Мариуполь 2006

Мариуполь 2006

Приазовский Государственный Технический Университет

Факультет транспортных технологий

Кафедра "Промышленный транспорт"

Парунакян В.Э.

Транспорт в производственном процессе предприятий

Конспект лекций

УДК 658.286

Парунакян В.Э. Транспорт в производственном процессе предприятий: Учебное пособие, Мариуполь, 2006. – с.

Приведены общие сведения о промышленном (ведомственном) транспорте, типах предприятий и особенностях их транспортного обслуживания. Изложены основы производственного процесса предприятий черной металлургии и машиностроения. Приведена методология расчетов основных материальных потоков и формирования грузопотоков промышленных предприятий. Дана характеристика транспортной системы и технологическая оценка видов транспорта, рассмотрены транспортные технологии промышленных предприятий.

Для студентов вузов специальности 7.100403 «Организация перевозок и управления на транспорте (ведомственном)» по дисциплинам «Транспорт в производственном процессе предприятий» и «Проектирование транспортной системы промышленных предприятий».

Ил. 58, табл. 9.

Содержание

	Введение
Раздел 1	Общие сведения о промышленном транспорте, типах предприятий и особенностях их транспортного обслуживания
Глава 1	Общая характеристика промышленного транспорта
Глава 2	Общие сведения о производственном процессе, типах предприятий и особенностях их транспортного обслуживания
Раздел 2	Основы производственного процесса промышленных предприятий
Глава 3	Основы металлургического производства
Глава 4	Подготовка металлургического сырья и выплавка чугуна
Глава 5	Основы сталеплавильного производства
Глава 6	Основы прокатного производства
Глава 7	Основы машиностроительного производства
Раздел 3	Расчет материальных потоков и формирование грузопотоков металлургических предприятий
Глава 8	Общие теоретические положения
Глава 9	Методика расчета основных материальных потоков и производственной мощности цехов
Глава 10	Формирование грузопотоков металлургического предприятия
Раздел 4	Характеристика транспортной системы, технологическая оценка видов транспорта и транспортные технологии промышленных предприятий
Глава 11	Характеристика транспортной системы промышленных предприятий
Глава 12	Технологическая оценка основных видов промышленного транспорта
Глава 13	Транспортные технологии промышленных предприятий

РАЗДЕЛ 1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОМЫШЛЕННОМ ТРАНСПОРТЕ, ТИПАХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ОСОБЕННОСТЯХ ИХ

ТРАНСПОРТНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Глава 1. Общая характеристика промышленного транспорта.

1.1. Место и роль промышленного транспорта в производственной системе предприятий и Единой транспортной системе

В производственном процессе предприятий при выполнении всего комплекса операций по переработке, пространственному перемещению и складировании сырья, полуфабрикатов и готовой продукции происходит передвижение предметов труда (рис. 1.1). Предметы труда, перемещаемые в процессе производства от получения первичного сырья до выпуска готовой продукции называются материальным потоком предприятия.

При непосредственной переработке предметов труда в цехах производятся его внутрицеховые перемещения от станка к станку, от агрегата к агрегату. Для этих перемещений используются транспортные и грузоподъемные устройства самих производственных агрегатов. Стоимость этих перемещений является частью затрат на переработку предмета труда.

Группы операций переработки, которые представляют собой законченный технологический цикл, образуют цехи предприятия. Для обеспечения технологической связи цехов в единый производственный процесс на предприятиях выполняются межцеховые или технологические перевозки. Поскольку каждому цеху необходимо перевозить различные предметы труда, перевозки производятся различными видами транспорта, а транспортное оборудование для этих перевозок применяют исходя из вида груза и конкретных условиях производства.

Промышленное предприятие может нормально функционировать только при своевременной подаче сырья, топлива и полуфабрикатов, а также вывоза готовой продукции и отходов производства. Для постоянной связи предприятия с магистральным транспортом осуществляются внешние перевозки.

Рис. 1.1 – Принципиальная схема перемещения предмета труда в производственном процессе промышленного предприятия

Затраты на межцеховые и внешние перевозки добавляются к себестоимости продукции предприятий в виде транспортных расходов или издержек.

Важная роль транспорта в производственном процессе определяется их органической взаимосвязью и взаимозависимостью, и характеризуется сложностью процесса и значительными объемами перевозок и величиной транспортных расходов. Например, на металлургических предприятиях, переработка руды в готовую продукцию - тонкий лист, производится в 20 цехах, требует 120 перемещений (из них 18 между цехами) с помощью 8 видов транспорта.

Значительны объемы внешних и, особенно, межцеховых перевозок. Например, для выпуска 1 т готового проката, на металлургическом заводе полного цикла перевозится 12 -14 т сырья и передельного металла, из них 4 - 6 т внешние и 8 - 10 т технологические перевозки.

Значительным является удельный вес транспортных затрат в себестоимости продукции предприятий. На горнодобывающих предприятиях при открытом способе разработки он составляет 35 - 40 %, а с увеличением глубины карьеров до 250 - 300 метров может достигать 50 - 60 %, на металлургических предприятиях он составляет 5 - 10 %.

Таким образом, высокопроизводительная работа промышленного предприятия может быть обеспечена только при наличии эффективной и надежной транспортной системы.

Транспортной системой предприятия называется совокупность технических средств, устройств и сооружений различных видов транспорта, функционирующих и взаимодействующих в производственном процессе, осуществляющих межцеховые технологические перевозки и внешние транспортные связи с минимальными транспортными издержками.

С другой стороны промышленный транспорт является важным функциональным звеном единой транспортной системы. На путях предприятий зарождается около 95 % и погашается примерно 85 % всего грузопотока магистрального транспорта. Следовательно, промышленный транспорт выполняет роль главного отправителя и получателя всех грузов, перевозимых магистральным транспортом.

Следовательно, техническая оснащенность и организация работы транспорта предприятий в значительной степени определяют качество и ритм работы магистрального транспорта и наоборот.

Отсюда вытекают специфические особенности промышленного транспорта. Они заключаются в том, что к его техническим средствам, технологии и организации работы предъявляются два основных требования:

- полностью удовлетворять объему производства и технологическому регламенту производственного процесса предприятий;

- соответствовать уровню развития и техническому оснащению магистрального транспорта, с которым он постоянно взаимодействует.

По принятому в Единой транспортной системе распределению функций в организации перевозочного процесса промышленный транспорт осуществляет вывоз грузов с предприятий на магистральный транспорт и подачу грузов с внешней сети на предприятия. Связь промышленного транспорта с магистральными видами транспорта осуществляется через стыковые пункты: железнодорожные станции, речные и морские порты (рис. 1.2)

Рис. 1.2 - Стыковые пункты промышленного и магистрального транспорта

Промышленный транспорт в отличие от магистрального не существует как единое взаимосвязанное хозяйство в масштабах страны. Он функционирует как составная часть каждого промышленного предприятия.

1.2. Классификация промышленного транспорта

Промышленный транспорт классифицируется по видам, назначению, сроку действия и способу действия.

Различают следующие виды промышленного транспорта: железнодорожный, автомобильный, конвейерный и специальный. К специальному транспорту относят: трубопроводный (гидравлический, пневматический, пневмоконтейнерный), монорельсовый, канатно-подвесной, а также внутрицеховые средства транспортирования (рольганги, передаточные тележки и др.).

По функциям и характеру работы промышленный транспорт делится на внутренний - выполняющий межцеховые технологические перевозки внутри предприятия, и внешний - обеспечивающий транспортные связи предприятия с магистральным транспортом (рис. 1.3). Такое деление имеет место по всем видам транспорта (железнодорожному, автомобильному и конвейерному).

Рис. 1.3. - Функции промышленного транспорта.

По сроку действия различают внутризаводской транспорт, работающий с постоянной, или изменяющейся схемой транспортных коммуникаций. В первом случае это транспорт обрабатывающих предприятий (металлургических, машиностроительных и др.), во втором - горнодобывающих предприятий.

По способу действия различают цикличные и непрерывные виды транспорта. В общем случае транспортный процесс включает следующие операции: погрузку и перевозку груза, выгрузку груза и движение порожняком. При последовательном выполнении этих операций транспорт считается цикличным, при параллельном выполнении - непрерывным. К цикличным видам относятся железнодорожный, автомобильный и некоторые виды специального транспорта. Непрерывными являются конвейерный и трубопроводный транспорт.

1.3. Показатели перевозочной работы промышленного транспорта

Планирование перевозок, управление перевозочным процессом и оценка достигнутых результатов на промышленном транспорте осуществляются на основе показателей перевозочной работы: количественных (объемных) и качественных.

Для промышленного транспорта основным количественным показателем является объем перевозок груза в тоннах за сутки, месяц, год. Этот показатель обеспечивает лучшую увязку планов производства с планом перевозок предприятий, характеризующихся относительно небольшими расстояниями перевозок грузов.

Для промышленного транспорта расчет объема перевозок имеет ряд особенностей, которые заключаются в следующем. Предприятие в целом и каждый производственный цех в отдельности принимает и отправляет большое число и различное количество грузов с помощью различных видов транспорта, которые представляют собой элементарные грузопотоки (рис. 1.4).

Рис. 1.4 - Схема элементарных грузопотоков цеха.

Такой грузопоток представляет собой поток груза определенного качества (в тоннах), который имеет достаточно устойчивое (по времени) направление (адресность) и объем в единицу времени. Элементарные грузопотоки характеризуются также видом транспорта и типом транспортного оборудования. Например, элементарными грузопотоками являются перевозки продуктов плавки (чугуна и шлака) от доменной печи, выполняемые железнодорожным транспортом в специальном подвижном составе. В основу перевозок принимаются материальные потоки производственных цехов, которые с помощью технологических расходных коэффициентов трансформируются в элементарные грузопотоки.

Технологические перевозки цехов формируют основные элементарные грузопотоки прибытия (q₁)и отправления (q₁₁), которые представляют собой постоянные технологические связи между производственными объектами. Остальные элементарные грузопотоки рассчитываются по основным технологическим грузопотокам.

Объем перевозок производственного объекта определяется суммированием объектов по элементарным грузопотокам прибытия (Q_пр) и отправления (Q_от) и рассчитывается по формулам

Q_пр = q₁ + q₂ + … + q_n, тонн (1.1)

Q_от = q₁₁ + q₁₂ + … + q_m, тонн (1.2),

где n и m – количество грузопотоков прибытия и отправления.

Общий объем перевозок предприятия (Q_об.) складывается из суммарных грузопотоков прибытия и отправления:

, тонн (1.3),

где c и k – число производственных объектов.

Вторым показателем перевозочной работы является дальность перевозки груза на предприятии (l, км), которая определяется по фактическому расстоянию между производственными объектами.

При оценке транспортных связей между производственными объектами предприятия часто возникает необходимость определения средней дальности перевозки однородных грузов (l_ср, км):

, км (1.4),

где Q_i - объем перевозки i-гo объекта, т; l_i - расстояние перевозки до i-гo объекта, км; n - число объектов.

Вид груза, объем и дальность перевозки груза является важнейшими факторами, на основе которых выбирается вид транспорта по конкретному грузопотоку.

Важнейшими качественными показателями работы промышленного транспорта являются производительность труда и себестоимость перевозок.

Производительность труда (т/чел) определяется по элементарному грузопотоку П_г, виду транспорта П_т и в целом предприятию П_п:

, т/чел; , т/чел; , т/чел (1.5),

где q_г, Q_т, ΣQ_т - объем перевозок соответственно по элементарному грузопотоку, виду транспорта и по предприятию, т;

n_г, N_т, ΣN_т - среднесписочное число работников, занятых на перевозках.

Повышение производительности труда достигается за счет увеличения объемов перевозок без увеличения численности работающих, либо путем сокращения численности работающих при сохранении объемов перевозок. В обоих случаях совершенствование показателей осуществляется на основе внедрения прогрессивной технологии, новой техники, механизации и автоматизации транспортных процессов.

Себестоимость перевозок (грн/т) определяется по объему перевозок за год по элементарному грузопотоку (С_т) и по виду транспорта (С_т):

С_г=Э_г/q_г, грн/т; С_m=Э_n/Q_г, грн/т (1.6),

где Э и Э - текущие эксплуатационные затраты за расчетный период, грн.

Снижение себестоимости обеспечивается за счет увеличения объема перевозок, либо сокращения эксплуатационных затрат на основе выше указанных прогрессивных технологических и технических решений.

На предприятиях имеют место значительные объемы внешних и технологических перевозок сырья, полуфабрикатов и отходов производства в несколько раз (в ряде случаев в 10-12 раз) превосходящие объемы производства готовой продукции. В этой связи для условий промышленного применяется показатель транспортоемкости (грузоемкости) предприятий, представляющий собой отношение общего объема перевозок (т) к суммарному объему выпущенной продукции (т).

Глава 2. Общие сведения о производственном процессе, типах предприятий и особенностях их транспортного обслуживания

2.1. Производственные и технологические процессы и типы

предприятий

Предприятия различных отраслей промышленности различаются по характеру и объему производства, применяемым технологическим процессам и условиям эксплуатации. Поэтому возникают различные требования к их транспортному обслуживанию.

Указанные требования могут быть определены и количественно оценены на основе анализа производственного процесса предприятий различных отраслей промышленности, по их характеристикам и признакам.

Производственным процессом называется совокупность взаимосвязанных технологических процессов, направленных на производство определенной продукции.

Технологический процесс - это часть производственного процесса, представляющая собой комплекс механических, физических и химических процессов-операций, изменяющих форму, размеры и свойства изделий до значений, заданных технологическим регламентом.

Производственный процесс металлургического завода, например, включает технологические процессы подготовки сырья, выплавки чугуна, выплавки стали, а также производства прокатной продукции.

По способам воздействия на сырье и полуфабрикаты, производственные процессы подразделяются на процессы с технологиями механического и химического типов.

Первые характеризуются изменением формы, внешнего вида или физических свойств материалов. Результатом вторых является изменение состава, химических свойств и внутреннего строения вещества. Однако в процессе производства достаточно часто имеет место взаимообусловленность и взаимозависимость этих технологий.

По функциональному назначению, характеру и специфике производства промышленные предприятия с производственными процессами, включающими механические и химические технологии, делятся на две основные группы: добывающие и обрабатывающие.

Производственный процесс добывающих предприятий включает технологические процессы по отделению и извлечению горных пород из массива и их переработки в первичное сырье (карьер, шахта и ГОК).

Производственный процесс обрабатывающих предприятий включает технологические процессы по переработке первичного сырья в полуфабрикат, а затем в готовую продукцию (например, на металлургическом комбинате: агломерат — чугун - сталь - прокатные заготовки - готовый прокат) (рис. 2.1).

Промышленные предприятия с производственными процессами, включающими механические и химические технологии, характеризуются следующими признаками (рис. 2.2):

- видом продукции и объемом производства;

- характером производства (непрерывным иди дискретным);

- сложностью производства (числом входящих технологических процессов);

- динамикой производства (продолжительностью производственного цикла и его основной операции);

- стационарностью местоположения производственных агрегатов.

В соответствии с указанными признаками устанавливаются основные показатели производственного процесса в целом, а также составляющих его технологических процессов, основными из которых являются (рис. 2.2)

- структура предприятия и состав производственных цехов, в которых зарождаются и погашаются материальные потоки, технологическая последовательность их размещения и расстояния между ними;

- перечень и характер перевозимых грузов (состояние, химические и физико-механические свойства, температуру, габариты, массу и др.);

- объем материальных потоков производственных цехов;

- технологический регламент работы производственных цехов.

2.2. Особенности транспортного обслуживания предприятий

Транспортная система предприятий формируется на основе производственно-технологических показателей, которые трансформируются в следующие технико-эксплуатационные показатели транспорта (рис. 2.2):

Добывающие предприятияОбрабатывающие предприятия

		Технологические процессы
	Технологические процессы
		Первичное сырье

Рис. 2.1 - Функциональная схема производственного процесса предприятий

Рис. 2.2 – Схема формирования основных технико-эксплуатационных показателей транспортной системы предприятий

- элементарные грузопотоки (материальные потоки) и объем перевозок по ним;

- вид транспорта и тип подвижного состава по грузопотокам;

- вагонопотоки и поездопотоки;

- транспортную схему предприятия, структуру устройств и сооружений и их пропускную и перерабатывающую способность;

- парк подвижного состава;

- структуру организации и функции управления транспортной системой.

Следовательно, исходными показателями для формирования транспортной системы промышленного предприятия следует принимать: вид и объем выпуска продукции, структуру, технологические параметры и последовательность размещения производственных цехов. Графически это иллюстрируется технологической схемой производственного процесса предприятия (рис. 2.3).

Рис.- 2.3 - Принципиальная технологическая схема производственного процесса металлургического завода.

Стрелками показано движение основного материального потока цехов.

Дополнительные особенности в транспортное обслуживание предприятий вносит признак стационарности. Продукция предприятий с разными технологиями различается в зависимости от агрегатного состояния, массы и размеров.

При ограниченных размерах и массе предметов переработки они перемещаются в производственном процессе в заданной технологической последовательности между стационарно расположенными агрегатами. В этом случае транспортные связи в производственном процессе не изменяются, и такие предприятия называются стационарными. К стационарным относятся обрабатывающие предприятия металлургической промышленности, машиностроения, станкостроения, приборостроения, нефтехимической промышленности и др.

При значительных размерах предмета переработки он превращается в объект труда (переработки) (например, залежь полезного ископаемого). Обрабатывая такой объект, производственные агрегаты перемещаются по всей его площади и изменяют свое положение в пространстве. Транспортные связи при обработке рассматриваемого объекта периодически изменяются и предприятие в этом случае характеризуется нестационарностью. К ним относятся горные предприятия с открытым и подземным способами разработки месторождений полезных ископаемых. Дополнительные требования к транспорту в этом случае заключаются в необходимости, во-первых, наличия содержания и периодического переустройства сложной схемы транспортных коммуникаций, во-вторых, применения специального транспортного оборудования для обеспечения перевозочного процесса в изменяющихся эксплуатационных условиях.

2.3. Транспортно-технологическае схемы предприятий.

Современные крупные промышленные предприятия различных отраслей промышленности представляют собой сложные производственные системы. Основой их функционирования является производственный процесс, структуру такой системы составляют производственные цехи, агрегаты, грузовые и складские комплексы, а технологические связи между ними представлены каналами продвижения материальных потоков.

Продвижение материалопотока предприятия осуществляется с помощью различных видов транспорта посредством транспортных коммуникаций. Поэтому одной из важнейших задач обеспечения функционирования предприятия является создание и поддержание в эксплуатации оптимальных транспортных связей, которые предусматривают:

- увязку производственного процесса с технологическими и внешними перевозками по всем показателям перевозочной работы;

- рациональное сочетание различных видов транспорта;

- прямые и короткие транспортные коммуникации.

Производственный процесс с основными производственными объектами и транспортными связями может быть представлен графически в виде транспортно-технологической схемы (ТТС) предприятия. Она объединяет в единую производственную систему в заданной технологической последовательности цехи, агрегаты, грузовые и складские комплексы по их основному материальному потоку и характеризует его величину, направление, а также пункты его зарождения и погашения (рис.2.4).

Разработка транспортно-технологической схемы является первым этапом проектирования транспортной системы предприятия. По ее результатам определяются технологические параметры производственных цехов и их производственные связи.

На втором этапе проектирования по отработанной ТТС определяются грузопотоки производственных объектов, выполняется подробный расчет объемов перевозок по всем грузопотокам, выбирается вид транспорта и формируется транспортная система предприятия.

Чугун литейный

Окатыши, руда

Цех переработки сталеплавильных шлаков

Отвал

Готовая продукция, прокат

концентрат

Заводская сортировочная станция (прибытие грузов)

  Цех огнеупоров

Известково-обжигательный цех

ТЭЦ

Склад холодного чугуна

Цех четвертого передела

Скрапоразделочная база

Прокатное производство

Сталеплавильное производство

Разливочные машины

Доменное производство

Коксохимическое производство

Агломерационная фабрика

Кокс

Рудный

Горячий шлак

Отходы металла

Заводская сортировочная станция (отправление грузов)

Уголь

Рис. 2.4 – Принципиальная транспортно-технологическая схема металлургического завода

РАЗДЕЛ II.

Основы производственного процесса промышленных предприятий

Глава 3. Основы металлургического производства.

3.1. Роль и значение металла в экономике

Металл является основой экономики любой страны. Сегодня и на перспективу он представляет собой основной материал, которым пользуется человек.

Металлургическое производство включает: добычу и предварительную обработку руд, получение металлов и сплавов, а также придание им определенных формы и свойств. В современной технике сложилось разделение металлургии на черную и цветную. Черная металлургия охватывает производство сплавов на основе железа. Цветная металлургия включает производство всех остальных (не железных) металлов и их сплавов.

Важнейшее место в технике принадлежит черным металлам, которые представляют собой сплавы железа с углеродом и другими элементами. В зависимости от содержания углерода они включают: чугун (2,0 – 6,5 % С), сталь (0,15 – 1,3 % С), а также ферросплавы, представляющие собой различные добавки к стальным сплавам.

Доля производства черных металлов составляет около 95 % общего объема производства металлов. Черные металлы, и прежде всего стали, широко применяют в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и быту. Широкое распространение черных металлов обусловлено двумя факторами. Во-первых, железо является одним из наиболее распространенных в земной коре химических элементов. Ввиду высокой концентрации железа в рудах (40 – 65 %) и сравнительно небольших затрат на добычу, подготовку и выплавку, стоимость производства черных металлов значительно ниже, чем цветных и редких металлов. Во-вторых, черные металлы удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к конструкционным материалам в различных отраслях промышленности. При этом разнообразные свойства, которыми должны обладать различные сорта стали (механические, магнитные, электрические, термические и др.), задаются введением в сплавы легирующих элементов и применением способов термической обработки.

3.2. Основы производственного процесса предприятий черной металлургии

Производственный процесс современного металлургического предприятия включает следующие основные стадии: подготовку сырья, выплавку чугуна, производство стали и получение готовой продукции в виде проката, а также полуфабрикатов (чушкового чугуна, заготовок и др.).

Первым звеном металлургического цикла является выплавка чугуна, которая осуществляется в доменном производстве. Выплавка чугуна включает два основных этапа: подготовку сырья (шихты) к плавке в агломерационном и коксохимическом производствах и складах сырья, а также собственно выплавку чугуна и уборку продуктов плавки в доменном цехе. По химическому составу и способу последующего использования различают чугун передельный и литейный. Передельный чугун перерабатывается в сталь на данном заводе. Литейный чугун предназначается для сторонних предприятий-потребителей (например, машиностроительных заводов), куда он отправляется в виде холодных отливок.

Вторым этапом металлургического производства является выплавка стали, которую производят в мартеновских печах, кислородных конвертерах и электросталеплавильных печах. Жидкую сталь разливают в слитки с использованием специальных форм – изложниц или в заготовки при применении машин непрерывной разливки стали (МНЛЗ). Слитки и заготовки являются исходной продукцией для производства проката. На третьем этапе в прокатных цехах на прокатных станах различного назначения слитки и заготовки перерабатываются в готовую продукцию или полуфабрикаты.

Отмеченные три этапа производства черных металлов называются переделами. В связи с необходимостью расширения сортамента продукции и улучшения ее качества часть готовой продукции производят сейчас из полуфабрикатов прокатного производства в цехах и отделениях четвертого передела.

Металлургические предприятия с доменным, сталеплавильным и прокатным производствами называются заводами с полным (законченным) металлургическим циклом. При отсутствии одного или двух производств завод имеет незаконченный металлургический цикл. Чаще всего в этом случае отсутствует доменный цех. По такой схеме (сталеплавильный цех — прокатный цех) работают мини-заводы.

В настоящее время основным типом металлургического предприятия является завод с полным циклом. В зависимости от назначения цехи такого предприятия делятся на группы: основные (производственные), вспомогательные и общезаводские объекты. Таким образом, современное металлургическое предприятие с законченным циклом – это крупное многоцеховое производство со сложными технологическими связями, и нарушение ритма работы одного цеха влечет за собой сбои и нарушение нормального хода всего производства.

Глава 4. Подготовка металлургического сырья и выплавка чугуна

4.1. Подготовка железорудного сырья

В качестве шихтовых материалов доменной плавки применяется: металлосодержаще6е сырье – агломерат, окатыши и железная руда; топливо – кокс; флюсы – известняк.

Производительность доменных печей, расход кокса и качество выплавляемого чугуна в значительной мере зависят от степени подготовленности шихтовых материалов, которые должны загружаться в домну в кусках определенных фракций и с однородным химическим составом (по содержанию железа в агломерате, золы в коксе и др.). Указанные требования связаны с необходимостью обеспечения технологического режима работы доменной печи: продолжительности и температуры плавки, расход кокса и др.

Поэтому одним из важнейших этапов металлургического производства является подготовка к плавке металлосодержащих материалов шихты. Она включает следующие методы (рис. 4.1).

Рис. 4.1 - Методы подготовки к плавке металлосодержащих материалов шихты

Первым этапом подготовки рудного сырья является обогащение сырой руды, которое заключается в увеличении содержания железа (с 30 – 40 % до 60- 65 %) и снижении содержания вредных примесей. Осуществляется этот процесс на обогатительных фабриках.

Рудное сырье, поступающее на металлургические предприятия с нескольких месторождений, различно по химическому и физическому составу. Поэтому важным видом подготовки рудного сырья на всех этапах его перемещения является усреднение рудного сырья для приближения состава отдельных частей к среднему составу основной массы материала. После усреднения отклонения по содержанию железа составляют около 1 %.

Основным способом повышения эффективности использования рудного сырья является окускование, т.е. превращение мелких железорудных материалов в кусковой материал необходимых размеров. Окускование осуществляется методами агломерации и окатывания.

Производство агломерата – это термический процесс спекания железосодержащих материалов шихты для придания им необходимых свойств, форм и размеров (рис. 4.2). Агломерат производится на агломерационных фабриках, входящих обычно в состав металлургических предприятий, так как его перевозка на большие расстояния нерациональна из-за подверженности измельчению.

Рис. 4.2 - Технологическая схема производства агломерата:

1 – бункера аглошихты; 2 – дозировочный конвейер; 3 – барабан-окомкователь; 4 –аглолента; 5 – горн; 6 – слой агломерата; 7 – грохот; 8 – барабан-смеситель.

Для производства агломерата применяются специальные агломерационные машины. Агломерационная шихта, включающая рудный концентрат, руду, коксовую мелочь, известняк, и др., специально подготовленная и задозированная, смешивается, окомковывается и подается на агломашину. Под воздействием высокой температуры (до 700-800 °С) в процессе движения аглоленты шихта спекается, затем охлаждается и подвергается дроблению. После грохочения агломерат фракциями более 10 мм направляется в доменный цех.

Производство окатышей – это процесс получения прочных железосодержащих шариков (диаметром 15 – 20 мм) из шихты, включающей тонкоизмельченный рудный концентрат, бентонит (сорт глины) и известняк (рис.4.3).

Рис.4.3 - Технологическая схема производства окатышей:

1 – бункер для бентонита; 2 – бункера для шихты; 3 – дозировочный конвейер; 4 –тарельчатый гранулятор; 5 – обжиговая машина; 6 – грохот; 7 – барабан-смеситель.

Приготовленную шихту пропускают через грануляторы, в которых при увлажнении до 8 – 9 % формируют окатыши требуемых размеров. Затем окатыши подвергают упрочняющему обжигу при температуре около 1300 °С на конвейерных машинах, подобных аглолентам. Окатыши производятся на фабриках окомкования, которые располагаются на горно-обогатительных комбинатах. Окатыши являются более прочными, чем агломерат, что обеспечивает возможность их перевозки и перегрузки.

4.2. Производство топлива для доменной плавки

Основным топливом доменной плавки является каменноугольный кокс. Исходным сырьем для получения кокса служат коксующиеся угли. Кокс производят нагреванием коксующихся углей без доступа воздуха в специальных коксовых печах. Коксовая печь (рис.4.4) состоит из камеры коксования и отопительных простенков, в которых сжигается газ. Камера коксования расположена вертикально и имеет люки, закрываемые крышками, через которые в нее загружают угольную шихту.

Рис. 4.4 - Схема коксовой батареи:

1 – транспортер на коксосортировку; 2 – коксовая рампа; 3 –коксотушильный вагон; 4 – регенератор; 5 – двересъемная машина; 6 – камера коксования; 7 – отверстия для загрузки шихты в камеру коксования; 8 –загрузочный вагон; 9 – бункера с угольной шихтой; 10 – газосборник; 11 –съемные двери камеры коксования; 12 – коксовыталкиватель; 13 – планир; 14–газопровод доменного газа.

С торцов камера закрывается съемными дверями для выдачи кокса. Обогрев камер осуществляется за счет сжигания коксового, доменного или других горючих газов. Для уменьшения тепловых потерь коксовые печи объединяют в батареи по 50-70 печей в каждой.

При разогреве угля газовым теплоносителем до температуры 1100 ⁰С в печах образуется кокс и выделяются летучие вещества, которые улавливаются и передаются в химическое отделение. Процесс коксования продолжается 14-16 часов. После завершения процесса коксования и удаления газов кокс выталкивается в коксовозный вагон и подается в башни тушения. Тушение кокса осуществляется водой или сухим способом с применением инертного газа (обычно азота). Сухое тушение обеспечивает получение кокса более высокого качества и уменьшает загрязнение воздушной среды. Охлажденный кокс фракций более 25 мм направляется в доменное производство, кокс более мелких фракций используется в агломерационном производстве.

Кроме кокса в процессе коксования получают коксовый газ и каменноугольную смолу. Смола и коксовый газ являются ценным сырьем, из которого извлекают бензол, аммиак и другие вещества, используемые для производства целого ряда химических продуктов (лаки, краски, удобрения и др.), очищенный коксовый газ применяется в качестве топлива.

4.3. Производственный процесс выплавки чугуна

Доменный процесс является основным способом получения из металлосодержащего сырья первичного металла – чугуна.

Для обеспечения нормального хода процесса и получения чугуна заданного сорта, доменную печь загружают шихтой, включающей в строго определенном отношении: агломерата – 74 %, окатышей – 22 %, руды – 4 %. Кокс является главным источником тепловой энергии, а флюсы служат для понижения температуры плавления пустой породы рудного материала и золы кокса и перевода их в жидкий шлак. Для хорошей газопроницаемости материалов шихта подготавливается однородной по кусковатости (в пределах 40 – 60 мм).

Чугун выплавляется в доменной печи шахтного типа (рис. 4.5).

Рис. 4.5 - Технологическая схема доменного производства:

1 – воздухонагреватель; 2 – колошник; 3 – шахта; 4 – газоочистка; 5 – распар; 6 – заплечики; 7 – фурмы для подачи воздуха; 8 – чугунная летка; 9 – чугуновоз; 10 – горн; 11 – фундамент доменной печи; 12 – шлакопереработка; 13 – шлаковая летка; 14 – шлаковоз; 15 – скиповой подъемник; 16 – вагон-весы; 17 – бункерная эстакада; 18 – бункера.

На верхней части домны – колошнике установлены загрузочное устройство для загрузки шихты и газоотводы для выпуска доменного газа. Нижней частью домны является горн, где накапливаются жидкие продукты плавки — чугун и шлак. В верхней зоне горна равномерно по окружности домны располагаются фурменные устройства, через которые в печь подают горячий воздух и газообразное топливо. В нижней зоне горна устраивается несколько отверстий (два — четыре) для выпуска чугуна и шлака - чугунные и шлаковые летки.

Доменная печь имеет кожух из листовой стали, а изнутри она футерована огнеупорной кладкой. Охлаждение домны осуществляется системой водяных холодильников. Домна опирается на мощный фундамент. Ниже уровня чугунных леток по окружности домны располагаются площадка литейного двора с оборудованием для обслуживания домны, а также железнодорожные пути для вывоза продуктов плавки.

Компоненты шихты (агломерат, кокс, известняк) на колошник подают наклонными скиповыми подъемниками или леточными конвейерами и загружают в печь порциями послойно. Через фурменные отверстия в домну снизу постоянно подают воздух и газ, нагретые до 1000 – 1200⁰ С.

Доменная плавка – это непрерывный технологический процесс (рис.4.6).

Рис. 4.6 - Технологическая схема выплавки чугуна

В процессе доменной плавки происходит встречное движение опускающегося потока сырых материалов шихты и восходящего потока газов, образующихся при сжигании топлива в зоне фурм. В результате взаимодействия этих потоков содержащиеся в руде оксиды железа восстанавливаются при помощи углерода кокса, а затем окиси углерода, образующейся при горении кокса. Полученное железо, взаимодействуя с коксом науглероживается.

Жидкий чугун стекает в горн печи. Одновременно с помощью известняка пустая порода, вредные примеси руды, и зола кокса переводятся в шлак, всплывающий над слоем чугуна вследствие разницы их плотностей. Жидкий чугун и шлак постепенно накапливаются в нижней зоне горна и периодически выпускаются через чугунные и шлаковые летки в специальные транспортные средства. Схема выпуска чугуна из доменной печи представлена на рисунке 4.7.

Для транспортировки чугуна в жидком виде применяются чугуновозы грузоподъемностью 140 т (рис. 4.8) со съемным ковшом грушевидной формы. Цельносварной металлический кожух ковша футерован внутри огнеупорным кирпичом с теплоизоляционной прокладкой, что значительно снижает потери тепла. Ковш устанавливается на специальную железнодорожную платформу.

Рис. 4.8 – Чугуновоз грузоподъемностью 140 тонн

1,2 – опорные цапфы; 3 – ковш; 4 – автосцепка; 5 – платформа; 6 – захват; 7 – ходовые части

Для обслуживания доменных печей с большим полезным объемом (до 5000 м³) применяются чугуновозы миксерного типа (рис. 4.9) повышенной грузоподъемности (200 – 220 т и более). Они имеют сигарообразную форму со стальным футерованным корпусом, опирающимся на две ходовые тележки. Для чугуна ковш-миксер поворачивается вокруг продольной оси с помощью электропривода или вспомогательного механического привода.

Рис. 4.7 – Схема выпуска чугуна:

1 - доменная печь; 2 – желоб для слива чугуна; 3 – чугуновозы; 4 – тяговая лебедка для перестановки чугуновозов и шлаковозов; 5 – тяговые канаты; 6 – раскос для крепления каната к чугуновозу

Рис. 4.9 – Чугуновоз миксерного типа грузоподъемностью 200 – 220 т:

1 – электродвигатель механизма опрокидывания ковша; 2 – вспомогательный механизм опрокидывания; 3 - штурвал

Для перевозки доменного шлака в жидком виде применяют шлаковозы с опрокидывающейся чашей в виде усеченного конуса вместимостью 16 м ³ (рис. 4.10). Механизм опрокидывания имеет электрический привод. Чаша устанавливается на специальную железнодорожную платформу.

Рис. 4.10 – Шлаковоз с вместимостью ковша 16 м³

1 – ходовая тележка; 2 – экипажная рама; 3 – чаша; 4 – опорное кольцо; 5 – зубчатые колеса; 6 – редуктор; 7 – электродвигатель; 8 – автосцепка; 9 – рельсовые захваты

Выплавленный передельный чугун направляется во временное хранилище сталеплавильного цеха – миксерное отделение, а литейный чугун вывозится в отделение разливочных машин, где разливается в отливки (чушки), затем в специальном подвижном составе они перевозятся на склад холодного чугуна, откуда оправляются потребителю.

Доменная печь характеризуется своим полезным объемом, т.е. внутренним пространством от низа засыпного устройства до оси чугунной летки. В настоящее время строятся доменные печи с полезным объемом 2700, 3200 и 5000 м³ производительностью 1,9, 2,3 и 3,6 млн.т чугуна в год. На этих печах предусматриваются специальные установки придоменной грануляции шлаков с конвейерной передачей гранулированных шлаков на склад.

Эффективность работы доменной печи оценивают с помощью коэффициента полезного использования объема, - КИПО, представляющего отношение полезного объема печи (м³) к ее суточной производительности (т).

Суточный баланс доменной печи полезным объемом 2700 м³ и годовой производительностью 1900,0 т. тонн чугуна по шихте, топливу и продуктам плавки приведен на рис. 4.11.

Рис. 4.11 - Суточный баланс доменной печи полезным объемом 2700 м³.

4.4. Состав доменного цеха

Доменный цех включает несколько доменных печей, а также комплекс сооружений и устройств, обслуживающих производственный процесс. Панорама части доменного цеха приведена на рис. 4.12, схема сооружений и устройств доменного цеха представлена на рис. 4.13.

Рис.4.13 - Схема сооружений и устройств доменного цеха:

1 – доменная печь; 2 – бункерная эстакада; 3 – транспортер для подачи кокса; 4, 5 – пути для подачи шихты; 6 – кран-перегружатель; 7 – штабеля руды; 8 – вагоноопрокидыватель; 9 – разгрузочная траншея.

К сооружениям и устройствам, обслуживающим доменный цех относятся:

- рудный двор, предназначенный для создания запаса твердых материалов шихты (окатышей, руды, известняка и др.). Оборудуется устройствами для разгрузки вагонов, а также кранами-перегружателями для подготовки и погрузки компонентов шихты;

- бункерную эстакаду, являющуюся оперативным складом доменного цеха. Она располагается вдоль фронта доменных печей и представляет собой объединенные в группы бетонированные бункера для шихтовых материалов. Под бункерами располагается оборудование для дозировки, взвешивания и погрузки материалов шихты в скиповые подъемники доменных печей. По верху бункеров проходят рельсовые пути или конвейерные линии для подачи сырья;

- системы нагрева и подачи воздуха, топлива и газоочистки;

- специальные транспортные средства для уборки чугуна и шлака;

- отделение разливочных машин и склад холодного чугуна.

Рис. 4.12 – Панорама доменного цеха с островным расположением печей

Глава 5. Основы сталеплавильного производства.

5.1. Классификация видов стали

Значение стали в экономике чрезвычайно велико. Масштабы производства стали в значительной степени характеризуют технико-экономический уровень развития государства. Сталь – это деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом и другими примесями. Сталь классифицируют по способу производства, назначению, качеству и химическому составу (рис. 5.1.). По способу производства различают конвертерную, мартеновскую и электросталь. По назначению стали делятся на конструкционную (для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, котлов и др.); специальную с особыми физическими и химическими свойствами (жаропрочную, коррозионностойкую и др.). По качеству стали разделяют на: обыкновенные, качественные и высококачественные. По химическому составу различают стали углеродистые и легированные.

Рис. 5.1 – Классификация видов стали

5.2. Способы выплавки стали.

Материалы, используемые для выплавки стали, делят на металлосодержащие (металлошихта, металлодобавки), добавочные (флюсы) и окислители. Основную часть металлошихты составляют лом и чугун. Технологическую схему процесса выплавки стали можно представить в следующем виде (рис. 5.2):

Рис. 5.2 – Технологическая схема выплавки стали.

В последнее время ведущим способом выплавки стали стал кислородно-конвертерный. Он обеспечивает выплавку высокоуглеродистых и легированных сталей, не уступающих по качеству мартеновской стали, ввиду чего постепенно вытесняет мартеновский способ.

Кислородно-конвертерный способ основан на продувании кислорода через жидкий чугун с добавлением скрапа в специальных агрегатах – конвертерах, и не требует дополнительного теплоносителя. Конвертер (рис. 5.3) представляет собой грушевидный металлический сосуд, защищенный изнутри футеровкой. Конструкция конвертера обеспечивает возможность его наклона относительно горизонтальной оси. Кислород в конвертер подается через горловину специальными водоохлаждаемыми фурмами. Современные конвертеры имеют вместимость 160, 200, 300 и 400 т.

Рис. 5.3 – Схема конвертера:

1 – опорный подшипник; 2 – цапфа; 3 – защитный кожух; 4 – опорное кольцо; 5 – корпус ведомого колеса; 6 – навесной электродвигатель с редуктором; 7 – ведомое зубчатое колесо; 8 – демпфер навесного электродвигателя; 9 – демпфер корпуса ведомого колеса; 10 –опорная станина

Металлошихта для выплавки стали состоит из чугуна (70-75 %) и металлический лом (25-30 %). Процесс плавки включает загрузку металлолома, заливку чугуна, загрузку добавок, продувку кислородом, выпуск стали, слив шлака (рис. 5.4). Плавка идет при температуре около 1500-1600 ⁰С. Продолжительность плавки в крупном конвертере составляет 45-55 мин, в том числе продолжительность продувки 15-20 мин. Поэтому кислородный конвертер является агрегатом высокой производительности. Так, производительность конвертера вместимостью 160 т составляет 2,6 млн. т., а конвертера вместимостью 400 т – 5,8 млн. т стали в год.

Рис. 5.4 – Последовательность операций конвертерной выплавки стали:

1 – завалка скрапа; 2 – заливка чугуна; 3 – засыпка добавок; 4 – продувка кислородом; 5 – слив стали; 6 – слив шлака.

Наиболее часто в конвертерном цехе устанавливают два-три конвертера, один из которых постоянно находится в ремонте (ремонт футеровки).

Мартеновский способ представляет собой передел шихты (чугуна, металлического лома и других компонентов) в ванне пламенной отражательной печи, снабженной регенераторами. В отличие от конвертерного мартеновский процесс требует подачи газообразного топлива извне. Плавка идет при температуре около 1600 ⁰С.

В мартеновских печах переплавляться в сталь могут чугун и скрап любого состава и в любой пропорции. Наибольшее распространение получил мартеновский процесс на жидком чугуне (скрап-рудный процесс). В этом процессе жидкий чугун составляет 55-75 %, а скрап и железная руда 25-45 % общей массы шихты.

Общая продолжительность плавки в мартеновских печах составляет 8-12 ч. На металлургических заводах наибольшее применение получили мартеновские печи вместимостью 500-900 т. Производительность мартеновской печи вместимостью 900 т составляет 750 тыс. т в год.

В мартеновском цехе устанавливается обычно несколько (до 8-10) мартеновских печей, по числу которых определяется его производственная мощность.

В последнее десятилетие благодаря своим достоинствам кислородно-конвертерный способ выплавки стали во всех технически развитых странах полностью вытеснил широко распространенный мартеновский способ. Преимущественно развитие кислородно-конвертерного способа производства стали обеспечивается за счет: возможности выплавки всего сортамента мартеновской стали; совершенной технологии выплавки и возможностью широкой механизации и автоматизации производственных процессов; повышения производительности труда на 25-30 %.

Народное хозяйство испытывает возрастающую потребность в высококачественной стали. С другой стороны, интенсивная замена мартеновских печей конвертерами привела к необходимости решения проблемы использования части металлического лома. Это создало основу для интенсивного развития электросталеплавильного способа производства, при котором сталь выплавляется в электродуговых печах.

Дуговая электропечь (рис. 5.5) состоит из металлического корпуса цилиндрической формы с огнеупорной футеровкой. Для нагрева и плавления металла в электропечи служат три мощных электрода, которые могут опускаться до уровня расплавленного металла. Питание электропечи осуществляется трехфазным переменным током рабочим напряжением 100 - 800 В. Расход энергии, подаваемой в электродуговую печь, по ходу плавки регулируется автоматически.

Рис. 5.5 – Схема дуговой электропечи прямого нагрева:

1 – электроды; 2 – свод; 3 – сводовое кольцо; 4 – цилиндрический металлический кожух; 5 – сливной носок; 6 – футеровка

Дата добавления: 2014-01-11