Нахождение оптимальных условий для протекания производственных процессов, экономии сырья и материалов

Введение

1. Описание объекта

1.1 Общие сведения о ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»

1.2Характеристика существующей технологии и системы управления

1.3 Машина непрерывного литья заготовок

1.4 Контроль технологического процесса

1.5 Метрологическое обеспечение

1.6 Дефекты непрерывного слитка

2. Создание математической модели кристаллизации слитка и образования дефектов

2.1 Математическая модель кристаллизатора

2.2 Математическая модель дефектов

2.3. Проверка адекватности модели

3. Программное обеспечение автоматизированной технологии

3.1 Алгоритмы расчета основных параметров модели

3.2 Разработка интерфейса

4. Экономическая часть

4.1. Расчет затрат на проектирование

4.2. Затраты на внедрение системы

4.3 Экономическая эффективность проекта

5. Управление качеством

5.1 Методы управления качеством

5.2 Причины дефектов и способы их устранения

6. Безопасность и экологичность проекта

6.1 Охрана труда

6.2 Мероприятия по безопасности труда при эксплуатации УПСА

6.3 Мероприятия по производственной санитарии

6.4 Пожарная безопасность

6.5 Охрана окружающей среды

6.6 Мероприятия при чрезвычайных ситуациях

Заключение

Список использованных источников

Введение

Важнейшей проблемой, стоящей перед отечественной металлургией, является повышение эффективности производства и улучшение качества выпускаемой металлопродукции. В области непрерывной разливки стали это, прежде всего, создание современных конкурентоспособных MHJI3, расширение типоразмерного и марочного сортамента непрерывнолитой заготовки, по форме и профилю близкой к конечной продукции и обеспечение гарантированного качества металла при наименьших затратах по переделу.

Автоматизированный контроль направлен на своевременное выявление дефектов поверхности и реже на определение дефектов макроструктуры. Поверхностные и внутренние дефекты возникают в непрерывнолитых слитках по целому ряду причин, которые нередко комбинируются и усиливают взаимодействие друг друга. Для исключения возможности образования дефектов, обусловленных характером работы УНРС, требуется анализ влияния металлургических факторов на качество непрерывнолитых слитков. Существует два основных подхода к созданию автоматизированной системы контроля качества заготовок. Один из них базируется на использовании математических моделей, устанавливающих взаимосвязи между параметрами процесса разливки, характеризующими условия формирования заготовки.

Целью дипломного проекта является нахождение оптимальных условий для протекания производственных процессов, экономии сырья и материалов. Главной задачей данного проекта является повышение качества непрерывнолитой заготовки. Для этого в работе применялись методы оптимизации в среде Microsoft Excel и программирование в среде Delphi c использованием технологических инструкций ОАО «НКМК» и экспериментальных данных.

1. Описание объекта

1.1 Общие сведения о ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»

01.07.2011г. создано ОАО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат», в состав которого вошли два комбината — ОАО «НКМК» и ОАО «ЗСМК».

Решение об объединении ОАО «НКМК» и ОАО «ЗСМК» в одно предприятие было продиктовано рядом причин, таких как необходимость повышения конкурентоспособности предприятий, снижения производственных издержек, управленческих и административных затрат, формирование единой корпоративной культуры, единого стандарта в области управления персоналом и социальной политики. Ранее, в 2007;2009 гг. произошло объединения ряда управленческих функций (дирекции по правовым вопросам, дирекции по информационным технологиям, дирекции по транспорту, дирекции по социальным вопросам), которое доказало эффективность принятого решения о сокращении управленческих уровней. В 2009 г. коксохимические производства объединены в рамках филиала ЗСМК — «Евраз Кокс — Сибирь». История ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» — это история двух легендарных комбинатов.

История Новокузнецкого металлургического комбината начинается со строительства гиганта советской индустрии — Кузнецкого металлургического комбината (КМК), который был возведен за 1000 дней. В июне 1929 года начались первые земляные работы на площадке Кузнецкстроя, а уже в апреле 1932 года был получен первый чугун. 30 декабря 1932 года были прокатаны первые рельсы Сибири. Так впервые в мировой практике металлургический цикл замкнулся за один год.

1933 — 1940 годы — идет формирование «кузнецкой металлургической школы». Осваиваются новые производственные мощности, технологии, зарождаются и укрепляются традиции рационализаторства, изобретательства, трудовых соревнований. Мощность завода по сравнению с проектной увеличена в 1,5 раза.

За успешное выполнение заданий Государственного Комитета Обороны по обеспечению страны высококачественным металлом для производства танков, самолетов, вооружения и боеприпасов в годы Великой Отечественной войны КМК награжден: 10 апреля 1943 года — орденом Ленина; 31 марта 1945 года — орденом Трудового Красного Знамени; 13 сентября 1945 года — орденом Кутузова 1 степени. 17 февраля 1971 года КМК награжден орденом Октябрьской Революции за большие достижения в выполнении пятилетнего плана по увеличению выпуска металла на действующих мощностях и в повышении эффективности производства.

В состав ОАО «ЕВРАЗ-ЗСМК» входят следующие цеха:

Площадь комбината — 1233 Га; Количество трудящихся — 5071 человек (в январе 2010 г.).

Начиная с 2002 года по настоящее время в рамках программы модернизации рельсового производства введены в эксплуатацию следующие объекты:

Печь с шагающими балками в РБЦ;

АКОС № 1 и АКОС № 2 вакууматор в ЭСПЦ;

Цех разделения воздуха;

Замена подины печи ДСП № 2 в ЭСПЦ на эркерный выпуск;

На сегодняшний день ОАО «ЕВРАЗ-ЗСМК» успешно прошла модернизацию рельсового производства в целом.

Комбинат может в полном объеме удовлетворить потребности в качественной рельсовой продукции, соответствующей новому, более жесткому, ГОСТу. Реконструкция позволила обеспечить производство рельсов из непрерывнолитой заготовки с достижением требований по геометрическим параметрам, качеству поверхности, неметаллическим включениям, массовой доле кислорода, водорода и азота, механическим свойствам. 1]

1.2 Характеристика существующей технологии и системы управления Электросталеплавильный цех Характеристика ЭСПЦ Электросталеплавильный цех № 2 введен в эксплуатацию в 1980;81г.г. Цех состоит из двух отделений: электропечного и отделения непрерывной разливки стали (ОНРС). Электропечное отделение состоит из 4 пролетов: шихтового, бункерного, печного и разливочного. ОНРС состоит из 5 пролетов: раздаточного, МНЛЗ, двух вспомогательных пролетов и термозачистного отделения. Отделение непрерывной разливки стали введено в эксплуатацию в 1989;90г.г.

Цех оснащен двумя электропечами типа ДСП-100И7 и ДСП-100Н10 емкостью 100 тонн.

Основной продукцией цеха является рельсовый металл марок: НЭ76Ф, Э76Ф, Э76Ф (СС2). Низкотемпературные, износостойкие для ж/д транспорта, высокоскоростные, трамвайные, крановые.

Также производится сталь марок:

— Ст20 — трубная сталь для производства труб на ОАО «НТМК»;

— Ст3, Ст5 — для производства листопроката и сортового проката.

Шихтовый пролет Схематический план шихтового пролета представлен на рисунке 1.

В шихтовом пролете производится приемка, разгрузка и хранение определенного запаса металлолома (легковесной обрези с листостана и тяжелой обрези рельсобалочного цеха и цеха сортового проката), шлакообразующих материалов и ферросплавов, подготовка материалов к плавке и передача их в печной пролет для загрузки в печи.

Стальной лом доставляется в шихтовый пролет железнодорожным транспортом в контейнерах объемом 14 м³ и с помощью кранов грузоподъемностью 30/15 т. перегружается в бадьи, установленные на самоходных скраповозных тележках. Тележка с загруженной бадьей взвешивается на платформенных весах и передается в печной пролет для загрузки электропечей. Магнитный лом перегружается в бункеры глубиной 3 метра.

1 — железнодорожный путь; 2 — автовъезд; 3 — ямные бункера для металлолома; 4 — ямный бункер для чугуна; 5 — участок для резервных контейнеров с ломом; 6 — участок для технологического оборудования; 7 — напольные весы; 8 — загрузочная бадья; 9 — помещение для вспомогательных служб; 10 — участок для электродов Рисунок 1 — План шихтового пролета Автотранспортом и на ж/д платформах в шихтовый пролёт также поступают следующие материалы: чугун чушковый; электроды; алюминий; кокс и коксовый порошок; магнезит электропечной; жидкое стекло; часть ферросплавов.

Чушковый чугун хранится в отдельном бункере. Электроды, поступающие в цех, выгружают мостовым краном на напольные стеллажи, откуда они передаются на балкон рабочей площадки. В функции шихтового пролёта входит так же закачка коксовой пыли из ж/д ёмкостей в накопительную ёмкость установки для вдувания коксовой пыли в электропечь № 1, № 2. Пыль поступает по ж/д пути в цистернах с ЗСМК. [3]

Средний вес первой бадьи сейчас составляет 57 тонн при насыпной массе металлолома 0,76 т/м3. Ширина пролета 30 метров, длина — 169 метров. В пролете установлены три мульдо-магнитных крана г/п 30/15 тонн.

Бункерный пролет Предназначен для приемки, разгрузки и хранения ферросплавов и шлакообразующих. Расположен над печным пролетом. Ширина пролета 12,5 метров. Ферросплавы и шлакообразующие материалы подаются в бункерный пролет цеха автотранспортом в саморазгружающихся контейнерах, которые с помощью крана грузоподъемностью 20/5 тонн в расходные бункеры. Каждая печь снабжена отдельной группой бункеров. По точкам загрузки материалы распределяются автоматизированной системой дозирования и подачи сыпучих материалов.

Печной пролет Работа печного пролета подчинена выполнению следующих задач:

— доставка и загрузка в печь металлошихты, шлакообразующих и ферросплавов;

— заправка печей, доставка электродов и организация их наращивания по мере расхода;

— выпуск жидкого металла в сталеразливочный ковш;

— организация капитальных, холодных и горячих ремонтов печей.

План печного пролета ЭСПЦ показан на рисунке 2.

1 — дуговая печь; 2 — проем для подачи загрузочной бадьи; 3 — пост управления;

4 — мульдозавалочная машина; 5 — печь для прокаливания материалов; 6 — место для наращивания электродов; 7 — печной трансформатор; 8 — бадья на бадьевозе; 9 — комфортблок; 10 — сводовое отделение Рисунок 2 — План печного пролета В печном пролете размещаются две дуговые сталеплавильные печи типа ДСП-100И7 и ДСП-100Н10, электропечь № 1 оснащена трансформатором мощностью 80 МВА, электропечь № 2 с эркерным выпуском металла — 95 МВА. Печи установлены на фундаментах. Обслуживание печей происходит с рабочей площадки, которая возвышается относительно нулевой отметки уровня цеха на 8 метров. Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) на современном этапе развития металлургии является наряду с кислородным конвертером одним из основных агрегатов сталеплавильного производства. ДСП переменного тока получили развитие в черной металлургии и машиностроении для выплавки высококачественных высоколегированных сталей, таких как коррозионностойкие, трансформаторные, подшипниковые, инструментальные и другие. ДСП особенно большой вместимости (100−200 т) используют и для выплавки рядовых углеродистых сталей. В качестве шихтовых материалов в ДСП используют отходы собственного металлургического производства, амортизационный лом, различного вида ферросплавы, в незначительных количествах в завалке применяют твердый чугун.

В последние годы возникла концепция преимущественной установки ДСП на мини-заводах, которые, как правило, дислоцируются в непосредственной близости от источников образования лома.

Под рабочей площадкой размещаются часть электропечной подстанции, склады огнеупоров, ремонтные мастерские, тракты подвода газообразного кислорода, природного газа. В одном из торцов пролета, полностью перекрытом рабочей площадкой, расположен участок для сборки, ремонта и опрессовки водоохлаждаемого свода и стеновых панелей. Ширина печного пролета составляет 36 метров. Расстояние между печами — 45 метров. В печном пролете работает три электромостовых литейных крана, 2 грузоподъемностью 210/63/20 и один 180/63/20 тонн. [3]

Доставка и загрузка металлошихты из шихтового пролета и крановой эстакады в печной осуществляется в саморазгружающихся бадьях (с шихтой), которые на тележках по поперечным путям передаются из шихтового пролета в печной. Доставка шлакообразующих материалов и ферросплавов в печной пролет осуществляется из шихтового и бункерного пролетов. Сырые материалы (магнезит) подается в пролет в мешках. Загрузка сыпучих материалов в печь осуществляется через труботечку из бункерного пролета.

Технология плавки электростали Выплавка стали в печах производится одношлаковым процессом с выпуском без раскисления металла и шлака в печи. Она включает в себя следующие этапы плавки:

загрузка металлолома;

проплавление;

подвалка;

заливка жидкого чугуна;

расплавление;

выпуск.

Плавка стали осуществляется на «болоте». Полное скачивание «болота» производится перед ппр.

После выпуска предыдущей плавки сталевар печи визуально проверяет состояние подины, откосов, исправность стеновых панелей и шибера эркера. Затем шибер эркера закрывается и выпускное отверстие засыпается стартовой смесью.

Разливочный пролет Ширина разливочного пролета составляет 30 метров. В торце пролета расположены два железнодорожных пути. Один (горячий путь) предназначен для приема составов, жидкого чугуна в чугуновозном ковше, второй служит для подачи шлаковых чаш, думпкаров под бой кирпича и мусора, вагонов с огнеупорными материалами и оборудованием. Для погрузочно-разгрузочных работ в пролете работает два электромостовых литейных крана грузоподъемностью 180/63/20 и 210/63/20 т.

План разливочного пролета ЭСПЦ-2 показан на рисунке 3.

1 — сталевоз; 2 — ж/д пути; 3 — шлаковая чаша; 4 — сталеразливочный ковш;

5 — стенд для сушки футеровки стальковша; 6 — стенд для разогрева футеровки стальковша; 7 — участок для ремонта футеровки стальковшей; 8 — стенд для установки шиберных затворов; 9 — поворотный стенд; 10 — АКОС № 2; 11 — комфортблок; 12 — стенд для ломки футеровки стальковшей; 13 — автовъезд.

Рисунок 3 — План разливочного пролета Внепечная обработка стали осуществляется на АКП № 2 в разливочном пролете и на АКП № 1 в раздаточном пролете ОНРС. На АКОС выполняются практически все технологические операции: раскисление, легирование, десульфурация, вдувание порошкообразных материалов, подогрев металла, продувка металла нейтральным газом. АКП (рисунок 4) оснащен комплектом устройств для ввода порошков; системой бункеров и дозаторов для ферросплавов и сыпучих материалов, устройством для подачи алюминиевой проволоки, подачи в сталь нейтральных газов.

После выпуска плавки ковш с металлом на сталевозе транспортируется в разливочный пролет, где берется краном и переставляется на сталевоз АКП № 2. Затем — под водоохлаждаемую крышку АКП. Управление сталевозом дистанционное.

Сталеразливочные ковши представляют собой открытую футерованную емкость, предназначенную для приема плавки из печи и разливки на МНЛЗ.

1 — пост управления; 2 — водоохлаждаемая крышка; 3 — труботечка; 4 — Электроды; 5 — электрододержатели; 6 — трансформаторная подстанция;

7 — сталеразливочный ковш с металлом 8 — сталевоз.

Рисунок 4 — АКП Основными элементами футеровки ковша являются: корпус, шиберный затвор и футеровка. В ЭСПЦ-2 используются ковши емкостью 130 тонн. Ковши имеют цапфы и обслуживаются мостовыми кранами, оснащенными траверсами с двумя крюками. Такие ковши можно устанавливать только на специальные стенды или укладывать на бок.

Шиберный затвор предназначен для выпуска металла из сталеразливочного ковша. Принцип работы шиберного затвора заключается в том, что относительно неподвижно закрепленного в днище ковша сталеразливочного стакана с отверстием перемещается элемент из огнеупорного материала с отверстием, установленный снаружи ковша. При совпадении осей отверстий в подвижном и неподвижном огнеупорных элементах происходит полное открывание отверстия и обеспечивается максимальная скорость струи из ковша.

Отделение непрерывной разливки стали Отделение состоит из 5 пролетов: раздаточного, пролета МНЛЗ, передаточного, транспортно-отделочного и термо-зачистного отделения.

Раздаточный пролет Раздаточный пролет служит для:

приема и обработки стали на АКП № 1, доводки ее до требуемой температуре и химическому составу;

обработки стали на вакууматоре;

приема и установки сталеразливочного ковша с металлом на подъемно-поворотный стенд МНЛЗ;

транспортировки порожних сталеразливочных ковшей для кантовки шлака и установки на сталевозе.

Ширина пролета 27 метров. Для погрузочно-разгрузочных работ в пролете работают два электромостовых литейных крана грузоподъемностью 180/63/20 тонн. План раздаточного пролета представлен на рисунке 5.

1 — АКП № 1; 2 — вакууматор; 3 — подъемно-поворотный стенд МНЛЗ; 4 — стенд для сушки футеровки стальковшей; 5 — стенд для обработки стальковшей; 6 — участок для набора фурм; 7 — автовъезд; 8 — шлаковая чаша.

Рисунок 5 — План раздаточного пролета В раздаточном пролете располагается АКП № 1, который работает в одной технологической линии с печью № 1. В настоящее время продувка стали в ковше осуществляется при помощи аргона, поступающего через пористую огнеупорную пробку в днище ковша.

Пролет МНЛЗ В литейном пролете (рисунок 6) размещены: подъемно-поворотные стенды; тележки с промежуточными ковшами 12; МНЛЗ; участок отстоя промежуточных ковшей; участок для ремонта промковшей.

Для погрузочно-разгрузочных работ в пролете расположены два мостовых крана грузоподъемностью 50/12,5 тонн. Также краны участвуют в монтаже и демонтаже клетей и кристаллизаторов, подают и убирают с рабочей площадки промковши и кристаллизаторы и т. д. Ширина пролета составляет 30 метров.

1 — подъемно-поворотный стенд; 2 — автовъезд; 3 — площадка разливщика;

4 — пульт управления МНЛЗ; 5 — печь для разогрева погружных стаканов; 6 — участок складирования кристаллизаторов; 7 — участок отстоя промковшей; 8 — участок для ремонта футеровки промковшей; 9 — стенд для выдавливания остатков металла промковша; 10 — участок для скрапа промковшей; 11 — стенд сушки футеровки промковшей; 12 — тележка промковшей.

Рисунок 6- План литейного пролета Для разливки металла в пролете расположены две МНЛЗ радиального типа с радиусом 12 метров.

Передаточное, Транспортно-отделочное и Термо-зачистное отделение В передаточном пролете формируются пакеты заготовок от всех ручьев МНЛЗ № 1 и № 2 и передаются при помощи рольганг-телеги в транспортно-отделочный пролет. Здесь размещены сталкиватели, с помощью которых заготовки собираются в один пакет, для передачи в термозачистное отделение (ТЗО). ТЗО служит для: зачистки, замедленного охлаждения и отгрузки в прокатные цеха заготовок. Ямы замедленного охлаждения заготовок, кроме отгрузочного, расположены и в передаточном пролете.

Доставка заготовок в прокатные цеха осуществляется на железнодорожном транспорте[2, 3, 4].

Информационно-технологическая система ЭСПЦ Информационно-технологическая система ЭСПЦ, далее по тексту — ИТС, предназначена для формирования электронной базы данных (БД), паспорта производства стали ЭСПЦ, для оформления паспорта плавки участка ДСП в печатном виде, для своевременного обеспечения достоверной информацией о технологическом процессе технологического и управленческого персонала ЭСПЦ, для обеспечения оперативной информацией о работе ЭСПЦ АСУ уровня комбината.

ИТС введена 11 июля 2005 г и предназначена для работы в круглосуточном непрерывном режиме.

В основном информация о технологическом процессе производства стали в ДСП поступает в БД ИТС автоматически из АСУ ТП ДСП и компьютерной системы химлаборатории.

Запуск ИТС приложения «Основного информационного экрана» (рис.7) осуществляется через Internet Explorer после запуска Windows и авторизации.

Рисунок 7 — Основной информационный экран Ниже приведены экранные формы для формирования паспорта плавки на МНЛЗ (рис. 8).

Рисунок 8 — Форма «Паспорт плавки»

Первая часть паспорта плавки МНЛЗ (рис. 9), его формат и откуда в нём появляются данные.

Далее приводится описание сносок рисунка «Паспорт плавки», и приводится описание процесса формирования информации в первой части паспорта плавки МНЛЗ.

1.1) Предыдущая плавка в серии. Для первой плавки в серии там будет пусто. А для остальных плавок в серии — предыдущая плавка.

1.2), 1.3) Марка заданная, профиль. Эти параметры предлагаются с предыдущего агрегата (АКОС).

1.4) Номер плавки в серии автоматически увеличится при приёмке ковша (плавки). Оператор должен своевременно установить № плавки в серии в единицу при начале новой серии.

1.5) № ковша. Имеется в виду — сталь ковш, и информация о номере поступает через работу оператора с формой «Движение ковшей».

1.6) Вес ППС — вес стали с весов ППС. Этот блок работает автоматически, без участия оператора. Оператор обязан проследить за качеством этой информации (возможен отказ в работе весов).

Рисунок 9 — Паспорт плавки (первая часть)

2.1) № промковша, тип футеровки промковша, температура футеровки промковша, защита струи из сталь ковша, остаток металла в промковше, аварийный скрап, тип ШОС в промковше, эти параметры паспорта плавки формируются оператором в форме «Общие данные».

2.2) Сечение кристаллизатора, номер кристаллизатора, стойкость кристаллизатора, тип ШОС для кристаллизатора, все эти параметры также формируются в форме «Общие данные».

2.3) Расход воды на кристаллизатор. Вычисляется ИТС на основе информации о расходе воды на кристаллизатор (с датчиков) за период времени от начала разливки до конца разливки.

3.1) Время подачи, открытия и закрытия сталь ковша ИТС сформирует на основе информации с весов ППС.

3.2) Время открытия стопоров, наполнение кристаллизатора, время запуска машины предложатся ИТС.

3.3) Начало разливки, окончание разливки по каждому ручью соответствуют резу начала и окончания данной плавки.

4.1) Температура стали в промковше. Эта информация не может быть исправлена оператором! Информация о замерах температуры в промковше вводится в ИТС автоматически и изменится человеком не может!

4.2) Все параметры этой части паспорта плавки формируются оператором поста управления № 2 через форму «Карта порезки». Параметры карты порезки предложатся компьютером. Оператор поста № 2 проверяет параметры предложенные компьютером вносит свои изменения, и вводит информацию о карте порезки разлитой плавки.

5.1) Остановки по ручьям. Остановки по ручьям формируются (предлагаются) компьютером.

6.1) Химанализ ШОС. Информация о химанализе ШОС поступает в ИТС автоматически из химлаборатории, никакой возможности изменять эту информацию у операторов — нет.

7.1) Замечания по плавке. Формируется оператором в форме «Замечания».

8.1) Персонал. Персонал на плавку для паспорта плавки формируется оператором в формах «Персонал на смену» и «Персонал на плавку».

Вторая часть паспорта плавки МНЛЗ «Контроль температурно-скоростного режима разливки стали», его формат и откуда в нём появляются данные (рис. 10).

Форма «Скорость вытягивания литой заготовки» является одновременно средством для формирования второй части паспорта плавки — графическое отображение температурно-скоростного режима разливки плавки. Информация о скорости разливки, температуре стали в промковше поступает в ИТС с автоматических датчиков и не может редактироваться или дополняться человеком-оператором! Таким образом, достигается наивысшая достоверность информации о температурно-скоростном режиме разливки.

Рисунок 10 — Форма «Скорость вытягивания литой заготовки»

Информационные экраны ИТС (`Печь 1', `Печь 2','Химанализ') доступны всем пользователям корпоративной сети ЕВРАЗ-ЗСМК и не требуют аутентификации. АРМы ИТС — требует проведение аутентификации (ввод имени и пароля) для допуска.

При первом обращении пользователя к АРМу (нажатие мышью кнопки «АРМы») ИТС выполняет запрос на ввод имени пользователи и пароля (см. рис.11). Имя пользователя необходимо ввести английскими буквами в соответствии звучания фамилии на русском языке. Например, для ввода имени пользователя Попова Владимира Ивановича, необходимо ввести — popov_vi и свой пароль, зарегистрированный в домене «ЕВРАЗ-ЗСМК».

Полученные идентификационные данные проверяются на их соответствие для допуска к АРМам, и только после этого пользователь может быть допущен к работе с АРМми ИТС. На экране появится основной информационный экран работы с доступными АРМами (рис. 12).

Рисунок 11 — Ввод имени и пароля Рисунок 12 — Основной информационный экран работы с доступными АРМами Описание основных полей работы с АРМ-ми ИТС на примере формы «Экспресс анализы стали» проиллюстрирован на рисунке 13.

Вся форма условно разделена на пять частей (выделены красной линией):

Поле со списком форм для редактирования определенных групп параметров (поз.1), и вызова формы «Информационные экраны»;

Поле для ввода параметров, необходимых для выбора необходимого номера плавки (поз.2);

Поле для редактирования и ввода определенной группы параметров (поз.3);

Поле с кнопками сохранения или отмены операций ввода (поз.4);

Поле с логотипом и названием ИТС (поз.5).

Рисунок 13 — Форма Экспресс анализ стали Функция отслеживания движения ковшей по цеху является одной из центральных функций в технологическом процессе производства стали. Отслеживание осуществляется путем ввода вручную участниками технологического процесса признаков наличия ковша на агрегате. В связи с тем, что информация ИТС является общедоступной для всех пользователей, все одновременно и видят перемещение ковшей по цеху.

Форма предназначена для отслеживания движения сталеразливочных ковшей в ЭСПЦ. При вызове формы на экране (см. рис. 14) отображается список сталеразливочных ковшей ЭСПЦ с жидким металлом и номером плавки. В колонке «Агрегат» будет обозначен агрегат, на котором присутствует ковш и в колонке «длительность" — время нахождения сталеразливочного ковша с момента поступления его на агрегат.

В нижней части таблицы отображаются текущие плавки на ДСП с фиксацией времени от начала плавки. В правой части экрана (в таблице «Общие данные») отображаются данные по текущей плавке (№ плавки и заданная марка стали).

Рисунок 14 — Форма «Движение ковшей»

Обновление информации о состоянии ковшей на экране производится автоматически с интервалом 10 секунд.

Считается, что ковш находится с жидким металлом до того момента, пока на МНЛЗ не будет введен признак, что ковш с данной плавкой полностью разлит на агрегате. С этого момента ковш считается пустым (номер плавки «отвязывается от номера ковша) и строка с этой плавкой исчезает с экранной формы — «Движение ковшей».

По окончанию работы (смены), пользователю необходимо закрыть IExplorer (выйти из ИТС).

1.3 Машина непрерывного литья заготовок Состав технологического оборудования и технологические характеристики МНЛЗ № 2

МНЛЗ № 2 отделения непрерывной разливки стали ЭСПЦ, представляет собой радиальную четырёхручьевую машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) производства ЮУМЗ проект 1989 г (рис. 15).

Обозначение: I — радиальный участок зоны вторичного охлаждения, II — горизонтальный участок, 1 — разливочный ковш, 2 — промежуточный ковш, 3 — радиальный кристаллизатор, 4 — вторичное охлаждение водой из форсунок, 5 — направляющие ролики, 6 — тянуще-правильные ролики, 7 -резак, 8 — рольганг горизонтального участка.

Рисунок 15 — Радиальная МНЛЗ Сущность способа непрерывной разливки стали заключается в том, что жидкую сталь непрерывно заливают в водоохлаждаемую изложницу без дна — кристаллизатор, из нижней части которого вытягивают затвердевший по периферии слиток с жидкой сердцевиной. Далее слиток движется через зону вторичного охлаждения, где полностью затвердевает, после чего его разрезают на куски определенной длины. Разливку ведут до израсходования металла в сталеразливочном ковше или же разливают без перерыва металл из нескольких сталеразливочных ковшей.

Агрегаты для непрерывной разливки стали называют машинами непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) или установками непрерывной разливки стали (УНРС).

Кратко рассмотрим основные технологические узлы МНЛЗ:

Промежуточный ковш предназначен для приема из сталеразливочного ковша жидкого металла и распределение его по отдельным ручьям машины с минимальными потерями тепла при одновременном обеспечении предотвращения вторичного окисления расплавленного металла и загрязнения его неметаллическими включениями.

Кристаллизатор является одним из важнейших узлов МНЛЗ, который в значительной степени определяет их производительность и качество получаемой продукции, так как в кристаллизаторе формируется слиток. Кристаллизатор должен обеспечивать интенсивный отвод тепла от кристаллизующейся стали и образование по периметру корочки, которая на выходе должна выдерживать ферростатическое давление жидкой фазы. Поскольку в кристаллизаторе формируется оболочка слитка необходимой толщины и прочности, такие дефекты заготовок как наружные складки и ужимы находятся в прямой зависимости от конструктивных и теплофизических характеристик кристаллизатора, способа подачи металла в кристаллизатор и защиты от вторичного окисления.

В состав основного технологического оборудования МНЛЗ входят:

1) стенд подъемно-поворотный для сталеразливочных ковшей емкостью 130 т;

2) оборудование разливочной площадки, включающее в себя: установку тележек для промежуточных ковшей; промежуточные ковши; шлаковни; аварийные емкости; кристаллизаторы; механизмы качания кристаллизаторов; площадку разливщика; устройства для разогрева промежуточных ковшей;

3) оборудование радиально-транспортного участка, включающее в себя: секции вторичного охлаждения; секции поддерживающих роликов; тянущие клети; механизм тянуще — правильный; резак — для порезки непрерывно — литого слитка в потоке;

4) оборудование приемной линии транспортно-отделочного отделения МНЛЗ: рольганги спаренные; устройство для центрирования затравки; гидравлические опускающиеся упоры; установку клеймителей для клеймения заготовок в оба торца нарезанных резаком;

5) транспортно-отделочное оборудование, включающее: рольганг-тележку сдвоенную; участки хранения заготовок; участок загрузки печи замедленного охлаждения; участок выдачи слитка из печи замедленного охлаждения; участок нарезки заготовок; механизированный стеллаж с кантователем; участок порезки темплетов.

Кроме того, МНЛЗ укомплектованы системой объемных гидроприводов, системой пластичной и жидкой смазки оборудования, системой подачи воды к кристаллизаторам и узлам машин, воды и воздуха к вторичному охлаждению, а также предусмотрены места для встройки электромагнитного перемешивания.

МНЛЗ оборудована поворотным стендом, удерживающим сталеразливочный ковш над промежуточным и обеспечивающим быструю смену ковшей при разливке методом «плавка на плавку». Для замены промежуточного ковша применяют тележки, перемещаемые под поворотным стендом по рельсовому пути.

В кристаллизаторе действует система водяного охлаждения. Внутренняя часть кристаллизатора, соприкасающаяся с жидким металлом, выполнена из высокотеплопроводной меди. Кристаллизатор состоит из четырех стенок, скрепленных между собой с помощью специальных стяжных устройств. Каждая стенка состоит из медной и стальной плит, соединенных между собой шпильками. Для предотвращения коробления медных плит их толщина составляет 20 мм.

Зона вторичного охлаждения состоит из трех секций и имеет секционную систему водо-воздушного охлаждения.

На рисунке 16 показана система регулирования подачи воды к кристаллизаторам и узлам машин, воды и воздуха к вторичному охлаждению, регулированию уровню металла.

I-сталеразливочный ковш; II-промежуточный ковш; III-кристаллизатор; IV-вода, подаваемая на охлаждение кристаллизатора; V-вода, подаваемая на зону вторичного охлаждения; VI-тянущие клети; VII-резак; VIII-измерение температуры слитка на выходе зоны вторичного охлаждения; 1-регулирование уровня металла в промежуточном ковше; 2-регулирование уровня металла в кристаллизаторе; 3-регулирование расхода воды, подаваемой на охлаждение кристаллизатора; 4-регулирование расхода вводы, подаваемой в зону вторичного охлаждения.

Рисунок 16 — Машина непрерывного литья заготовок В таблице 1 приведены основные технические характеристики МНЛЗ № 2.

Таблица 1 — Технические характеристики МНЛЗ № 2

Описание технологии непрерывной разливки стали на МНЛЗ № 2

Основными условиями осуществления процесса непрерывной разливки стали являются:

подготовка металла к разливке и последовательность проведения технологических операций в процессе разливки;

подготовка и проверка всех узлов, механизмов и контрольно-измерительных приборов МНЛЗ перед разливкой, а также выполнение текущих и плановых ремонтов;

тщательная подготовка сталеразливочных, промежуточных ковшей и подводящих устройств.

Технология процесса непрерывной разливки стали содержит следующую последовательность действий:

а) Подготовка металла к непрерывной разливке.

Подготовка металла для разливки на МНЛЗ производится на стенде внепечной обработки стали.

Температура металла в сталеразливочном ковше (стальковше) плавки, взятой на новый промежуточный ковш (промковш) перед его установкой на МНЛЗ должна быть на 10−15 °С выше верхнего предела для разливаемой марки стали.

б) Подготовка МНЛЗ к разливке.

Ответственность за подготовку узлов и механизмов МНЛЗ к разливке несут мастер и старший оператор МНЛЗ.

Проверяется состояние кристаллизаторов. С плиты кристаллизатора удаляются остатки шлака, металла, шлакообразующей смеси, которые при этом запрещается сбрасывать в полость кристаллизатора. Рабочие стенки кристаллизатора очищаются от остатков шлака, корольков металла, продуваются сжатым воздухом. Проводится осмотр состояния рабочей поверхности кристаллизатора. Мелкие дефекты в виде задиров, царапин, заусенцев зачищаются. При необходимости производится подчеканка стыков. Контролируется отсутствие течи воды в рабочую полость кристаллизатора, а также в местах ее подвода и слива.

Производится подготовка затравок. Ввод затравки в кристаллизатор контролируется оператором визуально.

На тележку промковша подают подготовленный промежуточный ковш и устанавливают на стенд разогрева промежуточных ковшей. Промежуточный ковш для снижения тепловых потерь накрывают футерованной крышкой, а перед началом разливки ковш прогревают до температуры 1100−1200 °С.

До начала выпуска металла из печи мастер МНЛЗ проверяет:

фактическую готовность МНЛЗ к работе;

наличие аварийных емкостей и шлаковен;

наличие инструментов и материалов.

После этого сообщает на пульт управления марку стали и заданные мерные длины порезки заготовок.

Оператор пульта управления за 15 минут до начала разливки проверяет наличие обслуживающего персонала на рабочих местах и дает команду на следующие действия: сборка гидрои электросхемы; проверка давления воды, сжатого воздуха, природного газа, кислорода и аргона; проверка работы резака; включение пароотсоса; установка механизмов в исходное положение; проверка охлаждения оборудования и при необходимости подача воды на отдельные элементы.

Прекращается подача горючего газа к горелкам устройства разогрева промковша, которое поднимается в верхнее положение. После этого разогретый промежуточный ковш перемещается тележкой для промковша в рабочую позицию (над кристаллизаторами), на выпускные отверстия ковша устанавливается четыре огнеупорных подогретых стакана. Промежуточный ковш — общий для четырех ручьев МНЛЗ, четырехстопорный. В обойму устройства для защиты струи металла от окисления на пути из стальковша в промковш вставляется предварительно нагретый защитный стакан.

На промковш навешиваются исполнительные механизмы (по одному на стопор), обеспечивающие возможность дистанционного, ручного, а также автоматического управления стопорами.

Промковш опускается в нижнее рабочее положение. Жидкий металл от электропечей к МНЛЗ подается в сталеразливочном ковше, который литейным краном устанавливается на траверсу подъемно-поворотного стенда. При необходимости для уменьшения потерь тепла стальковш накрывается крышкой. В резервной позиции на один из шиберных затворов (стальковш имеет два шибера) навешивается управляющий гидроцилиндр. Поворотом траверсы на 180° сталеразливочный ковш перемещается в позицию разливки (над промковшом).

в) Разливка стали.

Перед началом разливки открываются задвижки системы подвода воды к кристаллизаторам, вторичному охлаждению и оборудованию МНЛЗ. Перед подачей металла на МНЛЗ с помощью локальной информационной системы производится контроль готовности всех систем МНЛЗ к разливке. Разливку стали из стальковша начинают по команде мастера МНЛЗ или старшего разливщика, при этом разливочные стаканы промковша должны быть плотно закрыты стопорами.

Сталеразливочный ковш опускается в нижнее рабочее положение. Открывают шибер сталеразливочного ковша. Если металл не поступает в промежуточный ковш при открытом шиберном затворе, канал сталеразливочного стакана прожигают с помощью кислорода до появления металла. На поверхность жидкого металла наводят шлак путем засыпки шлакообразующей смеси или перлито-графитовой смеси. Расход утепляющих смесей — 0,5 кг/т.

По достижению уровня металла в промковше не менее 450 — 550 мм открываются стопора и производится наполнение кристаллизаторов жидким металлом. Одновременно с наполнением кристаллизаторов подают воду и воздух в первую секцию зоны вторичного охлаждения, а затем во вторую и третью секции зоны вторичного охлаждения.

Наполнение кристаллизаторов и пуск ручьев производят в течение 40−60 c следующим образом.

Стопор промковша открывают на полную струю, через 2−5 с проверяют на закрытие и производят приработку. Одновременно с началом подачи металла в кристаллизатор дают охладитель (выштамповка цеха рельсовых скреплений или использованные «угольники» литого металла). После наполнения половины кристаллизатора производят дополнительную дачу охладителя. С целью уменьшения потерь тепла на зеркало металла добавляют шлакообразующие материалы, которые, взаимодействуя с жидким металлом, расплавляются и образуют слой жидкого шлака. Кристаллизатор наполняют металлом до уровня 120 — 150 мм от верхней кромки стенок кристаллизатора, включают механизм качания кристаллизатора и механизмы вращения валков и тянущих клетей для вытягивания затравки со скоростью 0,2 м/мин. Вытягивание затравки со слитком вначале производится тянущей клетью на малой скорости с плавным увеличением до технологической скорости разливки 0,6 м/мин.

Рабочая скорость разливки металла должна составлять 0,6 м/мин. При отклонении температуры металла в промежуточном ковше от нормы скорость разливки уменьшают (увеличивают) на 0,1 м/мин на каждые 10 °C превышения (понижения) верхнего (нижнего) предела температуры металла в промковше.

Расход воды и воздуха на вторичное охлаждение устанавливается в зависимости от скорости разливки и отслеживается автоматически. При отказе автоматики переходят на ручной режим работы.

После запуска всех ручьев промковш опускают до погружения нижних торцов стаканов в металл на 100 — 120 мм. При этом уровень металла в кристаллизаторах в течение всей разливки поддерживают в пределах 110 ± 10 мм от верхнего среза кристаллизатора (определяется визуально или с помощью гамма-уровнемеров).

Замер температуры металла в промковше производят в начале, в середине и конце разливки.

По окончании разливки плавки закрывают шиберное устройство сталеразливочного ковша, отсоединяют гидроцилиндры шиберных устройств. Скорость разливки плавно снижают до 0,3 — 0,5 м/мин и заканчивают разливку из промковша.

По окончании подачи металла в кристаллизаторы соответствующие стопора промковша закрываются по возможности на мерной длине. Скорость вытягивания снижается до 0,15 м/мин до выхода заготовки из кристаллизатора.

После окончания разливки плавки или серии плавок снимаются гидроцилиндры привода стопора, снимаются погружные стаканы. Промежуточный ковш поднимается и переводится в резервную позицию, обрабатывается, а затем передается на участок ремонта промковшей.

Отрезание переднего конца слитка и последующий порез слитка на мерные заготовки производится газовым резаком. Резак перемещается вместе со слитком во время резки и возвращается в исходное положение после отрезания очередной заготовки.

После того, как у поднятых упоров всех четырех ручьев соберутся четыре заготовки, к МНЛЗ подходит сдвоенная рольганг-тележка. После ее точной установки по оси МНЛЗ опускаются упоры, происходит клеймение заготовок в торец клеймителями, а затем заготовки загружаются на рольганг-тележку. Тележка транспортирует заготовки на линию загрузки печи замедленного охлаждения темплетов. Из печи заготовки загружаются на рольганги линии выгрузки печи, транспортируются, а затем сталкивателем передаются на стеллаж.

Заготовки со стеллажей убираются краном. Для осмотра и удаления дефектов заготовок предназначен стеллаж с кантователем.

Для порезки заготовок на длины 1,5 и 2 м предназначен участок порезки заготовок. Порезка заготовок и отрезка темплетов производится машинами газовой резки.

При непрерывной разливки сериями существуют некоторые особенности технологического процесса, которые необходимо пояснить.

Методом «плавка на плавку» разливается сталь только одной марки. Количество плавок, разливаемых через один промковш, определяется состоянием его футеровки, стопоров, стаканов.

Промежуточный ковш перед сменой сталеразливочного ковша наполняют металлом до максимально допустимой высоты (до сливного носка). Смену сталь ковшей осуществляют путем вращения стенда, скорость разливки при этом устанавливается не более 0,5 м/мин.

Непосредственно перед открытием нового стальковша производится измерение остатков металла предыдущей плавки в промковше кислородной трубкой или визуально по кирпичам промковша. Выход на рабочую скорость осуществляется плавно в течение одной минуты.

Разделение серии на плавки и выделение переходной зоны осуществляется следующим образом.

В момент поступления металла новой плавки в промковш оператор пульта управления фиксирует этот момент в памяти ЭВМ. На цифровом табло высвечивается расстояние от резака до пояса, разделяющего плавки. С этого момента идет обратный отсчет длины отлитой заготовки. Данная цифровая индикация при переходе через «0» указывает, что в этом месте «стык» плавок.

В случае разливки разных марок стали через один промковш (по указанию начальника цеха) рассчитывается протяженность переходного участка. В случае смены промковша переходной зоной является 1,5 м от пояса в предыдущей плавке и не менее 400 мм от пояса в последующей.

Годовой фонд времени работы МНЛЗ принят 300 суток в год, время подготовки МНЛЗ к разливке после одиночной плавки — 60 минут.

Сведения о технологическом процессе, регламенте и режиме Технологический процесс выплавки стали является непрерывно дискретным с наличием значительного количества не контролируемых и не прогнозируемых возмущений и помех. Кроме того, он характеризуется отсутствием возможности непрерывного контроля основных переменных электротермического процесса (температуры металла, концентрации компонентов и т. д.) и сложностью математических моделей взаимосвязи основных переменных процесса и нерешённостью задач их параметрической идентификации.

Электропечь ДСП — 100 и 7 эксплуатируется в технологической линии с установкой внепечной обработки стали и МНЛЗ. Длительность плавки при производительности технологической линии 400 / 500 тыс. т. в год не должна превышать 100 минут. При этом продолжительность периодов плавки должна соответствовать следующим ориентировочным показателям:

предплавочные операции (заправка, завалка, подвалка, замена и пропуск элементов) — не более 20 минут;

расплавление (под током) — не более 55 минут;

доводка и выпуск — не более 25 минут.

Технология производства стали в ДСП — 100 высокой производительности характеризуется следующими основными положениями:

Марочный сортамент включает в углеродистые, низколегированные легированные стали.

Основным принципам технологического процесса является ориентация плавки в печи на расплавление шихты, окисление рафинирование (дефосфоризация, обезуглероживание) и нагрев металла до температуры выпуска (1600° - 1700° С) с последующей десульфурацией, легированием, корректировка расплава и температуры в ковше при внепечной обработке, в том числе и с другим подогревом стали. При отсутствие подогрева в ковше операция легирования может частично осуществляться в печи.

Основными составляющими шихты является подготовленный стальной лом и внутризаводские отходы, а также чушковый чугун. При наличие особых требований к качеству стали в состав шихты включаются металлизированные окатыши. Металлозавалка готовится в страпном отделении цеха, где где подготовленный лом с помощью кранов загружается в завалочные корзины. Корзины в процессе заполнения шихтой взвешиваются. Металлозавалка должна составляться таким образом, чтобы обеспечить загрузку печи не более, чем в два приёма: завалка — 70/75 тонн, подвалка — 35/40 тонн. Общий вес Загружаемой шихты — не более 115 тонн.

Добавочные материалы (шлакообразующие, ферросплавы, кокс, окатыши) загружаются в печь через отверстие в своде. В отдельных случаях легирующие могут вводится через рабочее окно мульфозавалочной машиной. Предусматривается также подача металла в ковш. Шлакообразующие материалы и ферросплавы, используемые для выплавки и внепечной обработки металла, соответствуют стандартным требованиям и техническим условиям.

Для интенсификации расплавление шихты используются газокислородные горелки ориентировочной мощностью по 7кВт. При общей длительности расплавление под током 50−55 минут длительность работы горелки составляет 15−20 минут. Максимальный расход газа на горелку составляет 700 м/час.

Кислород для окислительного рафинирования подаётся через фурму, вводимую в печь. Расход кислорода через фурму 50 м/мин при давлении 1.2−1.5 МПа. Длительность продувки — 15−40 мин.

Для обеспечения необходимой стойкости футеровки и снижения потерь энергии во время доплавления шихты и нагрева жидкого металла формируют пенистый шлак, экранирующий душ, присадки по ходу плавки известняка или извести, кокса, окисленых окатышей и вводя кислород через погруженную в металл фурму.

Для контроля химического состава металла в процессе плавки обирается 3−4 пробы металла из печи, 1−2 из ковша при внепечной обработке. Время от момента отбора пробы до получения результатов анализа составляет 8−10 минут. Выпуск стали из печи производится без печного окислительного шлака, оставляемого в электропечи с некоторым количеством металла (до 10 тон). Масса металла, сливаемая в ковш, измеряется взвешивающим устройством установленном на сталевозе. Периодически, через 5−7 плавок, металл и шлак выпускаются полностью, после чего производится заправка футеровки печи.

Технологический процесс выплавления стали в ДСП состоит из следующих основных стадий и операций:

загрузка шихты в печь;

закрытие свода;

перевод скрапа в жидкое состояние, представляющий собой ряд стадий (заглубление электродов, проплавление колодцев, формирование зоны плавления, доплавление, подвалка скрапа);

окислительное рафинирование спомощью кислородной продувки;

отборы проб металла;

замеры температуры металла;

подача в печь шлакообразующих;

Выпуск металла из печи, отворот свода и наклон ванны.

Поддержание на каждой стадии оптимальных электрических режимов позволяет минимизировать продолжительность расплавления и расход электроэнергии.

Под оптимальными режимами работы ДСП понимается работа с максимальным термическим КПД при соблюдении ограничений, накладываемых на температуру футерованных частей стен и свода и на электрические параметры трансформатора, короткой сети и электродов.

Перечень используемых энергоресурсов и их характеристики.

Электропитание аппаратуры КИПиА и АСУ ТП ДСП-100 осуществляется переменным трехфазным током частотой 50 Гц, напряжением 380/220 В.

Сжатый воздух давлением 7−8 кгс/см, очищенный и осушенный до точки росы 40С.

Вода химочищенная 5−7 кгс/см.

Кислород давлением 12−16 кгс/см, частотой не ниже 99.5% влажностью 0.07 г/нм.

Вода на охлаждение печи.

Основные требования к используемым материалам и шихтовка плавок Все материалы: металлическая шихта, шлакообразующие и ферросплавы — должны соответствовать действующим стандартам и техническим условиям. При этом материалы, присаживаемые в печь, должны быть визуально сухими. Металлическая часть шихты должна быть проверена в отношении взрывобезопасности соответствующими специалистами управления заготовки и переработки лома. Запрещается в шихту рельсовых плавок использовать обезличенную обрезь прокатных цехов; отходы, легированные никелем или молибденом, а также загрязненные оловом, цинком, свинцом, медью и лом с повышенным содержанием серы и фосфора. Контроль за качеством металлошихты производится в управлении заготовки и переработки лома.

Шихта составляется следующим образом:

блюминговая обрезь, в т. ч. ЗШ—не более 10 т;

чугун —20−30 т;

лом и отходы с насыпной плотностью 0,8−1,2 т/м3 — остальное, известь —6−8 т.

Рекомендуется такая укладка шихты в бадьях, чтобы на подине располагалась малогабаритная, но плотная шихта, выше нее — тяжеловесная, сверху — мелочь.

Все материалы (шлакообразующие, ферросплавы и твердые окислители), присаживаемые в печь или в ковш, должны быть сухими (визуально).

Запрещается использовать известь со следами гашения.

Размер фракции материалов, применяемых для раскисления шлака:

— порошок кокса 0−5 мм

— дробленый ферросилиций 0−20 мм

— алюминий в виде дроби.

Размер фракции шлакообразующих и легирующих (ферросилиция, силикомарганца, феррованадия) — не более 100 мм.

Межплавочное обслуживание футеровки печи

После капитального ремонта футеровки печи выплавка рельсовой стали производится после выплавки не менее пяти плавок стали рядового сортамента (Н50, Т60, ПТ70, М54, ст4, ст5, Л53).

Запрещается выплавка рельсовой стали при наличии значительных разрушений подины и откосов, а также подварки магнезитовым порошком, после холодного ремонта и простоя более шести часов.