и проектов, генерального пла­на, схем и рекомендаций, предварительная оцен­ка стоимости проекта, расходов по его эксплуа­тации и созданию. В детальный инжиниринг — подготовка предложений по собственно проекту и его детальное исследование, выполнение рабо­чих чертежей, технических спецификаций, а так­же консультации и надзор за проведением ука­занных работ. Предпроектные услуги включают подготовку к заключению контракта и собствен­но строительство объекта, в том числе подготовку контрактной документации, организацию тор­гов, оценку предложений, составление рекомен­даций по ним, представление контракта, управ­ление строительством, приемные испытания по сдаче в эксплуатацию, составление и выдачу сер­тификата о завершении работ, технического зак­лючения о строительстве, подготовку инженер­ного и технического персонала, подготовку усло­вий для сбыта продукции. В сферу специальных услуг входят экономические исследования, раз­работка предложений по утилизации отходов, юридические консультации и процедуры и др. Проектное дело и его эволюция Исходные теоретические постулаты концепции индустриализации, включившей методологию проектно-сметного дела (проектирование техноценозов), суть интерпретация марксовой теории воспроизводства. Упрощенное понимание динамики подразделений общественного воспроизводства свелось к жесткой одномерной трактовке закона преимущественного роста средств производства и закона социалистической индустриализации. Инженерная строительная наука в современном ее понимании родилась в конце XVIII — начале XIX вв. До начала XIX в. проектирование зда­ний и сооружений велось по эмпирическим фор­мулам. В XIX — начале XX вв. Решение конструктивных задач начи­нает основываться на расчетах и нормативной базе. Развиваются техника черчения, инженерные изыс­кания, технологические и экономические расчеты. Появляются специализированные организации для выполнения чертежно-графических работ по зада­ниям и эскизам инженеров, затем создаются проектные фирмы для всего комплекса работ по про­ектированию объектов (типа техноценоз). При возникновении в 30-х годах XVII в. ме­таллургических заводов под Тулой стали составляться чертежи и описания заводов. К середине XVII в. строительные чертежи уже подразделя­лись на проектные (со сметами, по ним выпол­нялись работы) и съемочные (на них изобража­лись существующие здания). Процесс появления рабочего чертежа оказался очень медленным: вначале — схемы (рисунки), позднее — описания и размеры, затем — записи о материалах, способах производства работ. Графическая часть проекта составлялась по законам древнерусской живопи­си: размеры предметов, все очертания (линии) не изменяются в зависимости от расстояния между ними, общий вид заводов и инженерных соору­жений изображался «с высоты птичьего полета». В дальнейшем появляются план, силуэт, фасад здания. В начале XIX в. уже можно говорить о системе. Свидетельством служит множество стро­гих именных и сенатских указов, касающихся строительства. Так, например, в 1810 г. 15 мая вышел указ «О непроизведении нигде строений без плана», а 3 ноября - указ «О недозволении делать никаких отступлений от конфирмованных городам планов без особого на то разрешения». Жизненный цикл инвестиционного проекта и этапы проектирования Анализ состава проектирования и рас­смотрение эволюции проектного дела позволяют сделать важный вывод, что в проектном обеспече­нии можно выделить нечто, отражающее мышле­ние и деятельность человека и имеющее качествен­ные особенности. Это нечто называют по-разно­му: этап, стадия, цикл, фаза. В общем случае следует различать: 1) сбор ин­формации, рассмотрение и принятие решения о необходимости строительства (создания) объек­та; 2) документальное обеспечение процесса стро­ительства; 3) оценку реализованного, корректи­ровку, документальное обеспечение функциони­рования объекта с возможным возвращением к п. 1. Тогда можно говорить о жизненном цикле (рис. 2.1), который не дублирует цикл техноэволюции, а расширяет его в части построения, фун­кционирования и развития техноценоза. Подчеркнем, что проектирование есть интел­лектуальное обеспечение, интеллектуальный про­дукт, фиксируемый документально на каждом этапе инвестиционного процесса. Рис. 2.1. Основные виды проектной деятельности по обеспечению строительного объекта Разбиение инвестиционного проекта на этапы (согласно Гипромезу) Согласно этой интерпретации, цикл раз­работки и реализации инвестиционного проекта, называемый инвестиционным циклом, состоит из трех основных фаз: 1. предынвестиционной 2. инвес­тиционной 3. производственной, подразделяемых на отдельные стадии. Предынвестиционная фаза — изучение необхо­димости осуществления будущего проекта. Потен­циальный заказчик принимает предварительное инвестиционное решение, самостоятельно прорабатывает основной замысел проекта, анализирует рынок, условия конкуренции, спрос, технологию и технические характеристики намечаемого проекта, имеющие­ся ресурсы, механизм государственного регулирования инвестиций. Разные ва­рианты проекта исследуются собственными си­лами потенциального заказчика или специали­зированными консультационными фирмами. За­тем выполняется первоначальная оценка инвес­тиций, изучаются альтернативные варианты тех­нологий и технических решений, особенности проекта и строительной площадки, выявляются пути взаимоувязки с местным законодательством, а также варианты схем финансирования предлагаемого проекта. Решение о целесообразности инвестирования средств в проект принимают непосредственно по­тенциальный заказчик, консультативная фирма, заинтересованные инвесторы и фи­нансовые структуры. Таким образом, эта предынвестиционная фаза состоит из нескольких стадий: 1) исследование возможностей инвести­рования: формулируется проблема, исследуется рынок, определяются требования к продукту, формируется предварительный сортамент; 2) предварительное технико-экономи­ческое исследование: оценивается жизнеспособ­ность предлагаемого решения, т.е. формулируют­ся и оцениваются альтернативные подходы, выбирается и принимается рациональное решение; 3) формулирование проекта или соб­ственно технико-экономическое исследование: предварительное планирование инвестиций, рас­чет эффективности проекта, документирование рационального решения, составление структуры закупок, формирование команды проекта; 4) окончательная оценка проекта и принятие решения об инвести­циях: апробируются разработанная концепция и проектные решения, анализируются и оценива­ются риски, связанные с принятыми решениями; 5) проведение после принятия окончательного инвестиционно­го решения необходимых согласований и получе­ние разрешения на строительство от местных и других уполномоченных учреждений. На этом же этапе выполняются детальные расчеты стоимос­ти, разрабатываются предварительные графики проектных и строительных работ. Этап заверша­ется проведением экспертизы и утверждением проектных решений. Результирующие материалы предынвестицион­ной фазы находят отражение в технико-эконо­мическом обосновании или в бизнес-плане. Инвестиционная фаза - подготовка структур­ного плана и проектно-сметных материалов. В условиях рыночной экономики, когда поставщи­ков выбирают, как правило, на конкурсной основе с проведением подрядных тор­гов 1) разрабатывается структурное планирование по функциональным, технологическим, объемно-планировочным, конструктивным и дру­гим признакам, формируется бюджет, устанав­ливаются сроки выполнения, потребности в ре­сурсах. 2) осуществляется организаци­онная подготовка и проводятся тендеры на проектные, строительные и другие виды работ и услуг. С учетом результатов тендерных торгов на этом же этапе оформляются и заключа­ются генеральный контракт и субконтракты. 3) разрабатывается детальный (рабочий) проект, подготавливается проектно-сметная и конструкторская документация, уточ­няется план работ. Подготовка проектно-сметной и конструкторской документации предполагает разработку графика работ, подготовку техничес­кой документации, разработку материалов по монтажу и эксплуатации оборудования. 4) осуществляются опера­ции по поставкам и строительству. Заказчик координирует действия всех участников проекта, планируют и регулируют темпы строительства, затраты, конт­ролируют финансовое состояние проекта в целом. Кроме того, доставляются материалы, конструкции, оборудова­ние, организуется материально-техническое обес­печение площадки, регулируются взаимоотноше­ния с поставщиками, нанимаются рабочие, арен­дуются строительные машины и т.д. Стадия строительства предполагает подготовку строительной площадки, строительство зданий и других гражданских объектов в сочетании с монта­жом и установкой оборудования в соответствии с принятой программой и графиком работ. С этой стадией совпадают по времени мероприятия, свя­занные с подготовкой кадров, от результатов кото­рой часто зависят темпы роста производительности и эффективности производства. 5) проводится приемка готовых объектов и ввод их в эксплуата­цию. Это, как правило, непродолжительный, но технически важный этап осуществления проекта, связывающий инвестиционную и производствен­ную (эксплуатационную) фазы. Производственная (эксплуатационная) фаза — завершение разработки и реализации инвестици­онного цикла. Содержание этой фазы полностью подпадает под понятие освоение производства. 1) в период освоения проект­ной мощности, участие инжиниринговых фирм ограничивается в основном решением локальных оперативных задач. 2) накапливают данные для анализа, обобщают результаты и показатели функционирования объекта с целью выработки и ре­ализации конкретных практических рекоменда­ций, способствующих адаптации объекта к реаль­ным условиям рынка. 3) рассчи­тывают реальный экономический эффект от реа­лизации инвестиционного проекта. Учитывая коммерческий характер рассматри­ваемых инвестиционных проектов, следует преж­де всего обратить внимание на факт достижения цели — окупаемости инвестиро­ванных ресурсов. Таким образом, выделение производственной фазы в составе инвестиционного цикла основано не только на том, что факт сдачи (приемки) объек­та в эксплуатацию — это еще далеко не заверше­ние инвестиционного цикла, но прежде всего на том, что на протяжении производственной фазы достигается окупа­емость инвестируемых средств — собственно цель данного инвестиционного проекта. Лекция 3 Схема инвестиционного процесса Предпроектные этапы инвестиционного процесса Проектирование объекта строительства Составление рабочей документации Строительство объекта инвестиции Эксплуатация объекта Ликвидация объекта Схема инвестиционного процесса В зарубежной практике путь или цикл реализа­ции инвестиционного проекта, называемый инвестиционным циклом, как правило, включает три ос­новные фазы: предынвестиционную, инвестицион­ную и производственную. При этом предполагается, что решения по заводу (производству, цеху) при­нимаются с учетом состояния отрасли на текущий момент и средне- и долгосрочных тенденций раз­вития отрасли, подотрасли и заводов-конкурентов. Предпроектные этапы инвестиционного процесса В общем случае инвестиционный процесс на своих ранних (предпроектных) этапах развивает­ся следующим образом. 1. Определение цели инвестирова­ния, номенклатуры проектируемой к выпуску про­дукции, назначения и мощности объекта строительства, места размещения объек­та инвестиций. На основе необходимых исследо­ваний рынка предполагаемой продукции, проработок об источниках финансирования, условиях и средствах реализации поставленной цели с использованием максимально возможной информационной базы данных Заказчиком проводится с привлечением в необходимых случаях подрядной организации оценка возможностей инвестирования и до­стижения намечаемых технико-экономических показателей инвестиционно-строительного проекта. На дан­ном этапе разрабатывается документация инвес­тиционного замысла, на основе которой инвестор принимает предварительное решение о целесообразности инвестирования и проведении дальнейших работ по данному инвестиционному проекту. 2. Заказчик с учетом принятых на предыдущем эта­пе решений разрабатывает Ходатайство о намерениях. На основании рассмотрения указан­ных материалов местная администрация предпо­лагаемого района размещения объекта инвести­ций принимает решение об одобрении намечаемого строительства или мотивирует отказ в инвестиционном вложении. При положительном ре­шении предлагаются варианты размещения объек­та инвестиций, а также выдаются предваритель­ные Технические условия на присоединение объекта к инженерным сетям и коммуникациям и другие требования по размещению объекта. 1) Ходатайство должно в общем случае содержать следу­ющие сведения: 2) Инвестор — адрес. 3) Местоположение 4) Наименование предприятия, его техничес­кие и технологические данные: 5) объем производства промышленной продук­ции в стоимостном выражении в целом и по основным видам; 6) срок строительства и ввода объекта в эксп­луатацию. 7) Примерная численность рабочих и служа­щих, источники удовлетворения потребности в рабочей силе. 8) Ориентировочная потребность предприятия в сырье и материалах. 9) Ориентировочная потребность предприятия в водных ресурсах. 10) Ориентировочная потребность предприятия в энергоресурсах; источник снабжения. 11) Транспортное обеспечение. 12) Обеспечение работников и их семей объек­тами жилищно-коммунального и социально-бы­тового назначения. 13) Потребность в земельных ресурсах. 14) Водоотведение стоков. Методы очистки, качество сточных вод, условия сброса, использо­вание существующих или строительство новых очистных сооружений. 15) Возможное влияние предприятия на окружающую среду. 16) Отходы производства. 17) Источники финансирования намечаемой деятельности. 18) Использование готовой продукции. 3. После получения положительного решения ме­стного органа исполнительной власти (местной администрации) на третьем этапе инвестицион­ного процесса заказчик приступает к разработке Обоснований инвестиций в строительство при участии проектно-изыскательской организации (Проектировщика). Материалы Обоснований ин­вестиций подготавливаются на основании полу­ченной информации и результатов предпроект­ных проработок, требований государственных ор­ганов и заинтересованных организаций в объеме, достаточном для принятия Заказчиком решения о целесообразности дальнейшего инвестирования. На данном этапе могут также разрабатываться бизнес-план, осуществляться привлечение необ­ходимых инвесторов, проводиться разработка и обоснование методов и схем финансирования инвестиционного проекта. Документация Обоснований ин­вестиций должна проходить обязательную госу­дарственную экспертизу. Бизнес-план — документ, разрабатываемый с целью уточнения сроков реализации отдельных инвестиционных проектов в рамках общей инве­стиционной политики предприятия и обеспечения их финансовыми ресурсами. Бизнес-план разрабатывают на основании утвержденных обо­снований инвестиций или проектной документа­ции (проекта, рабочего проекта). Бизнес-план включает: анализ рынка продук­ции, производственную мощность и ее обеспе­ченность материальными, энергетическими, ин­вестиционными ресурсами, политику по исполь­зованию накоплений, источники собственных и заемных средств, оценку коммерческой и бюд­жетной эффективности. Таким образом, стандартный бизнес-план со­держит следующие разделы: А) Краткая характеристика состояния дел и принципиальные положения проекта. Б) Вид деятельности и анализ продукции (ока­зываемых услуг). В) Анализ рынка сбыта. Г) План действий, намечаемых для реализа­ции проекта. Д) Финансовая характеристика проекта Проектирование объекта строительства Организация разработки технико-экономического обоснования проекта состоит из следующих этапов: 4.1 Выбор подрядной (проектной, проектно-строительной) организации на разработку ТЭО 4.2 Разработка и согласование проектной документации 4.3 Экспертиза проектной документации. Получение государственной экспертизы по проекту строительства. 4.4 Утверждение проектной документации ТЭО 4.5 Отвод земельного участка под строительство В отечественной практике ТЭО должно состо­ять из следующих разделов: (Подробно прорабатываются данные указанные в пункте 2) 1) Исходные данные и положения: постанов­ления, решения и другие документы предпроектных этапов инвестиционного процесса, являю­щиеся основанием для разработки ТЭО, данные о техническом состоянии реконструируемого или расширяемого предприятия, анализ и оценка его деятельности, основные технико-экономические показатели работы за три года, предшествовав­ших году разработки ТЭО. 2) Мощность (объем производства продукции), номенклатура продукции, специализация и возмож­ная кооперация предприятия; основные техничес­кие данные и экономические показатели продук­ции в сравнении с данными и показателями ана­логичных видов продукции отечественных и зару­бежных предприятий; конкурентоспособность про­дукции; обоснование получения и использования попутной продукции при комплексной переработке сырья и утилизации отходов производства. 3) Обеспечение предприятия сырьем, мате­риальными полуфабрикатами, энергией, топли­вом, водой и трудовыми ресурсами; данные о на­личии трудовой базы, разведанных и утвержден­ных запасах сырья и перспективе их роста; по­требность в сырье, требования к качеству и спо­собам его подготовки, потребность в материалах и полуфабрикатах, источники их получения; обо­снование источников обеспечения предприятия электрической и тепловой энергией и топливом с учетом топливно-энергетического баланса рай­она размещения предприятия; обоснование обеспечения предприятия водой; расчет численности работающих, предложения по организации подготовки кадров. 4) Основные технологические решения, состав предприятия, организация производства и управления, обоснование рекомендуемой технологии производства на осно­ве сравнения возможных технологических про­цессов и схем и оценка оптимальности выбран­ной технологии; обоснование выбора основного технологического оборудования; важнейшие тре­бования к основному технологическому оборудованию, требования к уровню механизации и ав­томатизации предприятия и основные техничес­кие решения; обоснование производственно-технологической структуры и состава предприятия, мощности его основных производств и цехов, состав обслуживающего и энергетического хо­зяйств; структура управления предприятием и обоснование применения АСУП. 5) Выбор района, пункта, площадки для строительства и их характеристики; обоснование выбора района и пункта, обоснование выбора площадки для строительства. 6) Основные строительные решения, органи­зация строительства: принципиальные объемно-планировочные и конструктивные решения и их основные параметры по наиболее крупным и сложным зданиям и сооружениям, площади кор­пусов, зданий и сооружений предприятия; предложения по строительству предприятия очередя­ми для ускорения ввода в действие производствен­ных мощностей и основных фондов или обоснование невозможности вы­деления очередей строительства; ситуационный план с указанием размещения площадок промыш­ленного и жилищно-гражданского строительства, внеплощадочных сооружений (водозабора, очис­тных сооружений, трасс электро-, тепло-, газо-, водоснабжения, подъездных железных и автомо­бильных дорог); схема генерального плана пред­приятия, предусматривающая размещение на промышленной площадке наиболее крупных зданий и сооружений, зон объектов подсобного и обслу­живающего назначения, объектов энергетического хозяйства, транспортного хозяйства и связи, пло­щади для возможного расширения предприятия; основные требования к развитию транспорта об­щего пользования с учетом наиболее рациональ­ного использования отдельных его видов (железнодорожного, автомобильного, водного и др.); особенности организации и сроки осуществления строительства; основные мероприятия по орга­низации строительства; объемы основных строи­тельно-монтажных работ и потребность в важнейших строительных материалах и механизмах, трудоемкость строительства, определяемые по укрупненным нормативам и показателям. 7) Охрана окружающей среды: характеристика и объем сточных вод и вредных выбросов; ме­роприятия по спецводопользованию; мероприя­тия по предупреждению загрязнения воздушного бассейна, почвы и водоемов, по рекультивации нарушенного земельного участка и использова­нию плодородного слоя почвы; размеры санитарно-защитной зоны, предложения по использова­нию отходов производства для повышения эко­номической эффективности работы предприятия, влияние на окружающую среду в данном районе действующих, строящихся и намечаемых к строительству предприятий; экономическая эффектив­ность осуществления природоохранных меропри­ятий и оценка экономического ущерба, причи­няемого загрязнением окружающей среды. 8) Расчетная стоимость строительства опреде­ляется для всех выделенных объектов. В разделе из­лагаются вопросы и приводятся данные по определению в ТЭО расчетной стоимости; 9) Экономика строительства и производства, основные технико-экономические показатели: экономическая эффективность инвестиций, удельные вложения, в том числе на строительно-монтажные работы, расчетная себестоимость ос­новных видов продукции, удельные расходы сырьевых, материальных и топливно-энергетических ресурсов; сравнение с показателями действующих отечественных и зарубежных предприятий и с перспективными показателями проектируемых. 10) Выводы и предложения: оценка экономи­ческой эффективности строительства предприя­тия; соответствие принятых технологий, оборудования, строительных решений, организации производства и труда новейшим достижениям науки, техники и технологий, лучшим удельным показателям; данные для составления задания на проектирование предприятия; перечень научно-исследовательских, конструкторских, эксперимен­тальных и изыскательских работ, которые необхо­димо выполнить для проектирования и строитель­ства предприятия, изготовления оборудования. 11) Приложения: схема ситуационного плана, схема генерального плана, габаритные схемы по наиболее крупным и сложным зданиям и соору­жениям; сводный расчет стоимости строительства; сводка затрат. В качестве задания при выполнении ТЭО не­обходимы данные по каждому из производств. Укрупненно они могут быть представлены следующими. 1. Коксохимическое производство: • критерии определения производительности коксохимического производства (обеспечение по­требности собственных цехов завода, поставка на сторону); • перечень подлежащих производству продук­тов коксования; • требования к качеству и гранулометричес­кому составу металлургического кокса для соб­ственных нужд завода и для поставки на сторону; • число батарей, количество и емкость печей в батарее; • топливо для сушки и разогрева коксовых батарей; • способ тушения кокса; обеспечение химических цехов сырьем и тре­бования к его качеству, использование отработайного солярового масла, сырой каменноуголь­ной смолы. 2. Доменное производство: • критерии определения производительности (обеспечение собственных цехов, поставка на сторону); • состав шихтовых материалов; • требования к качеству чугуна (содержание серы, фосфора, других вредных примесей) и необходимость его внедоменной обработки; • состав доменного цеха, объемы доменных печей, уточняемые при разработке проекта; • режим работы; • мероприятия по интенсификации доменной плавки (применение кислорода и природного газа, мазута или пылевидного топлива, повышение тем­пературы дутья и обеспечение постоянной регу­лируемой его влажности, повышение давления газа под колошником); • способ охлаждения доменной печи; • расположение установки грануляции домен­ного шлака; • необходимость включения в состав цеха от­деления по приготовлению леточных и заправоч­ных масс или использование привозных готовых; • способ подачи материалов на колошник; • сроки хранения чушкового чугуна для соб­ственных нужд и для поставок на сторону. 3. Производство металлизованного сырья: • критерии определения производительности (обеспечение собственных цехов, поставка на сто­рону); • характеристика железорудного сырья (вид сырья - окатыши или кусковая руда); • требования к качеству металлизованного сы­рья (степень металлизации, содержание пустой по­роды, углерода, серы, фосфора, примесей, круп­ность); • характеристика технологического топлива: при использовании для металлизации шахтных печей приводится характеристика природного; при использовании для металлизации вращающихся печей приводится характеристика твердого топлива — угля, а также характеристика других видов топлива, имеющихся в районе строительства, и характеристика флюса; • уточняемый проектом состав металлизации; • объем производства и режим работы; • способ подачи материалов к печам. 4. Сталеплавильное производство: - программа производства: производитель­ность по годной стали, группы марок стали, уточ­няемые при вариантной проработке; • способ производства и разливки стали, ем­кость и характеристика сталеплавильных агрега­тов и машин непрерывного литья заготовок; • качество шихтовых материалов и охладитель конвертерной плавки; • способ подачи жидкого чугуна; • состав и назначение установок внепечной обработки стали; • необходимость предварительного нагрева скрапа, ферросплавов; • способы удаления, охлаждения и очистки отходящих газов, защита от шума и другие экологические мероприятия; • тип футеровки сталеплавильных агрегатов, сталеразливочных и промежуточных ковшей, ме­тоды ремонта и восстановления футеровки; • интенсивность продувки стали кислородом; • режим работы основных агрегатов цеха; • длительность хранения готовой продукции для собственных нужд завода и для поставок на сторону. При выдаче задания на скрапоразделочный цех приводят ориентировочный уточняемый проек­том состав цеха и данные об условиях снабжения завода стальным ломом, которые, как правило, увязываются с общим балансом лома по стране и заводу. 5. Прокатное: • сортамент, программа производства и тре­бования к качеству готовой продукции (допуски, максимальный предел прочности); • состав прокатного производства; • исходная заготовка, ее размеры и качество (в случае получения заготовок со стороны); • годовой фонд и режим работы станов; • топливо для нагревательных и термических печей; необходимость применения резервного топлива, его вид; • особые требования заказчика к технологи­ческим процессам и оборудованию (тип нагревательных печей, термоупрочнение в процессе про­катки); • время хранения на складе заготовки, гото­вой продукции; • виды транспорта для отгрузки готовой про­дукции и подвоза привозной заготовки; условия отгрузки, вес пакета, упаковка; вид бирки для готовой продукции; средний размер партий по видам продукции. 6. Трубное производство: — сортамент, программа производства, требо­вания к качеству, назначение готовой продукции с оговоркой о возможном их уточнении при раз­работке проекта; • состав трубопрокатного производства; • годовой фонд времени работы цеха и режим работы; • характеристика заготовки для труб и источ­ник обеспечения; способ транспортировки заготовки в цех и транспорт готовой продукции и материалов из цеха; средний размер отгружаемой партии по видам продукции; • топливо для нагревательных и термических печей. Необходимость применения резервного топлива, его вид; • возможность последующего расширения производства труб, очередность строительства; • необходимая емкость складов заготовки и готовых труб. 7. Ремонтное хозяйство: • назначение и состав ремонтного хозяйства; • источники обеспечения потребности завода в ремонтном металле — изготовление в собствен­ных ремонтных цехах или поставка со стороны чугун­ного, стального и цветного литья, поковок, ме­таллоконструкций, механически обработанных и термически упрочненных изделий, сменного оборудования (шлаковых чаш, изложниц, кристаллизаторов, прокатных валков, роликов и т.д.), максимальные массы отливок, поковок, металлоконструкций, механообработанных изделий и узлов, изготавливаемых в собствен­ных ремонтных цехах, максимальная мощность электродвигателей и трансформаторов, ремонти­руемых в ремонтных цехах; • необходимость поставки ремонтных изде­лий на сторону, их технические характеристики; • возможность кооперации с другими предпри­ятиями по выполнению ремонтов оборудования, в частности: тепловозов, вагонов и автотранспорта, электрического и энергетического оборудования; — возможность привлечения специализиро­ванных фирм для ремонтов металлургических агрегатов, подъемно-транспортного, печного обо­рудования, зданий и сооружений, КИП и авто­матики, средств и оборудования АСУП и АСУТП, выполнения работ по проверке приборов; • перечень специальных видов ремонтных ра­бот: наплавка и калибровка прокатных валков, ревизия подшипников прокатных станов; ремонт кристаллизаторов МНЛЗ и шиберных затворов сталеразливочных ковшей; специализированные виды ремонта коксохимического оборудования; ремонт засыпных аппаратов доменных печей; • особые требования к составу и техническим характеристикам станочного, кузнечно-прессового, литейного и другого оборудования, техноло­гии и производства литья. 8. Лабораторное хозяйство: — состав лабораторного хозяйства, уточняемый перечень лабораторий с указанием их назначения, особые требования по составу основного лабораторного оборудования; • способы передачи результатов экспресс-ана­лизов; • требования к радиоизотопной лаборатории, складированию, хранению и захоронению радиоактивных материалов. В задании на общезаводское складское хозяй­ство указывается состав складского хозяйства, сроки и условия хранения материалов. В задание не попадает большое количество складов, соору­жаемых при каждом цехе. Составление рабочей документации 5.1 Проведение тендеров. Выбор подрядной проектно-строительной организации 5.2 Разработка рабочей документации для строительства (комплекс чертежей, схем, смет, спецификаций на оборудование материалы и пр.) 5.3 Разработка технической документации на оборудование Тендер — предложение для заключения дого­вора и торги (конкурсная форма размещения за­казов на закупку оборудования, привлечения под­рядчиков для сооружения комплектных объектов, выполнения проектов и оказания инжиниринго­вых услуг). Торги (тендер) могут объявляться на строительство, расширение, реконструкцию, тех­ническое перевооружение, модернизацию объек­тов, разработку проектов и инвестиционной по­литики предприятия. Тогда тендерная докумен­тация есть комплект документов, содержащих ин­формацию по организационным, техническим и коммерческим вопросам проведения торгов. При использовании технологических показа­телей необходимо дифференцировать характери­зующие исходную базу проектирования и резуль­тирующие показатели, играющие разную роль: анализ исходных показателей позволяет судить о сопоставимости результирующих показателей. Экономисты считают, что правомерно при одинаковых условиях ожидать близкие по значе­нию результаты (для техноценозов это неверно). Существенные различия в исходной базе требу­ют принятия разных проектных решений, что вле­чет несопоставимость результирующих показате­лей. Строительство объекта инвестиции 6.1 Выбор генподрядной строительной организации 6.2 Подготовка и обеспечение строительных работ 6.3 Стоительно-монтажные работы 6.4 Авторский и технический надзор за строительством 6.5 Пусконаладочные работы 6.6 Приемка строительного обьекта 6.7 Вывод обьекта на проектную мощность Строительный этап инвестиционного процес­са — это фаза непосредственной реализации инвестиционного проекта, в ходе которого объект возводится, комплектуется, монтируется и устанавливается оборудование в соответствии с ут­вержденной проектной документацией, требова­ниями строительных норм и правил, вводится в эксплуатацию, осваивается и выводится на проект­ную мощность основных фондов предприятия. Заказчиком могут также привлекаться предприятия — поставщи­ки и изготовители комплектующего оборудова­ния, машин, механизмов, приборов, материалов и другой необходимой для строительства промыш­ленной продукции из номенклатуры, поставляе­мой заказчиком. После организации и проведе­ния конкурсов на изготовление Заказ­чик заключает договоры на обеспечение стройки необходимой продукцией с условиями ее постав­ки в соответствии с графиками, согласованными с генеральным подрядчиком. Подготовку строительного производства орга­низуют службы и подразделения генерального подрядчика, исходя из требований в следующих документации и мероприятиях: - заключенном до­говоре на выполнение генерального подряда по объекту строительных инвестиций; - проектно-сметной документации на строительство; финан­сировании строительства; - отведенном в натуре зе­мельном участке для строительства; - договорах на производство субподрядных строительных, мон­тажных и специальных работ; - оформленных раз­решениях и допусках на проведение строитель­ных и других работ; - договорах на поставку обо­рудования, изделий, конструкций и материалов, ответственность за поставку и комплектацию ко­торых возложена на генподрядчика строительства; - решении вопросов о переселении лиц и органи­заций, размещенных в подлежащих сносу здани­ях; - обеспечении строительства необходимыми энергетическими ресурсами, водой, подъездны­ми путями, системами связи и необходимыми бытовыми условиями для строителей. В период подготовки строительного производ­ства генеральная подрядная строительная организация с привлечением необходимых специали­зированных субподрядчиков на основании соответствующих ППР должна проводить комплекс внеплощадочных и внутриплощадочных подготовительных работ. Внеплощадочные подготовительные работы включают строительство подъездных путей и причалов, линий электропередач, сетей водоснабже­ния с водоразборными сооружениями, канализационных коллекторов с очистными сооружения­ми, жилых поселков для строителей, необходи­мых сооружений по развитию производственной базы строительной организации, а также соору­жений и устройств связи для управления строи­тельством. Послепроектная деятельность — процессы и процедуры, осуществляемые проектной органи­зацией после даты сдачи-приемки проектной про­дукции с целью авторского надзора за строитель­ством, информации органов надзора о соблюде­нии в гарантийный (послегарантийный) срок норм и правил, оказания разных инжиниринго­вых услуг по строящемуся или эксплуатируемому объекту строительства. Эксплуатация обьекта 7.1 выпуск продукции в соответствии с проектом 7.2 проектно-изыскательная документация и другие результаты проектных услуг по обеспечению эксплуатации, поддержание и модернизация основных фондов строительного объекта. Ликвидация обьекта Проектная документация для обеспечения ликвидации, утилизации и/или перепрофилирования в связи с износом, техническим старением основных фондов Лекция 4 Генеральный план и транспорт Характеристика генеральных планов металлургических заводов Принципы проектирования генеральных планов Тенденции совершенствования генпланов Применяемые на металлургических заводах виды транспорта Совершенствование транспортных схем металлургических заводов Технико-экономические показатели Характеристика генеральных планов металлургических заводов Совершенствование и развитие генерального плана и транспорта металлургических заводов связано с этапами развития отрасли. Создание металлургического комплекса на базе уральской руды и кузнецких углей (строительство Магнитогорс­кого и Кузнецкого заводов) потребовало проектирования генеральных планов и транспортных схем крупных промышленных предприятий. Из-за отсутствия опыта проект разрабатывался с при­влечением американской фирмы "МсКеу". Характерной для заводов была последователь­ная схема с расположением сталеплавильного цеха под углом к коксодоменному. Особенность транс­портной схемы - наличие развитой сети железнодорожных путей, значительная взаимоудалённость цехов и, как следствие, большие размеры площади завода. Схема предусматривала создание станций и обособленных путей специального назначения, устройство мощных механизированных складов сырья и топлива и обес­печение достаточных условий для дальнейшего развития основных цехов. Эти принципы схемы генплана были использованы при проектирова­нии ряда заводов — Нижнетагильского, "Запорожсталь", Криворожского, Орско-Халиловского, Челябинского, Череповецкого и др. Со временем были разработаны принципы классификации генеральных планов, в основу которых положен учёт направления технологи­ческого процесса, выражаемого на схеме разме­щением основных цехов: доменного, сталепла­вильного и прокатного. Размещение цехов может быть (рис. 4.1) последовательным, параллельным, более сложным, комбинированным (последовательно-параллельным, параллельно-последова­тельным), перпендикулярным, косоугольным. Рис. 4.1. Классификация схем генерального плана по взаимному расположению основных цехов: доменных сталеплавильных, прокатных: а — последовательное; б — параллельное; в — пос­ледовательно-параллельное; г — параллельно-после­довательное; д — перпендикулярное; е — косоугольная-последовательная; Д— доменный цех; Cm — сталеплавильное производство; Пр — прокатное производство Анализ рассматриваемых принципиальных схем с определением показателей по каждой из них показал: а) Последователь­ная схема характеризуется большой длиной площадки завода и может быть использована для за­водов неполного цикла или в условиях специфич­ных, вытянутых площадок. В условиях крупных заводов полного металлургического цикла, без цехов четвёртого передела эти схемы нерациональ­ны: растянуты длины производственных связей, имеется значительный пробег вагонов с готовой продукцией при одном примыкании, усложнены решения вопросов взаимодействия между цеха­ми, недостаточна плотность застройки. Однако для заводов, в состав которых входят цехи чет­вёртого передела, эта схема может быть рекомен­дована. б) Параллельная схема компакт­нее и более полно отвечает условиям с одним циклом производства. Однако эта схема затрудняет развитие завода, особенно возможности развития сталеплавильных и прокатных цехов. г) Более широкое распространение получили так называемые сложные или комбинированные схе­мы — прямоугольная сложная и косоугольная сложная. Особенность этих схем — так называемое возвратное направление производственного потока, когда изменение направления производ­ственного потока осуществляется в точках оста­новки, перегрузки и накопления полуфабрика­тов. Пря­моугольная сложная, или комбинированная, схе­ма обладает значительной компактностью. Рассмотрим более подробно параллельно-пос­ледовательную схему генплана. В этой схеме кок­сохимический и доменный цехи размещены параллельно сталеплавильному производству, прокатный цех расположен последовательно со сталеплавильным. Схема отличается компактно­стью. Значительно уменьшается пробег вагонов с гото­вой продукцией, происходит концентрация работы с отправляемыми грузами за счёт располо­жения выходов из прокатного цеха в сторону заводской станции, уменьшается число заводских, станций, удобно организуется расположенной на периферии завода заводской станцией выгрузка массовых грузов с дальнейшей доставкой сырья, топлива и материалов в основное производство непрерыв­ными видами транспорта. Вместе с тем развитие завода при данной схеме затруднено (особенно в части возможности развития второй линии ста­леплавильного и прокатного цехов). д) В принципе сходна с рассматриваемой и дру­гая, параллельноперпендикулярная схема, когда коксодоменный блок размещён параллельно сталеплавильному цеху, а прокатный цех расположен перпендикулярно сталеплавильному. e) Косоугольная последовательная схема, когда коксодоменный блок расположен под углом к про­дольной оси завода с угловой подачей чугуна в сталеплавильные цехи (сталеплавильные и про­катные цехи расположены последовательно вдоль продольной оси завода), по сравнению с последовательной схемой более целесооб­разна, позволяет компактнее размещать цехи, более всего отвечает условиям дальнейшего раз­вития завода. Принципы проектирования генеральных планов На основе анализа опыта проектирования вы­работаны следующие основные принципы построения генерального плана. 1. Расположение цехов должно соответствовать требованиям производственного процесса, обес­печивая его поточность, рациональные транспортные связи и условия для их автоматизации. 2. Должно быть проведено зонирование тер­ритории. 3. Необходимо обеспечивать компактные ре­шения, что позволяет рационально использовать территорию. 4. Решения генплана должны предусматривать очерёдность строительства, возможность удобно­го, поэтапного расширения предприятия с исполь­зованием ранее построенных сооружений и основ­ной идеи генерального плана. 5. В проекте генплана должны быть учтены климатические, инженерно-геологические и то­пографические особенности площадки. 6. Проект генплана должен обеспечивать бла­гоприятные условия труда людей, включая решения по организации пассажирского транспорта, благоустройству, озеленению территории. Проектирование генеральных планов опреде­ляется в основном технологическими, транспортными и планировочными факторами. Следова­тельно, изменение технологии основного произ­водства, интенсификация металлургических про­цессов, техническое развитие чёрной металлур­гии, внедрение агрегатов большой единичной мощности, развитие непрерывных процессов, применение непрерывной разливки стали суще­ственно влияют на генеральный план и транс­порт металлургического завода. Рассмотрим эти вопросы на примере непре­рывной разливки стали, влияние которой на генеральный план завода определяется всеми ука­занными факторами. В технологическом отношении непрерывная разливка стали обеспечила со­здание единого комплекса для выплавки, разлив­ки и проката металла, исключение из состава за­водов обжимных станов и цеха подготовки соста­вов. Транспортные факторы определяются заменой железнодорожного транспорта слитков пе­редачей металла средствами специального внут­рицехового транспорта непосредственно в про­цессе производства и изменением в связи с этим потребного числа локомотивов и протяжённости железнодорожных путей. В расчёте на 1 млн. т стали протяжённость железнодорожных путей уменьшается на 3 км, а число локомотивов — на один. Для крупного металлургического завода это уменьшение составит 25—30 км путей и 8—10 локомотивов. Планировочные факторы влияния непрерыв­ной разливки стали в первую очередь определя­ются взаимосвязью объёмно-планировочных ре­шений конвертерного и прокатного цехов, реша­емых как единый блок. Различают блочное рас­положение машин непрерывного литья, когда они размещаются в нескольких пролётах блоками по две машины в каждом пролёте, и линейное, ког­да машины размещаются в одну линию в разли­вочном пролёте. Более экономична линейная компоновка ус­тановок, при этом прокатный цех размещают пер­пендикулярно конвертерному. В определённых ус­ловиях, по требованиям генплана, возможна блоч­ная компоновка МНЛЗ, при этом прокатный цех размещается параллельно конвертерному. Применение непрерывной разливки стали практически исключает расположение сталепла­вильных цехов под углом к прокатным. Площадь завода уменьшается на 7—8 га в расчёте на 1 млн. т стали. В качестве примера рассмотрим показатели ге­неральных планов металлургических заводов про­изводительностью 4 млн.тонн (Разливка в слитки) и металлургического завода производительностью 10 млн.тон (Непрерывная разливка) Разливка в слитки Непрерывная разливка Производственная мощность завода 4 млн.тонн 10 млн.тонн Общий объём перевозок на заводе в год 72 млн. т 103 млн. т внешние перевозки 22 млн. т 48 млн. т Общая протяжённость железнодорожных путей 140 км 37 км Автомобильных дорог 47 км 60 км Конвейерных систем 32 км 16 км В транспор­тном хозяйстве занято трудящихся завода 7,5 % Тенденции совершенствования генпланов Дальнейшее развитие технических решений по генеральному плану и транспорту металлургичес­ких заводов намечается в направлении примене­ния рациональных схем генерального плана, ис­пользования транспорта разных видов, особенно конвейерного и специального, а также автомо­бильного, компактных планировочных решений. Всё это в сочетании со строительством металлур­гических агрегатов большой единичной мощнос­ти и развитием непрерывных процессов в метал­лургии обеспечит повышение технико-экономи­ческих показателей по генеральному плану и транспорту, уменьшение капитальных затрат и эксплуатационных расходов на транспорт. Повышение компактности генерального пла­на и тем самым более экономное использование земельных ресурсов в сочетании с развитием малоотходной технологий следует отметить как важное направление в уменьшении вредного воз­действия металлургических заводов на окружающую среду. Так производство стали на Оскольский электрометаллургический комбинат (1,5 млн. тонн проката) запроектиро­вано по бескоксовой схеме. Из железорудного концентрата получают окатыши, подвергаемые металлизации и плавке в электропечах. Выплавленную сталь разливают на МНЛЗ, а затем непрерывно литую заготовку средствами внутрице­хового транспорта передают в прокатный цех. Технические решения по транспортной схеме увя­заны с производственным процессом и особенностями принятой технологии. Железорудный концентрат с Лебединского ГОКа до приёмных устройств цеха окомкования доставляется трубопроводным транспортом на 28,5 км. Сам способ транспортировки — орга ничная часть технологического процесса, так как окомкование ведётся с использованием увлажнён­ного концентрата, перевозка которого другими видами транспорта была бы очень затруднена (особенно зимой). На межцеховых перевозках железнодорожный транспорт не применяется. Его использование ог­раничивается внешними перевозками (доставка скрапа, огнеупоров, материалов и отправка гото­вой продукции). Межцеховые перевозки запро­ектированы конвейерным (на 61 %) и автомобиль­ным (на 39 %) транспортом. На автомобильных перевозках используются серийные и специализированные автотранспорт­ные средства. Использование специальных авто­мобилей настолько тесно связано с технологией обслуживаемых ими основных цехов, что приме­нение каких-либо других транспортных средств или видов транспорта вынудило бы изменить принципиальную компоновку цехов и ухудшило бы их технико-экономические показатели. На ОЭМК запроектировано применение автошлаковозов, автомобилей-контейнеровозов, автомобилей с подъёмной платформой, а также обо­рудованных специальными укрытиями автомоби­лей-самосвалов для перевозки обожжённой из­вести. Эти специальные автотранспортные сред­ства выполняют все основные технологические перевозки. Их можно загружать и разгружать без использования цеховых подъёмно-транспортных средств, что позволило облегчить и упростить кон­струкцию ряда сооружений. Широкое использование автомобильного транспорта на межцеховых перевозках обеспечи­вается разветвлённой сетью автомобильных до­рог требуемых геометрических параметров и уси­ленной конструкцией дорожного покрытия, что необходимо для движения автомобилей с боль­шими нагрузками на ось. Преимущественное при­менение для межцеховых перевозок конвейерно­го и автомобильного транспорта и отказ от ис­пользования для этой цели железнодорожного транспорта позволили запроектировать генераль­ный план с высокой плотностью застройки (око­ло 40 %) и обеспечить экономию площади ком­бината примерно на 85га. При разработке проектов приоритетными ос­таются следующие направления в проектировании генеральных планов: • рациональное использование и всемерная экономия земельных ресурсов путём строитель­ства современных металлургических агрегатов, блокировки зданий и совмещённой прокладки сетей, применения современных видов транспорта; • рациональные компоновочные решения, обеспечивающие реконструкцию предприятий без потери производства и условия для автоматиза­ции транспортно-производственного процесса; • размещение новых производств на освоен­ной территории, рекультивация нарушенных земель и освоение территорий, занятых шлаковы­ми отвалами; • создание современного промышленного об­лика предприятия, благоустройство и зеленение заводской территории и предзаводской зоны, ра­циональное использование пассажирского транс­ порта разных видов, обеспечение минимальной транспортной усталости трудящихся; • преимущественное применение конвейер­ного, специального автомобильного транспорта. Применяемые виды транспорта на металлургических заводах Многообразие условий, которым должен удов­летворять транспорт в чёрной и цветной металлургии, требования технологии и планировки ме­таллургических предприятий предопределяют воз­можность применения многочисленных вариан­тов транспортно-технологических схем, основан­ных на использовании разных видов транспорта. На выбор вида внутризаводского транспорта ока­зывают существенное влияние характеристики и единичная мощность металлургических агрегатов, а также технико-экономические характеристики серийно выпускаемых и перспективных средств транспорта. Межцеховые перевозки на заводах чёрной и цветной металлургии выполняются разными видами транспорта: железнодорожным, конвейерным, автомобильным, а также специальными видами — гидравлическим, пневматическим, рольгангами, подвесными канатными дорогами и др. Перевоз­ки внутри завода включают широкую номенклату­ру сыпучих, штучных, жидких и горячих грузов. С 50—60-х годов началось широкое примене­ние конвейерного транспорта, больше стал применяться автомобильный транспорт, что позво­лило уменьшить долю железнодорожных перево­зок по отдельным предприятиям с 80—90 до 35— 40 %. Существенно сократилась протяжённость железнодорожных путей. В последнее десятиле­тие развитие транспорта характеризуется тенден­цией всё более широкого применения конвейер­ного и специального, и особенно автомобильно­го, транспорта. - Важнейшими преимуществами конвейерного транспорта являются возможность автоматизации транспортного процесса и минимальная числен­ность обслуживающего и ремонтного персоналов, что обеспечивает высокую производительность труда. Конвейерный транспорт обеспечивает зна­чительную экономию заводских площадей за счёт возможности преодоления больших перепадов высот и уменьшения расстояний между цехами в сравнении с необходимыми при железнодорож­ном транспорте. Недостаток конвейерного транспорта — его высокая капиталоёмкость, ухудшаю­щая технико-экономические показатели при не­значительных грузопотоках. - Значительные преимущества обеспечивает применение автомобильного транспорта (сокра­щение дальности транспортировки грузов, умень­шение времени доставки грузов, экономия завод­ских площадей и др.) - Железнодорожный транспорт отличается на­дёжностью и простотой освоения массовых грузопотоков, что очень важно в условиях металлур­гических предприятий. Этому в значительной сте­пени способствует реконструкция железнодорож­ного транспорта, включающая мероприятия по переводу на тепловозо-электровозную тягу, исполь­зование большегрузных и специализированных вагонов и др. Отмеченные особенности железно­дорожного транспорта определяют эффективность его использования в первую очередь для транспор­тировки сырья и готовой продукции и перевозки продуктов плавки (чугуна, шлака, слитков). Вместе с тем использование железнодорожного транспорта не лишено недостатков: • значительные площади для укладки путей на площадке завода; • относительно большая дальность транспор­тировки грузов; • трудность автоматизации транспортных и грузовых операций; • значительная потребность в штатах обслу­живающего персонала; • недостаточная сохранность; —относительно длительный срок доставки. Сферы применения разных видов транспорта и методики их выбора для действующих и новых металлургических предприятий разные. На новых предприятиях применение транспорта разных видов существенно влияет на планировочные ре­шения по генеральному плану. Экономически це­лесообразная сфера применения того или иного вида транспорта в значительной мере определяется объёмом перевозок и дальностью транспор­тировки грузов. Для перевозки сыпучих грузов в условиях действующих заводов при дальности транспортировки 4 км и более и объёме перево­зок до 5 млн. т в год целесообразно использовать железнодорожный транспорт. При существенном росте объёма перевозок значительно повышается экономичность использования конвейерного транс­порта. Решить вопрос об экономической целесо­образности использования конвейерного или же­лезнодорожного транспорта можно только с по­мощью расчётов. Важное значение имеет органи­зация взаимодействия разных видов транспорта. Выбор видов транспорта Определение наиболее целесообразных видов транспорта для внутренних перевозок тесно связано с технологией производства и проектирова­нием генерального плана предприятия. При сравнении вариантов разных видов транспорта сле­дует учитывать транспортные издержки по всему перевозочному процессу, включая расходы на погрузо-разгрузочные работы. В большинстве случаев сравнение вариантов при выборе вида транспорта сводится к следующим случаям: • сравнение и выбор новых видов транспорта для нескольких грузов; • сравнение вариантов новых видов транспорта для одного определённого вида груза; • варианты замены существующего вида транс­порта новым на действующем предприятии; • сравнение и выбор вариантов видов транс­порта для предприятий с коротким сроком службы. С учётом преимуществ и недостатков основ­ных видов транспорта и опыта эксплуатации отечественных и зарубежных металлургических за­водов рекомендуется при проектировании новых и реконструкции действующих предприятий пре­дусматривать следующие виды транспорта: • конвейерный — для транспортировки угля, кокса, руды, агломерата, окатышей, известняка и других сыпучих материалов; • автомобильный — для транспортировки ог­неупоров, ферросплавов, окалины, ремонтного металла, сталеплавильного шлака, скрапа, отхо­дов производства, разных хозяйственных и строительных грузов, а в ряде случаев — для передачи заготовки в прокатные и отделочные цехи; • трубопроводный — для транспортировки гра­нулированного шлака, золы, шлама, окалины, колошниковой пыли и концентрата; • специальный (рольганги, конвейеры рулонов, передаточные тележки) — для транспортировки прокатных заготовок, рулонов, валков, скрапа; • железнодорожный — для транспортировки жидкого чугуна, доменного шлака, тяжеловесных и других грузов, пе­ревозки которых другими видами транспорта ока­жутся нерациональными. Совершенствование транспортных схем металлургических заводов Для достижения экономичности, бесперебой­ности и надёжности в обслуживании основного производства транспортные схемы должны: • полностью соответствовать генеральному плану завода, рациональному сочетанию разных видов внешнего и внутризаводского транспорта и обеспечивать наиболее короткие и удобные транспортные связи; • обеспечивать поточность технологического процесса и возможность параллельного выпол­нения операций; • на крупных заводах с полным циклом при значительных объёмах перевозок обеспечивать возможность кольцевого движения; • учитывать требования маневренности и воз­можности организации дублирующих подъездов к основным грузовым фронтам и металлургичес­ким агрегатам, предусматривать, как правило, изолированные пути на перегонах; • проектироваться в увязке с количеством и перерабатывающей способностью фронтов по­ грузки-выгрузки с учётом возможного расшире­ния завода; • обеспечивать безопасность движения поез­дов и маневровой работы; • обеспечивать высокую эффективность всех транспортных средств. Проектные решения по транспорту должны обеспечить работу завода как единого транспортно-технологического комплекса, что особенно важно в связи с большим объёмом перевозок (в расчёте на производство 1 т стали объём только внешних и межцеховых перевозок на заводе без учёта внутрицеховых перемещений составляет около 15т). Решения по транспортной схеме тесно связаны с планировочными, поскольку должны быть обес­печены удобные и короткие транспортные связи. Основным направлением в этой области сле­дует считать более широкое применение конвейерного и других видов непрерывного транспорта, что позволяет обеспечить компактные планиро­вочные решения, исключить трудоёмкие работы по содержанию технических средств железнодорожного транспорта и существенно уменьшить количество погрузочно-разгрузочных операций при одновременном улучшении условий труда. Важным направлением следует считать более широкое использование автомобильного транс­порта — преимущественно специализированных автомобилей. Такие автомобили должны быть приспособлены к перевозке специфических гру­зов отрасли, например слябов, рулонов, горячего шлака, скрапа и т.п. Необходимы специальные слябовозы, автошлаковозы, автомобили-самопогрузчики, самосвалы с боковой разгрузкой и др. Специализированные автомобили, как принято и в зарубежной практике, должны быть оборудо­ваны приспособлениями для механизированного выполнения погрузочно-разгрузочных операций без привлечения цеховых средств механизации. В ряде случаев в условиях действующих заво­дов замена железнодорожного транспорта конвей­ерным или автомобильным обеспечивает возмож­ность реконструкции цехов основного производ­ства, высвобождение заводских площадей. На основе краткого обзора генерального пла­на и транспорта зарубежных металлургических заводов можно отметить следующее. 1. Решения по генеральному плану металлур­гических заводов отражают тенденцию расшире­ния применения непрерывного и автомобильно­го транспорта с соответствующим уменьшением железнодорожного. 2. На новых и действующих зарубежных ме­таллургических заводах в большой мере исполь­зуется специализированный автомобильный транспорт. В связи с этим проектируется развитая сеть автомобильных дорог с путепроводными развязками в разных уровнях. Железнодорожный транспорт на зарубежных заводах используется главным образом для перевозки жидкого чугуна и горячих слитков. Число локомотивов и протяжённость железнодорожных путей сводятся к минимуму. 3. Ограниченное применение железнодорож­ного транспорта и широкое использование кон­вейерного и автомобильного транспорта в соче­тании с прибрежным размещением предприятий, перевозка водным транспортом сырья и готовой продукции, узкой специализацией заводов и рас­положением железнодорожных станций и порто­вых сооружений для приема сырья и отправкиготовой продукции на периферийной части про­мышленных площадок обеспечивают занятие за­водами минимальных площадей (например, удель­ная площадь на 1 млн. т стали в год для заводов Японии составляет всего 60—90 га, у нас 100-150 га). Технико-экономические показатели К основным показателям оценки проектов ге­нерального плана и транспорта металлургических заводов следует отнести: площадь завода в огра­де, приходящуюся на 1 млн. т производимой ста­ли в год; распределение объёмов межцеховых пе­ревозок по видам транспорта (железнодорожный, автомобильный, непрерывные), %; годовой объём перевозок, тыс. т в год на одного трудящегося железнодорожного транспорта (производитель­ность труда); годовой объём перевозок на один локомотив рабочего парка, тыс. т в год; протя­жённость железнодорожных путей на 1 млн. т ста­ли в год. Значения базовых показателей, приве­дённые ниже, разработаны применительно к раз­ным категориям металлургических заводов. Большой диапазон значений базовых показа­телей отражает значительное разнообразие реше­ний металлургических заводов по технологии металлургического производства, составу и спе­циализации основных цехов, условиям размеще­ния и транспортного обслуживания. Так, показа­тель "площадь завода в ограде на 1 млн т стали в год" зависит не только от рациональности пла­нировочных решений генерального плана, но и в значительной степени от состава основных цехов и производств, и особенно от состава, специали­зации и количества цехов прокатного производ­ства. При наличии в составе завода прокатных це­хов листовой специализации показатель площади завода в ограде на 1 млн. т стали в год значительно больше, чем на заводе аналогичной мощности с прокатными цехами сортовой специализации. С возрастанием количества прокатных цехов четвёр­того передела, особенно листовой специализации, на новых и реконструируемых заводах при их раз­витии показатель площади завода в ограде на 1 млн. т стали в год значительно возрастает. Показатель "распределение объёмов межцехо­вых перевозок по видам транспорта" характеризует уровень технических решений. Так, на но­вых заводах полного цикла преимущественное положение по объёмам перевозок занимают не­прерывные виды транспорта (50—70 %), которы­ми должны транспортироваться все сырьевые сы­пучие грузы, начиная от их выгрузки на вагоно-опрокидывателях и кончая подачей шихты на ко­лошники доменных печей, а также сыпучие гру­зы-добавки (в сталеплавильные цехи) и прокат­ные заготовки (горячекатаные рулоны и др.) из цехов горячей прокатки в другие прокатные цехи. На реконструируемых заводах полного цикла пре­обладающее положение по объёму межцеховых перевозок в обозримом будущем сохранится за железнодорожным транспортом (40-70 %). Сфера рационального применения автомо­бильного транспорта на межцеховых перевозках новых и реконструируемых заводов полного цикла должна быть примерно одинаковой, с охватом 5-10 % объёма межцеховых перевозок. Автомо­бильным транспортом перевозятся и будут перевозиться в основном грузы вспомогательного на­значения, а также некоторые технологические грузы и отходы производства — огнеупоры, фер­росплавы, оборудование, скрап, сталеплавильные шлаки, мусор. На новых передельных заводах в связи с их незначительными объёмами производства и отсутствием агло-коксо-доменного производства пре­имущественное применение на межцеховых перевозках, в силу экономичности и технологичности, получили специализированные автотранспортные средства. Рекомендуемый показатель охвата ими объёма межцеховых перевозок 70—80 %. Для реконструируемых передельных заводов, так же как и для реконструируемых полного цик­ла, по указанным выше причинам большая доля объёма межцеховых перевозок будет осуществляться железнодорожным транспортом (50—70 %). В связи с тем, что приведённые показатели имеют большой диапазон значений, отражающих ценологические свойства, которые проявляются в значительном разнообразии технических и тех­нологических решений металлургических заводов, рекомендуется при оценке полученных в проекте показателей сравнивать их с соответствующими показателями обоснованно выбранных предприятий-аналогов. Кроме базовых показателей рекомендуется для оценки качества проектной документации по ге­неральному плану и транспорту использовать сле­дующую номенклатуру базовых качественных ха­рактеристик: • обеспечение поточности технологического процесса и рациональных транспортных связей; • обеспечение очерёдности строительства и возможности перспективного развития отдельных производств и завода в целом; • компактность размещения и рациональное использование земельных ресурсов; • обеспечение надёжности транспортного об­служивания и механизация тяжёлых и трудоём­ких работ. Этот перечень качественных характеристик от­ражает выполнение основных принципов проек­тирования генерального плана и транспорта ме­таллургических заводов. Лекция 5 Проектирование доменных цехов Доменные цехи. Общая характеристика доменных цехов Проектные решения для доменных печей и условий их работы Планировка доменных цехов Доменные цехи. Общая характеристика доменных цехов В общем случае схему организационного и технологичес­кого обеспечение доменного производства можно представить Рис. 5.1. Рис. 5.1. Схема доменного производства Доменный цех представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных агрегатов, зданий, сооружений и транспортных систем. Цех включает несколько доменных печей с относящимся к каждой из них и расположенным вблизи них комплексом объектов, а также бункерную эстакаду, систему транспортных путей, газопроводов и ряд общих для цеха или нескольких печей отделений: • отделение разливки чугуна; • воздуходувная станция доменного дутья; • иногда станция подачи воздуха горения; • отделение приготовления огнеупорных масс; • депо ремонта чугуновозных ковшей; • участок или установки переработки жидкого шлака; • электроподстанции; • насосная и системы оборотного водоснабжения; • центральная приточная станция; • вытяжные станции литейного двора и бункерной эстакады; • административно-бытовой корпус; • ремонтные мастерские и др. В состав центрального узла, кроме доменной печи с колошниковым устройством входят: • литейный двор; • воздухонагреватели с газовоздухопроводами; • система газоочистки; • скиповой подъемник с машинным зданием; • здание управления печью; • иногда установки припечной грануляции шлака и некоторые другие. Для доменных цехов характерны большой объем и сложная система грузопотоков. Основными линиями грузопотоков являются: • грузопотоки шихтовых материалов к бункерной эстакаде с агломерационных фабрик, фабрик окомкования, коксохимического цеха и ряда других источников снабжения за пределами завода; • грузопотоки материалов от бункерной эстакады к колошниковому загрузочному устройству; • грузопотоки уборки продуктов плавки — чугуна, шлака, колошниковой пыли; • уборки коксовой мелочи; • грузопо­токи материалов, используемых при ремонтах объектов цеха; • трубопроводная подача к печам кислорода и природного газа и отвод колошникового газа. При разработке технологической части проекта доменного цеха решаются следующие основные задачи: • выбор числа, полезного объема и устройства доменных печей и параметров технологического процесса; • определение расхода основных материалов и расчет на основании этого пропускной способности транспортных систем; • обоснование и выбор конструкции и параметров работы воздухонагревателей, воздуходувок, газоочисток и других обслуживающих печь агрегатов; • выбор схем доставки в цех шихтовых мате­риалов, систем подачи материалов к колошниковому подъему и типа колош­никового подъема, схем уборки продуктов плавки и соответствующего оборудования; • выбор планировки литейного; • разработка наиболее рациональных грузопотоков и транспортных систем; • оптимальная компоновка объектов цеха и транспортных путей в соответствии с требованиями технологического процесса и с целью уменьшения занимаемой цехом площади, при этом должна быть обеспечена возможность ремонта агрегатов без нарушения бесперебойной работы соседних печей и возможность расширения цеха. Проектные решения для доменных печей и условий их работы Закладываемые в проект цеха решения по конструкции, объему и производительности доменных печей и технологии производства должны отвечать последним достижениям доменного процесса в соответствующей области. Полезный объем печей. Для доменного, так же как и для других металлургических производств важным является использование основных производственных агрегатов повышенной мощности, поскольку это ведет к повышению производительности труда и улучшению других технико-экономических показателей производства. В нашей стране строились и эксплуатируются доменные печи с полезным объемом до 5000—5500 м3; с течением времени полезный объем вновь сооружаемых печей непрерывно возрастал. По расчетам Гипромеза, эффективность повышения объема доменных печей характеризуется следующими цифрами: Полезный объем печи, м3 3200 5000 Удельные капиталовложения, % 95,5 93,3 Производительность труда, % * 117,6 140,0 Себестоимость чугуна, % * . . 97,1 95,7 Расходы по переделу, % * 94,3 88,7 * За 100% приняты показатели для печи объемом 2000 м3. Для вновь сооружаемых цехов рекомендуются печи с объемом 3200, 4200 и 5500 м3. При реконструкции существующих цехов и капитальных ремонтах печей рекомендуется замена существующих печей печами большего объема с уменьшением их общего числа в цехе. Число печей в цехе. Потребное число доменных печей в цехе можно определить из соотношения п = Пц/П, где Пц и П — годовая производительность соответственно цеха и одной печи (т/год). Годовую производительность цеха определяют на основании составляемого баланса металла по заводу. Исходной величиной для составления баланса является годовой объем производства проката — готовой продукции металлургического завода. Зная эту величину и расходные коэффициенты металла, на прокатных станах вначале определяют потребность прокатных цехов в стальных слитках. Далее по известной величине расхода чугуна на 1 т стальных слитков определяют потребность сталеплавильных цехов в жидком чугуне. К найденной величине добавляют количество товарного чугуна, которое завод должен отправлять на сторону, и потребность вспомогательных цехов завода в литейном чугуне, получая требуемую величину Пц. Производительность доменного цеха и печей определяют в расчете на передельный чугун. Годовая производительность доменной печи П=nсПсут, где Псут — среднесуточная производительность печи, т/сут; nс — среднегодовое число рабочих суток печи за кампанию, сут/год. Среднесуточную производительность доменной печи приближенно можно определить по формуле: Псут=V/КИПО, где V — объем печи, м3; КИПО — коэффициент использования полезного объема печи, м3 сут/т. На хорошо работающих печах КИПО = 0,45-0,40 и иногда менее. Для проектировавшихся в последние годы печей большого объема, работающих на повышенном давлении и с применением природного газа и кислорода Гипромез принимал величину КИПО в пределах 0,370 — 0,385. Среднегодовое число рабочих суток печи nс = 365Тр/Ткамп, где ТР — общее число рабочих суток за кампанию печи, сут; Ткамп — общее число календарных суток за кампанию печи, сут. Общее число рабочих суток за кампанию Тр=Пкам/Пс Выплавляемое за кампанию печи количество чугуна Пкапм=V*П0, где V — объем печи, м3; П0—норматив выплавки чугуна за кампанию, т/м3 объема печи. Величины П0 для печей различного объема в соответствии с нормами технологического проектирования берется из таблицы Общее число календарных суток за кампанию (Ткамп) представляет собой сумму рабочего времени печи (числа рабочих суток Тр) и времени, затрачиваемого на капитальные ремонты печи. Существующими нормами в течение кампании предусмотрены один капитальный ремонт 1-го разряда, два капитальных ремонта 2-го разряда и капитальные ремонты 3-го разряда. Доменные печи необходимо сооружать с учетом новейших достижений науки и техники в области их конструирования и эксплуатации. В частности: • должны быть предусмотрены загрузочные устройства бесконусного типа; • самонесущий кожух без мораторного кольца; • совершенствование профиля на основании опыта эксплуатации печей за последние годы; • совершенствование конструкции, применение новых, более совершенных конструкций холодильников и др. Реконструируемые печи должны заменяться печами большего объема, что позволит уменьшить их число в цехе. Новые и реконструируемые печи оборудуют автоматизированными системами управления технологическим процессом, должна быть предусмотрена полная механизация работ на литейном дворе. Печи объемом 2000 м3 и менее должны иметь по две чугунных летки, печь объемом 2700 м3 — три, печи объемом 3200—5500 — четыре летки. Технология доменного процесса должна предусматривать использование предварительно подготовленных шихтовых материалов. Все нужные добавки (известняк, марганцевая руда и др.) должны вводиться в состав шихты при производстве агломерата и окатышей. Их изготовление предусматривается осуществлять из обогащенных железорудных концентратов с содержанием железа 63—67%, что должно обеспечить выход шлака не более 350 кг на 1 т чугуна. Технология должна включать следующие методы интенсификации доменного процесса: • вдувание природного газа (до150 м3 на 1 т чугуна); • обогащение дутья кислородом (до 30—35%); • работу при избыточном давлении под колошником до 0,25 МПа; • повышение температуры дутья до 1300—1400 0С; • вдувание в печь угольной пыли и мазута, а также горячих восстановительных газов. Планировка доменных цехов Существующие доменные цехи характеризуются многообразием отдельных проектных решений. Помимо различий в устройстве, производительности и числе доменных печей, цехи различаются устройством литейного двора и организацией выпуска чугуна в чугуновозные ковши и шлака в шлаковозные; системами подачи материалов на колошник; системами подачи материалов к колошниковому подъему; устройством и расположением бункерных эстакад; системой шлакоуборки и др. В целом можно выделить три разновидности планировки доменных цехов: 1. с блочным расположением печей; 2. с островным расположением печей и скиповым подъемом материалов на колошник; 3. с островным расположением печей и конвейерной подачей материалов на колошник. Цехи с блочным расположением печей. Цех подобного типа имеет ряд расположенных в одну линию доменных печей, оборудованных скиповым колошниковым подъемом; общую, расположенную рядом с печами вдоль их фронта бункерную эстакаду; находящийся рядом с бункерной эстакадой рудный двор; ряд идущих вдоль линии печей железнодорожных путей для уборки чугуна, шлака и колошниковой пыли. Характерная особенность цеха — то, что печи попарно объединены в блоки, причем две входящие в блок соседние печи имеют один общий литейный двор. Первые строившиеся цехи с блочным расположением печей имели совмещенный грузопоток чугуна, шлака и пыли, т. е. все железнодорожные пути для уборки продуктов плавки располагались с одной стороны от печей, что предопределяло низкую пропускную способность путей. Заезды с чугуновозных путей на шлаковозные и наоборот возможны только с торцов цеха. Основное достоинство планировки с блочным расположением печей – компактность цеха. Недостатками подобной планировки являются: 1. невысокая пропускная способность путей уборки чугуна и шлака, связанная с необходимостью сложного маневрирования составами, поскольку невозможен переезд с чугуновозных путей на шлаковые, и с тем, что при тупиковых путях имеется встречное движение составов. 2. общий литейный двор затрудняет выполнение горновых работ, по условиям техники безопасности при выпуске чугуна с одной печи нельзя работать на второй смежной половине литейного двора. 3. затруднен ремонт печей, особенно в период выпусков чугуна на работающей печи. Однако блочная планировка доменного цеха обеспечивала наименьшее расстояние между печами (50-60 м), меньшую протяженность всех коммуникаций, что имело большое значение для строившихся новых заводов в 30е-40е годы прошлого века в СССР. Со второй половины сооружают цехи только с островным расположением печей. Цехи с островным расположением печей, оборудованных скиповыми колошниковыми подъемами. Цехи подобного, типа составляют большую часть доменных цехов отечественных металлургических заводов. Для подобных цехов характерно расположение доменных печей в линию и наличие раздельных потоков уборки чугуна и шлака, причем поток уборки чугуна расположен с одной стороны от линии печей, а поток уборки шлака — с другой. Расстояние между печами при их объеме от 1000 до 1300 м3 составляет не менее 100 м; для печей объемом более 1300 м3 — не менее 110 м; при объеме печей 2000—3200 м3 — от 123 до 165 м. Цехи с островным расположением печей и конвейерным колошниковым, подъемом — это современные цехи с высокопроизводительными печами большого объема. Их характерная особенность — малое число доменных печей в связи с большой производительностью каждой из них. При годовой производительности печей объемом 3200 и 5000 м3 соответственно около 3 и 4,6 млн. т чугуна обычный для современного металлургического завода объем выплавки чугуна достигается при установке в цехе двух-трех доменных печей. Один из проектных вариантов планировки подобного цеха с ковшовой уборкой шлака показан на рис. 5.2: Две доменные печи 3а и 3б оборудованы круглым литейным двором 4. Имеется общая для двух печей бункерная эстакада 1, расположенная под углом по отношению к конвейерам колошниковых подъемов 2а и 2б. Материалы из бункерной эстакады выдаются на ленты колошниковых подъемов с помощью конвейеров 1а и 1б. Для уборки чугуна под литейным двором с одной его стороны расположены тупиковые пути 6а и с противоположной — 6б; уборку шлака также осуществляют с двух сторон литейного двора по тупиковым путям 7а и 7б. Тупиковые постановочные пути связаны с двумя рядами ходовых путей 8. Блок 5 воздухонагревателей расположен между рядами постановочных путей. Рис. 5.2 План доменного цеха с конвейерным колошниковым подъемом и ковшевой уборкой шлака Еще одна разновидность планировки доменного цеха с островным расположением печей, конвейерным колошниковым подъемом и бесковшовой уборкой шлака показана на рис. 5.3 Две доменные печи оборудованы круглыми литейными дворами 13. С двух противоположных сторон каждого литейного двора проложено по два сквозных пути 2 и 14 для уборки чугуна, имеющих выезды на ходовые пути 11 и 23. Имеются также железнодорожные пути 16 для уборки колошниковой пыли, проложенные под сухими пылеуловителями 18. Вблизи от пылеуловителей размещены газоочистные устройства 17. Под литейным двором проложен тупиковый хозяйственный путь 21 и имеется эстакада 15 для автовъезда на площадку литейного двора. Эти транспортные пути служат для подвоза вспомогательных материалов и оборудования. Блок воздухонагревателей 5 с дымовой трубой 8 размещен вдоль чугуновозных уборочных путей с наружной их стороны. Рядом расположена станция 6 подачи воздуха в камеры горения воздухонагревателей и здание 4 управления печью. Между чугуновозными путями 2 и 14 размещены здания фильтров 9. Для каждого литейного двора предусмотрены вытяжная станция и газоочистка, расположенные в зданиях 7. Имеется общая для двух печей газотурбинная расширительная станция 12. Доменная печь оборудована двумя установками 3 припечной грануляции, расположенными с двух противоположных сторон от печи снаружи чугуновозных путей. Сжатый воздух для грануляционных установок 3 подают от воздуходувных станций 22. Гранулированный шлак от припечных установок транспортируют на склад 27 по конвейерным галереям. Каждая печь имеет отдельную бункерную эстакаду 28, из; которой материалы выдаются на конвейерный колошниковый подъем 25. Шихтовые материалы на обе эстакады доставляют по общему конвейерному тракту 30 через перегрузочную станцию 29. Для каждой бункерной эстакады предусмотрено здание 24 управления шихтоподачей со станцией приточной вентиляции и блок 31 вытяжной вентиляции системы шихтоподачи с газоочисткой. По путям 11 и 11а жидкий чугун транспортируют в конвертерный цех; с путей 23 — к разливочным машинам 2б. За ходовыми путями 11 расположены сооружения 10 оборотного водоснабжения доменных печей; между путями 11 и 23 размещены административно-бытовые здания 19 и депо 20 ремонта чугуновозных ковшей. Следует отметить, что косоугольная планировка обеспечивает малую ширину зоны доменного цеха. Кроме того, компактности планировки и минимальной протяженности конвейерных галерей доставки основных технологических грузов, способствует принятая схема шихтоподачи по общему конвейерному тракту 30. Планировку подобного типа можно считать приемлемой для вновь сооружаемых цехов. При этом в зависимости от условий генплана завода может изменяться взаимное расположение печей и бункерных эстакад, ходовых путей и других объектов цеха. Можно отметить общую особенность цехов с печами большого объема и бесковшовой уборкой шлака — наличие четырех уборочных путей для чугуна, располагаемых по два с обеих сторон литейного двора, причем все эти пути могут быть тупиковыми. Расположение цеха на заводской площадке. При работе доменного цеха в атмосферу выделяется заметное количество пыли и вредных газов. Чтобы уменьшить загрязнение воздуха над другими цехами, доменный цех располагают на заводе с подветренной стороны. При размещении цеха необходимо обеспечить наиболее удобное сочетание внутрицеховых грузопотоков с общезаводскими транспортными потоками. Обычно цех располагают так, чтобы основное направление внутрицеховых железнодорожных путей соответствовало основному направлению общезаводских путей. Лекция 6 Система шихтоподачи Подача материалов на бункерную эстакаду Бункерная эстакада Устройство литейных дворов Уборка продуктов плавки Система шихтоподачи Основными составляющими шихты современных доменных печей являются агломерат, окатыши и кокс; загружают также некоторое количество добавок (главным образом, это железная и марганцевая руда и флюсы). Для обеспечения работы доменной печи требуется бесперебойная подача этих материалов к загрузочному устройству на высоту 60—80 м порциями с определенным темпом и в определенной последовательности. Количество загружаемых в современную высокопроизводительную печь рудных материалов достигает 20 тыс. т и кокса 5500 т в сутки. Все это предъявляет жесткие требования к системе шихтоподачи, которая должна обеспечить прием, транспортировку, хранение, набор, взвешивание и подачу материалов на колошник к загрузочному устройству. В системе шихтоподачи можно выделить три участка или звена: подача материалов с фабрик окускования, коксохимического завода (цеха) и с внешней железнодорожной сети на бункерную эстакаду; подача материалов из бункеров эстакады к колошниковому подъему; колошниковый подъем. Подача материалов на бункерную эстакаду Сооружавшиеся в прежние годы доменные печи имеют в своем составе рудный двор (рис. 6.1). Он предназначался для приемки сырых материалов, хранения необходимого их запаса, усреднения и последующей подачи материалов на бункерную эстакаду, откуда они затем загружались в печь. Такую схему доставки и загрузки материалов использовали тогда, когда основу шихты доменных печей составляла железная руда. Сейчас доменные печи работают преимущественно на окускованном сырье, и с рудного двора в печи поступает незначительное количество материалов, а рудные дворы используют как склады для фабрик окускования или для создания запаса материалов в расчете на непредвиденные обстоятельства в работе шихтоподачи. Рудный двор представляет собой расположенную вдоль линии доменных печей площадку, ограниченную с одной стороны бункерной эстакадой 6, а с другой — приемной траншеей 7. Материалы хранятся в штабелях 1, их вместимость и площадь двора рассчитывают на обеспечение работы цеха в течение 1,5—2'мес. Бетонированная приемная траншея 7 служит для разгрузки поступающих материалов; вдоль нее проложен железнодорожный путь для прибывающих вагонов и по ширококолейному рельсовому пути перемещается башенный вагоноопрокидыватель 2. Вся площадь рудного двора обслуживается грейферным краном-перегружателем 3, который передвигается вдоль двора над: штабелями. Поступающие на разгрузочный путь открытые вагоны с материалами принимает башенный вагоноопрокидыватель 2 и переворачивает их вверх колесами, высыпая материалы в приемную траншею 7. Из траншеи материалы перегружают в штабель грейфером крана-перегружателя. Для подачи материалов к печам порцию нужного материала захватывают грейфером из штабеля и подают в перегрузочный вагон 5, который перемещается по рельсам бункерной эстакады 6 и разгружает материал в бункер. Рис. 6.1 Схема рудного двора Бункерная эстакада Бункерная эстакада предназначена для хранения у печи требуемого оперативного запаса материалов, их приемки, а также механизации набора и передачи материалов к колошниковому подъему. В строившихся до недавнего времени доменных цехах с печами, оборудованными скиповыми подъемниками, сооружали общую бункерную эстакаду, которая представляет собой вытянутое вдоль цеха и фронта печей, возвышающееся на 9—12 м над уровнем заводского пола железобетонное сооружение, состоящее из ряда отдельных бункеров и обслуживающего их оборудования. Располагают эстакаду вблизи печей со стороны скиповых подъемников. Подача материалов на эстакаду и ее устройство. Материалы на бункерные эстакады подают конвейерным или рельсовым транспортом Подача шихты на колошник Разработаны и в настоящее: время применяются: два способа подачи шихтовых материалов на колошник доменной печи к. ее загрузочному устройству — скиповой и конвейерный. Высота подъема материалов для крупных печей достигает 70—80 м. Общая характеристика колошниковых подъемов. Все строившиеся до недавнего времени доменные печи оборудованы скиповыми подъемниками шихты на колошник. Конвейерную систему подачи начали применять в последние годы на новых доменных печах большого объема. Основной причиной, обусловившей применение конвейерной подачи, явилось то, что скиповые подъемники не обеспечивают требуемый темп загрузки печей большой производительности. Преимущества конвейерной системы подъема по сравнению со скиповой состоят в значительно большей производительности, достигающей 30000 т материалов в сутки и более; снижении на 15—20 % удельных капитальных затрат на сооружение колошникового подъема и эксплуатационных расходов; создании единой системы подачи шихты на колошник непрерывным транспортом с полной ее автоматизацией; облегчении строительства доменной печи, так как печь и конвейерный подъемник являются независимыми сооружениями; отсутствии необходимости в сооружении скиповой ямы (все оборудование находится на поверхности, что облегчает обслуживание); освобождении территории около печи для размещения других агрегатов (например, установок припечной грануляции); большем в несколько раз сроке службы ленты конвейера, чем скиповых канатов; возможности подачи в одной порции нескольких материалов путем их послойной укладки на ленте. С учетом изложенного для вновь сооружаемых доменных печей большого объема рекомендуется применение конвейерного колошникового подъема. Скиповой подъемник. Основными элементами скипового подъемника (рис. 6.2) являются наклонный мост 5, два перемещающихся по мосту скипа 3, скиповая лебедка 1 и система канатов 4 и блоков; для подвески и перемещения скипов. Наклонный мост представляет собой сварную пространственную металлоконструкцию, внутри которой проложены два рельсовых пути 7, по; которым движутся скипы. Угол. наклона моста к горизонту составляет 47—54°, а на участке у скиповой ямы 6 достигает 60°. Наклонный мост имеет две опоры - фундамент у скиповой ямы и колонну 2 (пилон), опирающуюся на фундамент доменной печи. Конвейерный подъемник. Материалы на колошник печи от бункерной эстакады подают с помощью одного наклонного ленточного конвейера, размещаемого в закрытой наклонной галерее. Угол наклона конвейера к горизонтали делают небольшим чтобы исключить скольжение и скатывание насыпного груза по ленте под действием силы тяжести. При транспортировке агломерата этот угол не должен превышать 12°; обычно угол наклона конвейера к горизонту делают в пределах 10—11°. Малый угол наклона обусловливает большую длину конвейера, которая составляет 250—500 м. В конвейерах колошниковых подъемников применяют резинотросовые ленты из теплостойкой резины, ширина ленты составляет 1,2—2,0 м. Скорость движения, ленты обычно составляет 2,0 м/с. Конвейер работает непрерывно, а транспортируемые материалы располагаются на нем отдельными порциями с определенными интервалами, величина которых зависит от режима работы загрузочного устройства печи и требуемой интенсивности загрузки, определяемыми заданной программой. Обычно управление режимом подачи материалов автоматизировано. Важным технологическим преимуществом системы является возможность подачи в одной порции агломерата, окатышей и добавок путем послойной их укладки на ленте при ее движении под подающими бункерами. Материалы можно подавать в таких соотношениях и последовательности, какие требуются для гибкого управления работой доменной печи. Система с конвейерной подачей материалов от бункеров до колошника. Наиболее совершенной системой подачи материалов от бункеров до колошника является вторая разновидность рассматриваемой системы загрузки, в которой исключены сборные конвейеры, передающие материалы от бункеров эстакады к наклонному конвейеру колошникового подъемника, т. е. в которой материалы от бункеров эстакады до колошника подаются одним конвейером. Схема подобной системы загрузки, разработанной для печи объемом 5500 м3, Череповецкого металлургического комбината показана на рис. 3.11. Горизонтально-наклонный конвейер 8 колошникового подъема проходит через размещенную вдоль него бункерную эстакаду; материалы из расположенных над конвейером бункеров эстакады выдаются на движущуюся ленту конвейер а, доставляющую их к колошниковому загрузочному устройству печи. Бункерная эстакада состоит из пяти каналов выдачи на конвейерный подъемник агломерата, четырех каналов кокса, двух каналов окатышей, четырех каналов добавок и одного канала, предназначенного для окатышей или кокса. В каждом канале агломерата, окатышей и кокса материал из соответствующих бункеров А О и К выдают в весовую воронку 4 емкостью 80 м3 с помощью трех самобалансных (ГСТ-62) грохотов 1, отсеивающих мелочь. Применение в одном канале трех грохотов 1 повышает производительность и улучшает эффективность грохочения. Из весовой воронки 4 материал с помощью самобалансного питателя 2 типа ПТ выдается на конвейер 8. Отсеянная грохотами 1 мелочь поступает на продольные ленточные конвейеры 6, с которых ее перегружают на поперечные конвейеры 7. Добавки из бункеров Д передаются электровибрационными питателями 9 в весовые воронки 5 и далее с помощью питателей 3 на ленту конвейерного подъемника 8. Материалы на конвейер 8 выдаются по заданной программе, работа системы шихтоподачи автоматизирована Рис. 6.2 Схема системы шихтоподачи печи объемом 5500 м3 ЧерМК Устройство литейных дворов Литейный двор представляет собой сооружаемое у основания доменной печи здание с рабочей площадкой, расположенной несколько ниже чугунных леток и предназначенной для размещения желобов, по которым жидкий чугун из леток поступает в ковши чугуновозов, а шлак — в ковши шлаковозов или к установкам припечной грануляции. Рабочую площадку располагают на высоте, позволяющей разместить ниже нее поворотные и качающиеся желоба и под ними чугуновозы и шлаковозы, перемещаемые по путям на нулевой отметке. На площадке литейного двора располагают также механизмы для вскрытия и заделки чугунных леток, смены фурм, обслуживания желобов; пульты управления механизмами; закрома для песка, глины, огнеупорных масс. Литейные дворы могут быть (в плане) прямоугольной или круглой формы. Здание прямоугольных литейных дворов - однопролетное с крышей, снабженной аэрационным фонарем. Здание круглого литейного двора представляет собой в плане правильный многоугольник с кольцевым фонарем на крыше; на металлоконструкции этого здания опирается колошниковое устройство печи. В зданиях литейных дворов устанавливают мостовые краны грузоподъемностью 20/5 и 30/5 т со съемными электромагнитами и грейферами. Рабочая площадка литейных дворов выполнена из опирающихся на колонны железобетонных плит, покрытых в существующих цехах засыпкой из песка и иногда сверху слоем шамотного кирпича, а также чугунными плитами. На рис. 6.3 показан литейный двор прямоугольной формы со стационарными желобами, по которым чугун и шлак из печи поступают в ковши чугуновозов и шлаковозов, установленных на железодорожных путях под сливными носками желобов. Расстояние между сливными носками принимают равным длине чугуновоза или шлаковоза (по осям автосцепок). Кольцевой литейный двор впервые был сконструирован для печей полезного объема 3200-5000 м3. Здание его в плане представляет собой правильный многоугольник с кольцевым фонарем, перекрытым сверху колошниковой площадкой. Стальные колонны здания опираются на железобетонные колонны рабочей площадки. Перекрытие ее состоит из сборных железобетонных панелей, опирающихся на стальные ригели и балки. Стеновые ограждения литейного двора выполняются из волнистого оцинковоного железа или асбестофанеры усиленного профиля. Рабочие места горновых оборудованы душирующими установками. Аэрация осуществляется поступлением приточного воздуха через поворотные вертикальные аэрационные щиты в стенах литейного двора и кольцевого аэрационного фонаря. Аспирация тепла, газа и пылевыделения производится с помощью стационарных устройств над главным желобом с отсосом газов, съемными и стационарными укрытиями над желобами чугуна и шлака с отсосом газов над желобами слива. Рис. 6.3 План литейного двора прямоугольной формы со стационарными желобами. 1 – колонна шахты печи; 2 – монорельс для смены воздушных фурм; 3, 7 - шлаковые стопоры; 4, 6 – шлаковые летки; 5 – доменная печь; 8 – отсечное устройство для шлака; 9 – желоб для шлака; 10 – чугунная летка; 11 – пневматический молоток; 12 - шлаковоз; 13 – бурмашина; 14 – электропушка; 15 – устройство для сушки желобов; 16 - главный желоб для чугуна; 17 – закром для песка; 18 – мостовой кран; 19 – контейнеры с леточной массой; 20 – чугуновоз; 21 – отсечное устройство для чугуна; 22 – желоб для чугуна; 23, 24, 25 – пульты управления; 26 – лебедка атмосферного клапана пылеуловителя; 27 – лебедка атмосферного клапана печи; 28 – пульт управления доменной печью. Двор оборудован установками припечной грануляции. Разливка чугуна осуществляется через качающиеся желоба в ковши, передвигаемые толкателями. Возможна выдача чугуна в миксерные ковши емкостью до 400-600 т. По периметру его располагаются встроенные помещения станций управления электрооборудованием литейного двора, посты управления пушками, помещения для хранения леточной и других масс. План круглого литейного двора с ковшевой уборкой шлака и поворотными желобами представлен на рис. 6.4. План круглого литейного двора с качающимися желобами и придоменной грануляцией шлака показан на рис. 6.5 Рис. 6.4 План круглого литейного двора с ковшевой уборкой шлака и поворотными желобами. 1 – доменная печь; 2 – здание литейного двора; 3 – главный желоб; 4 – стационарный желоб для чугуна; 5 – поворотный желоб для чугуна; 6 – чугуновозы; 7 – стационарный желоб для шлака; 8 – поворотный желоб для шлака; 9 – шлаковозы; 10 – машина для забивки чугунной летки; 11 – машина для вскрытия чугунной летки; 12 – кольцевой кран; 13 – граница зоны действия кольцевого крана. Рис. 6.5 План круглого литейного двора с качающимися желобами и придоменной грануляцией шлака. 1 – качающийся желоб; 2 – главный желоб; 3 – ж/д пути для чугуновозных ковшей; 4 – мостовой кран; 5 – скиммерное устройство; 6 – шлаковый желоб; 7 – доменная печь; Уборка продуктов плавки Уборка чугуна На отечественных и зарубежных заводах общепринятой является ковшевая уборка чугуна от доменных печей. Для приема чугуна от печей и его транспортировки применяют открытые грушевидные ковши и ковши миксерного типа. В миксерных ковшах чугун транспортируют в переливные отделения сталеплавильных цехов, в открытых ковшах — в миксерное отделение сталеплавильного цеха или на разливочные машины доменного цеха. 1. Чугуновоз с грушевидным ковшом. 2. Чугуновоз миксерного типа. На отечественных печах применяют чугуновозы миксерного типа следующей вместимостью 150, 420 и 600 т. Уборка шлака Уборка шлака от печей ковшами. Для транспортировки шлака применяют стальные или чугунные ковши вместимостью 11, 16 и 16,5 м3. Шлаковозы предназначены для приема выпускаемого из доменной печи шлака и транспортирования его на установки переработки и, в редких случаях, на шлаковый отвал. Шлаковозы перемещают по железнодорожным путям с помощью локомотива. Разливка чугуна Разливочное отделение, включающее несколько разливочных машин, обычно располагают в одном из торцов цеха и соединяют с печами независимыми от других грузопотоков железнодорожными путями. Машины могут быть расположены по отдельности, с самостоятельным путем подачи чугуновозных ковшей или блоками из нескольких машин с общим путем подачи. В настоящее время, рекомендуется иметь по две разливочные машины в блоке, поскольку при большем их числе не обеспечивается независимая подача ковшей с чугуном к каждой машине. Здание разливки двухпролетное. В пролете А — Б имеется железнодорожный путь 1 для установки чугуновозов 2, стенды, кантовальные устройства для наклона ковшей, маневровое устройство для подачи чугуновозов к стенду и отвода опорожненных чугуновозов; пролет Б—В, Оборудованный кранбалкой 3, служит для уборки скрапа и доставки запасного оборудования по пути 4, в пролете размещены пульты управления машинами. В зданиях 8 выдачи чугуна расположены приводы машин (конвейеров), устройства для выбивки и погрузки чушек в вагоны, подаваемые на пути 9 и 10. Разливочная машина (рис. 6.6) включает две наклонные параллельно движущиеся конвейерные ленты 8, снабженные приводом и натяжным устройством 2; кантовальное устройство 5; стенд 1; разливочный желоб 6; водопровод 10 с брызгалами для охлаждения мульд с чугуном; опрыскиватели 9 мульд известковым раствором и расположенные в здании 12 выдачи чугуна устройства 13 для выбивки чушек из мульд, а также устройства 15 — 17 для погрузки чушек чугуна в вагоны. Каждый конвейер представляет собой две составленные из шарнирно соединенных пластин цепи, на которых болтами закреплены мульды — корытообразные изложницы для чугуна. Цепи перемещаются по роликам 7, смонтированным на наклонных неподвижных опорах 11. Движение цепи обеспечивают две приводные звездочки 14, жестко посаженные на вал, вращаемый приводом. Натяжение конвейера осуществляют путем перемещения холостых звездочек 3 с помощью натяжного устройства 2. Мульды (изложницы) изготавливают из стали одноместными для получения одной чушки (45 кг) и двухместными для получения двух чушек (2х23 и 2х18 кг). Рис. 6.6 Разливочная машина Выпускаются три модификации машин: для ковшей вместимостью 100 т, 140 т и комбинированные — для 100 и 140-т ковшей. Их основные характеристики: масса отливаемых чушек 18, 23 или 45 кг; число изложниц в ленте 308 при массе чушек 45 кг и 154 — при массе чушек 18 и 23 кг; скорость движения ленты 11,3 м/мин; угол наклона ленты 9°44'; производительность при массе чушек 18, 23 и 45 кг составляет соответственно 122, 156 и 204 т/ч; высота машин 11,84 м, ширина 17,2 м, длина 59,06 м; длина конвейера машины 45,3 м. Организация разливки и уборки чугуна. Поступающий чугуновоз устанавливают против стенда 1 так, чтобы ось ковша совпадала с осью разливочного желоба 6. Крюком кантовального устройства 5 наклоняют чугуновозный ковш 4, сливая из него чугун в желоб 6; ковш при этом опирается лапами на стенд 1. Через два сливных носка желоба чугун поступает в мульды двух движущихся вверх конвейерных лент 8. В процессе движения чугун в мульдах затвердевает, чушки и мульды охлаждают водой, подаваемой водопроводом 10 через брызгала. При огибании конвейером приводных звездочек 14 чушки чугуна подвергаются воздействию устройства для выбивки и выпадают из мульд. Устройство выполнено в виде смонтированных на раме 13 рычагов, снабженных приводом. За счет усилия, создаваемого приводом, рычаги совершают колебательные движения, ударяя по чушкам, что побуждает их к выпадению из мульд. Выпавшие чушки поступают в стационарный желоб 15 погрузочного устройства и затем по перекидным желобам 16 и 17 попадают в металлические железнодорожные платформы. Верхний 16 и нижний 17 перекидные желоба с помощью лебедок можно направлять либо в сторону железнодорожного пути 18, .либо в сторону пути 19, что позволяет подавать чушки в платформы, стоящие на двух смежных путях 18 и 19, без остановки разливочной машины. Чушки на металлических платформах поливают водой через специальный водопровод. По мере наполнения платформ их передвигают по рельсовому пути с помощью лебедки. Опорожненные мульды в перевернутом положении движутся с конвейером сверху вниз. С помощью расположенных под конвейерными лентами опрыскивателей 9 внутреннюю поверхность мульд покрывают известковым раствором для предотвращения приваривания к ним чугуна. Платформы с чушками от разливочных машин направляют на склад холодного чугуна, где чушки магнитным краном перегружают в штабели для хранения, а затем в вагоны МПС для отправки потребителям. Более рациональной является применяемая в последние годы на ряде заводов выдача и отгрузка чушек чугуна с использованием роторных охлаждающих устройств (рис. 7.2), располагаемых под разгрузочным концом разливочной машины. Падающие с конвейеров чушки по наклонному желобу 2 поступают в вертикально расположенное и наполовину погруженное в воду колесо 3, вращающееся с частотой 0,5 мин-1. Попадая в карманы 5 колеса, чушки вместе с ним движутся через слой воды, где охлаждаются, а затем поднимаются вверх. В верхней точке колеса они высыпаются из карманов на желоб 4, по которому поступают в вагоны 1 МПС. При этом способе не требуется дополнительной перегрузки чушек на складе холодного чугуна. Рис. 6.7 Схема роторной установки для охлаждения и погрузки чугуна в вагоны Лекция 7 Переработка жидких шлаков Способы уборки шлака. Из доменных печей объемом 3200— 5500 м3, имеющих четыре чугунные летки, практически весь шлак выпускают через чугунные летки вместе с чугуном; разделение чугуна и шлака происходит в главном желобе, от которого шлак отводят по шлаковому отводному желобу. Из доменных печей объемом 2700 м3 и менее, имеющих одну-две чугунные и две шлаковые летки, шлак выпускают как через шлаковые летки (верхний шлак), так и через чугунные (нижний шлак). По шлаковым желобам литейного двора шлак поступает либо в ковши шлаковозов, устанавливаемых под сливными носками желобов (ковшевой способ уборки шлака), либо на установки припечной грануляции (бесковшевой способ уборки). С помощью шлаковозов жидкий шлак транспортируют на расположенные недалеко от печей установки переработки шлака (центральные, т. е. внепечные установки). Для вновь строящихся печей наиболее рациональным признано сооружение установок припечной грануляции, однако в большинстве действующих доменных цехов из-за недостатка территории и по ряду других причин сооружение припечных грануляционных установок не представляется возможным. В связи с этим в течение многих лет основная часть доменного шлака будет вывозиться от печей в шлаковых ковшах. На внепечных (центральных) установках из доменного шлака получают гранулированный шлак, щебень, пемзу, шлаковату, литые изделия; на припечных—гранулированный шлак. Грануляция шлака на внепечных установках Внепечную грануляцию шлаков осуществляют мокрым и полусухим способом. Установки мокрой грануляции — это бассейновые и желобные. 1. Бассейновая установка 2. Желобная установка 3. Барабанная установка 4. Гидрожелобная установка Припечная грануляция Все вновь сооружаемые и при возможности реконструируемые доменные печи должны оснащаться установками припечной грануляции, располагаемыми рядом с литейным двором. Разработано несколько разновидностей подобных установок; их особенностью является размещение грануляторов в закрытом кожухе, что предотвращает выделение в атмосферу образующихся при грануляции паров воды и сернистых газов (в основном сероводорода). Сернистые газы вредны для здоровья и вызывают коррозию оборудования, водяной пар сильно затруднял бы работу персонала печи и вызывал бы зимой обледенение оборудования. Припечные установки обладают следующими преимуществами по сравнению с отдаленными от доменных печей грануляционными установками: капитальные затраты и эксплуатационные расходы снижаются на 15—30 % прежде всего за счет сокращения большого парка шлаковозов и транспортных средств; обеспечивается более полное использование шлака, поскольку при перевозке в ковшах 15—30% шлака теряется в виде корок, на поверхности и настылей на ковшах; уменьшается численность обслуживающего персонала; обеспечивается взрывобезопасность процесса; работа установки поддается автоматизации; управление всеми механизмами производится со специального пульта управления. В 1984 г. в Гипромезе разработали новую малогабаритную установку придоменной грануляции шлака (МГ УПГШ). Схема малогабаритной установки приведена на рис. 8.4. Небольшие габариты в плане и сравнительно малое заглубление делают возможным размещение установки у любой доменной печи, в том числе у действующих печей без их остановки. Установка работает в замкнутом цикле, без сооружения специальных систем водоснабжения. Головной образец установки введен в 1994 г. на доменной печи №3 АК «Тулачермет», в 1998 г. две такие установки улучшенной конструкции введены в эксплуатацию на новой доменной печи объемом 2560 м3 на Таньшанском металлургическом комбинате, Китай. Рис. 7.1 Схема малогабаритной установки придоменной грануляции шлака: 1 – гранулятор; 2 – обезвоживатель; 3 – эрлифт; 4 – конвейерный тракт уборки гранулированного шлака; 5 – труба вытяжная; 6 – насосная станция оборотного водоснабжения Воздухонагревательные аппараты Нагрев дутья в доменном производстве - один из важнейших этапов его развития, сыгравший огромную роль в снижении расхода горючего и повышении производительности доменных печей. Поиски путей повышения температуры дутья привели к созданию регенеративных воздухонагренателей, показавших значительное преимушество по уровню достигаемого нагрева воздуха и быстро вытеснивших из практики все ранее созданпые конструкции. Таким образом они стали преимущественным средством для нагрева доменного дутья до настоящего времени. Работа воздухонагревателя. Регенеративный воздухонагреватель типа «Каупер» имеет металлическую оболочку с днищем, футерованную огнеупорным шамотным кирпичом, называемую кожухом. Основными требованиями, прсдъявляемыми к кожуху, являются максимальная плотность в швах и рассчитанная на избыточное давление до 490 кПа. В связи со значительным увеличением размеров воздухонагревателей, достигающих по высоте 50-55 м и наружному диаметру 9-13 м, кожухи изготовлиют из низколегированных сталей марок 14Г2, 09Г2С, 10Г2С с толщиной листов 25-40 мм для воздухонагревателя. В зарубежной практике применяют также котельную сталь; при этом толщиа поясов в цилиндрической части 29-40 мм (Япония), днища 51 мм на периферии и 32 мм в центре. Очищенный доменный газ (или смесь доменного и коксового газов), подведенный к воздухонагревателю, подается в камеру горения газовой горелкой совместно с необходимым для сжигания газа воздухом, подаваемым специальной воздуходувной станцией. Продукты сгорания газа поднимаются вверх под купол воздухонагревателя, где происходит их полное сгорание и развивается максимальная температура. Далее продукты сгорания опускаются вниз через каналы насадки. Отдавая насадке свое тепло, они охлаждаются до 150-400 0С и затем отводятся через дымовые клапаны в боров к дымовой трубе. После нагрева насадки по достижении максимально допустимой температуры подкупольного пространства подача газа в камеру горения прекращается. Через поднасадочное пространство, насадку и камеру горения в обратном газу направлении подается воздух, который нагревается, проходя через горячую насадку, и затем через клапан горячего дутья направляется по воздухопроводу горячего дутья в доменную печь. После охлаждения насадки воздухонагреватель вновь переводят на режим нагрева. Непрерывность подачи дутья обеспечивается наличием блока из тре-четырех воздухонагревателей на печь, из которых попеременно два или три работают в режиме нагрева, а остальные на дутье, в зависимости от их числа и принятой схемы работы (одиночной или попарно параллельной). Режимы нагрева и охлаждения являются основными для работы воздухонагревателя. Кроме этого, он может нахзодиться на “тяге” или быть отключенным. При работе воздухонагревателя на тяге во время кратковременных остановок печей доменный газ, сгорающий частично в фурменных коленах и кольцевом воздухопроводе, отводится по воздушному тракту в камеру горения одного из воздухонагревателей для полного сгорания. В проектах современных доменных печей эта операция отпадает, так как газ сжигают, помимо воздухонагревателей, на специальных свечах, устанавливаемых около печи с соответствующим “отсечением” их от горячего воздухопровода. Воздухонагреватель отключают в случае перевода в горячий резерв или ремонта печи, т.е. воздухонагреватель изолируют от газовоздухопроводов и дымового борова с трубой. Увеличение объемов доменных печей и интенсивности их работы потребовали повышения мощности воздухонагревателей. Считалось, что удельной поверхности нагрева 55-60 м2/м3 полезного объема печи достаточно для нагрева дутья до 1000 0С. Для отечественных цехов удельная поверхность нагрева составляет в среднем 63-64 м2/м3, но для печи объемом 5000, 5500 м3 она принята равной 95-100 м2/м3 полезного объема печи. Для Японии, распологающей в настоящее время максимальной тепловой мощностью воздухонагревателей, этот показатель составляет 70-73 м2/м3 полезного объема печи. Большое значение придают автоматическому регулированию работы воздухонагревателей как в полуавтоматическом исполнении, так и полностью автоматизированными системами. В первом случае управление каждым клапаном в отдельности кнопочное и контактораное. Во втором случае импульс на перевод клапанов дает фотоэлемент, регистрирующий нагрев камеры горения, соответствующий определенным минимальной и максимальной температурам купола воздухонагревателя в газовом и воздушном периодах работы. Такая система впервые в металлургической практике была применена в 1955 г. на Кузнецком металлургическом комбинате. Типы воздухонагревателей: 1. Воздухонагреватель с внутренней камерой горения; 2. Воздухонагреватель с наружней камерой горения; 3. Бесшахтный воздухонагреватель; 4. Воздухонагреватель конструкции Калугина. Воздухонагрвеатель с внутренней камерой горения. Данный тип воздухонагревателей наиболее распространен в мире. Схема такого воздухонагревателя представлена на рис. 7.2. Такая конструкция воздухонагревателя обеспечивает достаточно высокую температуру (до 1200 0С) дутья. Однако она имеет ряд существенных недостатков, связанных с расположением камеры горения и камеры насадки в одном кожухе. • «Короткое замыкание» или прямые перетоки газов между камерой горения и камерой насадки по трещинам и швам между кирпичами в разделительной стенке, что может снижать температуру дутья на 100 оС. Весьма неприятным следствием этого является также утечка оксида углерода (СО) в дымовые газы (до 0,5-1,0%), что может значительно ухудшить экологическую обстановку и не устраняется даже при большом избытке воздуха в горелке. • Наклон камеры горения в сторону насадки (эффект «банана»), который возникает вследствие разных температур кладки камеры горения со стороны кожуха и со стороны насадки, что приводит к взаимным повреждениям и камеры горения и насадки. • Деформация и обрушение кладки камеры горения, арок штуцера горячего дутья и горелки вследствие ползучести (крипа) огнеупоров под действием высоких температур и давлений в нижней части камеры горения, что особенно проявляется при высоких камерах горения. • Неравномерное распределение продуктов горения по насадке, которое достигает + 15%. Это снижает реальный коэффициент полезного действия воздухонагревателей и приводит к появлению трещин в массиве насадки и повреждениям поднасадочных устройств. • Пульсирующее горение, приводящее к сильной вибрации конструкций, разрушению кладки, нарушению нормального режима эксплуатации. Оно связано с акустическим возбуждением высокой камеры горения и его устранение представляет серьёзную проблему. На практике часто вблизи горелки устанавливают большие ёмкости – антирезонаторы, сильно загромождающие пространство. • Растрескивание огнеупора по условиям термической стойкости при резких колебаниях температур во время смены газового и дутьевого периодов. Наибольшее растрескивание наблюдается в верхней части керамических горелок, где колебания температур кладки между газовым и дутьевым периодом достигает 600 оС. Рис.7.2. Воздухонагреватель с внутренней камерой горения Воздухонагреватель конструкции Калугина (рис. 7.3). Эта конструкция развивает и улучшает конструкцию первого бесшахтного воздухонагревателя с кольцевой форкамерой. Форкамера со струйно-вихревой подачей газа и воздуха установлена на верху купола и имеет независимую опору кладки на кожух. Закрутка струй газа и воздуха в форкамере обеспечивает их интенсивное и полное сжигание газа до входа в насадку, а также весьма равномерное распределение продуктов горение по насадке. Рис.7.3. Воздухонагреватель конструкции Калугина Исследование воздухонагревателей Калугина на ряде заводов показали их основные преимущества. 1) Струйно-вихревая система смешения газа и воздуха обеспечивает очень хорошее сжигание газа. Совместные измерения с фирмой «EKO-Stahl» (ФРГ) позволили определить, что в отходящем дыме при весьма широком изменении концент- рации кислорода (О2) 0.35.1 % концентрация монооксида углерода (СО) постоянна и составляет 0.0016 % (20 мг/м3), что в 5 раз меньше допустимых норм для ФРГ. Это определяет аппарат как весьма экологически «чистый». 2) «Короткое замыкание» в этих воздухонагревателях исключено и на весь период эксплуатации он остается экологически «чистым» аппаратом. 3) Степень закрутки потоков в форкамере подобрали так, что обеспечивается весьма равномерный вход продуктов горения в насадку (95 – 97 %), что улучшает к.п.д. ее использования. 4) Сопротивление воздухонагревателя невелико и для его работы на полных нагрузках достаточно давления газа перед горелкой около 600 даПа. 5) В воздухонагревателях могут использоваться газ и воздух, подогретые до 500 – 600 оС. 6) Пульсирующее горение полностью отсутствует на всех режимах работы. 7) Отсутствует прямой удар факела в кладку и её местный перегрев, что обеспечивает симметричное распределение температур по куполу, насадке, футеровке и кожуху, вследствие чего снижаются температурные напряжения и улучшается стойкость воздухонагревателя. 8) Общий уровень температур в кладке форкамеры невысок (в среднем около 900 оС), а перепады температур кладки между газовым и дутьевым периодом близки к перепадам температур в кладке горелок первого бесшахтного воздухонагревателя с кольцевой форкамерой, которые без ремонта эксплуатируются уже 24 года и находятся в хорошем состоянии. Это позволяет определить длительный срок службы кладки форкамеры без ремонта (до 30 лет). 9) Конструкция самого купола способствует увеличению срока его службы, т.к. перекрытие широкого пространства над насадкой происходит в куполе форкамеры, который имеет значительно меньший радиус и работает при низких температурах (900 оС). Это позволяет при использовании обычных динасовых огнеупоров работать с температурой продуктов горения над насадкой до 1550 оС и получить максимальную температуру горячего дутья до 1400 оС. Чем крупнее доменная печь, тем большие преимущества имеет воздухонагреватель Калугина по сравнению с другими типами воздухонагревателей. Гарантированный безремонтный срок службы ВНК составляет 30 лет. 10) Специально для бесшахтных воздухонагревателей были разработаны насадки с диаметром канала 30 и 20 мм и поверхностью нагрева 48.0 м2/м3 и 64 м2/м3 соответственно. За счет развитой поверхности нагрева и высокого коэффициента теплоотдачи этих насадок, а также устранения камеры горения, высота насадки значительно снижается. При высокой тепловой мощности воздухонагреватель становится малогабаритным и достигается существенная экономия огнеупорных материалов по сравнению с обычными воздухонагревателями. На рис. 7.3а. дано сравнение размеров бесшахтного воздухонагревателя Калугина и воздухонагревателя с внутренней камерой горения для доменной печи объемом 3000 м3 на меткомбинате «ЗСМК» в г. Новокузнецке. Экономия огнеупоров на ВНК составила по весу 50%. ВНК введен в эксплуатацию в 2002 году и работает хорошо. В 2005 году на такой же доменной печи этого комбината введен в эксплуатацию еще один такой же воздухонагреватель и планируется построить третий и по этому же типу провести реконструкцию остальных воздухонагревателей комбината. Россия. Новокузнецк. ОАО "ЗСМК". ДП 3000 м3 Рис.7.3а. Сравнительные размеры воздухонагревателей одной тепловой мощности Сравнительные характеристики воздухонагревателей различных конструкций приведены ниже: Наименование Воздухонагреватель с внутренней камерой горения рис. 7.2 с наружной камерой горения без камеры горения конструкции Калугина рис.7.3 Деформация ползучести в камере горения (крип) + + - Неравномерность распределения продуктов горения по насадке, % 12  15 8  11 3  5 Перепад температур кладки горелки между газовым и дутьевым периодами, оС до 600 до 600 до 300 Температура горячего дутья при длительной эксплуатации без ремонтов, оС 1200 1250 1300 (1400) Относительная стоимость самого воздухонагревателя 1,0 1,3 0,5  0,7 Значительное снижение капитальных затрат и большая экономия на ремонтах за счет увеличения межремонтного срока службы до 30 лет, возможность увеличения температуры нагрева дутья до 1300 оС, малое гидравлическое сопротивление и работа без пульсаций с весьма низким содержанием вредных выбросов в дыме дают воздухонагревателям Калугина значительные преимущества по сравнению с существующими аппаратами и определяют их как наиболее перспективную конструкцию высокотемпературных воздухонагревателей. Назначение и состав оборудования воздухонагревателей Воздухонагревательный комплекс доменной печи состоит из блока воздухонагревателей и газовых магистралей (рис. 7.4). Рис. 7.4 Схема расположения блока воздухонагревателей с воздухопроводами и газопроводами. 1 – клапан горячего дутья; 2 – перепускной (выпускной клапан); 3 – клапан холодного дутья; 4 – газовая горелка; 5 – воздушно-разгрузочный клапан; 6 – воздухопровод холодного дутья; 7 – отделительный клапан; 8 – регулировочно-отделительный клапан; 9 – дымовая труба; 10 – общий регулировочный клапан; 11 – газопровод чистого газа; 12 – дымовые клапаны; 13 – дымовой боров; 14 – кольцевой воздухопровод; 15 – смесительный клапан; 16 – предохранительный клапан; 17 – воздухопровод горячего дутья. На каждом воздухонагревателе установлена одна горелка с регулировочно-отделительным и отделительным клапанами, двумя дымовыми клапанами, одним клапаном горячего дутья, одним клапаном холодного дутья со встроенным перепускным (наполнительным) клапаном и одним перепускным (выпускным) клапаном. Кроме этого на газопроводе чистого газа установлен общий регулировочный клапан. Очистка доменного газа Общая характеристика газоочистки Применение доменного газа в металлургической промышленности связано с началом нагрева дутья в доменном производстве. При несовершенных условиях плавки количество пыли в газе может достигать 100 г/м3 газа, находясь при выплавке передельного чугуна в среднем 50-60 г/м3, а при хорошем фракционном составе шихты 30-35 г/м3. содержание пыли в газе сокращается при повышении давления газа на колошнике. По количеству пыли, остающейся в газе после его очистки, последняя классифицируется на грубую, полутонкую и тонкую. По способу очистки газа газоочистительные средства разделяют на сухие и мокрые. Грубая очистка производится сухим способом и основана на изменении скорости и направления движения газа. Назначением грубой очистки является первичное отделение пыли в улавливающей аппаратуре, располагаемой непосредственно около доменных печей. Полутонкую очистку осуществляют мокрым способом, т.е. обильным газа, после которого смоченные частицы пыли удаляются вместе с водой в виде шлама. Тонкая очистка является конечной стадией и требует обязательной предварительной подготовки для получения необходимого эффекта. Тонкая очистка осуществляется фильтрацией газа через тканевые фильтры или наэлектризованием частиц пыли и притягиванием их проводниками электрического тока в электростатических аппаратах. Схема газоочистки доменного газа представлена на рис. 7.5. Рис. 7.5 Схема газоочистки доменного газа. 1 – воздухопровод горячего дутья; 2 – кольцевой воздухопровод; 3 – фурмы; 4 – доменная печь; 5 – газопровод получистого газа уравнительных клапанов засыпного аппарата; 6 – межконусное пространство; 7 – задвижки; 8 – наполнительный клапан засыпного аппарата; 9 – выпускной клапан малого конуса; 10 – свечи; 11, 12 – газоотводы доменной печи; 13 – отсекающий клапан пылеуловителя; 14 – винтовой конвейер пылеуловителя; 15 – газопровод; 16 – водоотводы (гидрозатворы); 17 – клапаны для удаления шлама; 18 – трубы для подвода воды; 19 – форсунки; 20 – газопровод; 21 – дроссельная группа; 22 – газораспределительные решетки; 23 – коронирующие электроды; 24 – осадительные электроды; 25 – подвод воды для промывки осадительной системы; 26 – дроссели; 27 – газопровод; 28 – коллектор газовой сети завода; I – пылеуловитель; II – скруббер; III – трубы-распылители (трубы Вентури); IV – электрофильтр; V – водоотделитель-циклон. В настоящее время на многих зарубежных доменных печах установлены газовые утилизационные бескомпрессорные турбины (ГУБТ) для выработки электроэнергии при снижении давления колошникового газа. ГУБТ с подогревателем газа располагается в газоочистке после пылеуловителей и скруббера с трубами Вентури (рис. 7.6) и исключает из постоянной эксплуатации дроссельную группу. Рис. 7.6 Технолоплческая схема утилизации энергии доменного газа 1- двигатель; 2- воздуходувка; 3- пылеуловитель; 4- скруббер с трубами Вентури; 5- перегораживающий клапан; 6- газгольдер; 7- аварийный отсечной клапан; 8- листовая задвижка; 9- генератор; 10- воздухонагреватели; 11 - доменная печь; 12- регулируюший клапан; 13 - турбина Система подготовки и вдувания пылеугольного топлива в доменные печи. Расчеты показали, что из доступных натуральных дополнительных видов топлива ПГ - наименее эффективен. Значительные снижение температуры горения и повышение выхода горновых газов при применении ПГ, по сравнению с пылеугольным топливом (ПУТ), требуют в 2-3 раза больших компенсирующих изменений для сохранения базового (оптимального) режима: повышения температуры дутья или обогащения его кислородом, ресурсы которых, как правило, ограничены. Следовательно, при прочих равных условиях в горн доменной печи можно вдувать в 2-3 раза больше ПУТ и получить при этом соответственно большее снижение расхода кокса и экономический эффект. Меньшие технологический и экономический эффекты от использования ПГ в определенной мере компенсировались простотой конструкций и дешевизной эксплуатации, что и способствовало его быстрому внедрению. Непреодолимым препятствием, однако, для массового промышленного внедрения ПГ в доменном производстве стал вопрос о наличии его ресурсов. Известно, что из 100% имеющихся в земной коре запасов минеральных топлив свыше 92% приходится на твёрдое топливо (угли), и только 8% - на жидкое и газообразное (нефть и ПГ). В связи с этим промышленное внедрение плавка с использованием ПГ получила в ограниченном числе стран: Россия, Украина, США, Канада. Начиная с 1980-х годов, в доменном производстве широкое распространение получило вдувание пылеугольного топлива (ПУТ) в доменные печи. На рис. 7.7 представлена принципиальная схема вдувания ПУТ в доменную печь. Преимущества использования установки вдувания пылеугольного топлива для доменной печи: 1. Более низкая по себестоимости угольная пыль используется вместо кокса для повышения калорийности. 2. В результате обогащения восстановительной среды внутри печи, напрямую улучшается процесс восстановления. 3. В результате равномерного распределения температуры внутри горна доменной печи повышается качество чугуна Рис. 7.7 Схема подготовки и подачи ПУТ в доменную печь. На схеме подготовки и подачи ПУТ в доменную печь обозначены следующие элементы: 1 – бункер сырого угля; 2 – угольная мельница; 3 – генератор сушильного газа; 4 – противовзрывной клапан; 5 – главный фильтр; 6 – бункер хранения ПУТ; 7 – емкость для вдувания ПУТ; 8 – статический распределитель Доставка энергетических углей производится железнодорожным транспортом с разгрузкой на вагоноопрокидывателях. Прием и хранение сырого угля осуществляется на открытом складе. Со склада уголь подается в пылеприготовительное отделение (ППО). В мельнице ППО уголь измельчается, сушится, захватывается горячим сушильным газом (продуктами сгорания доменного газа) и поступает по нагнетательному трубопроводу в фильтр. В фильтре тонкоизмельченная пыль отделяется и с помощью червячных транспортеров через ячейковые лопастные затворы ПУТ подается в накопительный бункер, из которого азотом транспортируется в распределительно-дозировочное отделение (РДО), затем к статическому распределительному устройству и далее в доменную печь. Пневматическая подача пылеугольного топлива из инжекционных сосудов через транспортные линии в статический распределитель и к фурмам доменной печи осуществляется в виде так называемого плотного (плотнофазного) потока с высоким соотношением потока пылеугольного топлива к потоку транспортирующего газа и небольшими скоростями газа и твердых веществ. В качестве транспортирующего газа применяется азот. Вследствие малых скоростей практически не имеет места износ. Распределение общего потока пылеугольного топлива по инжекционным линиям к фурмам доменной печи происходит в статическом распределителе. Равномерное распределение общего потока пылеугольного топлива по инжекционным линиям и отдельным фурмам достигается в соответствии с «концепцией сходной длины» инжекционных линий. Точность распределения улучшается при помощи пылеугольных фурм (двухкомпонентные фурмы для смеси пылеугольного топлива и транспортирующего газа – азота) с докритическим расширением, устанавливаемыми за распределителем, по одной фурме на каждую инжекционную линию. Эти пылеугольные фурмы, имеющие одинаковую форму и одинаковое поперечное сечение, обеспечивают дополнительное снижение давления для уменьшения отклонений в отдельных инжекционных линиях при равномерном распределении. Точность распределения ПУТ по фурмам составляет ± 5%. Проектирование сталеплавильного производства Конвертерные цехи Общие решения по конвертерным цехам В мире насчитывается более 250 цехов с кон­вертерами разной ёмкости (в России — 8 цехов). Различия цехов обусловлены, прежде всего, из­менением объёма производства, сортаментом вып­лавляемой стали, особенностями генерального пла­на завода. Предпринимавшиеся в стране и за рубе­жом попытки повторного применения разработан­ных проектов цехов из-за техноценологических ограничений не увенчались успехом. Хотя все цехи в мире строились по индивидуальным проектам, изучение результатов строительства и эксплуата­ции позволяет выявить некоторые закономернос­ти, общие для большинства известных объектов. Укрупненные показатели конвертерных цехов: Ёмкость конвертера, т 300-400 200-250 100-160 Строительство металлоконструкции, т/м 0,7-0,8 0,8-0,9 0,9-1,0 оборудование, кг/т 6-7 8—9 9—10 Расход материалов, кг/т: Чугуна 800-850 800-850 800-850 металлолома 350-300 350-300 350-300 ферросплавов 10-15 10-15 10-15 извести 60-80 60-80 60-80 Расход энергоресурсов: кислорода, м3/т 55-60 55-60 55-60 электроэнергии кВт*т/ч, 5-20 20-25 25-30 топлива, кг/т 50-60 60-70 70—80 В состав цеха входят два конвертера, реже три или один конвертер. Цех работает на обычном передельном чугуне и ломе. Сталь разливается на слябовых или сортовых установках непрерывной разливки, а на некоторых заводах еще и в слитки. Предусмотрена установка третьего конвертера. Здание цеха состоит из пролётов: скрапного, кон­вертерного, загрузочного, перестановки шлако­вых ковшей и ковшевого. В состав цеха входит отдельно стоящее миксерное отделение. 1. Скрапной пролёт предназначен для приёма совков с ломом, поступающих из скрапоразделочного цеха, установки совков на весы, коррек­тировки навески и передачи совков в загрузоч­ный пролёт для завалки лома в конвертер. Ос­новное оборудование пролёта — краны для пере­становки совков, магнитные краны, весы, скра-повозы. Скрапной пролёт соединён с загрузоч­ным поперечными путями широкой колеи. 2. Конвертерный пролёт — наиболее насыщен­ная оборудованием часть цеха — этажерка с не­сколькими рабочими площадками. Основное на­значение пролёта — размещение конвертеров и непосредственно обслуживающего их оборудова­ния. По длине пролёт разделён на три участка: конвертерный (занимает среднюю часть), подго­товки ферросплавов и фурм. По ширине кон­вертерный пролёт также делится на три части. Центральную занимает подъёмный газоход кот­ла-утилизатора газоотводящего тракта. По одну сторону от него находится машина подачи кис­лорода с фурмами, по другую — комплекс пода­чи сыпучих материалов. За сыпучими (за преде­лами конвертерного пролёта) размещается опус­кная часть газоотводящего тракта. Наряду с кон­вертерами в пролёте установлены краны для за­мены фурм, кран для обслуживания участка фер­росплавов, машины для ломки футеровки кон­вертеров, автопогрузчики и др. Под конвертерами уложены пути широкой колеи, соединяющие конвертерный цех с отделе­нием непрерывной разливки стали и пересекаю­щие все пролеты (кроме скрапного). По этим путям ковши со сталью передаются на сталевозах в ОНРС, а ковши со шлаком — в пролёт переста­новки шлаковых ковшей. По этим же путям по­рожние ковши после разливки возвращаются в ковшевой пролёт для подготовки к приёму оче­редной плавки. 3. Загрузочный пролёт предназначен для приёма совков с ломом из скрапного пролёта и ковшей с чугуном из миксерного отделения с последующей разгрузкой их в конвертеры. Пролёт перекрыт рабочей площадкой, являющейся продолжением основной рабочей площадки конвертерного про­лёта. На рабочей площадке уложены пути широ­кой колеи, по которым из миксерного отделения в заливочных ковшах, установленных на чугуно­возы, доставляется чугун. Основное оборудова­ние пролёта — литейные (заливочные) краны для заливки чугуна и полупортальные краны для за­валки лома. 4. Пролёт перестановки шлаковых ковшей ис­пользуется для приёма ковшей, поступающих на шлаковозах из-под конвертеров, перестановки их на железнодорожные шлаковозы и вывоза за пре­делы цеха. Пролёт оборудован мостовыми кранами и шлаковыми стендами. Ковшевой пролёт предназначен для подготовки сталеразливочных ковшей к плавке и проведению холодного ремонта со сменой футеровки. Кроме того, в пролёте ре­монтируются заливочные (чугуновозные) ковши. Основное оборудование пролёта — стенды, го­релки для сушки ковшей, машины для ломки футеровки, ремонтные ямы, краны. В некоторых цехах миксерное отделение при­мыкает к основному зданию. Но оно может быть выполнено отдельно стоящим и соединено с за­грузочным пролётом эстакадой для подачи жид­кого чугуна. Отделение однопролётное с двумя рабочими площадками, одна из которых (ниж­няя) используется для подачи чугуна в загрузоч­ный пролёт, а вторая — для обслуживания мик­серов. Чугун из доменного цеха подается по эста­каде. Основное оборудование — миксеры ёмкос­тью по 2500 т, заливочные краны, машины для скачивания шлака и чугуновозы. На ранних этапах становления конвертерного производства, в цехах с двумя конвертерами в работе посто­янно находится один агрегат, в цехах с тремя конвертерами — два. Что было связано с низкой стойкостью футеровки. В последние годы стойкость футеровки воз­росла, и появилась принципиальная возможность отказа от резервного агрегата. При оценке эффективности работы цеха учитываются показа­тели не только по собственно цеху, но и по пус­ковому комплексу, в который входят также отделение непрерывной разливки стали, кислород­ная станция, известково-обжигательный цех, обо­ротный цикл водоснабжения. Для оценок можно принимать следующее распределение затрат на строительство: собственно конвертерный цех —15—20 %; отделение непрерывной разливки ста­ли — 30—35 %; прочие объекты пускового комп­лекса — 50-55 %. Последовательность выполнения проекта и определение параметров конвертеров Проектирование конвертерного цеха ведётся в следующей последовательности: 1. Определяется количество и ёмкость конвертеров; 2. разрабатыва­ется схема работы цеха; 3. разрабатывается прин­ципиальная планировка цеха, учитывающая особен­ности генерального плана завода и контуры пло­щадки, отведённой для сооружения цеха; 4. опре­деляются характеристика и количество основно­го технологического оборудования, габаритные размеры отдельных пролётов и цеха в целом; 5. под­ключаются к работе представители смежных про­ектных специальностей (строители, электрики, водоснабженцы и др.). Количество действующих конвертеров опре­деляется как частное от деления заданного объё­ма производства цеха на производительность од­ного непрерывно работающего агрегата. Общее число конвертеров равно количеству действую­щих с добавлением резервного (при очень низ­кой стойкости футеровки или большой продол­жительности её замены возможна установка двух резервных агрегатов, что в каждом конкретном случае должно определяться расчетом). Произво­дительность непрерывно работающего конверте­ра зависит от цикла плавки и годового фонда вре­мени работы конвертера. При этом следует раз­личать возможную мощность конвертера и его проектную производительность для условий кон­кретного объекта. Возможная мощность конвертера при его не­прерывной эксплуатации определяется исходя из работы цеха 365 суток в год и нормативного цик­ла плавки, продолжительность которого и разбив­ка по периодам для конвертеров разной емкости приводится в табл. 5.1. Возможная годовая мощность цеха при уста­новке в нём одного-двух непрерывно работаю­щих конвертеров и одного резервного приводит­ся в табл. 5.2. Проектная производительность конвертера зависит от ряда факторов, основные из которых: Таблица 5.1. Продолжительность цикла плавки Показатели τ, мин, для конвертеров ёмкостью, т 400 300 200 160 Завалка лома 2 2 2 2 Заливка чугуна 2 2 2 2 Продувка 12 12 12 12 Взятие пробы, замер температуры, ожидание анализа 4 4 4 4 Слив металла 7 6 5 4 Слив шлака 3 2 2 2 Осмотр и подготовка конвертера 3 3 3 3 Неучтенные потери (ремонт летки, обрыв настылей с горловины и др.) 3 3 3 3 Продолжительность цикла, мин 36 34 33 32 Таблица 5.2. Мощность цеха по жидкой стали, млн. т/год Число конвертеров: всего/в работе Мощность цеха, млн. т/год, при емкости конвертеров, т 400 300 200 160 2/1 3/2 5,8 11,6 4,6 9,2 3,2 6,4 2,6 5,2 годовой фонд времени работы цеха, проектный цикл плавки, увязка с МНЛЗ. Продолжительность периодов плавки может меняться в зависимости от условий, в которых работает конвертер. Рассмотрим составляющие цикла плавки. Завалка лома. Длительность операции зависит от количества совков, которые нужно разгрузить в конвертер. А это, в свою очередь, определяется расходом и качеством (объёмным весом) лома. В табл. 1 длительность завалки определена из рас­чёта расхода лома до 300 кг/т и его объёмной массы > 1 т/м3, что обеспечивает завалку одним-двумя совками. При других условиях время за­валки лома возрастет. Продувка. Её продолжительность зависит от состава чугуна, расхода лома, марочника выплав­ляемой стали, интенсивности подачи кислорода и некоторых других технологических особеннос­тей ведения плавки. Так, при повышенном со­держании в чугуне кремния, фосфора, серы уве­личиваются расход кислорода на плавку и время его подачи. Кроме того, может возникнуть необ­ходимость в дополнительном скачивании шлака с соответствующими затратами времени. Выплав­ка специальных сталей удлиняет продувку из-за необходимости более тщательного контроля за ходом процесса. Продолжительность продувки может быть со­кращена в случае подготовки чугуна до его слива в конвертер (так называемая «бесшлаковая тех­нология», связанная с предварительным удалени­ем кремния, серы, фосфора). В табл. 1 длитель­ность продувки принята исходя из работы на обыч­ном передельном чугуне, выплавки рядовых ста­лей и интенсивности продувки 5 м3/(т ∙ мин). Взятие пробы и ожидание анализа. Длительность операции зависит от её технического оснащения и наличия средств автоматизации. Взятие пробы на углерод и замер температуры проводятся с использованием измерительной фурмы. Если эти операции проводятся вручную, а пробу на анализ посылают в экспресс-лабораторию, то продолжи­тельность операции возрастает. Возрастает она и при выплавке специальных сталей, когда по ходу продувки может потребоваться взятие несколь­ких проб. Увязка с МНЛЗ. В современных цехах с не­прерывной разливкой стали большое влияние на выбор ёмкости конвертера и его производитель­ность оказывают возможности МНЛЗ (продол­жительность разливки плавки, количество пла­вок в серии, перерыв между сериями, годовой фонд работы). Как правило, возможная произво­дительность конвертеров и их ёмкость ограничи­ваются возможностями МНЛЗ — особенно при разливке мелкого сорта и слябов с небольшими сечениями. При проектировании МНЛЗ обычно принимают, что время разливки не должно пре­вышать 1,5 ч (во избежание застывания металла в ковше). Чтобы уложиться в эту величину при от­ливке мелких сечений, ёмкость конвертеров при­ходится ограничивать 100—150 т (в зависимости от сечения заготовки), а их количество соответ­ственно увеличивать. В связи с этим для выполне­ния заданного объёма производства может потре­боваться сооружение двух цехов вместо одного. После того, как ёмкость конвертера увязана с решениями по МНЛЗ, возникает необходимость в увязке циклов плавки и разливки. Если, допус­тим, в цехе установлены два конвертера (один в работе), а обслуживает работающий конвертер одна МНЛЗ, то очевидно, что цикл плавки и цикл разливки должны быть одинаковыми. В резуль­тате вместо нормативного цикла 32—36 мин кон­вертер должен будет работать с циклом разливки, а он может достигать 90 мин. Производительность конвертера при этом значительно понизится. Что­бы избежать этого, на один работающий конвер­тер приходится устанавливать две МНЛЗ. Одна­ко и это не всегда обеспечивает достижение кон­вертером нормативных цикла и производитель­ности. Если время цикла разливки будет 90 мин, то при установке двух МНЛЗ конвертер может выдавать плавки не чаще чем раз в 45 мин, что не обеспечит достижения возможной производитель­ности. Дополнительными причинами уменьшения производительности конвертеров (не связанного с удлинением цикла плавки) являются простои МНЛЗ между сериями плавок и несовпадение времени работы конвертеров и МНЛЗ в течение года: у конвертеров оно составляет 365 сут, у МНЛЗ не более 320. При отливке слябов круп­ных сечений все эти вопросы стоят менее остро, так как циклы плавки и разливки достаточно близ­ки. Однако и в этом случае потери производи­тельности конвертеров, как правило, есть (осо­бенно из-за несовпадения рабочего времени). Схема работы цеха Выбор схемы работы цеха влияет на объёмно-планировочные решения и поэтому предшеству­ет их разработке. При выборе схемы работы рас­сматриваются разные возможные решения и вы­бирается вариант, наиболее подходящий к условиям проектируемого цеха. Основные из возмож­ных вариантов рассматриваются ниже. Один из них, разработанный для конвертерного цеха НЛМК, представлен на рис. 8.1 (разрез — на рис. 8.2). Подача и завалка лома определяются тем, что основная часть лома поступает в конвертерный цех из скрапоразделочного цеха. Обычно исполь­зуется один из двух способов подачи лома в скрапной пролёт: в совках, с дальнейшей корректиров­кой навески; навалом, с разгрузкой в яму и даль­нейшей погрузкой совками. При подаче навалом общий объём крановых работ возрастает: лом вначале грузится на вагоны в скрапоразделочном цехе, затем разгружается в яму скрапного пролё­та, после чего загружается в совки. При подаче в совках объём крановых работ в скрапоразделоч­ном цехе остается практически неизменным, а в скрапном пролете значительно уменьшается и сводится к перестановке совков и корректировке навески. Однако подача лома в совках имеет недостат­ки: из скрапоразделочного цеха в конвертерный и обратно постоянно перевозится лишний груз (совки), в скрапном пролёте требуется установка тяжелого крана для перестановки совков с увели­чением массы металлоконструкций здания, рос­том затрат, увеличивается парк совков. Возника­ют и сложности с обеспечением оптимального состава лома в завалку (определённое соотноше­ние легкого и тяжёлого лома, пакетов и т.д.), по­скольку лом этих видов образуется в разных от­делениях скрапоразделочного цеха. Для обеспе­чения оптимального содержания компонентов состав с совками потребуется передавать для по­грузки из пролёта в пролёт, что осложнит организацию работ в скрапоразделочном цехе. Могут быть рекомендованы следующие реше­ния по подаче лома в скрапной пролёт: для кон­вертерных цехов небольшой производительности при малом содержании лома в шихте предпочти­тельна подача лома навалом. При этом рекомен­дуется подавать лом в саморазгружающихся ваго­нах (думпкарах) или автосамосвалах; для цехов высокой производительности рекомендуется по­дача лома в совках. Во всех случаях лом поступает в специализи­рованный скрапной пролёт. Лом загружают в конвертер в современ­ных цехах обычно кранами. При этом возможны два основных способа использования кранов: для завалки лома применяют краны, перемещающи­еся по общим подкрановым путям с кранами для заливки чугуна (иногда для обеих операций ис­пользуются одни и те же краны); завалку лома проводят полупортальными кранами, работающи­ми независимо от заливочных кранов. Установка полупортальных кранов требует дополнительных затрат, но обеспечивает лучшую организацию работ (особенно при ремонте кранов) и рекомен­дуется для вновь сооружаемых цехов. Чугун из доменного в конвертерный цех по­дают в обычных ковшах с дальнейшим перели­вом в миксер или в ковшах миксерного типа без использования миксеров. В обоих случаях воз­можна предварительная обработка чугуна с уда­лением из него кремния, фосфора, серы. Обра­ботка может вестись как на жёлобе доменной печи, так и на специальных установках, разме­щаемых между доменным и конвертерным цеха­ми. Эти установки не входят в состав конвертер­ного цеха и не рассматриваются. При использовании миксеров ковш с чугуном, пришедший в миксерное отделение, краном по­дают на установку для скачивания шлака. После удаления шлака чугун сливают в миксер. Из мик­сера чугун выпускается в ковш. Доставка чугуна к конвертерам возможна с использованием и без использования чугуновоза. В первом случае ковш при выпуске чугуна установлен на чугуновозе, в свою очередь размещенном на весах. После сли­ва заданной порции чугуна чугуновоз транспор­тирует ковш в загрузочный пролёт, где он за­цепляется краном и подаётся к машине для ска­чивания шлака. После скачивания шлака чугун краном сливается в конвертер. Во втором — ковш при выпуске чугуна либо находится на кране (при этом кран оснащен весами), либо установлен кра­ном на весы под носком миксера. После слива заданной порции чугуна ковш транспортируется краном к установке для скачивания шлака, а за­тем чугун сливается в конвертер. Рис. 8.1. Технологическая схема работы цеха: 1 — конвертер; 2 — совок с ломом; 3 — чугуновозный ковш; 4 — машина для скачивания шлака; 5 — устройство для измерения температуры чугуна; 6— конвейер для подачи сыпучих материалов; 7 — бункер для сыпучих материалов; 8 — виброгрохот; 9 — питатель; 10 — весы; 11 — устройство для подачи сыпучих материалов в конвертер; 12 и 13 — кислородная и измерительная фурмы; 14 — бункер для ферросплавов; 15 — контейнер загрузки бункеров для ферросплавов; 16 — погрузчик; 17—печь для нагрева ферросплавов; 18—электропечь для расплавления алюминия; 19 — машина для транспортировки ферросплавов; 20 — сталевоз; 21 — шлаковоз; 22 — машина для отсечки шлака; 23 — цементовоз для известковой пыли; 24 — промышленный пылесос; 25 — уборочная машина Рис. 8.2. План и разрез конвертерного цеха № 2 НЛМК: А — ковшевой пролет; Б — пролет перестановки шлаковых ковшей; В — загрузочный пролет; Г— конвертерный пролет;Д — скрапной пролет; 1 — мостовой кран; 2— полупортальный кран; 3— конвертер; 4 — сталевоз; 5 — шлаковоз; 6 — чугуновоз; 7 — скраповоз; 8 — газоотводящий тракт В России предпочтение отдаётся применению чу­гуновозов и отрыву миксерного отделения. Это улучшает состояние воздушной среды в конвер­терном цехе. Выпуск на кран осложняет улавли­вание вредностей, выделяющихся при сливе, так как траверса крана мешает нормальному разме­щению улавливающего зонта. При выпуске на кран и использовании закозлённого ковша воз­можно значительное отклонение оси ковша от вертикального положения, осложняющее слив чугуна. С учётом изложенного для новых цехов более предпочтительно применение ковшей миксерного типа. Однако, если конвертерный цех строится на действующем заводе, оно требует дополни­тельной проработки, поскольку может потребо­вать реконструкции доменного цеха и путевого хозяйства, что не всегда реально. Ферросплавы подают в цех конвейерным транспортом или в саморазгружающихся контей­нерах. Подача возможна с использованием глав­ного подающего и передвижного реверсивного конвейеров тракта подачи сыпучих материалов (в этом варианте бункеры для ферросплавов разме­щаются рядом с бункерами сыпучих материалов и загружаются так же, как и они. Выдают ферро­сплавы из бункеров аналогично сыпучим — че­рез вибропитатели, весы, течки. Взвешенные фер­росплавы обычно подаются прямо в ковш при выпуске плавки) или с сооружением самостоя­тельного тракта подачи ферросплавов, аналогич­ного тракту подачи сыпучих и включающего в свой состав конвейеры, бункеры, вибропитате­ли, весы-дозаторы, течки. В обоих случаях пор­ции набирают с поста управления конвертером. Продувка плавки кислородом и нейтральны­ми газами в современных цехах обязательна. Над каждым конвертером размещают обычно две кис­лородные фурмы: рабочую, через которую ведут продувку, и резервную, подключенную к системе подачи кислорода и воды. Привод подъёма фурм размещен на передвижной платформе, переме­щение которой обеспечивает быструю замену сго­ревшей фурмы на резервную. Управляют заме­ной с поста управления конвертером. После того, как новая фурма заняла продувочное место, сго­ревшую зацепляют краном и переставляют на стенд, где от неё отсоединяют шланги, откуда фурму переносят краном на ремонтный участок, где обрезают настыли и заменяют наконечник. На её место на стенд подают годную фурму, к кото­рой подсоединяют шланги и затем устанавливают на платформу. Такая схема подготовки фурм свя­зана с необходимостью установки в верхней части конвертерного пролёта высокоподъёмного крана, а на полу цеха (или на одной из рабочих площа­док) размещения ремонтного участка, что должно учитываться при разработке объёмно-планировоч­ных решений по конвертерному цеху. Важная характеристика технологии выплавки стали — интенсивность продувки металла, под которой подразумевается минутный расход кис­лорода на тонну жидкой стали. В большинстве современных цехов интенсивность продувки 3— 4 м3/(мин ∙ т), однако она может достигать зна­чительно больших значений (в лабораторных ус­ловиях достигалась интенсивность продувки до 20 м3/(мин ∙ т). Увеличение интенсивности про­дувки сокращает её продолжительность, но одновременно приводит к росту минутного выхода газов из конвертера. Это, в свою очередь, увели­чивает габариты и стоимость газоотводящего трак­та, а также затраты на очистку газов. Газоотводящий тракт предназначен для улав­ливания, охлаждения и очистки газов, выделяю­щихся из конвертера при продувке. Минутный выход газов при расчётах принимают обычно рав­ным удвоенному минутному расходу кислорода. Абсолютный выход отходящих газов составляет на горловине конвертера ≈ 80 м3/т чугуна при содержаниия ≈ 90 % СО. Различают два типа газо-отводящих трактов: с дожиганием и без дожига­ния СО. При работе с дожиганием газ на выходе из горловины соединяется с воздухом и полнос­тью сгорает в нижней части подъёмного газохо­да. При этом количество газа значительно увели­чивается (в связи с разбавлением азотом возду­ха). При работе без дожигания принимаются меры для обеспечения минимального горения отходя­щих газов. В России в настоящее время все конвертер­ные цехи оборудованы мокрыми газоочистками. Впервые в нашей стране попытка использовать электрофильтр была предпринята в 1963 г. в кон­вертерном цехе Нижнетагильского металлургичес­кого комбината. Там был установлен мокрый элек­трофильтр (в общем корпусе с электродами, но ниже их, размещались скруббер и батарея малых труб Вентури). Вскоре после пуска цеха произо­шел взрыв, разрушивший аппарат. Электрофильтр был заменен мокрой газоочисткой. Других попы­ток использовать электрофильтр для очистки кон­вертерных газов в нашей стране не было. В связи с повышенной взрывоопасностью электрофильтров для вновь проектируемых це­хов рекомендуется применение мокрых газоочи­сток. Установки внепечной обработки обычно раз­мещают в отделении непрерывной разливки ста­ли, оборудованном тяжелыми разливочными кра­нами. Возможно размещение этих установок и в конвертерном цехе с сооружением специального пролета внепечной обработки или выделением площадей в одном из специализированных про­летов, например в ковшевом, с установкой в нем тяжелых литейных кранов. Однако более дешеваи, соответственно, более предпочтительна орга­низация внепечной обработки в ОНРС. Так как конструкция конвертера заметно вли­яет на схему работы цеха и его объемно-плани­ровочные решения, то до начала проектирования необходимо остановиться на определенном типе агрегата. Более предпочтительна установка неразъ­ёмного конвертера, обеспечивающего более вы­сокий уровень механизации трудоёмких работ и освобождающего нулевую отметку от перемеще­ния автопогрузчиков с огнеупорами (в районе конвертеров пол обычно покрыт выбросами, что мешает работе подвижного состава). Разработка объёмно-планировочных решений После выбора оптимальной для данного пред­приятия схемы работы цеха приступают к разра­ботке объемно-планировочных решений. Приступая к разработке проекта, необходимо ознакомиться с техническими решениями по ана­логичным цехам, чьи показатели близки к пока­зателям вновь проектируемого цеха, разобраться, какие решения заслуживают повторения, а какие должны быть пересмотрены. Вся история станов­ления и развития конвертерного производства подтверждает правильность такого подхода. Очевидно, что не может быть «образцового» проекта, удовлетворяющего условиям любого предприятия. В каждом случае необходима раз­работка нескольких вариантов и выбор оптималь­ного. Содержащиеся ниже рекомендации носят общий характер и ставят задачей выявление на­правлений поиска оптимальных решений. Возможны три случая (рис. 9.1), определяю­щих характер объемно-планировочных решений в зависимости от условий генерального плана (при отсутствии особых требований по технологии выплавки и внепечной обработки): 1. Площадка не ограничена по длине и шири­не (рис. 9.1, а). Размещение конвертерного цеха рекомендуется посредине между расположенны­ми параллельно ему и на минимальном удалении отделением непрерывной разливки стали и шла­ковым двором. Собственно конвертерный цех при этом может состоять из пяти пролетов (считая со стороны ОНРС): ковшевого, конвертерного, заг­рузочного, скрапного, перелива. Возможно пос­едовательное расположение двух последних про­летов с примыканием обоих к загрузочному. В этом случае между ними обычно размещаются посты управления конвертерами. Конвертерный цех связан с ОНРС и шлаковым двором поперечными путями широкой колеи. Аналогичное ре­шение принято, например, Гипромезом в проек­те конвертерного цеха завода в Руркеле (Индия). 2. Площадка ограничена по ширине, но не ограничена по длине (рис. 9.2, б). Основные объекты могут быть расположены следующим образом: центральную часть площадки занимает конвертерный цех, параллельно ему размещается шлаковый двор, а ОНРС располагается со стороны одного из торцов конвертерного цеха. Сте­пень удаления объектов друг от друга определя­ется условиями раскладки железнодорожных и автомобильных путей, обеспечением въездов в цех. Собственно конвертерный цех при этом может состоять из шести пролетов: перестановки сталеразливочных ковшей, ковшевого, конвертерного, загрузочного, скрапного, отделения перелива. Между скрапным пролетом и отделением пере­лива расположены посты управления. В пролете перестановки сталеразливочных ковшей перестав­ляют ковши со сталью на сталевозы, доставляю­щие сталь в ОНРС по продольным железнодо­рожным путям. Количество пролетов в конвертерном цехе уве­личивается, ширина цеха возрастает. Однако об­щая ширина трех объектов (конвертерного цеха, ОНРС, шлакового двора) сокращается. Последо­вательное расположение отделений может быть, в частности, рекомендовано при переводе дей­ствующего конвертерного цеха на непрерывную разливку, если на генплане завода нет места для осуществления другого варианта размещения. ОНРС. Такое решение, в частности, было пред­ложено Гипромезом в качестве одного из вари­антов при переводе на непрерывную разливку кон­вертерного цеха Карагандинского комбината. Рис. 9.1. Варианты компоновки конвертерного цеха в зависимости от габаритов строительной площадки, не ограниченной по длине и ширине (а), ограниченной по ширине (б), ограниченной подлине (е): 1 — отделение непрерывной разливки стали; 2 — ков­шевой пролет; 3 — конвертерный пролет; 4 — загру­зочный пролет; 5 — скрапной пролет; 6 — отделение перелива; 7 — шлаковый двор; 8 — пролет переста­новки сталеразливочных ковшей 3. Площадка ограничена по длине, но не ог­раничена по ширине (рис. 9.1, в). Как и в первом случае, конвертерный цех размещается между параллельными ему ОНРС и шлаковым двором. Одна из мер по сокращению длины цеха — раз­мещение скрапного пролета и отделения перели­ва перпендикулярно продольной оси цеха. При этом в состав цеха могут входить четыре парал­лельных пролета (ковшевой, конвертерный, за­грузочный, постов управления) и два перпенди­кулярных им (скрапной и отделение перелива). Такое решение реализовано в одном из конвер­терных цехов фирмы «Явата» (Япония). Очевидно, что на площадке с неограничен­ными габаритами можно разместить любой тип цеха. Однако, хотя все приведенные выше схе­мы работоспособны, предпочтение следует от­дать первому типу, как наиболее технологично­му (минимум перестановок и минимальные про­беги грузов). Поскольку схемы, представленные на рис. 9.1, б и 9.2, в, менее технологичны, на практике они встречаются редко. Даже в условиях ограниченной по габаритам площадки предпочтение от­дается схеме цеха, представленной на рис. 9.1, а, с параллельным расположением пролетов в конвертерном цехе и передачей металла и шлака в ОНPC и на шлаковый двор по поперечным пу­тям широкой колеи. В ряде случаев для обеспе­чения такой схемы идут на снос существующих объектов или размещение нового конвертерного цеха на свободной площадке, расположенной в стороне от основных цехов, иногда и за предела­ми существующей заводской территории. После выбора технологической схемы работы цеха и разработки принципиальных объемно-пла­нировочных решений приступают к расчетам по цеху. Эти расчеты состоят из двух основных час­тей: 1. определения характеристик и количества оборудования; 2. определения габаритов здания. Обычно расчеты ведутся последовательно (вна­чале оборудование, затем здание). Это естествен­но, поскольку, не зная количества и размеров машин, нельзя определить, какие площади тре­буются для их размещения и эксплуатации. Од­нако существует и обратная зависимость: не имея габаритов здания, нельзя в ряде случаев точно определить и количество оборудования. Напри­мер, количество мостовых кранов может зави­сеть от длины пролета — при одинаковом объе­ме работ требуемое количество кранов может со­ставить в коротком здании одну величину, а в длинном — другую. Это объясняется тем, что в длинном здании увеличиваются пробеги кранов, что связано с дополнительными затратами вре­мени. То же самое — при изменении отметки головки подкранового рельса, высоты рабочей площадки, уровня подачи материалов в цех. Рас­четы по зданию и по оборудованию должны увя­зываться взаимно. Определение характеристик и количества основного оборудования Количество отдельных видов оборудования оп­ределяется исходя из объема работ в проектируе­мом цехе и характеристик применяемых машин и механизмов. При выборе оборудования возможны: 1. Использование оборудования, выпускаемого промышленностью и принимаемого в соответствии с каталожными данными, рекламными проспектами, крановыми габаритами. 2. Создание нового (или модернизированного) оборудования. В этом случае требуется разработка задания на изготовле­ние (модернизацию) оборудования. Характеристика новой машины задается технологом и согласовывается с заводом-изготовителем. Все устанавливаемое в цехе оборудование мо­жет быть разделено на несколько основных групп: а) технологическое, в состав которого входят конвертеры, машины подачи кислорода, сталевозы, скраповозы, шлаковозы, миксеры, сталеразливоч-ные ковши, машины для ремонта футеровки конвертеров, миксеров и ковшей, стенды и т.д. Мас­са технологического оборудования достигает 55— 60 % от общей массы оборудования конвертерного цеха; б) подъемно-транспортное, включаю­щее краны разных типов, конвейеры, питатели (20—25 % от общей массы); в) оборудование газоотводящего тракта (10—12 %); г) прочее (элект­ротехническое, КИП, автоматика и др.). Определение габаритов здания цеха Определяя габариты здания, расчеты ведут последовательно по каждому пролету, в отдель­ных случаях параллельно. Например, для обес­печения нормальной завалки лома и заливки чу­гуна требуются одновременные расчеты по кон­вертерному и загрузочному пролетам, габариты загрузочного пролета следует определять в увяз­ке с расчетами по скрапному пролету и отделе­нию перелива. В приводимой ниже методике рас­четы по пролетам ведут в технологической пос­ледовательности: скрапной пролет (подача лома), отделение перелива (подача чугуна), загрузочный пролет (завалка лома и заливка чугуна в конвер­тер) и т.д. Однако этот порядок не обязателен, последовательность расчетов может быть иной (например, начинаясь с конвертерного пролета и т.д.). Минимальные габариты каждого пролета (ши­рина, высота, длина) определяются из количества и характеристики установленных в нем оборудования и сооружений. Размеры оборудования, ус­танавливаемого в цехе, принимаются по данным каталогов, габариток кранов и другим информационным материалам, действующим в период разработки проекта. Часть площади пролета (как по ширине, так и по длине) не обслуживается кра­нами из-за ограниченных подходов крюков, и на этой площади нельзя размещать оборудование, которое требует такого обслуживания. Окончательно выбирают положения осей про­летов при разработке строительной части здания конвертерного цеха. Оси здания могут быть не­симметричны по отношению к крановым. Напри­мер, при общей разнице между пролетами здания и крана 2 м, расстояние между осью здания и осью подкрановой балки может быть с каждой стороны одинаковым (по 1 м), а может состав­лять с одной и с другой стороны крана по 0,5 м, или — с одной стороны ноль, с другой 2 м. Часть устанавливаемого в пролете оборудова­ния нуждается в постоянном крановом обслужи­вании, и его желательно размещать в средней (по длине) части пролета, в зоне действия несколь­ких кранов. В случае размещения этого оборудования в торцах пролета должны учитываться пе­риодическая остановка крайних кранов на ремонт и необходимость участия в работе соседних кра­нов. Габариты подхода соседнего крана к торцу цеха слагаются из величины упора, зазора между упором и буфером крайнего крана, ширины край­него крана по буферам, зазора между буферами крайнего и соседнего с ним кранов (равного по­ловине пути торможения), расстояния от оси со­седнего крана до конца его буфера. Таблица 5.3. Показатели, используемые для предварительных расчетов конвертерных цехов в зависимости от вместимости конвертера Электросталеплавильное производство Основные типы печей Электросталеплавильное производство внача­ле развивалось для выплавки высококачествен­ных легированных сталей. Сейчас в ЭСПЦ вып­лавляют и рядовые углеродистые стали. ЭСПЦ оснащают в зависимости от сортамента и назна­чения выплавляемых в них сталей электропеча­ми разных типов, укрупненно подразделяющи­мися на дуговые сталеплавильные (ДСП) и спе­циальные печи. Более 90 % всей производимой в мире электростали выплавляется в ДСП трехфаз­ного и постоянного тока (остальные <10 % — ответственные высококачественные стали и спла­вы в специальных электропечах). Электросталеплавильные специальные печи можно разделить на: 1) электропечи, в которых плавят жидкую сталь в огнеупорном тигле, далее разливаемую на МНЛЗ; К этой группе относят индук­ционные открытые и вакуумные печи, а также плазменные тигельные. 2) элек­тропечи, в которых слиток получают из металли­ческой заготовки (электрода) непосредственно в печи в водоохлаждаемый кристаллизатор (пере­плавные печи). Печи электрошлакового переплава, дуговые вакуумные, электронно-лучевые и плазменные печи с водо-охлаждаемым кристаллизатором. В табл. 10.1 и 10.2 приведены данные по технологи­ческому процессу, назначению, принципу действия, качеству стали и ее себестоимости для ЭСПЦ с печа­ми с керамическим тиглем и с переплавными. В качестве примера на рис. 10.1 приве­дены фрагменты поперечных разрезов ЭСПЦ. Таблица 10.1. Электросталеплавильные цеха с печами с керамическим тиглем Плавка Выплавка стали Расплавление шихты Качество стали и экономика Применение Индукционная открытая В небольших объемах из чистых по примесям шихтовых материалов Индуктивными токами Близко к выплавляемой в дуговых печах, себестоимость выше В литейных цехах Индукционная вакуумная (ёмкость тигля до 50 т) Особо чистой по примесям с узкими пределами химического состава То же, в вакууме до 10 мм рт. ст. Очень высокое, достижимо только этим процессом, высокая себестоимость Для выплавки специальных сталей и сплавов Плазменная (ёмкость тигля до 30 т) Сортамента дуговых печей, повышенного качества Плазмой в среде нейтральной или азота Приближается к качеству металла ВИП, (то есть выше чем в дуговых печах) Небольшое в России Таблица 10.2. Электросталеплавильные цеха с переплавными печами Переплав Выплавка стали Переплав расходуемого электрода Распространение Качество и себестоимость Электро- шлаковый, до 200 т С низким содержанием серы и неметал лических включений и мелко-кристаллической структурой Под действием тока через расплавленный шлак в водоохлаждаемый кристаллизатор Высокое при самой низкой себестоимости Наибольшее в СНГ Дуговой вакуумный, до 60 т То же, со сниженным содержанием газов Постоянным током в вакууме до 10"3 мм рт. ст. в водоохлаждаемый кристаллизатор. Все выше, чем при ЭШП Широкое в развитых странах Электроннолучевой, до 5 т То же, но с более низким со держанием газов То же, разрежение до 10~5 мм рт. ст. Все выше, чем в ВДП Не получил Плазменный в кристаллизатор, до 5 т По качеству близкой к металлу ВДП Плазмой в инертном газе или азоте в кристаллизатор Близки к стали ВДП То же Ёмкость и производительность электропечей В ЭСПЦ, сооружавшихся в последние десяти­летия, предусматривалась в основном установка дуговых электропечей номинальной емкостью 100 т. Отдельные цехи сооружались с электропеча­ми емкостью 50 и 150 т. Печи емкостью 50, 100 и 150 т входят в типовой ряд электропечей. Номинальная емкость электропечи — количество жид­кой стали, сливаемой в ковш за одну плавку. При этом около 85 % стали, находя­щейся в печи, сливается в ковш, а остальная сталь и практически весь шлак остаются в печи. Такой способ, распространенный в настоящее время, на­зывается работой с "болотом". При этом факти­ческая масса плавки в печи номинальной емкостью 100 т достигает примерно 118 т. Это следует учитывать при проектировании ЭСПЦ. Современная дуговая сталеплавильная печь ос­нащаются: • печным трансформатором мощностью 0,7—1,0 MB • А на 1 т емкости печи; эксцентри­ческим донным или сифонным выпуском жидко­го металла в ковш; • водоохлаждаемыми панелями в стенах и своде; • газокислородными горелками; • манипулятором для ввода кислорода расходуе­мыми трубками; • манипулятором для вдувания углеродсодержащего материала в струе кислорода; • высокоскоростными механизмами перемещения электродов, подъема и отворота свода, наклона печи, работающими с использованием негорю­чей жидкости для гидроцилиндров; • устройством для загрузки материалов сверху через отверстие в своде; • патрубком в своде для отсоса газов; • уст­ройствами для измерения температуры и взятия проб; • вычислительными комплексами для управ­ления технологическим и энергетическим режи­мами работы электропечи. Рис. 5.10. Фрагмент поперечного разреза ЭСПЦ с индукционными вакуумными печами ёмкостью 2,5 т Рис. 10.2. Электропечь ДСП-100И7: 1 —люлька; 2 — кожух; 3—рабочее окно; 4 — свод; 5 — газоотвод; 6 — электрод; 7—электрододержатель; 8 — стойка электрододержателя; 9 — портал; 10— шахта; 11 — механизм подъёма и отвода свода; 12 — кабельная гирлянда; 13 — короткая сеть ДСП-150И1 выполнена для работы с исполь­зованием в шихте 50—70 % металлизованных ока­тышей и для работы на 100 % скрапа не предназ­начена. Время расплавления под током приме­нительно к Белорусскому металлургическому за­воду 40 мин. На рис. 10.2 приведены габаритные и установочные размеры электропечи ДСП-100И7, на основании которых производится проработка установки печи в цехе. Важным при проектировании цеха является правильность определения производительности печи. Завышение производительности печи и, соответственно, цеха ведет к излишним капитальным зат­ратам на строительство. Цех не достигнет задан­ной производительности, и не будут получены проектные показатели. Занижение производительности печи и цеха ведет к неиспользованию их возможностей. Все оборудование цеха и все системы будут рас­считываться на заниженную производительность. Это связано с неоправданными потерями. Производительность печи зависит от ряда фак­торов: емкости печи, мощности трансформатора, технологии выплавки стали, режима работы электропечи, планировки цеха, характеристики об­служивающих печь механизмов, внепечной обра­ботки стали, конструктивных особенностей элек­тропечи, организации работы в цехе. Чем выше производительность цеха, тем, как правило, выше технико-экономические показатели его работы, экономическая эффективность. Стоимость цеха при выбранных в проекте элек­тропечи и обслуживающего ее оборудования име­ет определенную величину. Чем больше тонн выпла­вит печь, тем меньше удельные капитальные вложе­ния. Это относится и к удельным энергоресурсам, и к производительности труда. Емкость печи (печей) должна соответствовать потребности в металле. Сле­дует проектировать цех, который можно построить с минимальными капитальными вложениями и в то же время получить при его эксплуатации опти­мальные технико-экономические показатели. Производительность печи, т/ч, на предпроектных стадиях (ТЭО, ТЭР и др.) принимается обыч­но по нормам технологического проектирования электросталеплавильных цехов на момент выпол­нения работы, а при выполнении проекта рас­считывается по формуле П = 24gn/T, где g — масса плавки, равная емкости печи в тоннах жидкой стали; п — число рабочих суток в году, определяемое разностью между их кален­дарным числом (365) и временем простоев элек­тропечи; 24 — часов в сутках; Т — длительность, ч, плавки "от выпуска до выпуска". Простои электропечи обусловлены ремонта­ми: капитальным, текущим (холодным) и горя­чим. Ремонты первых двух видов плановые, тре­тьего — аварийные. Длительность плавки в элек­тропечи при работе на 100 % скрапа складывает­ся из времени проведения следующих периодов плавки: заправка печи и замена электродов, заг­рузка скрапа в печь, плавление скрапа, рафини-ровка жидкого металла, выпуск плавки в ковш. Длительность плавки в современных электропечах может достигать до 80 мин. Для печей емкостью 100 тонн при мощности трансформатора до 700 кВА/т. Длительность плавки в электропечах за последние 30 лет резко сократилась В 1960—1975 гг. в развитых странах Европы наиболее распространенной являлась емкость электропечей 60 т, а позже — 100 т. В 1960 г. длительность плавки составляла 180 мин. В ре­зультате повышения удельной мощности печных трансформаторов с 350 до 500 кВА/т и примене­ния кислорода для продувки металла длитель­ность плавки к 1965 г. сократилась на 30 мин (сокращение периода плавления на 10 мин и периода рафинировки — на 20 мин). В период 1965—1975 гг. наряду с дальнейшим увеличением удельной мощности печных трансфор­маторов с 500 до 600 кВА/т, начали внедрять сред­ства внепечной обработки стали, в первую очередь — вакуумирование стали и продувка стали газами, что позволило сократить длительность плавки еще на 30 мин (в основном за счет расплавления). За пятилетие 1975—1980 гг. в практику элект­росталеплавильного производства внедрены во-доохлаждаемые стены и своды электропечей, га­зокислородные горелки, автоматизация подачи легирующих материалов и ферросплавов. Эти усовершенствования в процессе электроплавки одновременно с повышением удельной мощнос­ти печных трансформаторов с 600 до 700 кВА/т позволили сократить еще на 30 мин длительность плавки (практически всех периодов) до 90 мин. В последующем существенную роль в сокра­щении длительности плавки сыграли новый спо­соб внепечной обработки стали с дуговым подо­гревом (АКОСМ) и подогрев скрапа вне печи. Затем за счет расширения использования подогрева скрапа вне печи, АКОС и оснащения элек­тропечей эксцентриковым донным выпуском уда­лось сократить длительность плавки в электропе­чи еще на 10 мин. Технологическая схема работы цеха После выбора типа и емкости электропечей, определения их производительности и расчета количества электропечей, устанавливаемых в цехе, разрабатывается технологическая схема работы ЭСПЦ. Для этого необходимы основные положе­ния технологии выплавки и внепечной обработки стали и характеристика исходных материалов, ис­пользуемых при плавке стали в электропечи и на установках внепечной обработки жидкой стали. Современная технология использует электро­печи только для расплавления скрапа и металлизованных окатышей, удаления фосфора и окис­ления углерода. Рафинирование и легирование металла, а также доведение его температуры до величины, требуемой для разливки, проводят в ковше на установках внепечной обработки стали. Шлак в процессе плавки в электропечи сбегает в шлаковую чашу самотеком. Выплавку стали про­водят с оставлением в печи при сливе плавки в ковш части (10—15 %) металла и оставшегося в печи шлака (работа с "болотом"). Слив металла организуется так, чтобы с ме­таллом в ковш попало минимальное количество шлака. Полный выпуск металла со шлаком прово­дится один раз после восьми—десяти плавок. За­правляют печь только после полного выпуска ме­талла и шлака. Скрап и металлизованные окатыши расплав­ляют при максимальной мощности трансформа­тора. В технологии производства стали в современ­ных цехах практически обязательным стало ис­пользование агрегатов комплексной обработки жидкой стали в ковше с электродуговым подо­гревом. Сооруже­ние в ЭСПЦ вакуумных установок для внепеч­ной обработки определяется марочным сортамен­том и назначением выплавляемой стали. Приведенная последовательность проведения технологических операций служит основой про­ектирования современного ЭСПЦ. Схема работы цеха включает организацию ос­новных технологических операций, необходимых для выплавки и внепечной обработки стали: по­дачу и загрузку скрапа, металлизованных окаты­шей, сыпучих материалов и ферросплавов; ввод в электропечь кислорода и науглероживателя, ска­чивание из электропечи шлака, слив из электропе­чи металла, внепечную обработку жидкой стали, заправки электропечи, подготовку к плавке стале-разливочных ковшей, ремонтные и другие работы. Принципиальные проектные решения В состав ЭСПЦ входят: • главное здание цеха, • футеровочное отделение, • отделение подготовки сыпучих материалов и ферросплавов, • экспресс-лаборатория, • административно-бытовой корпус Основное производственное отделение ЭСПЦ — главное здание, где размещены электропечи, агрегаты внепечной обработки, МНЛЗ, основное технологическое и крановое оборудование. Глав­ные здания ЭСПЦ сооружаются двух типов: со специализированными пролетами и с размеще­нием в основном пролете всех технологических агрегатов. К первому типу относятся главные здания, включающие параллельно расположенные спе­циализированные пролеты: шихтовый, печной, бункерный, ковшевой, распределительный (внепечной обработки), МНЛЗ, пролеты обработки и складирования литой заготовки. Количество, на­значение и размещение пролетов ЭСПЦ опреде­ляются исходя из состава цеха, его производи­тельности и условий размещения на генплане завода.. Печи могут размещаться как продольно для обслуживания общими кранами (так называемая классическая схема), так и поперечно (блочно) — с обслуживанием каждой электропечи отдель­ным краном. Классическая схема используется, когда при полном развитии в ЭСПЦ намечается установить не более трех-четырех электропечей. В главном здании ЭСПЦ размещаются, как правило, два основных производственных отде­ления: отделение электропечей с участками внепечной обработки жидкой стали и отделение не­прерывной разливки с участками обработки ли­той заготовки. На рис. 10.3 показано отделение электропечей, спроектированное по классичес­кой схеме в составе трех электропечей емкостью по 100 т; ЭСПЦ (см. рис. 10.3) предназначен для вып­лавки в трех электропечах емкостью по 100 т из скрапа 1,5 млн. т в год углеродистой и низколе­гированной стали для труб. Электросталеплавиль­ное отделение этого цеха запроектировано в со­ставе четырех пролетов: печного, бункерного, ковшевого и раздаточного. Отделение не имеет шихтового пролета, так как предусмотрена пода­ча бадей с шихтой автобадьевозами непосред­ственно из скрапоразделочного цеха в печной пролет. Рис. 10.3. Отделение электропечей по клас­сической схеме: / — печной; // — бункерный; /// — ковше­вой; IV— раздаточный пролеты; 1 — газо­очистка, вентиляция, труба; 2—автобадьевоз; 3 — пост контроля и управления ДСП; 4 — дуговая сталеплавильная печь ёмк. 100 т; 5 — шумодымоизолирующий корпус; 6 — электроподстанция печная; 7 — ста-левоз; 8 — агрегат комплексной обработки стали; Электросталеплавильное отделение запроектировано в составе пролетов: для проезда автотранспортных средств, шихтового, транспортного, печного, бункерного и распределительного. Машины непрерывного литья заготовок Направления развития процесса непрерывной разливки Преимущества непрерывной разливки стали по сравнению с разливкой в обычные изложницы заключаются в сокращении числа технологичес­ких операций, увеличении выхода годного металла, улучшении качества металла, в первую очередь вследствие снижения химичес­кой неоднородности из-за более быстрого затвердевания малых по сечению отливаемых слитков, возможности широкой автоматизации процесса, улучшении условий труда при разливке, отказе от блюмингов, слябингов, дворов изложниц, стрипперных отделений и сокращении террито­рии предприятия. Непрерывная разливка стали дала возможность организовать непрерывный, высокопроизводительный процесс производства непрерывнолитых заготовок, по профилю и раз­мерам пригодных для непосредственного исполь­зования на сортовых и листовых станах. Важным этапом развития процесса непрерыв­ной разливки стали является производство близ­ких к конечным размерам непрерывнолитых за­готовок для производства листовой (тонкие сля­бы), крупносортовой (отливка профильной заготовки для производства балок), трубной (круглые заготовки) продукции. Для качественной подго­товки стали применяется внепечная обработка жидкого металла в сталеразливочном ковше, ко­торая включает продувку стали аргоном, коррек­тировку химического состава и температуры ста­ли, ее рафинирование и вакуумирование. Другим важным этапом в развитии непрерывной раз­ливки является совмещение непрерывной разлив­ки и прокатки. В качестве первого шага в созда­нии совмещенных процессов следует рассматри­вать «горячий посад», т.е. загрузку в печи про­катных станов горячих (при 700—800 °С) слябов сразу после непрерывной разливки, и прямую прокатку (без дополнительного подогрева) сля­бов. Одна из важнейших задач современного ме­таллургического производства — совмещение не­прерывной разливки с прокаткой и обеспечение равной производительности этих звеньев. Типы МНЛЗ и их применение Для производства непрерывных заготовок ис­пользуются МНЛЗ, построенные по разным прин­ципиальным схемам. Промышленное примене­ние получили МНЛЗ: вертикальные, вертикаль­ные с изгибом полностью затвердевшей заготов­ки, радиальные, криволинейные, криволинейные с прямым кристаллизатором, горизонтальные, наклонно-криволинейные. К опытно-промыш­ленным и опытным установкам следует отнести: двухвалковые с заливкой металла в зазор между валками, одновалковые с подачей металла на один валок большего диаметра, ленточные, роторные, конвейерные. Принципиальные схемы промыш­ленных МНЛЗ приведены на рис. 11.1. Первоначально на практике применялись толь­ко вертикальные МНЛЗ. Чтобы обеспечить пол­ное затвердевание жидкой фазы в формирующем­ся слитке в процессе его вертикального переме­щения, необходимо иметь достаточную высоту всей конструкции в целом. При отливке слитков крупных сечений с большой протяжённостью жидкой фазы, а также с увеличением длины за­готовки весьма возрастает высота вертикальных МНЛЗ. Характерные особенности вертикальных МНЛЗ: значительную высоту и заглубление из-за фундамента под установку в виде опускного ко­лодца глубиной до 30 м — можно считать боль­шим недостатком. Рис. 11.1. Принципиаль­ные схемы промышлен­ных МНЛЗ: / — вертикального типа; // — вертикального типа с изгибом заготовок; /// — радиального типа; IV — МНЛЗ криволинейного типа; V— криволинейно­го типа с прямым кристаллизатором; V/ — наклон­но-криволинейного типа; VII — горизонтального типа; L — металлургичес­кая протяженность, R1 — базовый радиус МНЛЗ, R2, R3— радиусы выпрям­ления отливаемого слитка Отличительной особенностью радиальной МНЛЗ является то, что формирование заготовки осуществляется по дуге постоянного радиуса до момента её полного затвердевания. Увеличение сечения ведёт к увеличению радиуса МНЛЗ, её высоты и уменьшению преимуществ по сравне­нию с МНЛЗ вертикального типа. На МНЛЗ криволинейного типа начальное формирование заготовки осуществляется по дуге постоянного радиуса, а полное затвердевание — по дуге переменного радиуса и на горизонталь­ном участке. Разновидностью криволинейной является МНЛЗ с прямым кристаллизатором. В ней на­чальное формирование отливаемого слитка осуществляется на прямом вертикальном участке 2-3 м. Затем происходит изгиб слитка в несколь­ких точках, перевод его на дугу постоянного ра­диуса, выпрямление слитка в нескольких точках. Окончание затвердевания слитка осуществляется на горизонтальном участке. Преимущества кри­волинейной МНЛЗ с прямым кристаллизатором заключаются в использовании более простого в обслуживании и изготовлении прямого кристал­лизатора и возможного улучшения качества слитка за счёт всплывания неметаллических включений на прямом участке, недостатки — несколько боль­шая высота (1—3 м в зависимости от толщины отливаемого слитка). Технологическая (металлур­гическая) протяжённость этих МНЛЗ может дос­тигать 45—47 м и обеспечивать разливку стали с большой скоростью. Горизонтальные МНЛЗ находятся в стадии промышленного внедрения и отработки конст­рукции отдельных узлов. Они могут применяться в цехах с печами небольшой ёмкости для разлив­ки легированных и коррозионно-стойких сталей. При выходе с МНЛЗ толщина заготовки может приближаться к 40 мм. Выбор основных параметров МНЛЗ Основные параметры выбирают в зависимос­ти от назначения и условий работы МНЛЗ в ком­плексе металлургического производства. Опреде­ляющие факторы — марочный состав разливае­мых сталей, размеры и форма поперечного сече­ния заготовок, вместимость сталеразливочного ковша, цикл подачи ковшей на МНЛЗ, располо­жение ее в цехе. Для радиальных и криволинейных МНЛЗ ба­зовый радиус R является одним из основных па­раметров. От его выбора зависят качество отли­ваемых заготовок и капитальные затраты. Базо­вый радиус определяется задней стенкой технологического канала установки, включая кристал­лизатор и дуговой участок зоны вторичного ох­лаждения. При перестройке МНЛЗ на другую толщину заготовки её базовый радиус остаётся неизменным. В связи с достижениями в области технологии непрерывной разливки стали и подготовки жид­кого металла к разливке появилась тенденция уменьшения базовых радиусов установок, особен­но в тех случаях, когда установка предназначена для размещения в действующем цехе, имеющем небольшую высоту. Определение параметров разливки стали на МНЛЗ Параметры разливки стали на МНЛЗ определяются из размерного и марочного сортамента отливаемых заготовок с учётом максимально до­пустимой продолжительности разливки металла из сталеразливочных ковшей необходимой ёмко­сти. Ниже представлена максимально допустимая продолжительность разливки на МНЛЗ стали из сталеразливочных ковшей различной ёмкости (Тmах) и рекомендуемая для расчётов реальная продолжительность разливки (Т). Максимально допускаемая продолжительность указана на ос­новании теоретических расчётов падения темпе­ратуры стали в сталеразливочных ковшах и прак­тического опыта разливки. Рекомендуемая про­должительность учитывает достижения в раз­витии непрерывного процесса разливки и возмож­ной организации взаимной работы МНЛЗ и ста­леплавильных агрегатов: Ёмкость ковша, м3 50 100 150 200 300 400 Тmах, мин, углеродистых и низколегированных сталей 60 75 85 90 110 120 Тpмин, легированных сталей 40 55 65 75 85 100 Время разливки Т, мин, при нормальной ско­рости разливки для каждого сечения размерного сортамента обратно количеству ручьев Tp=1000Q/(NνнормqK3). где Q — масса разливаемой плавки, т; νнорм — нор­мативная скорость разливки, м/мин; q — масса погонного метра литых заготовок, кг; К3= 0,9 — коэффициент, учитывающий непредвиденные потери времени во время разливки. Определение количества МНЛЗ в ОНРС Общее количество МНЛЗ в ОНРС должно обеспечивать разливку всего объёма стали, вып­лавляемой при принятой ёмкости сталеплавиль­ного агрегата (конвертерного или электроплавиль­ного) с учётом работ по подготовке МНЛЗ между сериями плавок во время ремонтов и незаплани­рованных простоев. Количество МНЛЗ в ОНРС конвертерного цеха определяется при условии разливки плавок методом «плавка на плавку». Время разливки принимается равным или кратным ритму подачи ков­шей в ОНРС. Общее количество МНЛЗ в отделе­нии складывается из количества установок, находящихся в работе ml и требующих ремонтов всех видов и работ по ликвидации нештатных ситуа­ций т2: Σm = т1 + т2 Расчётное количество установок, находящих­ся в работе: т1 = T/R + М, где Т — время разливки, мин, равное или крат­ное R — ритму подачи, мин, сталеразливочных ковшей в ОНРС; М (= 1) — количество устано­вок, необходимых для подготовки МНЛЗ между сериями плавок. Количество МНЛЗ, требующих ремонтов всех видов и работ по ликвидации аварий: т2 = Трем т1 /365, где Т — количество суток в году на ремонты всех видов и все незапланированные простои. Дроб­ная величина округляется до целой. Пропускная способность МНЛЗ Пропускная способность А — максимально возможная производительность МНЛЗ при бес­перебойном ритмичном снабжении её металлом. Она зависит от характеристики МНЛЗ (количе­ства ручьев, сечения отливаемых слитков, време­ни разливки, конструкции МНЛЗ) и от типа и ёмкости сталеплавильного агрегата. Ау = 1440/(nT + Tп)nQФКгКн, т/год, где 1440 — число минут в сутках; п — количество плавок в серии при разливке методом «плавка на плавку» (для слябовых МНЛЗ п =6—12, для сор­товых 4—8); Тп — время разливки плавки, мин; Тп — время подготовки МНЛЗ к приёму плавки: 40—50 мин при разливке единичных плавок и 60— 90 мин при разливке сериями; Q — средняя мас­са плавки, т; Ф — фонд времени работы МНЛЗ, сут/год; Кг — коэффициент, учитывающий выход годных заготовок, 0,97 для слябов, 0,95 для сор­товой заготовки; Кн — коэффициент, учитываю­щий степень загрузки МНЛЗ Таким образом, фонд времени работы МНЛЗ, сут: Ф = 365 - 10 - 16,7 - 23,3 = 315 (слябовых); Для создаваемых автоматизированных МНЛЗ нового поколения фонд рабочего времени увели­чивается до 320 сут и более. Объёмно-планировочные решения размещения МНЛЗ в цехе Применяют две разновидности компоновки ОНРС: • с блочным расположением МНЛЗ в мно­гопролётном здании, когда в каждом пролёте размещается, как правило, по две МНЛЗ — по обе­им сторонам от сталевозных путей (по одной с каждой стороны); • с линейным расположением, когда все МНЛЗ располагаются в одном разли вочном пролёте. При блочном расположении каж­дая МНЛЗ обслуживается кранами, передвигаю­щимися вдоль её продольной оси на всю техно­логическую длину установки. При линейном рас­положении каждый кран обслуживает лишь определённый технологический участок всего ряда установок и передвигается в направлении, пер­пендикулярном продольной оси МНЛЗ. На всём протяжении МНЛЗ высота техноло­гического оборудования изменяется, постепенно понижаясь. Это позволяет при линейной компо­новке снизить высоту здания на участках, занятых низким технологическим оборудованием, сокра­тив капитальные затраты. Линейная компоновка позволяет сократить число пролётов здания, обо­рудованных тяжёлыми разливочными кранами, и сократить количество самих кранов, но затруд­няет транспортировку ковшей вдоль пролёта и организацию ремонта МНЛЗ. Рис. 11.2. План и разрез ОНРС ККЦ-2 НЛМК: 1 — участок подготовки вакуум-камер поточного вакуумирования; 2 — кран 80/20 т; 3 — кран 80/20 т; 4 — стале-возный путь; 5 — путь передаточной тележки; 6 — пароэжекторный насос; 7 — участок подготовки и ремонта промежуточных ковшей; 8 — МНЛЗ № 1-4; 9 — пост управления; 10 — приемные рольганги; 11 — кран-пере­кладчик 60 т; 12 — рольганг-тележка; 13 — электропомещение; 14 — яма для окалины; 15 — кран 15 + 15 т; 16— передаточная тележка для слябов; 17 — транспортные рольганги; 18—кран клещевой 150 т; 19 — пере­даточная тележка для слябов; 20 — кран-перекладчик 60 т; 21 — участок подготовки сменного оборудования; 22—кран 50/20 т; 23— кран 125/20 т; 25 — установка продувки стали аргоном; 26 — установка доводки метал­ла; 27— передаточная тележка; 28— кран литейный 450 + 100/50 т Согласование работы агрегатов сталеплавильных, внепечной обработки стали и МНЛЗ Сталеплавильные цехи, включающие от­деления непрерывной разливки стали, отно­сятся к производственным системам, в кото­рых несогласованность и напряжённость в работе оборудования может привести к поте­рям. Разные мощности производственных аг­регатов, высокая степень непрерывности техно­логического процесса, необходимость одновре­менной отливки заготовок разных сечений — всё это весьма осложняет согласование. Основа со­гласованной работы — контактные графики, при построении которых прежде всего определяют условия согласованной работы: 1. Время разливки плавки на МНЛЗ должно быть равным или кратным циклу поступления пла­вок от сталеплавильных агрегатов на разливку. 2. Время обработки стали на агрегатах внепеч­ной обработки должно быть равным или меньше времени разливки. 3. Время подготовки МНЛЗ между разливка­ми должно быть равно или кратным циклу по­ступления плавок от сталеплавильных агрегатов на разливку. Рассмотрим несколько примеров работы МНЛЗ. При работе одного конвертера с време­нем плавки 40 мин цикл поступления плавок в ОН PC составит также 40 мин, а при работе двух конвертеров — 20 мин. Тогда время разливки плавки будет: при работе одного конвертера 40 или 80 мин, двух —40, 60 или 80 мин. Время внепечной обработки во всех случаях должно быть ≤ 40 мин. Основные данные для определения оптималь­ного графика можно рассчитать (табл. 5.6). Коли­чество МНЛЗ, находящихся постоянно в работе, N=tразл /tц+1, где tразл —время разливки плавки, мин; tц — время цикла поступления плавок на разливку, мин. Время подготовки МНЛЗ между разливками (не менее 55—60 мин) tпод= tцN, где N — количество МНЛЗ, находящихся посто­янно в работе; tц — время цикла поступления пла­вок на разливку, мин. Общий цикл разливки серии плавок на МНЛЗ методом «плавка на плавку» tцc= tподN, Таблица 5.6. Примеры расчета контактных графиков Количество плавок в серии n=( tцс- tпод)/ tразл, ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ В ПРОЕКТАХ ПРОКАТНЫХ И ТРУБНЫХ ЦЕХОВ Структура технологического процесса изготовления проката и труб Прокат и трубы различных видов и размеров производят на специализированном оборудова­нии, тип и конструкция которого зависят от ме­тода превращения исходного материала в гото­вую продукцию (горячая, холодная прокатка, во­лочение, формовка и сварка), а также от способа отделки и контроля готовой продукции. Но неза­висимо от назначения и размеров продукции про­цесс ее изготовления состоит из технологически однотипных структурных элементов, которые в основном определяют состав и компоновку цеха. 1. Направляемый в цех исходный материал по­ступает на склад исходного сырья, где его взве­шивают и складируют в соответствии с действу­ющими правилами. До задания в производство материал подвергают контролю. Как правило, сплошной контроль и ремонт заготовок должны осуществляться на заводе — поставщике заготовки. Одна­ко для отдельных видов продукции ответствен­ного назначения эта же операция дублируется в цехе — изготовителе продукции. 2. Заго­товку для отдельных видов продукции до подачи на участок деформации подвергают специальной механической, термической и химической обра­ботке с последующим контролем качества. При деформации заготовки с использованием тепла нагрева, полученного на предыдущей стадии про­изводства, ее подают непосредственно в нагреватель­ные устройства или прокатные агрегаты, минуя склад и участок подготовки к прокату. В этом и ряде других случаев заготовки подвергают сплош­ной огневой или термофрезерной зачистке в не­прерывном технологическом потоке участка для производства заготовок. 3. Подготовленную и проконтролированную за­готовку подают на участок основного производ­ства, где из нее получают черновое изделие, осу­ществляя ее нагрев, дефор­мацию, ох­лаждение и правку. При сложных цикличных про­цессах, к которым относятся процессы получения отдельных видов проката и труб, деформацион­ные процессы многократно повторяются и сопро­вождаются термической, химической и механичес­кой обработкой. 4. Черновое изделие подвергают про­межуточному контролю, маркировке и направляют на участки получе­ния готовой продукции. На этих участках осуществляют термическую, химическую и механическую обработку, обеспечивающую получение готовой про­дукции требуемых видов с заданными свойствами. 5. Готовую продукцию подвергают сдаточному конт­ролю, клеймению, маркировке и при необходимос­ти ремонту. После ремонта продукцию повторно направляют на отделочные операции и сдаточный контроль. 6. Далее прокат или трубы поступают на участки нанесения антикоррозионных покрытий и на склад готовой продук­ции, откуда их отгружают потребителям. При нормаль­ном функционировании комплекса основного производства обеспечивается: • выпуск продукции требуемого качества за­данных номенклатуры и объема при минималь­ных отходах обрабатываемого материала и мини­мальных затратах на функционирование системы (расходах по переделу); • наивысшая производительность труда, со­четаемая с нормальными условиями работы об­служивающего персонала; • отсутствие вредных выделений в окружающую среду. Классификация и технологическая характеристика способов производства проката По виду выпускаемой продукции прокат мож­но разделить на две основные группы: • сортовой прокат (простые профили — круг, квадрат, полоса; фасонные профили — угловые, тавровые балки, швеллеры, рельсы, шпунты; спе­циальные профили — колеса, оси, лопатки тур­бин, шары и т.д.); • листовой прокат (лист толстый, тонкий, уни­версальная полоса). Особую группу проката составляют трубы. В зависимости от вида и размера проката осу­ществляют горячую либо холодную прокатку из­делий. Горячей прокаткой получают весь прокат сортовой группы, а также лист толщиной ≥1,2 мм. Холодной прокаткой получают тонкий лист, жесть, тонкую и тончайшую ленту. К области холодной деформации металла относится также производство гнутых профилей, получаемых хо­лодной гибкой листового проката. Прокат в большинстве случаев является изде­лием конечной потребительской готовности и применяется без какой-либо дополнительной об­работки. Учи­тывая это, прокатные агрегаты наиболее полно можно классифицировать по виду выпускаемой продук­ции на следующие группы: 1. Обжимные станы, включающие блюминги и слябинги, для производства из слитков полу­продукта (блюмов и слябов), прокатываемого за­ тем на заготовочных, сортовых и листовых ста­нах. 2. Заготовочные многоклетевые станы для про­изводства заготовок прямоугольного, квадратного и круглого сечений для сортовых и трубопро­катных станов. 3. Крупносортные: универсальные балочные, рельсобалочные, крупносортные балочные и мно­гоклетевые станы для производства двутавровых балок и швеллеров, железнодорожных и специ­альных рельсов, угловой стали, фасонных профилей отраслевого назначения. 4. Среднесортные балочные и многоклетевые станы для производства простых и фасонных про­филей общего и отраслевого назначения с мас­сой 1 м длины 2,5—55 кг. Мелкосортные станы для производства про­стых и фасонных профилей общего назначения смассой 1 м длины 0,6—10 кг. 6. Комбинированные мелко-среднесортные станы для выпуска продукции широкого сорта­мента с массой 1 м длины в пределах 0,6—35 кг. 7. Проволочные станы для выпуска катанки диаметром от 5 до 13 мм. 8. Станы специального назначения: для про­катки шаров, колесо- и кольцепрокатные, перио­дической продольной либо поперечно-винтовой прокатки для производства мелющих шаров диа­метром от 40 до 125 мм, железнодорожных колес диаметром 950—1250 мм для вагонов и локомоти­вов, колец диаметром от 300 до 3000 мм, вагонных осей, валов и другого проката, преимущественно для машиностроения, характеризующегося высо­кой степенью потребительской готовности. 9. Станы горячей прокатки листов и полос, вклю­чающие одно-трехклетевые толстолистовые станы для производства листов толщиной 4—200 мм (возможно до 400 мм), шириной 1000—5300 мм, а также мно­гоклетевые полунепрерывные и непрерывные ши­рокополосные станы для производства полос и листов толщиной 1,2—16 мм, шириной 500—2300 мм рулонным способом (в рулонах массой до 45 т). 10. Станы холодной прокатки листовой стали и жести толщиной от 5 до 0,1 мм и менее (до 0,001 мм), шириной от 400 до 2300 мм, включаю­щие непрерывные четырех- и пятиклетевые че-тырехвалковые станы холодной прокатки, непре­рывные шестиклетевые четырехвалковые жесте - прокатные станы, многовалковые (12—20-валковые) реверсивные станы для прокатки тонкой и тончайшей ленты рулонным способом. Классификация и технологическая характеристика способов производства труб Трубное производство — завершающий пере­дел металлургического производства. Из сортовой и листовой заготовки в трубных цехах изго­товляют изделия широкой номенклатуры для не­фтяной и газовой промышленности, тепловой и атомной энергетики, машиностроения, строитель­ства, сельского хозяйства и др. Все трубы подраз­деляются на две основные группы: бесшовные (горяче- и холоднокатаные) и сварные (газо- и электросварные). Горячей прокаткой производят трубы диамет­ром от 16 до 1200 мм из углеродистых, легиро­ванных и высоколегированных сталей и сплавов, а также многослойные трубы. В зависимости от свойств металла заготовки, размеров и требований к качеству труб горячую прокатку осуществляют несколькими способами, каждому из которых присущи свои технологичес­кие преимущества и недостатки. Однако незави­симо от применяемого способа схема производ­ства горячекатаных бесшовных труб включает сле­дующие основные технологические операции: • на­грев заготовки, • получение полой гильзы, • подо­грев гильзы (при необходимости), • получение тру­бы промежуточных размеров (раскатка гильзы в трубу), • подогрев трубы (при необходимости), • окончательную формовку трубы по диаметру и толщине стенки. Виды производства горячекатаных бесшовных труб классифицируют по трем главным отличи­тельным особенностям: 1. По способу получения гильзы: 1) прошивкой в косовалковом стане или на прессе, 2) сочетанием прошивки на прессе с раскаткой на косовалко­вом стане, 3) прессово-валковой прошивкой. 2. По способу раскатки гильзы в трубу: 1) продольной прокаткой на стационарно установлен­ной короткой оправке (автоматические станы); периодической прокаткой на длинной плаваю­щей конической оправке с порционной подачей металла в валки; 2) продоль­ной прокаткой на длинной цилиндрической пла­вающей, удерживаемой или частично удержива­емой оправке в многоклетевом стане (непрерыв­ные станы); 3) винтовой прокаткой на длинной плавающей оправке в косовалковом стане (раскат­ные станы); 4) проталкиванием стаканов при по­мощи дорна через ряд уменьшающихся в диа­метре роликовых обойм или калибров-колец (ре­ечные станы); 5) выдавливанием металла в кольце­вую щель, образуемую матричным кольцом и стационарно установленной оправкой (трубопрофильные прессы); 6) поперечной прокаткой на не­ подвижной оправке в конических валках, уста­новленных во вращающейся обойме (планетар­ные станы). По способу окончательного формирования диаметра и толщины стенки готовой трубы: 1) про­каткой в калибровочном, редукционном или редукционно-растяжном станах; 2) сочетанием обкатки трубы в раскатном косовалковом стане с прокат­кой в калибровочном или редукционном станах; 3) сочетанием прокатки в редукционно-растяжном стане с обкаткой в косовалковом раскатном ста­не и прокаткой в калибровочном стане; 4) прокат­кой на станах-расширителях. Холоднодеформированные трубы из разных сталей и сплавов в мировой практике выпускают в диапазоне размеров по наружному диаметру от 0,3 до 450 мм и более и по толщине стенки от 0,05 до 60 мм. По классификации государствен­ных стандартов и межотраслевых технических условий холоднодеформированные трубы разли­чают по спосо­бу изготовления готовых труб (катаные и тяну­тые), размерам (тонкостенные, особотонкостенные, капиллярные, большого диаметра и др.), качеству поверхности (безрисочные, электрополированные и др.) и назначению. Сварные трубы изготовляют диаметром от 5 до 2520 мм. В зависимости от назначения, харак­теристики и размеров исходного материала свар­ные трубы получают несколькими способами, каждому из которых присущи свои технологичес­кие преимущества и недостатки. Производство сварных труб классифицируют по двум основным отличительным особенностям: • по температуре формуемого металла; • по способу получения окончательных раз­меров готовых труб: в калибровочных клетях формовочно-сварочных агрегатов; на трубосварочных агрегатах ограниченного числа размеров труб-за­готовок и окончательное формирование диаметра и толщины стенки на редукционно-растяжных ста­нах горячего или холодного редуцирования. Способы производства электросварных труб классифицируются по характеру протекания процесса, числу и направлению швов на трубах, способам формовки листа в трубную заготовку и сварки. Для возможности оценки разных способов по­лучения и состава оборудования участков произ­водства электросварных труб ниже рассмотрены принятые в классификации отличительные осо­бенности технологических схем. Характер процесса. Различают непрерывный и дискретный способы производства труб. Непре­рывным способом изготовляют прямошовные электросварные трубы малых и средних диамет­ров из рулонной стали, а также все спирально-шовные трубы из рулонной стали или отдельных предварительно состыкованных листов, дискрет­ным - трубы большого диаметра из отдельных листов или предварительно сваренных "карт", а также многослойные трубы из обечаек. Число и направление швов на трубах. Различа­ют одно- и двухшовные, прямо- и спиральношов-ные трубы. Двухшовными выпускаются прямошов­ные трубы большого диаметра. Ограничением для выпуска только одношовных труб с прямым швом является ширина исходного листа. При производ­стве труб со спиральным швом обеспечивается получение труб большего диаметра из более узко­го листа, повышенная прочность труб и их высо­кая точность, достигаемая на стане. Однако спи-ральношовные трубы имеют по сравнению с пря-мошовными большую протяженность сварного шва, и их производство сопряжено с использова­нием меньших скоростей выхода труб из стана. Способы формовки листа. В практике трубосва­рочного производства применяют следующие фор­мовки: валковую — при производстве прямошов-ных труб малого и среднего диаметра; прессовую одного листа в круглую заготовку; прессовую лис­тов в полуцилиндры, листов или предварительно сваренных "карт" на вальцах, валковую листов в круглую заготовку и в полуцилиндры — при произ­водстве прямошовных труб большого диаметра; в машинах валково-оправочного или полувтулочно­го типа — при производстве спиральношовных труб. Способы сварки. В практике трубосварочного производства широко используют сварку дуговую под слоем флюса, индукционную, токами высо­кой частоты, электросварку сопротивлением и в инертных газах. В последнее время начинают внедрять электронно-лучевую, постоянным током, плазменную и ультразвуковую сварку труб. Принцип компоновки оборудования и сооружений Под компоновкой оборудования и сооруже­ний обычно понимают взаимное расположение основного и вспомогательного оборудования для производства проката и труб, а также служб и систем обеспечения производства. Без ущерба для достижения конечной цели — получения готовой продукции в заданном объеме и требуемого ка­чества оборудование и сооружения цеха могут быть скомпонованы по-разному. Однако при раз­ных компоновочных решениях для выпуска од­ного и того же количества продукции необходи­мо сооружение производственных зданий с раз­ными общей и полезной площадью, шириной и высотой пролетов, этажностью, числом и спосо­бами установки грузоподъемных устройств, на­борами оборудования, схемами механизации про­изводственных процессов и др. В связи с этим компоновка оборудования и сооружений цеха существенно влияет на его стойкость, технико-экономические показатели и условия работы об­служивающего персонала. К компоновке цеха предъявляют следующие основные требования: 1. Размещение всего комплекса оборудования и сооружений на минимальных производственных площадях при соблюдении действующих норм и правил техники безопасности и охраны труда. 2. Реализация производственной программы на минимальном количестве единиц технологи­ческого оборудования. Для этого в процессе про­ектирования должна быть принята оптимальная технологическая схема производства продукции, выбрано наиболее прогрессивное оборудование и определена наиболее рациональная взаимосвязь в работе между отдельными видами оборудова­ния. 3. Обеспечение оптимальных грузопотоков ма­териалов в цехе, исключающих или сводящих к минимуму возвратные или перекрещивающиеся передачи. 4. Обеспечение требований генплана и транс­ портных потоков на территории предприятия. 5. Возможность расширения и совершенство­вания производства. 6. Максимальная механизация и автоматиза­ция производства. 7. Создание надлежащих условий аэрации про­изводственного здания. 8. Обеспечение подвода энергии к местам ос­новного потребления. 9. Локализация вредностей в местах их образо­вания и исключение выброса в окружающую среду использованных энергоносителей и материалов с содержанием вредностей выше допускаемых нор­мами концентраций. 10. Обеспечение минимальных сроков строи­тельства и возможность поэтапного ввода мощ­ностей. 11. Соблюдение действующих строительных норм и правил, а также использование унифици­рованных строительных конструкций и обеспе­чение индустриальных методов их монтажа. Все перечисленные факторы взаимовлияющие, и каждый из них связан с решением комплекса технологических, энергетических, транспортных и других задач. Это предопределяет необходимость участия в разработке компоновки цеха специа­листов разного профиля (технологов, механиков, автоматчиков, энергетиков, сантехников, строи­телей, экономистов и др.). Только их совместная работа может обеспечить выбор оптимальных объемно-планировочных решений. Основные принципы компоновки оборудования и сооруже­ний изложены ниже. Последовательность установки и взаимосвязь ра­боты технологического оборудования. Технологи­ческое оборудование в прокатных и трубных це­хах обычно размещают в следующих сочетаниях: • в единой технологической линии, обеспе­чивающей превращение исходного материала в готовую продукцию без промежуточного склади­рования обрабатываемого изделия (поточная обработка); • в локальных технологических линиях, свя­занных промежуточными складами. При этом на каждой такой линии выполняется определенный вид обработки (полупоточная обработка); • в виде отдельно стоящих агрегатов, связан­ных промежуточными складами, со штучной или пакетной передачей полупродукта в процессе его изготовления (внепоточная обработка). Когда все виды или типоразмеры продукции, выпускаемой цехом, подвергают однотипным тех­нологическим операциям на одном и том же тех­нологическом оборудовании, целесообразно пре­дусматривать поточную обработку. Поточная обработка обеспечивает максимально высокую производительность при специализации цеха. Рис. 12.1. Схема компоновки оборудования трубосва­рочного цеха: а — поточная; 6— полупоточная; в — внепоточная На рис. 12.1, а приведена схема компоновки технологического оборудования трубоэлектросва-рочного цеха, выпускающего электросварные нор­мализованные трубы однотипного назначения. В этом цехе все операции по превращению исходной заготовки (лист в рулонах) в готовую трубу до выдачи ее на склад готовой продукции осуще­ствляются в единой технологической линии без промежуточного складирования обрабатываемо­го изделия. В этой технологической линии установлено оборудование для подготовки листа и стыковки рулонов 1, формовки и сварки листа в трубу 2, разрезки бесконечной трубы на трубы заданной длины 3, термические печи для нагрева труб под нормализацию 4, охладительные столы 5, оборудо­вание для отделки, контроля и окончательной при­емки труб 6 и устройства 7 для передачи готовых труб на склад готовой продукции 8. Для подачи рулонов листа с внутрицеховых складов 9, 11 к технологической линии и складирования готовых труб установлены электромостовые краны 10. Принцип поточной обработки позволяет обес­печить наибольшую механизацию и автоматиза­цию производственного процесса при минималь­ном числе электромостовых кранов, участвующих в технологическом процессе. Вместе с тем при­менение поточной обработки в прокатных и труб­ных цехах связано с рядом недостатков и ограни­чений: 1. Установка всего комплекса оборудования в едином технологическом потоке требует, чтобы пропускная способность всех участков цеха, а следовательно, и число единиц оборудования на этих участках обеспечивали максимальную производительность основного агрегата. При изго­товлении же в цехе специальных видов или типо­размеров продукции, на которых основной агре­гат работает с минимальной или приближающейся к ней производительностью, остальные участки цеха (например, отделения термообработки, от­делки, испытания и др.) используются не в пол­ной мере. 2. При поточной установке технологического оборудования устанавливается жесткая зависи­мость между пропускной способностью и режи­мом работы всех участков технологической ли­нии. Это приводит иногда к необходимости снижения производительности или даже прекраще­нию производства продукции на основном агре­гате, что связано с условиями работы остальных участков технологической линии. Например, очень часто на прокатном или трубном стане мож­но производить без изменения часовой произво­дительности в тоннаже или метраже продукцию разных длин. В то же время производство изде­лий разных длин обусловливает необходимость как длительной остановки отделения отделки для возможности приема изделий, так и снижения часовой производительности стана в тоннаже при уменьшении длины выпускаемых изделий, что связано с ограниченной пропускной способнос­тью отделения отделки. Кроме того, при поточ­ном способе производства непредвиденный вы­ход из строя отдельного оборудования приводит к снижению производительности или даже к пре­кращению работы всей технологической линии. Перечисленные недостатки поточного спосо­ба производства предопределяют недостаточно эффективное использование отдельных видов оборудования при широком сортаменте выпус­каемых изделий и необходимость жесткой регламентации работы всех участков технологической линии, особенно в части оптимальной фабрика­ции заказов и организации профилактического обслуживания и ремонта оборудования. Полупоточную обработку применяют в тех слу­чаях, когда продукция определенных видов или типоразмеров, выпускаемая в цехе, подвергается различным технологическим операциям, осуще­ствляемым на разном технологическом оборудо­вании. При этом комплекс операций по изготов­лению полупродукта, не допускающих разрыва технологического процесса, осуществляют на еди­ной технологической линии, а превращение по­лупродукта в готовую продукцию, соответствую­щую требованиям стандартов или технических условий, осуществляют на локальных поточных линиях. Для нормального функционирования цеха, работающего по такой схеме, в нем создают промежуточные склады, обеспечивающие возможность хранения необхо­димого запаса полупродукта. Для передачи полу­продукта на промежуточные склады и подачи его со склада к локальным поточным линиям исполь­зуют электромостовые краны или другие внутри­цеховые транспортные средства. На рис. 12.1, б показано, как изменяется схема компоновки технологического оборудования того же трубоэлектросварочного цеха, если термичес­кой обработке подвергают лишь часть выпускае­мой продукции. Установка в этом случае термических печей 4 и охладительных столов 5 в пото­ке со станом 1—3 привела бы к неоправданно большим габаритам и неэффективному исполь­зованию термических печей. Сооружение же участка термической обработки 4, 5 а отделения отделки труб 6, 7 в виде локальных поточных линий позволяет уменьшить габариты тер­мических печей и обеспечить их полную загрузку, а также сократить число единиц отделочного обо­рудования. Это достигается тем, что при загрузке локальных поточных линий с промежуточного скла­да состав оборудования и пропускная способность этих линий должны обеспечить годовой выпуск заданной программы производства и могут не со­ответствовать часовой производительности стана. Однако при этом между локальными поточными линиями создают промежуточные склады, обеспе­чивающие возможность хранения нормативного запаса труб, т.е. увеличивают число крановых опе­раций и соответственно число электромостовых кранов. Внепоточную схему обработки применяют при широком сортаменте выпускаемой продукции, каждый вид которой требует обработки на раз­ном специализированном оборудовании, а также при существенных колебаниях длительности цик­лов обработки изделий на каждом виде оборудо­вания. Этот вид компоновки применяют в цехах и на участках отделки специальных видов прока­та и труб с относительно невысоким объемом производства. На рис. 12.1, в показана схема компоновки обо­рудования того же трубоэлектросварочного цеха при размещении трубоэлектросварочного агрега­та 1—3, участка термической обработки 4, 5, уча­стка отделки и сдачи труб 6, 7 в виде отдельно стоящих агрегатов. Внепоточная обработка обес­печивает наиболее полную загрузку каждой еди­ницы устанавливаемого оборудования. Однако эта схема в еще большей степени, чем схема полупо­точной обработки, требует создания достаточных промежуточных складов и увеличения числа кра­новых операций. Выбор рациональной схемы компоновки обо­рудования — одна из задач оптимизации техно­логического процесса и состава оборудования для заданного сортамента и объема производства. Схема грузового потока материалов. Направ­ление перемещения заготовки при ее превраще­нии в готовую продукцию обычно выбирают так, чтобы в процессе обработки полупродукт двигал­ся к месту завершения технологического процес­са без возвращения назад или пересечения пото­ка. При цикличных процессах, к которым, на­пример, относится производство холоднодефор-мированных труб, происходят кольцевые переда­чи полупродукта. После завершения требуемого числа циклов обработки черновое изделие в про­цессе окончательной отделки перемещается в на­правлении склада готовой продукции. Схема грузового потока материалов в цехе включает весь процесс перемещения изделия при обработке, начиная от разгрузки заготовки на складе исходного металла и заканчивая отгруз­кой готовой продукции на складе. Схема грузового потока включает такое направ­ление перемещения: вспомогательных материа­лов (смазки, инструмента, огнеупоров, краски и др.) к производственным участкам и отходов про­изводства (окалины, обрези, стружки, брака и др.) — к местам их удаления. Для организации рацио­нальных грузопотоков всех материалов применя­ют наземные, надземные и подземные транспор­тные устройства. При выборе схемы рациональных грузопото­ков необходимо обеспечить: • кратчайший путь перемещения полупродукта между технологическими операциями; • наиболее эффективное использование про­изводственной площади и объема здания; • безопасность обслуживающего персонала; • максимальное совмещение транспортных и технологических операций (обработка или конт­роль изделия в процессе его перемещения). Грузовые потоки материалов должны быть увя­заны с возможностями перемещения производ­ственного персонала и обеспечивать свободный доступ к местам управления технологическим про­цессом, а также возможность обслуживания и ре­монта оборудования. В прокатных и трубных цехах обычно исполь­зуют три схемы перемещения основного матери­ала: 1. Продольное, когда заготовка в процессе ее обработки движется вдоль пролета здания цеха от склада заготовки к складу готовой продукции. 2. Поперечное, когда заготовка в процессе ее перемещения от склада заготовки к складу гото­вой продукции движется поперек пролетов цеха. 3. Смешанное, когда заготовка в процессе ее обработки перемещается как вдоль, так и попе­рек здания. 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000