8.3 Выбор и расчет количества оборудования ферросплавного цеха

8.3.1  Расчет количества печей в ферросплавном цехе

Необходимое количество ферросплавных электропечей в проектируемом цехе (N_п) определяется заданным объемом производства ферросплавов и установленной мощностью трансформатора выбранной печи и рассчитывается по формуле:

где     П_ц.г – заданный годовой объем производства данного сплава в цехе, т;

 П_п.г.- годовая производительность печи при выплавке этого сплава, т.

Годовая производительность ферросплавной электропечи определяется из выражения:

где τ_ф – фактическое время работы печи за год, сут.

Суточная производительность ферросплавной электропечи (П_п.с) непрерывного и периодического действия зависит от установленной мощности печного трансформатора и типа выплавляемого сплава и рассчитывается по единой формуле:

где     24 – число часов в суках;

 W – установленная мощность трансформатора, кВ·А;

сosφ – коэффициент мощности печного трансформатора;

К_и – коэффициент использования мощности печи;

А – удельный расход электроэнергии при выплавке данного сплава, кВт∙ч/т.

Обычно при расчетах суточной производительности ферросплавных печей практикуется замена коэффициента К_и на произведение трех составляющих его коэффициентов: загрузки трансформатора по мощности К₁; использования трансформатора во времени К₂; учитывающий колебания напряжения в питающей сети К₃. Рекомендуемые нормами технологического проектирования числовые значения коэффициентов К₁,К₂, К₃, а также cosφ для печей, выплавляющих различные сплавы, сведены в таблице 3.7. Следует однако иметь в виду, что в соответствии с новыми требованиями к энергосистемам все потребители должны иметь cosφ= 0,92-0,96, что обеспечивается при оснащении ферросплавных электропечей установками продольно-емкостной компенсации реактивной мощности (УПК). Удельный расход электроэнергии при выплавке данного сплава определяется по лучшим результатам работы аналогичных печей.

 

 

Таблица 8.5 – Коэффициенты для расчета производительности рудовосстановительных и рафинировочных электропечей [1, 8]

Вид сплава	W, МВ·А	Тип печи	сos φ	К1	К2	К3
Феррохром (н/у)	5-6	Открытая рафинировочная	0,96	0,9	0,97	0,99
Ферромарганец (н/у)	5	То же	0,96	0,9	0,95	0,99
Марганец металл-й	5	То же	0,94	0,8	0,94	0,99
Шлак марганцевистый	5-10,5	То же	0,90-0,88	0,8	0,94	0,99
Силикомарганец передельный	5-10,5	То же	0,90	0,9	0,95	0,99
Ферросиликокальций силикотермический	3,5-5	Рафинировочная со сводом	0,92	0,9	0,95	0,99
Рудноизвестковый расплав для производства феррохрома рафинированного методом смешения	10,5-16,5	Сталеплавильная со сводом	0,90	0,90	0,96	0,99
Ферросилиций: 20,25,45,65 %	16,5-63	Закрытая рудовосстановительная с УПК	0,92	0,98	0,98	0,99
ФС-75	16,5-33	То же	0,92	0,97	0,97	0,99
ФС-90	16,5-33	Открытая рудовосстановительная с УПК	0,92	0,98	0,96	0,99
Ферромарганец высокоуглеродистый	16,5-63	Закрытая рудовосстановительная с УПК	0,92	0,96	0,95	0,99
Силикомарганец	16,5-33	То же	0,92	0,96	0,95	0,99
Феррохром высокоуглеродистый	16,5-63	То же	0,92	0,96	0,96	0,99
Ферросиликохром	16,5-33	То же	0,92	0,96	0,96	0,99
Шлаки передельные марганцевистые	16,5-21	То же	0,90	0,98	0,96	0,99
Силикокальций	16,5	Открытая рудовосстановительная	0,86	0,86	0,98	0,99

Фактическое время работы печи за год (τ_ф) вычисляется путем вычитания из календарного времени         τ_к длительности холодных τ_х.п. и горячих τ_г.п простоев печи:

где     τ_н – номинальное время работы печи, сутки.

Нормативные значения номинального времени (τ_н) для различных сплавов и печей представлены в таблице 8.6. Длительность горячих простоев колеблется в пределах 0,5-1,5 % от календарного времени (365 суток), при этом максимальное значение принимают для рафинировочных печей.

Таблица 8.6 – Нормативы номинального времени ферросплавных печей [1,8]

Вид сплава	Номинальная мощность трансформатора, МВА	Режим работы печи	Число номинальных суток работы в году
Ферросилиций: 45-65% 75% 75-90%	33-63 16,5-33 16,5-33	Закрытый Закрытый открытый	350 350-345 355
Феррохром в/у и передельный	16,5-33	закрытый	355-350
Ферросиликохром	16,5-33	закрытый	355-350
Феррохром с/у и н/у	3,5-6	открытый	355
Рудноизвестковый расплав для производства б/у феррохрома методом смешения расплавов	10,5-16,5	открытый	350
Ферромарганец в/у	16,5-63	закрытый	343
Силикомарганец: СМн-12-22	16,5-63	закрытый	343
Передельный СМн-25	5-10,5	открытый	355
Ферромарганец с/у	3,5-5,0	открытый	350
Металлический марганец	3,5-5,0	открытый	345
Низкофосфористый марганцевый шлак (Мn-48%)	3,5-10,5	открытый	345
Малофосфористый марганцевый шлак (Мn-48%)	16,5-21	закрытый	340
Силикокальций: -углеродотермический -силикотермический	16,5 3,5-5,0	Открытый То же	355 355

Полученное расчетное число печей в цехе округляют до большего целого числа. При окончательном выборе количества печей в ферросплавном цехе следует учитывать, что это число должно быть кратно двум и не превышать восьми. Число печей, кратное двум, выбирают из соображений удобства разливки сплава двух печей на общей разливочной машине и снабжения шихтой двух печей с помощью одного тракта шихтоподачи. Если расчетное число печей в цехе превышает восьми, то следует устанавливать печи большей мощности или строить два цеха вместо одного.

8.4 Расчет оборудования разливочного пролета

Необходимое количество разливочных машин определяется исходя из затрат времени на разливку одной плавки (одного ковша) с учетом технологических простоев машины.

Время на разливку одной плавки определяется из уравнения:

где    l – длина рабочей части разливочной машины, м (40 или 70);

n _уд – количество мульд, обеспечивающих прием металла одной плавки, мульд/пл;

m _пл– масса одной плавки, т;

n _в.с – количество выпусков в сутки;

V – объем мульды, м³ (для l= 40 м V=0,01 м³, для l= 70 м V=0,0136 м³ );

γ_ж –плотность разливаемого сплава, т/м³;

k_з.м – коэффициент заполнения мульды (0,7);

v_м – скорость движения конвейера машины, м/мин (1,2; 1,9; 2,5; 5 для l= 40 м и 3,2; 5; 10,8 для l= 70 м);

n – количество мульд, располагающихся на рабочей длине машины (для l= 40 n=420, для l= 70 n=726).

 

Количество одноленточных разливочных машин определяется  с учетом простоев в каждом цикле разливки, включающих замену коробов, подачу и съем ковшей (55-85 % от времени разливки), по формуле:

где  τ _ном – номинальное время работы машины в сутки, составляющее обычно 1320 мин.

Разливочный пролет ферросплавного цеха оборудуют мостовыми кранами с двумя подъемами (для кантования разливочного ковша), количество и грузоподъемность определяются в зависимости от сортамента выплавляемых сплавов и мощности печей. По нормам предусматривают на одну электропечь для выплавки ферросилиция от 0,3 до 0,5 крана (без учета занятости кранов на ремонтных работах) в зависимости от сортамента сплавов. Значение 0,5 принимают для 25 %-ного ФС, 0,4- для 45 %-ного ФС и 0,3 для сплавов с содержанием кремния 65 %. При выплавке ФМн и СМн количество кранов на одну печь для печей разливочной мощности принимают равным 0,7. Грузоподъемность кранов зависит от мощности печей (Таблица 8.7).

Таблица 8.7 – Грузоподъемность кранов разливочного пролета

Мощность печи, МВ·А	16,5	24	33	48	63
Грузоподъемность, т	30/5	50/10	75/15	125/30	125/30

В общем случае необходимое количество разливочных кранов в цехе определяется исходя из затрат времени крана на обработку одного ковша и числа выпусков сплава в цехе в сутки и рассчитывается по формуле:

где   n_к  - число ковшей, обрабатываемых краном в сутки (равное числу выпусков);

t _кр- затраты времени крана на обработку одного ковша, мин (в среднем около 40-60 мин);

1320 – общее время работы крана в сутки, мин.

В таблице 8.8 приведено принятое число выпусков в сутки из печей при выплавке некоторых ферросплавов.

Таблица 8.8 – Число выпусков в сутки при выплавке ферросплавов

Вид сплава	Число выпусков, сут
Ферросилиций	12-15
Углеродистый ферромарганец	15-18
Силикомарганец	12-15
Углеродистый феррохром	9-12

 

Емкость ковша определяется из выражения:

где    ψ- коэффициент заполнения ковша, равен 0,9;

К - коэффициент, учитывающий неравномерность массы металла на выпуске, равен 1,2;

 γ_ж- плотность жидкого сплава, т/м³ принимается обычно 0,9-0,92 γ_тв и для некоторых расплавов приведен в таблице 8.9.

Таблица 8.9 – Плотность расплавов [1,7-13, 17-21]

Расплав	Плотность, т/м3
ФС-20	6,0
ФС-25	5,7
ФС-45	4,6
ФС-65	3,4
ФС-75	2,85
ФМн-78	6,5
СМн-17	5,7
МФШ	4,0

 

Емкость шлаковой чаши определяется с учетом кратности шлака (К_ш) по уравнению:

где γ_ш – плотность жидкого шлака, т/м³, изменяется в пределах 2,8-4,0 в зависимости от выплавляемого сплава;

 К_ш- кратность шлака.

Таблица 8.10 – Основные технические данные щековых дробилок [22]

Наименование показателей	Тип дробилок
	СМД-110	СМ-16Д	СМ-741
1. Масса дробилки, т, не более 2. Производительность, м3/час 3. Предел прочности при сжатии, кг/см2 4. Размеры приемного отверстия, мм -ширина -длина 5. Наибольший размер кусков исходного материала, мм 6. Ширина выходной щели, мм - номинальная - диапазон регулирования, не менее 7. Габаритные размеры, мм - длина - ширина - высота	21 62 3000   600 900   500   100 ±25   3000 2500 2600	20 55 2500   600 900   500   100 ±25   2700 2500 2600	12 25 2500   400 900   340   60 ±20-30   2200 2600 2200

Таблица 8.11 – Основные технические данные 4-х валковой дробилки [22]

Наименование показателей	Числовые значения
Масса дробилки, т Габаритные размеры, мм - длина - ширина - высота	31   4500 3400 3700
Производительность, м3/час	12
Размеры валков, мм - диаметр       - длина	900 700
Наибольший размер загружаемых кусков при наименьшей щели, мм	40
Пределы регулирования щели, мм - верхние валки      - нижние валки	10-40 2-10
Частота вращения валков, об/мин (пред.окл. ±20%) - верхние валки - нижние валки	115 180
Сила давления на 1см длины валка, кгс	350

Количество ковшей определяется из уравнения:

где τ_об – время оборота ковша;

1,15- коэффициент запаса.

Аналогичным образом определяем количество шлаковых чаш.

Таблица 8.12 – Основные технические данные вибрационных грохотов [22]

Показатели	Численные значения
	ГИТ-32	ГИТ-42	ГИТ-32Н	ГИТ-42Н	ГИТ-52	ГИЛ-52
Просеивающая поверхность, мм - ширина - длина	1250 2500	1500 3000	1250 2500	1500 3000	1750 3000	1750 4500
Частота вращения вибратора, об/мин	970	970	970	970	970	970
Число ярусов, сит	2	2	2	2	2	2
Допустимый размер кусков, мм	300	200	300	200	400	300
Угол наклона короба, град.	10-30	10-25	10-30	10-30	15-30	10-25
Амплитуда колебаний, мм	3,0-5,0	3,0-5,0	3,0-5,0	3,0-5,0	3,0-8,0	2,5-3,0
Габаритные размеры, мм - длина - ширина - высота	4000 2500 2700	4400 2500 3700	4500 2500 3530	4500 2500 3530	5200 3000 4200	5050 2550 1300
Масса грохота, т	3,6	4,7	3,21	3,84	7,61	3,5