Построение нагрузочной диаграммы, выбор мощности двигателя и проверка на нагрев

Построение нагрузочной диаграммы, выбор мощности двигателя и проверка на нагрев

Введение

Серьезные трудности создания производственной технологии непрерывной разливки стали, а также машин для осуществления технологического процесса определили появление различных направлений в решении этой проблемы. Многочисленность вариантов конструкций объясняется длительным периодом разработок, проводимых во многих странах. Со времени возникновения идеи непрерывной разливки стали до практического ее осуществления прошло столетие. Различия применяемых и разрабатываемых методов непрерывной разливки стали состоят, главным образом, в расположении технологической оси машины непрерывной разливки стали (вертикальное, криволинейное, радиальное, наклонное или горизонтальное). В каждом варианте применяют неподвижные или движущиеся кристаллизаторы с непрерывным или периодическим вытягиванием заготовки. Доминирующим направлением, как в стране, так и зарубежном, является разливка стали на криволинейных машинах непрерывной разливки стали с непрерывной подачей металла в кристаллизатор и непрерывным вытягиванием формирующего слитка. Разработку конструкций главных узлов установок непрерывной разливки стали вели параллельно с отработкой технологического процесса. В 1944-1947 г.г. были созданы конструкции машин для полунепрерывной разливки ПН - 1, ПН - 2 и ГШ - 3. Решение ряда важнейших вопросов технологии и конструкций позволило в 1948 г. создать более крупные полунепрерывные машины ПН - 4 и ПН - 5. Накопленные результаты исследований и опыт работы позволили в 1950г. перейти к дальнейшим испытаниям в производственных условиях. Сооружение и эксплуатация опытно-промышленных установок на заводах «Красный Октябрь» и Новотульском металлургическом в 1953г. позволили уточнить параметры технологического процесса и конструкцию установок.

Первый сталеплавильный цех, в котором всю сталь разливали на машинах непрерывной разливки стали, был построен на Новолипецком металлургическом комбинате. Число машин определяли с учетом вместимости сталеразливочного ковша, сечения отливаемых заготовок, скорости разливки стали.

Наибольшее развитие процесс непрерывной стали получил в Японии, где в 1980 г. было произведено 66,3 млн. т. непрерывнолитых заготовок, что составляет 59,5% от общего производства стали. В середине 1980г. в 100 странах работало примерно 950 машин непрерывной разливки стали (73% для блюмов и сортовых заготовок и 27% для слябов).

В стране наблюдается тенденция к строительству преимущественно слябовых машин непрерывной разливки стали (58%). Большое число машин непрерывной разливки стали для отливки мелких сортовых заготовок в Японии, США и особенно в Италии (80%) объясняется довольно быстрым развитием мини-заводов, неотъемлемым элементом которых являются сортовые машины непрерывной разливки стали. В 1979г. число мини-заводов в мире составило 229. На сортовых машинах непрерывной разливки стали отливают квадратные заготовки сечением от 0,08 × 0,08 м, прямоугольные до 0,40 × 0,52 м из ковшей вместимостью до 300 т, а также круглые и половые заготовки, фасонные, балочные, шести-, восьмигранные слитки. Максимальное сечение непрерывнолитых слябов составляет 0,3 × 2,65 м при вместимости сталеразливочных ковшей до 430 т.

В нашей стране впервые созданы крупные сталеплавильные комплексы с непрерывной разливкой стали. Первыми такими комплексами являются конвертерные цехи НЛМК и металлургического комбината «Азовсталь» производительностью 4 и 3,5 млн.т. соответственно.

1. Механическое устройство проектируемого механизма

Механизмы качания кристаллизатора машин непрерывной разливки стали радиального типа должны обеспечивать возвратно-поступательное движение кристаллизатора по участку круговой траектории с радиусом, равным радиусу кривизны кристаллизатора, с определенным законом движения и частотой.

Важным требованием к конструкции механизма качания кристаллизатора является получение высокой частоты качаний, которая уменьшает шаг и глубину складок, образующихся на поверхности слитка, ускоряет теплоотвод и снижает неравномерность в нарастании толщины корочки металла. На рис. 1.1.1-1.1.4 показаны кинематические схемы различных типов механизмов качания кристаллизатора радиальных машин непрерывной разливки стали.

Отличительной особенностью рычажно-кулачкового и рычажно-кулисного механизмов является расположение кристаллизаторов на несущих рамах, качающихся относительно оси, расположенной в центре кривизны кристаллизаторов.

Механизмы не получили широкого распространения вследствие большой длины и массы несущих рам, которые затрудняют доступ со стороны рабочей площадки к механизмам, радиальной части машин непрерывной разливки стали, изменяют закон движения кристаллизатора, из-за недостаточной своей жесткости не позволяют применять высокую частоту качаний.

1.1 Кинематическая схема механизмов качания кристаллизаторов

Рис. 1.1.1 - Рычажно-кулисовый механизм

Рис. 1.1.2 - Рычажно-кулачковый механизм с перемещением кристаллизатора в роликовых направляющих

Рис. 1.1.3 - Рычажно-кулачковый механизм с приближенным воспроизводством круговой траектории движения кристаллизатора

Качание создается четырехзвенным эксцентриковым механизмом коромыслового типа, эксцентрик (кривошип) 4 которого приводится в движение от электродвигателя 1. Вследствие расположения привода ниже уровня рабочей площадки шатун 8 выполнен удлиненным и в вертикальном положении. На большинстве современных машин непрерывной разливке стали в механизме применен безредукторный привод с электродвигателем постоянного тока, обеспечивающим регулирование частоты качания кристаллизатора. Применение безредукторного привода обусловлено необходимостью уменьшения зазоров в кинематической цепи от электродвигателя к кристаллизатору, в результате чего уменьшаются удары в соединениях при знакопеременных нагрузках и более точно выдерживается задаваемый закон движения кристаллизатора.

Амплитуду качания кристаллизатора регулируют изменением величины эксцентриситета эксцентрика, поворачивая его относительно эксцентрикового вала 3. В рабочем положении пружины 5 прижимают коническую фрикционную муфту на эксцентрике к полумуфте 2, связанной с эксцентриковым валом, которые вращаются как единое целое.

При регулировании их рассоединяют гидроцилиндром 6, который плунжером перемещает траверсу 7 с тягами, сжимает пружину и отключает фрикционную муфту. Скорость контролируется тахогенератором, соединенным с валом электродвигателя, а эксцентриситет эксцентрика (амплитуда качания) - сельсинами.

Рис. 1.1.4 - Кинематическая схема механизма качания кристаллизатора с шарнирными четырехзвенниками (ОАВС)

1.2 Технология процесса, роль кристаллизатора, требования электроприводу

В настоящее время основными промышленными типами машин непрерывного литья заготовок являются криволинейные машины. Принцип их работы заключен в следующем: сталеразливочный стенд для двух ковшей обеспечивает разливку металла методом «плавка на плавку» и подает металл в промежуточные ковши, распределяющие металл в кристаллизаторах. Промежуточные ковши установлены на тележках снабженных приводами подъема. Контроль уровня металла в ковшах во время разливки осуществляется косвенно путем измерения веса металла в ковшах. Перед разливкой стали в каждый кристаллизатор вводится затравка, образующая дно.

Поступающий металл в кристаллизатор затвердевает у его стенок и у затравки, сцепляясь с нею. После достижения определенного уровня металла в кристаллизаторе включается привод валков тянущей клети. Затравка вместе с формирующимся слитком начинает вытягиваться из кристаллизатора. Скорость вытягивания слитка из кристаллизатора плавно нарастает. Из промежуточного ковша непрерывно поступает металл и в кристаллизаторе поддерживается постоянный уровень.

Для предупреждения деформации слитка под действием ферростатического давления жидкой сердцевины на всем протяжении зоны вторичного охлаждения слиток охватывается направляющими роликами.

Выходящий из роликов тянуще-правильного устройства слиток, пройдя механизм разъединения с затравкой, поступает на приемный рольганг, над которым на эстакаде установлена машина для газовой резки слитка на заготовки (слябы) мерной длины. По отводящему рольгангу слябы выдаются к крану-перекладчику с клещевыми захватами, укладываются на рольганг-тележку и передаются на транспортно-отделочную линию для последующей резки, огневой зачистки, маркировки и штабелирования.

Кристаллизатор является одним из важнейших узлов машин непрерывного литья заготовок, который в значительной степени определяет их производительность и качество получаемой продукции, т.к. формирует слиток. Кристаллизатор должен обеспечивать интенсивный отвод тепла и образование по периметру корочки, которая на выходе должна выдерживать феростатическое давление жидкой фазы. Конструкция кристаллизатора должна обеспечивать высокое качество заготовок из стали любых марок, стабильность процесса разливки, необходимую скорость вытягивания слитка, высокую стойкость медных стенок, безопасность работы. Привод качания кристаллизатора должен полностью соответствовать требованиям технологического процесса, определяющих качество слябов, а также обеспечивать возвратно-поступательное движение механизма.

Значительные колебания отрицательно сказываются на качестве слитка, сроке службы кристаллизатора устойчивости работы системы автоматического поддержания уровня жидкого металла в кристаллизаторе.

.3 Подвод энергии к приводу

Рис. 1.3.1

Как было сказано выше, привод качания катализатора построен по системе ТП-Д на основе комплектных тиристорных устройств КТЭ.

Напряжение на тиристорный преобразователь подается от силового трансформатора 6/0,4 кВ. Питание обмотки возбуждения осуществляется от тиристорного возбудителя.

Релейная схема питается напряжением - 110В от трансформатора 380/110В.

СИФУ, САР и преобразователь представляют тиристорную систему управления и собраны в один ящик. Поэтому питание СИФУ и САР осуществляется напряжением собственных нужд преобразователя ~ 380В.

Кроме того, привод имеет резервный ввод, который включается при неисправности на основном вводе или его отключения на время ремонта.

Подвод энергии осуществляется с помощью кабелей, которые проложены по кабельным туннелем под станом машины непрерывного литья заготовок.

1.4 Расчет статических моментов электропривода

Важное значение в расчете электропривода качания кристаллизатора имеет выбор электродвигателя. Он должен выбираться в строгом соответствии с режимом работы и ожидаемой нагрузкой.

Предпочтение следует отдать закрытому двигателю металлургического исполнения с независимой вентиляцией серии Д постоянного тока. Для повышения надежности двигатель выбирается с запасом по мощности и моменту.

Характер движения кристаллизатора - синусоидальный (рис.1.4.1). Скорость опускания задается большей, чем скорость вытягивания слитка для предупреждения появления поперечных трещин на слитке и явления зависания корочки слитка. В тот интервал полупериода опускания кристаллизатора, когда его скорость Vкр превышает скорость движения слитка Vс, слиток подвергается сжимающим усилиям, упрочняющим корочку и «залечивающим» микротрещины. Этот интервал называется интервалом опережения кристаллизатора. На рис. 1.4.1. область опережения заштрихована. По технологическим требованиям оптимального значения амплитуды, разность линейной скорости Vкр и Vс, из условия получения качественной структуры металла и упрочнения оболочки слитка составляет от 5 - 10% скорости вытягивания слитка. При этом должны с высокой точностью поддерживаться форма кривой изменения скорости кристаллизатора во времени и его путь на интервале опережения, определяющий собой длину отрезков слитка, по которым скользит кристаллизатор в каждом полупериоде опускания и которые упрочняются в максимальной степени.

Угловая скорость эксцентрика:

где fk - частота качании кристаллизатора равная частоте вращении эксцентрика,об/мин.

Принимаю fk -230 об/мин

рад/мин

Определяем продолжительность цикла:

мин

Определяем экстремум разности скоростей кристаллизатора и слитка:

где е - амплитуда качания кристаллизатора, е=0,006м,с - скорость вытягивания слитка, Vс=0,45 м/мин для слитка сечением 200×1500 мм.

м/мин

Определяем угловые координаты начала α1 и конца α2 интервала опережения:

График изменения скоростей кристаллизатора Vкр и слитка Vс.

Рис. 1.4.1

Определяем угловой путь эксцентрика на интервале опережения

Определяем длительность интервала опережения

Приведенное к валу двигателя значение момента инерции кристаллизатора зависит от угловой координаты эксцентрика.

Определяем угловую координату эксцентрика :

На приводе установлен маховик с моментом инерции ТтаХ=50 кг-м2.

Определяем суммарный приведенный момент инерции системы:

где Jп - постоянная составляющая момента инерции, равная сумме моментов инерции двигателя, тормозного шкива, муфты и редуктора, кг-м

Определяем постоянную составляющую момента инерции:

А - коэффициент, равный

При работе электропривода кристаллизатора можно пренебречь переменной составляющей момента инерции механизма. Этот важный вывод дает возможность считать, что электромеханическая постоянная времени Тм=const.

Определяем крутящие моменты нагрузки на валу двигателя:

При подъеме кристаллизатора:

При опускании кристаллизатора:

где Мп1 и Мп2 - постоянные составляющие момента сопротивления, Н-м.

В безредукторном электроприводе постоянные составляющие момента сопротивления Мп1, Мп2»0

Мв1 и Мв2 - переменные составляющие момента сопротивления h - коэффициент полезного действия механических передач, h=0,95

где Q1 - усилие в шатуне при подъеме кристаллизатора, Q1=420500Н

Мв1=420500×6×10-3 =2523 Н-м

Мв2=Q2×e

где Q2 - усилие в шатуне при подъеме кристаллизатора, Q2=301000Н. МВ2=301000×6×10-3 =1806 Н-м

Мc1=2523/0,95=2,7 кН-м=1806×0,95=1715 Н-м

Определяем среднеквадратический статический момент:

2. Построение нагрузочной диаграммы

.1 Построение диаграммы, выбор мощности двигателя и проверка на нагрев

Построение нагрузочной диаграммы осуществляем исходя из скорости двигателя и момента на валу.

Число качаний кристаллизатора устанавливаем минимальное 20 кач/мин, максимальное 230 об/мин.

Статический момент на валу двигателя Мср=2,6 кНгМ.

Строим тахограмму работы двигателя и нагрузочную диаграмму.

Рис. 2.1.1

Выбор двигателя осуществляется исходя из нагрузочной диаграммы и тахограммы работы.

В соответствии с нагрузочной диаграммой определяем эквивалентный момент:

Определяем продолжительность включения:

Для выбора двигателя эквивалентный момент пересчитывается на стандартную ближайшую продолжительность включения:

Определяем мощность двигателя исходя из максимальной частоты вращения двигателя:

Учитывая, что двигатель питается от тиристорного преобразователя, расчетную мощность увеличиваем на 20%

Производим выбор двигателя с ближайшей большей мощностью и с ближайшей скоростью.[6],стр.398.

Таблица 2.1.1 - Каталожные данные двигателя

Определяем номинальную скорость двигателя:

Определяем постоянную двигателя по э.д.с., Вб

где rн - полное сопротивление якоря, Ом

Определяем номинальный момент двигателя:

Выбранный двигатель проверяем по нагреву. Проверка двигателя по нагреву производится по эквивалентному среднеквадратичному моменту.

Определяем эквивалентный среднеквадратичный момент:

2.2 Выбор основного силового оборудования

Выбор тиристорного преобразователя

Определяем номинальный момент

Делим все моменты нагрузочной диаграммы на кФн:

Таблица 2.2.1

Выбор тиристорного преобразователя осуществляется исходя из следующих По полученным данным строим нагрузочную диаграмму токов:

Рис. 2.2.1 - Нагрузочная диаграмма токов

В соответствии с диаграммой токов определяем среднеквадратичный ток:

По полученным данным производим выбор преобразователя;

Выбираем преобразователь КТЭ-500/230 - 112-12-ухл 4.[2],стр.14,табл.1.4.

Осуществляем правильность выбора преобразователя исходя из условий проверки

Поскольку все условия проверки выполняют, то преобразователь выбран правильно.

Выбор питающего трансформатора

Выбор питающего трансформатора сводится к определению мощности, первичного и вторичного напряжения и числа фаз трансформатора.

Определяем максимальное значение выпрямленного напряжения:

, (2.2.7.)

где U2ф - фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора, которое определяется по таблице 2.2.2.

Таблица 2.2.2

Определяем мощность трансформатора:

Определяем первичное напряжение трансформатора: Поскольку мощность трансформатора меньше 250 кВ×А, то принимаем первичное напряжение трансформатора равным 380 В.

По каталогу выбираем трансформатор.[2],стр.274,табл.8.7.

Таблица 2.2.3 - Каталожные данные трансформатора

Поскольку вторичное напряжение трансформатора на 205, а 202 В, то осуществляем пересчет.

Определяем максимальное значение выпрямленного напряжения:

Определяем мощность трансформатора:

Выбор реактора

Выбор реактора осуществляется исходя из исключения режимов прерывистых токов при максимальных углах регулирования. Для выбора реактора необходимо определить его индуктивность.

Определим индуктивность реактора:

Для определения наибольшего и наименьшего углов регулирования определяем величины напряжений при минимальной и максимальной скоростях вращения, а затем строим регулировочную характеристику преобразователя.

Определяем номинальную, максимальную и минимальную скорости вращения двигателя:

Определяем величины напряжений, соответствующие минимальной и максимальной скорости вращения двигателя:

Учитывая недоиспользованность преобразователя по напряжению, для обеспечения возможности форсировки при переходных процессах для определения наименьшего угла управления принимают напряжение выше максимального на 10-15%

Строим регулировочную характеристику преобразователя исходя из следующего выражения:

Таблица 2.2.4

Рис. 2.2.1 - Регулировочная характеристика преобразователя

Отложив минимальное и максимальное значение выпрямленного напряжения, определим наибольший и наименьший угол управления:

2.3 Выбор САР. Краткая характеристика блоков

Поскольку привод качания кристаллизатора не требует регулировки скорости двигателя выше номинальной, то выбираем двухконтурную однозонную систему регулирования.

Внешним контуром является контур регулирования скорости, который предназначен для формирования переходных процессов в механической части электропривода и стабилизации скорости в установившемся режиме. Контур регулирования скорости имеет подчиненный контур регулирования тока, предназначенный для формирования переходных' процессов в якорной цепи двигателя, а также стабилизации тока якоря в установившемся режиме. Помимо этого в САР входит контур стабилизации тока возбуждения. Система регулирования скорости вращения (напряжения, ЭДС) со ступенчатым заданием скорости предназначена для управления скоростью до номинальной реверсивного и нереверсивного электропривода постоянного тока воздействием по якорной цепи двигателя.

Система автоматического регулирования осуществляет контроль и регулирование скорости вращения двигателя, скорость нарастания тока якоря двигателя, его регулирование и стабилизацию.

Система регулирования относится к системам регулирования координат с последовательной коррекцией и состоит из нескольких контуров, подчинённых последовательно один другому. На входе каждого из регуляторов сравниваются сигналы заданного и действительного значений регулируемого параметра, а выходной сигнал каждого из них является заданием для последующего регулятора.

Включение привода в работу осуществляется нажатием кнопки пуск, которая находится на панели управления у оператора. При этом подается напряжение на ячейку ступенчатого задания скорости САР, с которой снимается определённое напряжение и поступает на ячейку гальванической развязки. Далее сигнал поступает на задатчик интенсивности, который преобразует ступенчатый сигнал в плавно нарастающий, чем обеспечивается плавное нарастание скорости и ограничение величины пускового тока.

Рис. 2.3.1 - Схема задатчика интенсивности с генератором синусоидальной развертки

Рис. 2.3.2 - Переходные характеристики регуляторов задатчика интенсивности

Напряжение задания поступает на компаратор А1, где сравнивается с сигналом отрицательной обратной связи поступающим с выхода задатчика интенсивности. Максимальное выходное напряжение компаратора А1 определится установленным напряжением ограничения, вне зависимости от величины входного сигнала. Постоянный сигнал с компаратора преобразуется интегратором А2 в плавно

нарастающий. Инвертор АЗ изменяет фазу выходного сигнала на 180°, для согласования знака напряжения обратной связи. Переходные характеристики регуляторов задатчика интенсивности приведены на рисунке 2.3.3.

Рис. 2.3.3 - Переходные характеристики регуляторов задатчика интенсивности

От задатчика интенсивности напряжение поступает на регулятор скорости РС, где сравнивается с сигналом обратной связи поступающим с тахогенератора ОМ.

Напряжение с тахогенератора снимается на делитель напряжения. Величина этого напряжения, через потенциальную развязку и сопротивление КЛО, согласуется с напряжением, поступающим с задатчика интенсивности.

Пропорциональный инвертор регулятора скорости изменяет фазу входного сигнала на противоположную усиливая входной сигнал до требуемого. Далее сигнал поступает на регулятор тока.

Рис. 2.3.4 - Переходные характеристики регулятора тока

Регулятор тока пропорционально-интегральный, то есть он преобразует ступенчатый сигнал в плавно нарастающий усиливая его до установленного. Здесь сигнал с регулятора скорости сравнивается с сигналом обратной связи, поступающим с датчика тока.

Датчик тока представляет собой шунт, включенный в электрическую цепь последовательно с якорем двигателя, с которого снимается напряжение. Шунт связан с регулятором тока через потенциальную развязку и сопротивление К13.

Элементы системы автоматического регулирования имеют ограничения по напряжению, для предотвращения превышения выходного напряжения. Напряжение ограничения устанавливается при помощи стабилитронов

.4 Статический расчет САР

Расчет обратной связи по току, ограничения регулятора скорости

Расчет САР начинают с внутренних контуров по определению коэффициентов датчиков, ограничений регуляторов и величин включаемых резисторов. Расчетная схема САР представлена на рис 2.4.1.

Исходя из максимального тока привода выбираем шунт ШС - 75 на 500 А и определяем его коэффициент:

Принимаем желаемое выходное напряжение датчика тока при максимальном токе привода равным 10 В и определяем коэффициент усиления датчика тока:

Учитывая, что двигатель и преобразователь не доиспользованы по току, ток ограничения принимаем на 20% выше максимального тока привода:

Увеличиваем выход датчика тока при максимальном токе привода на 20%:

Поскольку выход датчика тока превышает 10 В, то принимаем К=20 кОм, а R считаем по пропорции:

Рис. 2.4.1

Принимаем стандартное большее сопротивление R=24 кОм и пересчитываем напряжение ограничения регулятора скорости:

Напряжение ограничения регулятора скорости принимаем равным 9,3 В.

Расчет узла обратной связи по скорости, определение выхода задатчика интенсивности

Выбираем токогенератор типа ТП - 212 с nном тг=240 об/мин,

Определяем выходное напряжение токогенератора при максимальной и минимальной частоте вращения двигателя:

Приняв выходное напряжение датчика напряжения равным 8 В определяем сопротивление делителя.

Принимаем ближайшее большее сопротивление 1R=15 кОм и определяем выходное напряжение при максимальной и минимальной частоте вращения двигателя:

Учитывая, что напряжение задания составляет 24 В, определяем сопротивления ячейки ступенчатого задания скорости:

Принимаем ближайшее большее сопротивление, R=1,2 кОм, и определяем входное напряжение задатчика интенсивности:

Принимаем ближайшее большее сопротивление, R=20 кОм, и определяем входное напряжение задатчика интенсивности:

Расчет параметров задатчика интенсивности

Под расчетом параметров задатчика интенсивности понимается выбор резисторов и емкостей для обеспечения заданного темпа нарастания напряжения, согласования входного и выходного напряжения и обеспечения автоматического перехода на заданный уровень скорости.

Определяем темп задатчика интенсивности на всех участках токограммы:

Определяем параметры интегратора приняв напряжение ограничения компаратора 5 В и сопротивления резистора Rз=50 кОм.

Определяем величины входного сопротивления и сопротивления обратной связи приняв сопротивление резистора R2=20 кОм:

Принимаем ближайшее большее сопротивление R6=22 кОм.

.5 Выбор схемы управления электроприводом

При выборе релейной схемы мы должны предусмотреть в ней:

) Защиту электропривода; обязательным являются максимально токовая защита, защита от перенапряжения, контроль тока возбуждения, контроль э.д.с. преобразователя и двигателя;

) Блокировки, определяющие готовность привода к работе (контроль сборки всех элементов схемы, блокировки с другими приводами, отсутствие запрета на работу участка;

) Включение электропривода и реализацию заданной токограммы работы;

) Сигнализацию о режимах работы электропривода.

На релейной схеме, представленной на листе 1, представлены следующие элементы:- автоматический выключатель, выбираемый по номинальному току двигателя;- реле защиты от превышения напряжения;- реле э.д.с. преобразователя;- шунт;

КА - реле максимального тока двигателя;- реле э.д.с. двигателя;-R5 - резисторы, обеспечивающие настройку реле,- автоматический выключатель, выбираемый по номинальному току оперативных целей;

КМ1 - силовой контактор сборки схемы ТП-Д;- промежуточное реле для контроля защит;- контроль нажатия кнопок аварийного отключения;- промежуточное реле управление с пульта управления сталеразливщика;- промежуточное реле управления с главного пульта управления,

КМ2 - реле максимальной скорости;- переключатель перехода на малую скорость;

КМЗ - реле минимальной скорости;

КМ4 - реле максимальной скорости при управлении с главного пульта управления,

КМ5,КМ7 - реле максимальной скорости при управлении через программируемый логический контроллер PLC;

КМ6,КМ8 - реле минимальной скорости при управлении через PLC;- переключатель выбора типа управления;

МL1 - HL 10 - лампы сигнализации;- автоматический выключатель, выбираемый по номинальному току обмотки возбуждения;

КА1 - реле контроля тока возбуждения;- шунт.

Расчет и выбор аппаратов управления и защиты

Выбор максимального токового реле.

Выбор максимального токового реле осуществляется исходя из номинального тока привода с учетом уставки срабатывания.

Уставка срабатывания максимального реле принимается на 10% выше установленного в приводе тока ограничения.

Исходя из номинального тока двигателя выбираем реле:

РЭВ 570 на ток 400 А с коэффициентом запаса К3 равным 0,65÷З.[4],стр.76.

Определяем ток уставки реле:

Поскольку значение коэффициента запаса вписывается в диапазон 0,65÷3, то реле выбрано правильно.

Выбор минимального токового реле.

Уставка реле принимается равной половине тока возбуждения на отпадание.

Исходя из номинального тока возбуждения двигателя выбираем реле: РЭВ 312 на ток 10 А с коэффициентом запаса К3 равным 0,3÷0,65. [4],стр.75.

Определяем ток уставки реле:

Определяем ток отпадания реле:

Приняв коэффициент запаса равным 0,6 определяем ток втягивания реле:

Что примерно соответствует току уставки на отпадание.

Роль защиты от превышения напряжения:

В задачу расчета входит выбор реле и токоограничивающего резистора. Напряжение срабатывания реле принимается, как правило, на 10% выше максимального напряжения в приводе.

Определяем напряжение срабатывания реле:

Выбираем реле: РЭВ 821 с номинальным напряжением UH=220 В, номинальной мощностью Рн=20 Вт и напряжением втягивания UBT=110 В. [4],стр.140.

Определяем номинальный ток реле:

Выбираем резистор марки ПЭВР - 15 на 3,3 кОм.

Реле э.д.с. тиристорного преобразователя и двигателя:

Для установки в качестве реле э.д.с. принимаем реле: РЭВ 821 с номинальным напряжением UH=48 В, номинальной мощностью Рн=5 Вт, напряжением втягивания UBT=20 В, коэффициентом возврата Кв=0,3.[4],стр. 140.

Исходя из опыта эксплуатации напряжений срабатывания реле принимаем Ucp=40 В, напряжение отпадания Uопт =30В.

Определяем номинальный ток реле:

Таблица 2.5.1

Определяем сопротивление токоограничивающего резистора:

Где U n - напряжение питания оперативных цепей;

2.6 Расчет и выбор питающих линий

Осуществляем выбор кабеля, питающего тиристорный преобразователь. Определяем расчетный ток:

Выбираем кабель 3-95 с IДОП=255 А с алюминиевыми жилами, поскольку Iр<Iдоп, то кабель не перегреется выше.

Проверяем выбранный кабель на падение напряжения исходя из условия <,

Где  - расчетное падение напряжения;

 - допустимое падение напряжения; =5%

Определяем расчетное падение напряжения:

Осуществляем выбор кабеля, питающего двигатель. Выбор осуществляется исходя из условия:

р<Iдопр = Iдоп =326 А

Выбираем кабель 2-150 с IДОП=390 А с алюминиевыми жилами. Т.к. Ip=326 A < Iдоп~390 А, то кабель выбран правильно.

.7 Вопросы наладки электропривода. Расчет динамических параметров

Расчет динамических параметров и наладка контура тока

Наладка является завершающим этапом монтажных работ и включает в себя испытания и проверку электрооборудования в соответствии с ПУЭ и обеспечения гехнических характеристик электропривода в соответствии с проектом.

То. в объем наладочных работ входит весь комплекс работ по испытанию, проверке отдельных элементов и комплексного опробования электропривода.

Рис. 2.7.1

Одним из основных этапов наладочных работ является наладка контуров регулирования. Наладка контуров регулирования в рассматриваемом электроприводе осуществляется на технический оптимум. Перед практической настройкой контуров регулирования осуществляется расчет динамических параметров привода.

Рис. 2.7.2

Наладка контура тока происходит в несколько этапов.

.        Подготовительные работы.

Двигатель затормаживают, отключают связь между выходом регулятора скорости и входом регулятора тока и на его вход подключают многоканальный источник сигнала (МИС). Разрывают связь от датчика тока на регулятор тока. Шунтируют емкость в цепи обратной связи регулятора тока. Вместо резистора R2 включают магазин сопротивлений.

.        Проверяется полярность сигнала обратной связи.

Для этого устанавливается низкий коэффициент передачи регулятора тока (порядка 0,3-0,5). Задаваясь одной из полярности сигнала задания проверяют полярность сигнала с датчика тока. Если обратная связь положительна, то на шунте меняют положение проводов и полярность сигнала проверяют вновь. После того, как убедились, что обратная связь отрицательная подключаем вход датчика тока.

.        Выбор резистора R2.

Выбор начинают с малых значений. От одного канала МИСа подается сигнал с тем чтобы получить гранично-непрерывный режим тока. Вторым каналом МИСа сигнал увеличивают до значения тока не более 20% от номинального. Отключая и включая второй канал МИСа анализируем форму переходного процесса.

При малых коэффициентах передачи переходный процесс будет носить апериодический характер. Увеличивая значение R2 добиваются получения кривой соответствующей техническому оптимуму.

Переходный процесс для выходной величины датчика тока при:

Рис. 2.7.4

Рис. 2.7.5

Следует помнить, что при увеличении коэффициента передачи необходимо уменьшать величину задания как по 1 и 2 каналу МИС.

После определения оптимальной величины сопротивления отключают магазин сопротивлений, запаивают полученное значение сопротивления и вновь проверяют форму переходного процесса.

Емкость расшунтируют и вместо емкости включают магазин емкостей. Настройку начинают с большой емкости (25 мкФ) при этом переходный процесс вновь апериодический. Далее емкость уменьшают с тем чтобы получить технический оптимум. Полученную емкость запаивают и вновь проверяют форму переходного процесса.

Сравнивают полученные при наладке параметры регулятора с расчетными и, если разница превышает 50% необходимо проверить расчет, а если ошибок не обнаружено, то производят переналадку оборудования.

Расчет динамических параметров и наладка контура скорости

Структура контура скорости

Рис. 2.7.6

Рис. 2.7.7

.        Подготовительные работы.

Двигатель растормаживают, вход регулятора скорости отключают от задатчика интенсивности и на вход регулятора скорости включают МИС. Вместо резистора R4 включают магазин сопротивлений. На вход регулятора тока запаивают резистор Rдоб по величине равный резистору R3. К резистору Rдоб подключают канал МИСа, выполняющий функции задатчика интенсивности.

.        Проверяется полярность обратной связи.

Для этого устанавливается низкий коэффициент передачи регулятора скорости (порядка 1). От МИСа задается сигнал на вход регулятора скорости, определенной полярности, двигатель начинает вращаться и применяется полярность сигнала с датчика скорости.

Если обратная связь положительна, то меняют концы на выходе тахогенератора, проверяют вновь и убедившись, что обратная связь отрицательная подключают датчик скорости ко входу регулятора скорости.

.        Т.к. настройка контура должна производится в режиме непрерывного тока, то как правило, настройку контура скорости осуществляют при разгоне двигателя. Для этого на канале МИСа, выполняющего функции задатчика интенсивности устанавливают малый темп разгона, включают канал, двигатель начинает разгон и в это время от канала МИСа с постоянным сигналом дается наброс задания на скорость. С помощью осцилографа, включенного на выход датчика скорости оценивают форму кривой переходного процесса.

При малых коэффициентах переходный процесс будет носить апериодический характер. Увеличивая коэффициент передачи регулятора скорости добиваются технического оптимума.

Переходный процесс для выходной величины датчика скорости при:

Рис. 2.7.8

Рис. 2.7.9

.        Вместо магазина сопротивлений запаивают постоянное сопротивление, полученного значения и вновь осуществляют проверку переходного процесса.

.        Схему полностью восстанавливают и проверяют на функционирование.

.8 Схемы блоков преобразователя

Ячейка задатчика интенсивности

Ячейка задатчика интенсивности, именуемая в дальнейшем «ячейка №504», предназначена для ограничения первой производной входного сигнала в функции управляющего сигнала с возможностью запоминания промежуточного значения выходного сигнала в любой момент времени. Схема задатчика интенсивности представлена на листе 4 графической части.

Функционально схема ячейки №504 состоит из:

Преобразователя напряжение-частота;

Двоичного двенадцатиразрядного реверсивного счетчика;

Преобразователя код-аналог;

Схемы управления направления счета;

Схемы начального установки. 6.

Преобразователь напряжение-частота, выполненный на микросхемах А1, A3, генерирует импульсы, частота которых пропорциональна входному напряжению Uf. Импульсы поступают на вход реверсивного счетчика D6-D8. Управление направлением счета осуществляется компоратором А через регистр синхронизации D3. Выходы десяти старших разрядов счетчика поступают на преобразователь код-аналог, выполненный на микросхемах D9, А5.

Соединенные последовательно преобразователь напряжение-частота, счетчик и преобразователь код-аналог являются цифроаналоговым интегратором, скорость изменения выходного напряжения которого пропорциональна частоте преобразователя напряжение-частота.

Для работы ячейки №504 в режиме задатчика интенсивности необходимо выход преобразователя код-аналог подать на вход инвертирующего компаратора А1. Максимальная скорость изменения входного напряжения будет пропорциональна напряжению управления.

Для начальной установки преобразователя код-аналог в нулевое состояние необходимо подать сигнал на один из входов Rl, R2, либо нажать на кнопку «R».

При необходимости запоминания выходного напряжения подается сигнал на вход «стоп» ячейки №504.

Ячейка ввода

Ячейка ввода №604 предназначена для приема внешних контактных сигналов с гальванической развязкой от цепей внутренних систем управления и регулирования. Схема ячейки ввода представлена на листе 4графической части.

Ячейка ввода № 604 конструктивно выполнена в виде ячейки, электрическое соединение которой с другими элементами системы регулирования осуществляется посредством разъема.

Функционально ячейка ввода № 604 состоит из восьми каналов ввода логических сигналов. Входные и выходные цепи каждого канала гальванически отделены друг от друга с помощью оптопар. При отсутствии тока через излучатель оптопары выходной транзистор закрыт и выходное напряжение отрицательное. Величина выходного напряжения в этом случае определяется величиной сопротивления нагрузки, выходным сопротивлением канала (10 кОм) и величиной напряжения питания.

При наличии тока через излучатель оптопары транзистор открывается и выходное напряжение становится положительным, по величине равным напряжению (11,6±1)В.

Для увеличения срока службы оптопар путем использования состояния, когда ток через излучатель оптопары отсутствует, в 1, 3 и 4 каналах предусмотрены выводы для подключения нормально-замкнутых (НЗ) входных контактов. При этом входы для подключения нормально-разомкнутых (HP) контактов подключаются к отрицательному полюсу источника питания входных цепей.

Ячейка шунтирования

Ячейка шунтирования № 215 предназначена для применения в автоматических системах регулирования электроприводов с целью исключения

влияния нестабильности регуляторов на «самоход» электроприводов. Схема ячейки штунирования представлена на листе 4графической части.

Ячейка штунирования № 215 состоит из трех пороговых устройств, усилителя э.д.с., регулятора деления нагрузок, инвертора и регулятора тока возбуждения.

Выходы трех торговых устройств через диоды подключены к интегрирующей цепи и ко входу компаратора с регулируемым напряжением срабатывания.

При появлении входного сигнала и срабатывании любого порогового устройства за счет малого входного сопротивления происходит быстрый заряд конденсатора интегрирующей цепи, и сигнал на выходе компаратора появляется практически без задержки.

При появлении входных сигналов, величина которых меньше зоны нечувствительности пороговых устройств происходит медленный перезаряд конденсатора от источника отрицательного напряжения и сигнал на выходе компаратора определяется постоянной времени интегрирующей цепи и уставкой срабатывания компаратора.

Усилитель э.д.с., регулятор деления нагрузки, инвертор и регулятор тока возбуждения выполнены на основе соответствующих операционных усилителей.

Регулятор деления нагрузок и регулятор тока возбуждения имеют управляемый ограничитель выходного напряжения.

3. Расчет годового ФОТ

3.1 Фонд оплаты труда

Баланс рабочего времени служит для определения времени работы рабочего за год и месяц. В данном дипломном проекте составляется плановый баланс, в котором учтены те невыходы, которых нельзя избежать (отпуск, болезни). Баланс рабочего времени приведен в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1

Количество выходных для ремонтного персонала определяется исходя из количества недель в году (52 недели). Для дежурного персонала оно равно:

/2 - при двухсменном четырех бригадном графике;

/3 - при трехсменном четырех бригадном графике работы.

Определяем количество выходных дней

Вдеж = 365/3 = 121 дн.,        (3.1.1.)

Врем = 52-2 = 104дн.

Определяем номинальный фонд рабочего времени

Тном = Тгод-В-П,

Тном деж = 365-121-0 = 244дн. Тном рем = 365-104-10 = 251 дн.

По закону РФ предприятиям дана полная самостоятельность в начислении заработной платы. Все заработные платы рассчитываются исходя из следующих тарифных ставок

Таблица 3.1.2

Средний процент премий составляет 100 %

В качестве примера приведём расчёт годового ФОТ дежурного персонала пятого разряда, а остальные данные расчётов по разрядам сведём в таблицу

Определяем Прямой ФОТ (фонд оплаты труда)

Прямой ФОТ = ТС • Тэф2, (3.1.5.)

где ТС - тарифная ставка, руб/час, табл. 3.3.2.1.

Тэф2 - эффективный фонд рабочего времени, час.

Прямой ФОТ=9,31 • 1507,5=14034,83 руб

Определяем Доплату за ночное время

где Тэф2 делим на три, так как ночное время составляет 1/3 часть суток, час 0,4 - 40% доплаты за ночное время работы (по КЗоТ)

Определяем Доплату за вечернее время

где Тэф2 делим на четыре, так как вечернее время составляет 1/4 часть суток

3.2 Вопросы оплаты труда в трудовом коллективном договоре

Оплата труда зависит от результатов деятельности каждого работника, структурного подразделения и комбината.

Оплата труда работников производится в соответствии с Типовым положением "Об оплате труда и премировании работников в подразделениях комбината и Положением "О планировании, образовании и использовании фонда заработной платы и выплат социального характера подразделений конвертерного цеха, согласованными с выборным профсоюзным органом.

Оплата труда за работу в сверхурочное время производится в соответствии со статьей 88 КЗоТ РФ от установленной тарифной ставки (оклада) за первые два часа в полуторном размере, за последующие часы - в двойном размере. Доплата за совмещение профессий (должностей) или выполнение обязанностей временно отсутствующего работника устанавливается руководителем подразделения по соглашению сторон, исходя из фактически выполняемого, за отсутствующего, объема работ (ст. 87 КЗоТ РФ).

Работникам конвертерного цеха производится доплата за каждый час работы:

в ночной смене в размере 40 %;

в вечерней смене в размере 20% тарифной ставки присвоенного разряда (должностного оклада).

К ночным относятся смены, более 50% времени которых приходятся на ночные часы (с 10 часов вечера до 6 часов утра).

К вечерним относятся смены, предшествующие ночным, включающие в себя ночные часы.

Работникам подразделений непромышленной группы и работникам, работающим по графикам продолжительностью свыше 12-часов, производится доплата в размере 40% тарифной ставки присвоенного разряда (должностного оклада) за каждый час работы в ночные часы с 10 часов вечера до 6 часов утра.

Оплата труда за время работы в газозащитной аппаратуре (ГЗА) производится согласно совместному постановлению работодателя и выборного профсоюзного органа конвертерного цеха.

Количество часов работы в ГЗА не должно превышать 50% фактически отработанного времени в месяц, согласно положению о ГСС и ДГСД. Исчисление среднего заработка производится в соответствии с действующим законодательством РФ.

При выполнении работ, тарифицированных ниже присвоенных им разрядов, рабочим-сдельщикам выплачивается межразрядная разница (ст. 86 КЗоТ РФ). Выплата производится при выполнении рабочим норм выработки и наличии разницы в разрядах, не менее чем два разряда.

Все разработанные проекты норм выработки, расценок, положений об оплате и премировании работников работодатель согласовывает с выборным профсоюзным органом (ст. 103 и 83 КЗоТ РФ). Работникам, высвобождаемым в связи с сокращением численности или штата, оплата труда в течение 2-х месяцев со дня письменного предупреждения об увольнении производится согласно действующему в подразделении положению об оплате. Выдача заработной платы производится согласно утвержденному графику и ст. 96 КЗоТ РФ, по месту работы или через Тагил-банк. 50 % затрат на расчетно-кассовое обслуживание в Тагилбанке работникам при получении заработной платы оплачивает работодатель.

В случае задержки выдачи заработной платы работодатель несет ответственность, в соответствии с действующим областным и российским законодательством. При невыполнении норм выработки не по вине работника оплата производится за фактически выполненную работу.

Месячная заработная плата в этом случае не может быть ниже 2/3 тарифной ставки установленного ему разряда (оклада). При невыполнении норм выработки по вине работника оплата производится в соответствии с выполненной работой. При изготовлении бракованной продукции не по вине работника оплата труда по ее изготовлению производится по пониженным расценкам. Месячная заработная плата работника в этих случаях не может быть ниже 2/3 тарифной ставки установленного ему разряда (оклада).

Брак, изделий, происшедший вследствие скрытого дефекта в обрабатываемом материале, а также брак не по вине работника, обнаруженный после приемки изделия органом технического контроля, оплачивается этому работнику наравне с годными изделиями.

Полный брак по вине работника оплате не подлежит. Частичный брак по вине работника оплачивается в зависимости от степени годности продукции по пониженным расценкам.

Индексация доходов трудящихся производится в соответствии с действующим законодательством России.

Дополнительные льготы.

Для работников в возрасте от 16 до 18 лет устанавливается льготная продолжительность рабочего времени - 35 часов в неделю, то есть на один час менее установленного по КЗоТ РФ.

В случае задержки оплаты за отпуск по вине работодателя по желанию работника руководитель соответствующего подразделения обязан издать распоряжение с указанием срока переноса дней отпуска работнику.

Для решения неотложных социально-бытовых вопросов, связанных с выполнением родственного долга и другими уважительными причинами с обязательным документальным подтверждением, предоставляется 3-дневный оплачиваемый социальный отпуск в случаях:

смерти супруга (и) или члена семьи (дети, родители, родные братья и сестры, дед, бабушка, родители супругов);

собственной свадьбы (впервые) и свадьбы детей (впервые). Предоставляется однодневный оплачиваемый отпуск:

при рождении ребенка (на выписку из роддома);

матерям первоклассников на 1 сентября;

родителям для проводов сыновей в Вооруженные Силы страны. В случае предоставления социального отпуска, связанного со смертью близких, в период основного отпуска, основной отпуск продлевается. Доплата за переработку графика производится в размере 100% сверх установленной тарифной ставки (оклада).

Бригадирам из числа рабочих, не освобожденным от основной работы, производится доплата за руководство бригадой, согласно Типовому положению

"Об оплате труда и премировании работников структурных подразделений конвертерного цеха. В целях усиления материальной заинтересованности работников в профессиональном росте и продвижении по службе, Снижения текучести и закрепления кадров на производстве выплачивается надбавка за непрерывный стаж работы на конвертерном цехе.

Трудящимся конвертерного цеха, работающим в праздничный День металлурга, оплату производить в двойном размере.

4. Техника безопасности при ремонтах

Общие требования техники безопасности должны соответствовать требованиям ПТБ. Специальные требования техники безопасности при ремонтах на машине непрерывного литья заготовок №2 изложены ниже.

При демонтаже электродвигателей рам качания ручьев №№ 1,2,3,4 должны быть выполнены следующие меры безопасности:

Проверить перед началом работы, что технологическим персоналом сняты люки на разливочной площадке.

Производить работу при помощи грузоподъемного крана бригадой в составе не менее трех человек под руководством лица, ответственного за перемещение грузов кранами.

При этом два человека должны находиться на площадке по обслуживанию электроприводов рам качания, а третий должен находиться наверху на разливочной площадке и передавать сигналы по натяжению стропов и подъему электродвигателя от персонала, работающего внизу, машинисту крана.

При ремонте пультов управления разливщиков выполнять следующие меры безопасности:

При работе находиться в безопасной зоне, за пределами зоны работы рам качания.

Отключение (разборка схемы) и допуск к работе должны производиться дежурным электромонтером по базисной автоматике МНЛЗ № 2.

Перед началом работы проверить наличие временных ограждений на проемах. Демонтаж электродвигателей наклонных роликов верхних секций должен производиться персоналом механослужбы.

Замену электродвигателей трайбов, расположенных посредине и внизу, должен осуществлять персонал электрослужбы цеха или ЦРМЭ при помощи кран-балки с применением предохранительных монтажных поясов со стропами из стального каната иди цепи.

Ремонт электропривода заведения затравки производить после удаления затравки с механизма.

Ремонт поворотного рольганга производить при таком положении стола, при котором обеспечен удобный доступ к электродвигателю и производству работ.

Перед началом ремонта проверить, что машинисты кранов №3 26,27,63,64,66 предупреждены о производимых работах под роспись в журналах приема-сдачи смены.

Перед началом ремонта сталкивателя проверить, что машинисты кранов № № 26,27 предупреждены под роспись в журнале приемки-сдачи смены о про изводимых работах.

Перед началом ремонта МГР темплетов проверить:

Что дежурный водопроводчик и дежурный газовщик закрыли и заперли на замок задвижки на газопроводе и трубопроводе подачи воды.

Машинисты кранов №№ 26,27 предупреждены под роспись в журнале приемки-сдачи смены о предстоящих работах,

Перед началом ремонта на электродвигателях насосных агрегатов насосных станций цеха проверить, что закрыты и заперты на замок задвижки на трубопроводах подачи воды дежурным водопроводчиком участка разливки или дежурным теплотехником конвертерного участка (по принадлежности насосных станций).

4.1 Ресурсосбережение в черной металлургии 4.2.1. Показатели ресурсосбережения в черной металлургии

Черная металлургия является одной из наиболее материале- и энергоемких отраслей промышленности. Она потребляет около 9 % топлива и вырабатываемой электроэнергии, а доля материальных затрат на производство металлопродукции превышает 70 %. С учетом масштабов производства черных металлов, а также потребления черной металлургией топливно-энергетических ресурсов проблема материале - и ресурсосбережения является весьма актуальной.

В разделе проанализированы отечественные и зарубежные публикации последних лет, освещающие вопросы экономии топливно-энергетических и других видов ресурсов в черной металлургии. Представленный в разделе анализ использования новых технологических процессов и современного оборудования, способствующих ресурсе- и энергосбережению, позволяет наметить пути дальнейшего совершенствования производства металлургической продукции.

Для повышения эффективности металлургического производства важное значение имеет сокращение затрат материальных и топливно-энергетических ресурсов и прежде всего экономное расходование основного сырья на каждом этапе его переработки: железорудной шихты - при выплавке чугуна, металлошихты - при выплавке стали, слитков и заготовок - при производстве проката. Из остальных ресурсов необходимо выделить кокс, затраты на который в отраслевой себестоимости чугуна составляют 35 %.

Анализ показателей работы предприятий отрасли за период 1986-1990 гг. показал снижение расхода сырьевых и материальных ресурсов на тонну конечной продукции: железорудного сырья на производство чугуна - на 59,5 кг, кокса - на 12,9 кг, чугуна на выплавку стали - на 9,7 кг, стали на прокат - на 14,6 кг.

В последние годы в отрасли достигнуто снижение материалоемкости и энергоемкости металлургической продукции, внедрены новые технологические процессы, способствующие экономии сырья, материалов и топливно-энергетических ресурсов. Материалоемкость продукции снизилась с 66,46 коп./руб. в 1985 г. до 62,82 коп./руб. в 1990 г. Здесь и далее указаны цены, действовавшие до 1 января 1991 г.

Необходимо отметить, что в настоящее время выявляется влияние факторов, повышающих материалоемкость продукции черной металлургии, которые в перспективе могут привести к дальнейшему ее повышению. Этими факторами являются в основном расширение сортамента и улучшение качества продукции. Так, в доменном производстве мероприятия по улучшению качества чугуна (снижение содержания серы с 0,027 % до 0,022 % за период 1986-1990 гг. и увеличение содержания марганца) заметно сокращают эффективность мероприятий по экономии кокса. Тем не менее за 1986-1990 гг. по сравнению с 1985 г. в отрасли сэкономлено 8,0 млн. т кокса.

В результате совершенствования структуры сталеплавильного производства доля электросталеплавильного и конвертерного производства увеличилась с 42,5 % от общего объема выплавки стали в 1985 г. до 46,7 % - в 1990 г.

Постоянное повышение технического уровня прокатного производства, интенсификация производственных процессов и. внедрение новых технологических процессов позволили снизить удельный расход стали на готовый прокат с 1265,6 кг/т в 1985 г. до 1251,0 кг/т в 1990 г. (на 1,2 %). Следует отметить, что расход металла на прокат в развитых капиталистических странах значительно ниже (в Японии - 1047; в ФРГ - 1045 кг/т готовой продукции).

Наиболее характерными мероприятиями, которые решающим образом влияют на уровень расхода стали па прокат, являются следующие: расширение производства непрерывнолитой заготовки, позволяющее в среднем увеличить выход годного металла на 10-12 % по сравнению с обычным процессом разливки стали в изложницы (за 1986-1990 гг. объем непрерывной- разливки стали увеличился на 32,9 %; при использовании установок непрерывной разливки стали (УНРС) выход годной заготовки составляет для блюмов 96-98 % и слябов - 94-97 %; в комплексном исчислении на 1 т непрерывнолитой заготовки по сравнению с обжатой требуется меньше на 0,17 т у. т. и 0,06 тыс. кВт-ч электроэнергии); увеличение производства проката в поле минусовых допусков и отгрузка продукции по теоретической массе; прокатка в суженном поле допусков обеспечивает экономию металла в пределах 0,7-2,5 %.

Для повышения эффективности металлургического производства важное значение имеет сокращение затрат топливно-энергетических ресурсов.

Анализ динамики удельных расходов топливно-энергетических ресурсов за 1986-1990 гг. по основным металлургическим переделам показывает, что удельные расходы топлива на производство основных видов продукции снизились, кроме электростали и проката черных металлов. В основном это явилось результатом осуществления ряда мероприятий: в производстве агломерата и окатышей - совершенствования технологии и теплового режима процесса, увеличения высоты спекаемого слоя; в доменном производстве - улучшения степени подготовки железорудного сырья, повышения давления газа па колошнике и температуры доменного дутья, использования безконусных засыпных аппаратов; в сталеплавильном производстве - вывода мартеновских печей и сокращения производства мартеновской стали на 5,4 млн. т; в трубном и ряде прокатных производств - увеличения непрерывной разливки стали, реконструкции нагревательных печей, совершенствования режимов нагрева металла, внедрения контролируемой прокатки, использования вторичного тепла и др.

Удельные расходы теплоэнергии, кроме обогрева коксовых батарей, снизились по всем переделам. Удельные расходы электроэнергии повысились по всем металлургическим переделам, кроме электростали. Почти по всем видам металлургической продукции, кроме железорудного сырья и электростали, снижены также в целом удельные расходы топливно-энергетических ресурсов.

Важным резервом сокращения потребления первичных топливно-энергетических ресурсов является использование в различных металлургических производствах вторичных горючих и тепловых энергетических ресурсов.

Автор выражает надежду, что содержащиеся в книге данные представят интерес для работников как металлургической промышленности, так и смежных отраслей.

Роль УНРС с точки зрения энергосберегающих технологий

В процессе разливки стали энергозатраты на ее проведение практически постоянны (подогрев изложниц и надставок, теплота горения экзотермических смесей, энергия приводов УНРС и др.). Поэтому наиболее эффективными мероприятиями с точки зрения материале- и энергосбережения являются создание, условий для формирования бездефектного слитка при высоком выходе годного и обеспечение возможно быстрой передачи на прокатку слитков с повышенным теплосодержанием.

Плотная бездефектная внутренняя структура, минимизация обрези, а главным образом высокое качество поверхности слитков позволяют направлять их без зачистки для подогрева по схемам горячего посада или прямой прокатки, что обеспечивает значительную экономию энергии в прокатном переделе.

Повышение выхода годного при разливке обеспечивается высокой чистотой стали по газам и неметаллическим включениям путем обработки стали перед разливкой, защиты жидкого металла от вторичного охлаждения и т. д.; получением бездефектной поверхности и высокого качества внутренней структуры; ускорением кристаллизации слитков при увеличении равномерности затвердевания, уменьшении температурных градиентов по сечению при сохранении максимального теплосодержания (подогрев и охлаждение в промежуточном ковше, подача холодильников в кристаллизатор, оптимизация режима охлаждения и т. д.).

Сравнение технологии разливки в изложницы и непрерывным способом показывает, что с точки зрения возможности повышения качества слитка, энерго- и ресурсосбережения преимущество имеет непрерывная разливка.

Современная непрерывная разливка позволяет довести выход годного металла до 96-98 % по сравнению с 80-90 % при разливке на слитки. Более высокое качество поверхности непрерывно-литых слитков обеспечивает экономию энергии на обдирку и резку. У непрерывнолитых слитков, особенно отливаемых серийным способом (плавка на плавку), обрезь минимальна и составляет не более 0,1-0,5 %, тогда как в слитках, особенно спокойных сталей, донная и головная обрезь достигает 10-15 %

Из-за более равномерного охлаждения и стабильности теплового режима в кристаллизаторе непрерывнолитой слиток более однороден по структуре, имеет меньше ликвационных дефектов, менее развитые усадочные дефекты. Устранение

при непрерывной разливке одного из прокатных переделов слитков обжима на слябинге или блюминге обеспечивает экономию энергии и ресурсов; достигается значительная экономия сменного оборудования, поскольку основные узлы УНРС имеют гораздо более высокий ресурс работы, чем изложницы, надставки, поддоны и т. д. при разливке на слитки. Значительное преимущество имеет непрерывная разливка, с точки зрения улучшения экологических условий производства она легко поддается автоматизации.

Таблица 4.2.1 - Количество и доля стали, разлитой непрерывным способом, в 1975-1989 гг.

Рассмотренные выше преимущества объясняют неуклонное возрастание доли стали, разливаемой непрерывным способом в разных странах (табл. 4.2.1.). Однако в связи с широким распространением на отечественных предприятиях разливки стали в изложницы и медленным внедрением непрерывного способа разливки повышение выхода годного и качества обычных слитков остается весьма актуальной задачей.

Технологические мероприятия, способствующие экономии энергии и материалов при непрерывной разливке стали

Оборудование и технология непрерывной разливки постоянно совершенствуются с целью повышения стойкости отдельных узлов УНРС; и качества непрерывнолитых слитков. С точки зрения снижения энерго- и материалоемкости, увеличения производитель нести УНРС благоприятным является увеличение срока службы ее отдельных узлов. Так, существует практика нанесения покрытий па рабочие поверхности кристаллизаторов, и частности износостойких, позволяющих в 2,0-2,5 раза увеличить ресурс работы кристаллизатора.

Повышение жесткости роликов за счет использования промежуточных опор и нанесения износостойких покрытии или бандажирования позволяет предотвратить образование трещин в кристаллизующейся зоне слитка, а также значительно (в 4-5 раз) увеличить срок службы ролика благодаря предотвращению растрескивания его поверхности и уменьшению скорости износа.

Современная непрерывная разливка является хорошо отработанным технологическим процессом. Предложен ряд технологических приемов, позволяющих повысить чистоту стали по газам и неметаллическим включениям, а также способов повышения качества поверхности и внутренней структуры непрерывнолитых слитков. Активное воздействие на кристаллизацию Металла в процессе разливки пока еще распространено не очень широко (за исключением электромагнитного перемешивания), однако успешные примеры промышленной реализации ряда подобных технологий уже имеются.

С точки зрения повышения чистоты стали перспективными являются обработка стали в промежуточных ковшах большой емкости и защита ее в процессе разливки от вторичного окисления.

Промежуточные ковши на высокопроизводительных УНРС, как правило, имеют большую емкость (40 - 60т), оборудованы специальными герметизирующими крышками, устройствами для продувки металла аргоном и обработки порошками (или порошковой проволокой), оснащены керамическими фильтрами, перегородками, барьерами для лучшего удаления неметаллических включений; зона подвода металла часто отделена от зоны распределения металла по ручьям УНРС (например, ковши Т-образной формы). Подобные технологии позволяют снизить содержание неметаллических включений в металле на 30-40 %, значительно уменьшить их размеры, повысить чистоту металла по вредным примесям. Проводятся эксперименты по использованию статического магнитного поля для управления потоками металла в промежуточных ковшах с целью лучшего рафинирования его от включений.

Для зашиты металла от вторичного окисления наиболее широко используются шлакообразующие смеси на зеркале металла в сталеразливочном, промежуточном ковшах и кристаллизаторе, а также огнеупорные изделия и инертные газы: защитные трубы или специальные переходные камеры с подачей инертного газа на участке сталеразливочный - промежуточный ковши и погружаемые стаканы на участке промежуточный ковш - кристаллизатор. В герметизированные промежуточные ковши с крышками иногда подают инертный газ. Подобные мероприятия позволяют снизить концентрацию кислорода в атмосфере рядом со струёй металла до 0,05-0,01 %, уменьшить прирост его концентрации в металле на 0,004% (с 0,0051 до 0,0009%), прирост содержания азота на 0,001 %, снизить содержание неметаллических включений. При разливке рядовых сталей на сортовую заготовку часто используется газовая защита струр (обдув инертным газом через специальные устройства).

Среди эффективных мероприятий, способствующих повышению качестве поверхности непрерывно литого слитка, можно назвать использование электромагнитного перемешивания в кристаллизаторе, оптимизацию режим качания кристаллизатора и состава шлакообразующих смесей для кристаллизатора применение водовоздушного охлаждения.

Использование электромагнитного перемешивания в кристаллизаторе позволяет повысить плотность корковой части слитка, уменьшить содержание е нем неметаллических включений, газовых пузырей и пор, глубину следов качания кристаллизатора (с 1,5-2,0 до 0,5-0,3 мм) на поверхности, количество дефектов поверхности. При этом уменьшается доля заготовок, требующих зачистки.

Повышение частоты качания кристаллизатора до 250- 400 мин при уменьшении амплитуды также благоприятно сказывается на уменьшении глубины следов его качания и количества поперечных трещин. Использование ультразвуковых колебаний плит кристаллизаторов позволяет значительно (в 5- 10 раз) уменьшить глубину следов качания, снизить усилия на вытягивание слитка.

Водовоздушное охлаждение обеспечивает значительное снижение количества продольных термических, а также уменьшает формирование поперечных трещин. Использование этой технологии позволяет в 2-2,5 раза (с 5,0 - 7,0 до 2,0 - 2,5 %) снизить число слябов с продольными и более чем в 3 раза (с 0,35 - 0,50 до 0,10 - 0,15%) - с поперечными трещинами. Соответственно уменьшается объем зачистки поверхности.

Имеет технологические перспективы группа способов, позволяющих активно воздействовать на кристаллизацию слитков с целью увеличения равномерности затвердевания, уменьшения температурных градиентов по сечению при сохранении высокого теплосодержания в непрерывнолитом слитке. Эти способы позволяют поддерживать невысокий (30-35°С) перегрев металла в промежуточном ковше путем необходимого подогрева или охлаждения металла, снижать температуру металла в кристаллизаторе, устранять перегрев стали в жидкой сердцевине слитка, способствуют объемной кристаллизации слитка при использовании металлических присадок в кристаллизатор. Использование подобных технологий позволяет увеличить скорость разливки (на 20-30%) и повысить качество внутренней структуры заготовки.

Среди наиболее широко опробованных вариантов таких способов - подогрев различными нагревателями или охлаждение гранулированными холодильниками или порошковой проволокой (совместно с микролегированием и модифицированием) стали в промежуточном ковше для оптимизации теплового режима разливки; подача в кристаллизатор гранулированных металлических холодильников, металлического порошка, порошковой проволоки; использование электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка в зоне вторичного охлаждения и зоне окончательного затвердевания, позволяющее эффективно усреднять температуру по сечению слитка, формировать равноосную плотную структуру центральной части, а также оптимизация охлаждения слитка в зоне вторичного охлаждения (водовоздушное охлаждение, разливка без использования воды и т. д.).

Электромагнитное перемешивание в зоне вторичного охлаждения и зоне окончательного затвердевания позволяет значительно улучшить структуру слитка, в частности на 25-30 % увеличить долю равноосной структуры, распределить осевую пористость, подавить ликвидацию элементов (углерода, серы) в центральной части заготовки. Подобное перемешивание часто используется в производстве слябов для улучшения качества их центральной части, а также при разливке сталей с большим интервалом кристаллизации (высокоуглеродистые рельсовые, для кордовой проволоки и т. д.).

Особо можно отметить ряд модификаций технологии непрерывной разливки стали, обеспечивающих эффективную экономию энергии при более высоких качественных показателях готовых непрерывнолитых слитков. К этим технологиям относятся подогрев металла в промежуточном-ковше, ускорение затвердевания слитка в процессе прохождения роликовой проводки УНРС, а также технология разливки без использования воды в зоне вторичного охлаждения (так называемая «сухая разливка»).

Одним из эффективных мероприятий, способствующих экономии энергии на стадии непрерывной разливки, является подогрев стали в промежуточном ковше.

Для подогрева металла в промежуточном ковше разработан ряд нагревателей - индукционных, плазменных, дуговых, с использованием газопылеугольных горелок и др. Перспективной технологией в этой области является применение плазматронов, позволяющее осуществить контролируемый, без внесения вредных примесей (углерода, серы) подогрев металла. Плазматроны постоянного тока для подогрева используют фирмы «Делта-сидер» (Италия) на заводе в Аосте; фирма «Ниппои кокан» в Кейхине (Япония); плазматроны переменного тока-фирма «Крупп Индустриентехник» (ФРГ).

В качестве примера можно привести характеристики одного из плазматронов фирмы «Тетроникс» (Великобритания). Плазматрон использует постоянный ток силой 1,0-8,0 кА при напряжении 100-200 В. Мощность его составляет ОД- 1,25 МВт, диаметр корпуса - 70 мм, длина - 1000-2000 мм. В качестве плазмообразующего газа используют аргон с расходом 25 л/мин на 1 кА и давлением 0,3 МПа. Для охлаждения кожуха используется очищенная вода с расходом 50-200 л/мин и давлением 1,2 МПа. Потери энергии с охлаждающей водой составляют 20-100 кВт. Срок службы катода достигает около 100 ч даже в тяжелых условиях работы (например, в случае постоянного поддержания заданного уровня температуры). Для промежуточных ковшей небольших размеров (малой емкости) используют одно-, а для больших - двухкатодные горелки. Для большинства блюмовых, слябовых и сортовых УНРС целесообразно применение одной горелки и одной системы контроля.

Температуру металла на входе в кристаллизатор можно регулировать с точностью ±5 "С, что позволяет разливать сталь с перегревом всего в 15-20 °С над температурой ликвидус. Если в настоящее время при разливке без подогрева необходимо иметь перегрев в 30-40С, то плазменный подогрев позволяет снизить его на 15-20 С.

При непрерывном подогреве стали, выпущенной из печи с пониженной на ЗС "С температурой, с помощью плазматрона мощностью 900 кВт при скорости разливки 2 т/мин при продолжительности разливки 90 мин для 180-т плавки требуется расход энергии 1350 кВт-ч, т. е. 7,5 кВт-ч/т, что позволяет экономить при выплавке 22,5 кВт-ч/т. Кроме того, экономятся электроды, огнеупоры, увеличивается производительность печи.

Использование плазменного подогрева позволяет получать однородную макроструктуру заготовки. Снижение перегрева металла обеспечивает получение более мелкозернистой стали, с широкой зоной равноосных кристаллов.

Фирмой «Раутарууки» в Раахе (Финляндия) разработан способ снижения температуры в промежуточном ковше путем вдувания стального порошка в струю на участке между сталераз-ливочным и промежуточным ковшами. Порошок подают под защитным колпаком. Аргон, используемый в качестве газа-носителя порошка с расходом 200-300 л/мин, также защищает сталь в промежуточном ковше от окисления кислородом воздуха.. Пространство между разливочным ковшом и защитным колпаком защищено кольцами из волокнистой керамики. Важное достоинство метода вдувания заключается в том, что - для соответствующего оборудования не требуется много места, распределитель порошка можно сделать подвижным и крепить в необходимых местах.

По расчету, при введении порошка в количестве 1 % (по массе) температура снижается примерно на Г8 "С. Способ опробовали при разливке раскисленных алюминием и кремнием низкоуглеродистых сталей с марганцем. Для вдувания использовали порошок фирмы «И11С стилпаудер» (Швеция) с химическим составом, % (по массе): С- 1,01; Мп - 0,70,' Si -0,57; А1 - 0,060; S - 0,014; Р -0,016: О - менее 0,02. Емкость распределителя составляла 1000 кг порошка, диапазон регулирования его расхода 5-40 кг/мин при расходе газа-носителя 200 л/мин. При отливке слябов сечением 175x1580 мм со скоростью 0,8 м/мин обеспечили перегрев, равный 15 "С. что привело к исчезновению внутренних трещин у узкой грани, увеличению на 35 % зоны равноосных кристаллов в центре слитка, заметному снижению осевой ликвации и осевой пористости. С учетом полученных результатов разработана система для автоматической подачи порошка, обеспечивающая поддержание температуры в промежуточном ковше с точностью ±2 "С. Минимальный перегрев, обеспечиваемый системой, составляет 5-10 "С.

Фирмы «Сентро свилуппо материали» и «Терни ачиай специали» (обе Италия) разработали процесс FAST - технологию принудительного ускорения с целью регулирования перегрева жидкой стали, корректировки химического состава и воздействия на структуру непрерывнолитого слитка. Новый процесс реализуется в нескольких вариантах; для охлаждения стали используют металлический порошок, стальные гранулы шаровидной формы или порошковую проволоку с наполнителем. Твердые присадки (гранулированные металлы типа железа, алюминия, титана, бора и т. п.) выполняют функцию охладителей и легирующих присадок.

Для введения в кристаллизатор металлического порошка по определенной траектории с определенной скоростью была разработана специальная установка. Ее опробовали в производственных условиях на одном ручье восьмиручьевой сортовой УНРС. Стальной порошок с частицами 00,5 мм, содержащей 1 % С; 0,68 % Si; 0,69 % Мп; 0,15 % S; 0,015 % Р; 0,04 % А1, вводили в количестве 1,4-3,0 % от массы стали при скорости разливки до 3.0 м/мин. Применение стального порошка позволило повысить производительность УНРС на 40-50 % по сравнению со стандартной технологией. Оптимальная дозировка гранул, обеспечивающая их полное расплавление и хорошее качество непрерывнолитых заготовок, составляет 1,5%. Химический анализ металла готового слитка подтвердил его высокую однородность. С увеличением количества вводимого порошка увеличивается доля зоны равноосных кристаллов.

Одним из наиболее эффективных вариантов технологии FAST, свободным от недостатков, связанных со сложностями осуществления защиты от вторичного окисления, регулирования подачи порошка в кристаллизатор, обеспечения его равномерного распределения по сечению слитка, является технология подачи порошковой проволоки через полый стопор промежуточного ковша. Промышленные испытания способа проводили па двух УНРС при отливке слябов сечением 232X1080 и 178X1330 мм из электротехнических и коррозионно-стойких сталей. Проволоку с присадками подавали в кристаллизатор через погружаемые стаканы без дна и глуходонные с двумя выпускными отверстиями.

Эксперименты по ускоренной кристаллизации непрерывнолитых слябов, когда подавали железную проволоку, показали, что при изменении перегрева в промежуточном ковше от 50 до 20°С использование технологии FAST позволяет увеличить долю зоны равноосных кристаллов на 3-8 %, значительно снизить пористость в центральной части сляба. Количество дополнительно введенного охладителя достигало 0,61 % (по массе). Эксперименты по легированию электротехнической стали (0,03 % С; 1,7 % Si; 0,25 % Мп; 0,25 % А1; 0,010 % N) алюминием и коррозионно-стойких сталей типа AISI 400 титаном в кристаллизаторе показали, что эта технология позволяет обеспечить усвоение алюминия на 90-100 % и титана на 100 %, причем распределение данных элементов по сечению слитка равномерное, какие-либо скопления нерасплавленных частиц отсутствуют. Максимальное увеличение концентрации алюминия составило 0,33, титана - 0,05 %.

Одной из тенденций, которая будет развиваться при создании новых конструкций УНРС, по мнению специалистов фирмы «Маннесман Демаг» (ФРГ), является снижение расхода воды на вторичное охлаждение. Для обеспечения повышенного теплосодержания слитков и предотвращения трещинообразования на поверхности фирма «Маннесман Демаг» внедрила вариант системы вторичного охлаждения без использования воды на УНРС конструктивно малой высоты, построенной в Тяньцзине (КНР).

Использование «сухой разливки» стало возможно благодаря сравнительно небольшому ферростатическому давлению, которым отличаются УНРС малой конструктивной высоты. Используемые при этом ролики имеют повышенную охлаждающую способность. Ролики со спиральными каналами для охлаждающей воды, позволяющие поддерживать степень внутренней деформации заготовки при непрерывной разливке в пределах минимальных значений, а также имеющие охлаждающую способность в 6 раз большую по сравнению со сплошными роликами, разработала для этих целей фирма «Маннесман верке» (ФРГ). На поверхности массивного сердечника ролика проточен спиральный канал шириной 120 мм и глубиной 15 мм. На этот сердечник насаживается тонкостенная труба. Сердечник очень плотно прилегает к внутренней поверхности трубы. На трубе вдоль спиральных - ребер сердечника профрезерована канавка, причем в основании канавки толщина материала незначительна (несколько миллиметров). Затем труба и сердечник свариваются между собой по этой канавке.

При наложении первого слоя шва основание, канавки оплавляется. После обточки поверхность трубы можно подвергать спеканию или плакированию. Охлаждающая вода прокачивается сквозь спиральный канал. Движение по замкнутому контуру, которое привело бы к неконтролируемому охлаждению, здесь отсутствует. Охлаждение контролируется по температуре и скорости течения воды.

Максимальный изгиб при остановке этих роликов даже при длине бочки, равной 2000 мм, не превышает ОД мм. На основе этой конструкции изготовляют обычные или многоспорные ролики для эксплуатации в условиях высоких механических нагрузок. Эти ролики имеют подшипник скольжения в центре и роликовые подшипники на концах. Ролики можно присоединять к приводу. Прочность на изгиб у подобных роликов такая же, как у сплошных.

Уменьшение интенсивности отвода теплоты при «сухой разливке» приводит к снижению скорости затвердевания и увеличению степени внутренней деформации. В связи с этим скорость разливки снижена с 1,2 до 0,8 м/мин. Однако в результате уменьшения интенсивности отвода теплоты повышается температура поверхности нспрсрывнолнтого слитка (с 960 до 1000°С и более), которая находится вне критической области температур образования трещин. Благодаря этому становится возможной непрерывная разливка чувствительных к трещинообразованию сталей с поверхностью, не нуждающейся в огневой зачистке.

Эксперименты по изучению качества слябов для труб большого диаметра показали, что после перехода со струйного вторичного охлаждения на водовоздушное скорость зачистки слябов из-за уменьшения количества дефектов поверхности удалось повысить с 12 до 18 м/мин. После внедрения «сухой разливки», т. е. режима охлаждения через ролики, от машины огневой зачистки удалось полностью отказаться. Оставшиеся потери (0,3 %) приходятся на обрезь и участки, на которых проводились испытания. Доля труб с дефектами поверхности сократилась с 33 (струйное охлаждение) до 10 (водовоздушное охлаждение) и далее до 1 % (при «сухой разливке»), вследствие чего затраты на абразивную зачистку удалось значительно уменьшить.

Перспективными с точки зрения энерго- и материалосбережения являются технологии отливки полупродукта, близкого по сечению к готовому прокату, в частности тонких слябов и ленты. Эти технологии ориентированы на прямую прокатку. Оценки показывают, что отливка тонких слябов обеспечивает рост экономии энергоресурсов в переделе сталь - прокат на 50-60 %, снижение капитальных затрат на 30-40 %, сокращение цикла металлургического производства в 2-2,5 раза, повышение в 2-2,2 раза выработки готовой продукции на одного работающего (с 7,5-7,8 тыс. до 13,3-13,6 тыс. т/год), возможность высокой степени автоматизации, компактность технологической линии и снижение количества вредных выбросов в 1,8-2,0.раза.

Промышленные УНРС для отливки тонких слябов построены фирмами «Шлёман Зимаг» и «Маннесман Демаг хюттентехник» (обе ФРГ); «Даниели» (Италия). Промышленные испытания показали перспективность данной технологии. Еще большей-эффективности позволяет добиться отливка лбнты толщиной 1-4 мм, однако агрегаты для широкого промышленного использования пока не построены.

Таблица 4.2.2 - Сравнение затрат энергии и материалов при отливке слябов на обычной и тонкослябовой УНРС

Сравнительный анализ эксплуатационных показателей (табл. 4.2.2.и 4.2.3.) обычной слябовой УНРС и УНРС для отливки тонких (45 мм) слябов (одно- и двухручьевой) показывает, что средний выход годного при отливке тонких слябов возрастает с 93 до 96 %, отходы в обрезь уменьшаются с 4,9 до 2,8, %, расход электроэнергии снижается со ПО до 40 кВт-ч/т, а расход топлива с 1,1 до 0,1 МВт/т. С учетом капиталовложений стоимость изготовления 1 т ленты толщиной

,3 мм из слябов толщиной 225 мм (годовая производительность УНРС-2 млн. т) составляет 100,5 долл., а из тонких слябов толщиной 45 мм 08.1 и 74,6 долл. для одно- и днухручьевых УНРС с производительностью соответственно 400 и 800 тыс т/год.

Таблица 4.2.3 - Сравнение капитальных и эксплуатационных затрат при отливке слябов на обычных и тонкослябовых УНРС

Значительную экономию энергии при непрерывной разливке позволяют получить технология горячего посада слитков в нагревательные печи и прямая прокатка. Так, если при производстве 1 т проката после обычной непрерывной разливки требуется 1280 кДж/т, то

электропривод питающий линия производство

Таблица 4.2.4 - Расход энергии при различных схемах металлургического производства

При схеме непрерывная разливка - горячий посад 840 кДж/т, а непрерывная разливка - прямая прокатка 320 кДж/т (табл. 4.2.4.). По сравнению с традиционной схемой последний вариант наиболее эффективный и позволяет таким образом сократить энергетические затраты в 4 раза.

Осуществление технологии горячего посада, а особенно прямой прокатки, требует выполнения ряда условий: повышение температуры слябов (т. е. увеличение скорости разливки), приближение УНРС к прокатному стану, производство бездефектных слябов, согласование работы УНРС и прокатных станов.

Для получения высокотемпературных слябов и хорошего согласования работы УНРС с работой высокопроизводительного стана скорость разливки должна быть не менее 2 м/мин. Так, на УНРС фирмы «Ниппон кокан» в Фукуяме (Япония) повысить скорость разливки позволили подбор соответствующих шлакообразующих смесей, изменение конструкции кристаллизатора и режима его качания. Использование новой смеси, содержащей LizO, позволило довести расход смеси до 0,3 кг/м2 [т. е. увеличить на 0,1-0,15 кг/м2) при скорости разливки 2,2 м/мин.

Температура поверхности стенок кристаллизатора повышается с увеличением скорости разливки, однако для предотвращения прорывов она не должна превышать 320 °С. Фирмой был разработан кристаллизатор с щелевым охлаждением, который отвечает этому требованию при скорости разливки до 2,5 м/мин. Медные стенки этого кристаллизатора испытывают незначительные деформации и имеют стойкость между ремонтами более 600 разливок.

Для еще большего увеличения скорости разливки был опробован несинусоидальный режим качания кристаллизатора, при использовании которого увеличиваются силы сжатия оболочки слитка при отпускании кристаллизатора; создаются благоприятные условия для проникнования шлакообразующей смеси в газовый зазор между коркой слитка и стенкой кристаллизатора вследствие увеличения времени подъема кристаллизатора; уменьшаются силы растяжения в оболочке слитка в результате сокращения скорости подъема кристаллизатора. При несинусоидальном режиме качания расход шлакообразующей смеси составляет более 0,3 кг/м2 при скорости разливки 2,5 мин. При этом уменьшаются силы трения при подъеме кристаллизатора, что объясняется повышенным расходом шлакообразующей смеси и сокращением относительной скорости перемещения слитка и кристаллизатора при подъеме последнего.

При прямой прокатке непрерывнолитых слитков к режиму вторичного охлаждения предъявляются более высокие требования, чем при обычной непрерывной разливке. Эти требования можно суммировать следующим образом:

температура поверхности слябов должна, с одной стороны, обеспечивать их полное затвердевание в заданной точке конца металлургической длины УНРС, с другой - быть достаточно высокой, чтобы предотвратить образование трещин;

при нестабильных условиях разливки нельзя допускать переохлаждения слитка в зоне вторичного охлаждения; следует обеспечивать оптимальные условия охлаждения, особенно головной и хвостовой частей и зоны, соответствующей периоду замены промежуточного ковша и изменению скорости разливки, а также переходных зон при серийной разливке.

На УНРС фирмы «Син ниппон сэйтэцу» (Япония) для удовлетворения требований, предъявляемых к вторичному охлаждению, используют мягкое водовоздушное охлаждение, регулируют распределение воды по форсункам, применяют специальный детектор для определения конца лунки жидкого металла и т. д.. Подобные мероприятия позволяют повысить температуру поверхности слябов примерно на 180 "С по сравнению с обычной непрерывной разливкой.

Литература

1. Справочник под редакцией А.А. Робинович «Крановое электрооборудование». Москва «Энергия» 1979.

. Справочник под редакцией В.М. Перельмуттер «Комплектные тиристорные электроприводы». Москва «Энергоатомиздат» 1988.

. М.Г. Зимменков «Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий». Энергоиздат. Москва. 1983.

. Справочник «Реле зашиты и автоматики» Л.И. Какуевицкий. Москва. «Энергия» 1979.

. В.В. Москаленко «Электрический привод». Москва. «Высшая школа». 1991.

. С.Н. Вишневский «Характеристика двигателей в электроприводе».

. ПУЭ. Главэнергоиздат России - Москва. 1998.

. А.Ф. Зюзин «Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок» Москва. «Высшая школа» 1980.

. В.В. Поляков «Ресурсосбережение в черной металлургии» Москва «Машиностроение». 1993

. Ш.М. Марюлин «Электропривод МНЛЗ» Москва. «Металлургия». 1987.

. П.И.К. Попандопуло «Непрерывная разливка стали» Москва. «Металлургия». 1990.