1 Расчет производительности установки вакуумирования

1.1 Расчет общегодового фонда рабочего времени

Расчет общегодового фонда рабочего времени в сталеплавильном цеху, представлен следующим образом:

Календарное время 365 Суток
Национальные праздники 12 Суток
Сменность работы 3 Смены в сутки
  
Общий фонд рабочего времени 353 Суток
 8472 Часов
  
фонд ежегодного ТО 10 Суток
 160 Часов
  
фонд еженедельного ТО 52 Недели
 416 Часов
  
процент невынужденного простоя 5% 
 424 Часов
  
Годовой фонд рабочего времени 7392 Часов
 308 Суток


1.2 Расчет цикличности работы и вынужденных простоев вакууматора RH

1 Транспортировка ковша из печного пролета к тележке вакууматора 3-5 мин.
2 Постановка ковша на тележку вакууматора 2-3 мин.
3 Транспортировка ковша на тележке вакууматора в позицию вакуумирования 2-3 мин.
4 Совмещение ковша и вакуумкамеры 5-7 мин.
5 Набор вакуума 7-10 мин.
6 Выдержка под глубоким вакуумом 10-20 мин.
7 Напуск атмосферы (стоп вакуум) 1-2 мин.
8 Перемещение ковша и вакуумкамеры в исходное положение 3-5 мин.
9 Проведение операции забора проб и температуры 5 мин.
10 Транспортировка ковша на тележке вакууматора в позицию парковки 2-3 мин.
11 Прием ковша с тележки вакууматора в разливочный пролет 2-3 мин.
12 Транспортировка ковша в разливочный пролет 3-5 мин.

Таким образом длительность цикла вакуумирования с учетом вспомогательных и транспортных операций составит:

Минимум 45 мин. 0,75 ч.
Максимум 71 мин. 1,18 ч.
Среднее 58 мин. 0,97 ч.

При трехсменной работе цеха получаем теоретическую производительность вакууматора в рабочие сутки.

Максимум 32 плавка в сутки
Минимум 20 плавок в сутки
Среднее 24 плавок в сутки

В силу контакта металла с футеровкой вакуумной камеры RH требуется регулярное обслуживание и замена вакуумной камеры или ее частей. Конструктивно вакуумная камера RH состоит из трех частей, что позволяет проводить оперативный ремонт и замену.

Трудозатраты по замене погружных труб вакуумкамеры RH и последующий прогрев футеровки до рабочей температуры оцениваются, следующим образом:

Демонтаж - 8 часов
Монтаж - 8 часов
Прогрев - 4 часа. 
Общая продолжительность работ оценивается как 20 часов.

Периодичность проведения данных работ в среднем - раз в 100 плавок.

Таким образом, рабочий цикл вакуумкамеры RH рассчитывается как:

Минимум 95 часов 6 суток
Максимум 138 часов 9 суток
Среднее 117 часов 8 суток

Количество рабочих циклов между заменами в год составляет, соответственно:

Максимум 77 циклов в год
Минимум 53 цикла в год
Среднее 63 циклов в год

Отсюда получаем коэффициент готовности вакуумной камеры RH, являющимся отношением теоретически возможного количества плавок за годовой фонд рабочего времени, к эффективному количеству плавок, рассчитанному с учетом циклов замены вакуумкамеры.

 Максимум Минимум Среднее
Теоретически 9856 6247 7647
Эффективно 7700 5300 6300
Коэффициент готовности 0,78 0,85 0,82

1.3 Годовая производительность вакууматора RH

Использую представленные выше данные получаем эффективную производительность вакууматора RH для ковша 140 тонн.

Максимум 1078000 тонн в год
Минимум 742000 тонн в год
Среднее 882000 тонн в год

1.4 Расчет цикличности работы и вынужденных простоев вакууматора VD

1 Транспортировка ковша из печного пролета в створ вакуумкамеры 3-5 мин.
2 Скачивание шлака 3-5 мин.
3 Позиционирование ковша на опоры вакуумкамеры и подключение аргонопровода 3-5 мин.
4 Транспортировка и опускание вакуумкрышки на вакуумкамеру 3-5 мин.
5 Набор вакуума 7-10 мин.
6 Выдержка под глубоким вакумом 12-25 мин.
7 Напуск атмосферы (стоп вакуум) 1-2 мин.
8 Подъем и перемещение вакуумкрышки в исходное положение 3-5 мин.
9 Проведение операции забора проб и температуры 5 мин.
10 Подъем ковша с опор вакуукамеры и отсоединение аргонопровода 3-5 мин.
11 Транспортировка ковша в разливочный пролет 3-5 мин.

Таким образом длительность цикла вакуумирования с учетом вспомогательных и транспортных операций составит:

Минимум 46 мин. 0,77 ч.
Максимум 77 мин. 1,28 ч.
Среднее 62 мин. 1,03 ч.

При трехсменной работе цеха получаем теоретическую производительность вакууматора в рабочие сутки.

Максимум 31 плавка в сутки
Минимум 18 плавок в сутки
Среднее 23 плавок в сутки

Требования к обслуживанию вакуумной камеры VD вакууматора минимальны. К обязательным работам по обслуживания относятся: замена резинового О-уплотнения по фланцу вакуумной камеры и проверка на натекание. Фактические трудозатраты по замене резинового уплотнения и проведения проверки на натекания не превышают 2 часов и относятся к еженедельным ТО всего комплекса вакууматора. Замена футеровки вакуумной камеры проводится по факту аварийного прорыва ковша во время проведения вакуумирования. Как правило ремонт и замена футеровки вакуумной камеры VD производится частично и по месту.

Таким образом, коэффициент готовности вакуумной камеры VD теоретически можно считать равным 100% общего рабочего времени вакууматора.

Исходя из этого, получаем расчетное количество плавок и тонн обработанного металл в год, где теоретическое значение рассчитано из отношения годового фонда рабочего времени к длительности обработки, а эффективное отношение является частным от расчетного количества плавок на вакууматоре в сутки при трехсменной работе. 

Кол-во плавок в год Максимум Минимум Среднее
Теоретически 9642 5760 7212
Эффективно 9548 5544 7084
Коэффициент готовности 0,99 0,96 0,98

1.5 Годовая производительность вакууматора VD

Использую представленные выше данные получаем эффективную производительность вакууматора VD для ковша 140.

 для 140 тонн
Максимум 1336720 тонн в год
Минимум 776160 тонн в год
Среднее 991760 тонн в год


1.6 Расчет потребления энергоресурсов на вакуумирование стали

Расчеты приводятся для средних значений по длительности плавки и производительности вакууматора. 
Исходным параметром к расчету является количество плавок в год. 

 RH VD
Среднее время цикла, час 0,97 1,03
Время вакуума(общее), час 0,39 0,45
Среднее Эффективное количество плавок в год 6300 7084
Среднее Эффективное количество тонн стали в год (ковш 140 тонн) 882000 991760

Также для каждой из указанных энергосред вычисляется эффективные нормы моточасов, учитывающие долю операций потребления энергосред в общем цикле операций при вакуумировании. 

Параметры рабочего пара взяты из расчета: давление 14 атма, температура 195 гр.С. При более низких значения параметров давления и температуры, расход увеличивается на 30-50%.

1.6.1 Вакуумная установка пароэжекторных насосов для ковша 140 тонн.

Энергоноситель RH140 VD140 ед.
Рабочий пар 62,1 54,1 кг на тонну стали
Охлаждающая вода 2,1 2,1 м3 на тонну стали
Техническая вода 0,06 0,07 м3 на тонну стали
Аргон 14,1 0,12 м3 на тонну стали
Электроэнергия 0,9 1,1 кВт на тонну стали

1.7 Сравнительные выводы по расчету производительности установки вакуумирования для ковша 140 тонн

Приведенный обзор цикличной работы вакууматоров различного типа показывает, что среднесуточная производительность RH установки выше установки VD на 5-10%. Таким образом, вакуумирование по методу RH обеспечит большую производительность цеха за серию. Длительность серии ограничена стойкостью футеровки вакуумкамеры и в среднем не превышает 100 плавок.
Однако, коэффициент готовности установки RH ниже установки VD на 15-19%, вследствии простоя вакууматора RH на время обслуживания и ремонта вакуумкамеры.

Таким образом, годовая производительность вакууматора камерного типа оказывается выше циркуляционного вакууматора на 12%.

Коэффициент готовности вакууматора RH может быть доведен до значении равных вакууматору VD, путем установки резервной «горячей» вакуумкамеры, что позволит исключить простоев. Такой промежуточный вариант исполнения установки вакуумирования, автоматически повышает годовую производительность RH вакууматора на 12%. При этом годовая производительность однопозиционного вакууматора VD окажется ниже не более, чем на 7-9%.

Вторым способом повысить годовую производительность вакууматора является возможность установки двухпозиционного системы вакуумирования: две рабочие вакуумкамеры RH и две вакуумкамеры и общая вакуумкрышка для процесса VD. При этом возможность обработки металла под вакуумом повышается практически в два раза для обоих методов.

Ниже в таблице представлены теоретически маскимальные объемы обработки стали вакуумом в 140 тонном ковше на обоих установках работающих в описанных выше режимах:

 Однопозиционная система Промежуточный вариант Двухпозиционная система
RH 1078000 тонн в год 1372000 тонн в год 2156000 тонн в год
VD 1336720 тонн в год - 2673440 тонн в год

Целесообразность использования двухпозиционной системы вакуумирования определяется возможностями плавильного, внепечного и транспортного оборудования цеха. А также наличие соответствующих площадей для размещения основного и вспомогательного оборудования.

Также, следует принимать во внимание что величина стартовых капиталовложений в RH вакуумкамеру превосходит стоимость камеры VD в два раза. При этом стоимость годового обслуживания камеры VD типа ниже в десятки раз.

1.8 Сравнение эксплуатационных затрат на вакуумирование

В пункте 1.6. выделены все основные энергоресурсы, затрачиваемые при проведении вакуумирования для обоих сравниваемых методов. 

RH вакууматор требует минимум на 50% более производительную вакуумную станцию, что и определяет повышенное по сравнению с VD установкой потребление рабочего пара. Также из-за технологический особенностей, RH процесс потребляет в 100 раз большее количество транспортирующего газа - аргона, чем требуется для эффективного перемешивания металла в ковше.

При эксплуатации пароэжекторного насоса, средняя оценочная стоимость вакуумирования тонны металла на вакууматоре RH составляет 3,5-4,5 доллара, и 1,5-2 доллара на вакууматоре VD.

При этом в рамках первичного анализа, произведен учет расхода только непосредственно во время цикла вакуумирования. При эксплуатации RH установки надо учитывать расходы на замену футеровки, прогрев футеровки и стоимость работ по обслуживанию комплекса вспомогательного оборудования вакуумкамеры RH.

Результаты расчета потребления энергосред при использовании вакуумных механических насосов на процессе VD показывают, что обладая в 3-3,5 раза более высокой ценой по сравнению с пароэжекторными насосами, механические вакуумные насосы обладают в 8-9 раз более низкой стоимостью эксплуатации. Средняя оценочная стоимость вакуумирования при эксплуатации механически насосов составляет 0,25-0,4 доллара за тонну.

Применение того или иного технологического варианта вакуумирования определяется, прежде всего, сортаментом выплавляемой стали, химического состава жидкого полупродукта и возможности выполнения ряда других технологических операций по маршруту внепечной обработки (раскисление, прецизионное легирование, десульфурация, доводка по температуре и гомогенизация).

Почти все методы направлены на повышение общей поверхности контакта металла и вакуумируемой газовой атмосферы.

Сравнение вакуумных установок RH и VD/VOD показывает, что:

• на установке RH обработка металла осуществляется без участия шлака, а на установке VD/VOD - с активным рафинированием шлаком. Данное отличие играет определяющую роль при выборе «свободного борта» ковша.
• рафинирование стали на установке RH сопровождается значительным снижением температуры металла (до 8 С/мин), а на установке VD/VOD падение температуры ниже и зависит от вместимости сталеразливочного ковша (от 2,0-2,5 °С/мин для 200-т до 4,5 С/мин для 20-т ковша);
• скорость обработки стали на единицу времени выше на установке RH, чем на VD/VOD, примерно на 50%. Однако годовая производительность установок ограничивается коэффициентом готовности вакуумной камеры. Для RH установки такой коэффициент составляет 80-85% от общего рабочего фонда комплекса вакуумирования, в то время как камера VD/VOD обеспечивает 95-98% готовность в течении цикла эксплууатации.
  

Таким образом, при производстве стали с особо низким содержанием углерода (типа IF) предпочтительнее использовать вакуумные установки RH, а для производства стали смешанного сортамента целесообразнее применять установки VD с непременной донной продувкой металла в ковше аргоном. При этом на установке ковшевого вакуумирования необходимо иметь свободный борт сталеразливочного ковша высотой 700...1500 мм вследствие возможного подъема уровня расплава в ходе вакуумирования. Кроме того, десульфурация стали рафинировочным шлаком требует достаточно полной и стабильной отсечки окислительного шлака при выпуске металла из сталеплавильного агрегата в ковш из-за возможного восстановления Р и других элементов, что особенно нежелательно при выплавке качественной стали.

Далее предлагается анализ состава основного оборудования, объемы проектирования и технологические возможности установок RH и VD. А также приводятся расчеты производительности установок и их стоимость владения. Все приведенные данные по расходу энергосред, являются предварительными и должны быть уточнены в случае выполнения технического проекта в дальнейшем. Однако величина указанных значений обоснованна, и приведена с точность +/-10%.