43920

Проект разработки средств мокрой очистки технологических газов и мероприятий по охране труда в условиях мартеновского цеха ОАО «Запорожсталь»

Дипломная

Производство и промышленные технологии

В разделе КИП и А разработаны системы автоматического контроля и регулирования газоочистной установки мартеновской печи №7 ОАО Запорожсталь. Технология выплавки стали в мартеновских печах Устройство мартеновской печи Современная мартеновская печь представляет собой сложное техническое сооружение и состоит из двух основных частей: верхнего строения включающего рабочее пространство и головки печи и нижнего строения состоящего из шлаковиков боровов регулирующих устройств регенераторов и газопроводов.1...

Русский

2013-11-08

927.5 KB

50 чел.

Реферат

….с.,  …..табл., ….рис., ….библ., …прил.

на расчетно-пояснительную записку к дипломному проекту на тему:

«Проект разработки средств мокрой очистки технологических газов и мероприятий по охране труда в условиях мартеновского цеха ОАО «Запорожсталь».

Цель работы – разработать средства мокрой очистки технологических газов, мероприятия по снижению каплеуноса из аппаратов газоочистки, а также мероприятия по охране труда в условиях мартеновского цеха ОАО «Запорожсталь».

В общей части рассмотрена технология выплавки стали в мартеновских печах, произведен расчет материального баланса плавки, дана характеристика пылегазовых выбросов мартеновского производства.

В специальной части произведено обоснование системы газоочистки отходящих газов; выполнен расчет газоотводящего и газоочистного оборудования; разработаны мероприятия по снижению каплеуноса из аппаратов газоочистки; выполнен расчет рассеивания выбросов с использованием ПЭВМ.

В разделе КИП и А разработаны системы автоматического контроля и регулирования газоочистной установки мартеновской печи №7 ОАО «Запорожсталь».

В разделе охраны труда разработаны мероприятия по технике безопасности, промышленной санитарии, электробезопасности и пожарной безопасности; произведены расчеты уровней безопасности мартеновского процесса и технологического оборудования, расчет пределов распространения пламени при возгорании природного газа, расчет теплозащитного экрана, расчет защитного зануления, расчет молниезащиты здания мартеновского цеха и адиабатической температуры горения природного газа.

В организационной и экономической частях приведены основные положения по организации труда на участке газоочистки мартеновского цеха, выполнены расчет численности персонала, обслуживающего газоочистку, расчет годового фонда заработной платы; выполнен расчет капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Годовой экономический эффект составил 50,9 тыс. грн.

В разделе гражданской обороны разработаны мероприятия по организации работы мартеновского цеха в условиях угрозы ядерного нападения.

МАРТЕНОВСКАЯ ПЕЧЬ, МАРТЕНОВСКИЙ ПРОЦЕСС, КИСЛОРОДНАЯ ПРОДУВКА, ТРУБА ВЕНТУРИ, КАПЛЕУЛОВИТЕЛЬ, КАПЛЕУНОС, ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССА, ГИГИЕНА ТРУДА, ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ, ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ.

Введение

Защита окружающей среды от вредных выбросов является одной из важнейших проблем современности, так как рост промышленного производства, и, следовательно, дальнейшее увеличение выбросов вредных веществ в атмосферу может повлечь за собой самые серьозные последствия глобального характера.

На долю черной и цветной металлургии приходится около 30% общих вредных выбросов в атмосферу, а в районах расположения крупных металлургических заводов и комбинатов – более 50% всего количества загрязнений. В связи с этим в металлургической отрасли проделана значительная работа по увеличению количества газоочистных установок и улучшению показателей их работы.

На многих металлургических предприятиях эксплуатируются системы мокрой очистки газов. Они позволяют достигнуть высокой эффективности при очистке газов от тонкодисперсной пыли и некоторых газообразных компонентов.

Но, как показал опыт работы газоочистных установок мартеновского цеха ОАО «Запорожсталь», существенным недостатком мокрой системы очистки является значительный каплеунос (около 200 мг/м3). Это приводит к преждевременному коррозионному износу газоходов, вентиляторов и дымовой трубы, выпадению кислотных осадков при рассеивании выбросов из-за содержащихся в них оксидов азота и серы.

Указанные последствия избыточного каплеуноса говорят о необходимости принятия мер по уменьшению количества капельной влаги в выбрасываемых газах.

В последнее время все более важное значение приобретают мероприятия по улучшению условий труда. На предприятиях черной и цветной металлургии в процессе производства возникают вредные и опасные факторы, которые могут привести к болезням, травмам и даже смерти обслуживающего персонала. Выявление, снижение или устранение этих факторов является основной задачей мероприятия по охране труда.     

 

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

  1.  Технология выплавки стали в мартеновских печах

  1.  Устройство мартеновской печи

Современная мартеновская печь представляет собой сложное техническое сооружение и состоит из двух основных частей: верхнего строения, включающего рабочее пространство и головки печи, и нижнего строения, состоящего из шлаковиков, боровов, регулирующих устройств, регенераторов и газопроводов.

На рис. 1.1 представлена схема, иллюстрирующая работу мартеновской печи. Топливо и воздух поступают с правой стороны печи, а продукты сгорания уходят в левую сторону печи. Для изображенного на рисунке варианта после прохождения через предварительно нагреваемые насадки регенераторов, воздух нагревается до 1000-1200 0С и в нагретом состоянии через головку попадает в печь. При сгорании топлива образуется факел с температурой 1800-1900 0С.

В рабочем пространстве мартеновской печи происходят процессы горения топлива и сталеварения. Основанием рабочего пространства является под печи, сверху рабочее пространство ограничено главным сводом, с торцов – головками, а с продольных сторон – передней и задней стенками. Под печи вместе с поперечными и продольными откосами образует ванну, предназначенную для накапливания расплава и шлака.

Передняя стенка печи обращена в сторону рабочей площадки, с которой проводят все операции, связанные с процессом сталеварения. Для загрузки печи и ухода за ней в передней стенке предусмотрены завалочные окна, а у основания стенки – отверстия для спуска шлака по уходу плавки. Задняя стенка печи выполнена наклонной для большей устойчивости против размывания шлаком и лучшего удержания заправочных материалов. У основания задней стенки в самой низкой подины, расположенной против среднего окна, устроено выпускное отверстие .

  1.  Сырье для выплавки стали

В шихтовое отделение мартеновского цеха поступают:

а) металлические шихтовые материалы: разделанный стальной лом, его отходы, пакеты легковесного лома, скрап, разделанные «козлы», пакетированная или брикетированная стружка, обрезки слябов и листов, разделанный чугунный лом и другое;

б) окислители: железная руда, прокатная окалина и т.п.;

в) раскислители и легирующие добавки: ферромарганец, ферросилиций, силикомарганец, ферротитан, алюминий, кремнистые отходы и т.п.;

г)  флюсующие материалы: известняк, известь, боксит;

д) заправочные материалы: доломит сырой, доломит обоженный, магнезитовый порошок, порошок для торкретирования .

На ОАО «Запорожсталь» в мартеновском цехе ведется скрап-рудный процесс выплавки стали. Наличие на комбинате доменного цеха позволяет использовать для плавки жидкий чугун. Он транспортируется из доменного цеха в миксерное отделение, хранится в миксерах и выдается для сталеплавильных печей. Жидкий чугун должен отвечать требованиям:

  •  химический состав, %: Si – 0,6…0,9; Mn ≥0,3; S ≤ 0,04;
  •  толщина шлака в ковшах должна быть не боле 50 мм .

Температура жидкого чугуна в миксерах должна поддерживаться в пределах 1320-1380 0С путем периодического регулирования расхода топлива на горелки. Для снижения серы в чугуне производят принудительное скачивание шлака из миксера .

  1.  Технологический процесс

Технологический процесс получения стали в мартеновских печах включает несколько периодов: заправку печи, завалку шихты, заливку чугуна, плавление шихты, доводку плавки, раскисление, легирование и выпуск стали из печи.

Заправка. После выпуска печь осматривают и исправляют замеченные неполадки. За время плавки те части задней и передней стенок, а также откосов печи, которые соприкасались со шлаком, часто подвергаются определенному воздействию этого шлака и поэтому обычно нуждаются в профилактическом ремонте. С помощью заправочных машин на эти места набрасывается заправочный материал (доломит или магнезит). Эта операция называется заправкой печи; она проводится в обязательном порядке после каждой плавки. Обычно из обнаруженного углубления («ямы») сжатым воздухом выдувают скопившийся там шлак и на обнаружившуюся поверхность наваривают необходимый слой огнеупорных материалов, забрасывая их через завалочное окно. Бугры на подине «стравливают», забрасывая на эти места материалы, вступающие во взаимодействие с материалами подины и снижающие температуру их плавления. Операция заправки печи в зависимости от состояния подины, размеров печи и условий проведения операции продолжается от 10 до 30 мин.  .

Завалка шихты. Подача металлошихты и сыпучих материалов производится стандартными составами. Для печи емкостью 500 т завалку производят тремя составами. При продувке ванны кислородом завалка шихты проводится в следующем порядке: на подину заваливается легковесный лом, затем известняк, пакеты, скрап и «козлы», обрезь слябов и бой слитков. Шихта заваливается равномерно по ванне.

Завалку всех шихтовых материалов необходимо проводить возможно быстрее при максимальной тепловой нагрузке без снижения температуры свода печи ниже 1500 0С.

Для обеспечения быстрой заливки чугуна с последующим энергичным протеканием реакций в ванне и спуском шлака необходим обязательный прогрев шихты без закозления и местного ее расплавления. Прогрев считается законченным при небольшом оседании шихты, легком оплавлении кромок и исчезновении пятен на поверхность лома .

Заливка чугуна. Заливка чугуна проводится «под факел» через два желоба, установленных в крайние завалочные окна. Продолжительность заливки не более 25 минут. Все необходимые для заливки количество чугуна подается к печи одновременно.

Плавление шихты. После полного слива чугуна в печь начинается продувка ванны кислородом. В начале продувки кислородные фурмы опускают осторожно, во избежание повреждений. По мере проплавления шихты и понижения уровня ванны фурмы опускают еще ниже. Во время продувки выходные сопла головок фурм находятся на 50-100 мм ниже уровня раздела шлак-металл. Через 10-15 минут после слива всего чугуна в печь начинается спуск шлака. Своевременное удаление шлака – важнейшее условие получение шлака необходимой основности к моменту расплавления, максимального удаления серы и фосфора из металла и минимальных потерь железа со сбегающим шлаком. Оптимальная продолжительность спуска шлака 30-40 минут. Спуск шлака осуществляется через порог среднего завалочного окна.

В конце плавления (когда ванна «села»), за 20-30 минут до полного расплавления, отбирается предварительная проба металла для определения содержания углерода и серы. Если проба показывает, что содержание углерода по расплавлении будет ниже установленного предела для данной марки стали, то допускается доливка жидкого чугуна в количестве, не вызывающем перегруза печи и сталеразливочных ковшей ( не более 5% от веса садки).

Признаком расплавления ванны является отсутствие местного бурления на ее поверхности, наличие активного жидкоподвижного шлака необходимой основности и нагрев металла до температуры 1540-1570 0С.

Толщина слоя шлака, оставшегося в печи к моменту расплавления, находится в пределах 60-100 мм. После полного расплавления ванны отбираются пробы металла и шлака. В пробе металла определяется содержание углерода, марганца, серы, фосфора и, при необходимости, никеля, хрома и меди; в пробах шлака – закись железа и основность .

Доводка плавки. Операцию, при которой в результате подсадок железной руды или продувки организуется энергичное кипение ванны, часто называют «полировкой». В результате скачивания шлака из ванны удаляется фосфор, по ходу полировки вследствие посадок извести постепенно формируется высокоосновной шлак и повышается температура ванны. Это создает благоприятные условия для удаления серы .

Также для улучшения условий удаления серы и фосфора из металла в период доводки необходимо спустить шлака в количестве не менее ¼ чаши.

Показателями нормального проведения полировки являются:

  •  скорость выгорания углерода, которая в этот период должна быть не ниже 0,35% в час;
  •  температура металла, которая должна непрерывно повышаться и к началу чистого кипения быть на 10-30 0С ниже требуемой перед выпуском плавки (раскислением металла в печи).

Назначение периода чистого кипения – нагрев металла до требуемой температуры, доведение металла и шлака до требуемого состава к моменту раскисления. На печах, работающих с продувкой ванны кислородом, начало периода чистого кипения определяется образованием сформировавшегося жидкоподвижного шлака. Продолжительность периода чистого кипения должна быть 30-60 минут. Температура в период чистого кипения непрерывно повышается, но не должна превышать температуру металла перед выпуском.

Раскисление и легирование. Кипение ванны прекращается в момент ввода в нее раскислителей и легирующих добавок.  Порядок их ввода и продолжительность выдержки металла в печи оговариваются специальной инструкцией .

Вводимые в печь и в ковш раскислители должны быть сухими. Для обеспечения однородности металла присадку раскислителей в ковш начинают при  наполнении ковша металлом на 1/5 высоты, проводят равномерно и заканчивают при наполнении его на 1/2 высоты.

При раскислении стали всех марок полностью в ковше к моменту выпуска плавки прекращается подача кислорода в факел. Порядок ввода раскислителей в ковш: ферромарганец - силикомарганец - ферросилиций

Выпуск стали. Сталевыпускной желоб устанавливают на печь до заливки чугуна. Также за 30 минут до начала выпуска под желоб устанавливаются ковши. Выпускное отверстие к моменту выпуска плавки тщательно разделывают и очищают от заправочных материалов. Продолжительность выпуска плавки 7-15 минут.

Низколегированные, спокойные, нестареющие и полуспокойные марки стали с целью усреднения химического состава и температуры во время выпуска продувают аргоном. Продувка осуществляется через шиберный затвор от начала выпуска до появления шлака. В начале продувки давление аргона должно быть 200 кПа, расход его 30…70 м3/ч. К концу схода плавки давление аргона должно быть не менее 400 кПа, расход 50…80 м3/ч ( в зависимости от интенсивности бурления). Затем металл необходимо выдержать в ковше в течение 15-20 минут до начала разливки .

 

  1.  Расчет материального баланса плавки

В основных мартеновских печах ведется главным образом скрап-рудный процесс. Свод печи хромомагнезитовый.

Расчет ведем на 100 кг металлургической шихты.

Износ кладки принимаем по рекомендуемым нормам, %:

магнезита                  0,35

доломита                    1,1

хромомагнезита         0,15

Состав исходных материалов и готовой стали приведен в табл. 1.1 и табл. 1.2.

Таблица 1.2. - состав металлической части шихты и готовой стали, %

Материал

С

Mn

Si

S

P

Чугун

Скрап

Готовая сталь Ст3 пс

4,50

0,30

0,14-0,22

0,50

0,35

0,4-0,65

0,90

0,26

0,05

0,05

0,02

0,05

0,20

0,02

0,05

 

                  Таблица 1.2 - Состав неметаллической части шихты, %

Материал

SiO2

Al2O3

Fe2O3

MnO

CaO

MgO

P2O5

S

Cr2O3

FeO

CO2

H2O

Железная руда

4,5

2,4

60,5

1,5

2,0

1,0

0,05

0,05

-

27,5

-

0,50

Доломит

5,2

2,0

1,5

-

53,5

36,0

0,12

0,20

-

1,48

-

-

Магнезит

3,5

0,1

5,4

-

8,0

82,0

-

-

-

0,20

0,80

-

Известняк

3,5

2,5

-

0,8

51,0

0,5

0,10

0,10

-

1,50

35,5

5,0

Известь

4,2

4,0

2,5

1,5

83,4

0,9

0,10

0,15

-

-

3,0

0,25

Хромомагнезит

6,5

4,0

11,5

-

2,0

66,0

-

-

10,0

-

-

-

Расчет ведем по трем периодам:

I - от начала плавки до расплавления ванны;
П - от полного расплавления до раскисления;

П1 - от раскисления до выпуска.


1период плавки

Расчет среднего состава шихты приведен в табл.1.3


Таблица 1.3 - Определение среднего состава шихты, кг

Материал

С

Mn

Si

S

P

Чугун (60%)

2,70

0,30

0,54

0,03

0,12

Скрап (40%)

0,12

0,14

0,10

0,01

0,01

Средний состав шихты

2,82

0,44

0,64

0,04

0,13

Определяем количество выгоревших примесей, %:

                                                                           С          Мn      Si          S             Р

Средний состав шихты                                  2,82     0,44  0,64        0,04   0,13


Металл по расплавлении                              0,90     0,10   0,02      0,03  0,012


Выгорело за периоды завалки и плавления 1,92      0,34   0,62       0,01  0,118

Расход кислорода на окисление примесей приведен в табл,1.4.

Таблица 1.4- Определение расхода кислорода на окисление примесей

Окислится примесей, кг

Окисел

Расход кислорода, кг

Вес окисла, кг

С - 1,920

СО

1,92∙ 16 :12 2,560

4,480

   Si - 0,620

SiO2

0,62∙32:28=0,709

1,329

Мn -0,340

MnО

0,34∙ 16 :55= 0,099

0,439

   Р –0,118

P2O5

0, 118∙80:62=0,152

0,270

   S - 0,010

-

-

-

Σ=3,008

Σ02= 3,520


Сера переходит в шлак в виде MnS, а в шлаке MnS переходит в CaS, но при этом освобождается 0,005 кг кислорода. С учетом кислорода, выделившегося при удалении серы, расход его составит:

3,520 - 0,005= 3,515 кг.

Расход железной руды определяем по формуле:

Р = 5 ·ΣО2 – В,

где 5 – постоянный коэффициент, показывающий во сколько раз больше (по весу) потребуется железной руды, чем кислорода ;

      В – величина, учитывающая окислительную способность печи, которая колеблется от 3 до 5; т.к. в I периоде металлическая часть шихты длительное время находится в контакте с печными газами, то принимаем В=5, во II периоде ванна закрыта шлаком, принимаем В=3.

Р=5 · 3,515 – 5=12,575 кг.

После слива всего чугуна происходит спуск шлака через порог среднего завалочного окна.

На 100 кг шихты удаляется 5-8 кг шлака. Принимаем, что количество скачиваемого сбегающего шлака составляет 7 кг на 100 кг шихты. Состав этого шлака: 24,8% SiO2; 3,7% Al2O3; 2,7% P2O5 ; 29,8% CaO; 10,0% MgO; 5,0%MnO; 0,1% S; 23,9 FeO (В том числе пересчитанное количество Fe2 O3) .

Сбегающий шлак уносит с собой следующее количество окислов, кг:

 MnO  = 7 ·0,050 =0,350,

SiO2  = 7 ·0,248 = 1,736,

P2O5  = 7 · 0,027 = 0,189,

Al2O3 = 7 · 0,037 = 0,259,

CaO   = 7 · 0,298 = 2,086,

MgO =  7 · 0,100 = 0,700,

S       =  7 · 0,001 = 0,007,

FeO  =  7 · 0,239 = 1,673,

                                          7,000.

Количество известняка, теряемого со сбегающим и скачиваемым шлаком, определяется по количеству СаО:

2,086 : 0,51 = 4,090 кг,

где 0,51 – содержание железной руды, теряемой со шлаком, определяется по эквивалентному количеству FeO в шлаке.

В 1 кг железной руды содержится следующее эквивалентное количество FeO:

0,605 ·1,5 + 0,275 = 1,182 кг.

Со скачиваемым шлаком уходит 1,673 кг FeO, что соответсвует потере железной руды:

1,673 : 1,182 = 1,4 кг.

Общий расход железной руды в завалку:

12,575 + 1,4 = 13,975 кг.

Расход расплавленных материалов принимаем , кг:

доломита                  0,80,

магнезита                 0,25,

хромомагнезита       0,10.

Определяем количество составных частей шлака в момент расплавления.

Расход известняка обозначим х.

Определим количество SiO2. Поступит, кг, из:

Металлической шихты                                   = 1,329

Железной руды                        13,975 · 0,045 = 0,629

Доломита                                        0,8 · 0,052 = 0,041

Магнезита                                     0,25 · 0,035 = 0,009

Хромомагнезита                           0,10 · 0,065 = 0,006

Известняка                             (х+4,09) · 0,035 = 0,143+0,035 · х

                                                     Σ SiO2 = 2,157+0,035 · х

Количество других компонентов определяем аналогично, результаты расчетов:

Σ Al2O3 = 0,457+0,025 · х ;

Σ MnO  = 0,682+0,008 · х ;

Σ СаО   = 2,816+0,510 · х ;

Σ P2O5  = 0,282+0,001 · х ;

Σ S        = 0,023+0,001 · х ;

Σ Cr2O3 = 0,010;

Σ MgO  = 0,719+0,005 · х.

Количество Σ FeO и Σ Fe2 O3 в шлаке принимаем соответсвенно 12% и 5%.

Общее количество шлака L.

Составляющие шлака по расплавлении, кг:

Σ SiO2  = 2,157+0,035 · х – 1,736 = 0,421+0,035 · х,

Σ Al2O3= 0,457 + 0,025 · х – 0,259 = 0,198 + 0,025 · х,

Σ MnO = 0,682 + 0,008 · х – 0,350 = 0,332 + 0,008 · х,

Σ СаО  = 2,816 + 0,510 · х – 2,086 = 0,730 + 0,510 · х,

Σ S       = 0,023 + 0,001 · х – 0,007 = 0,016 + 0,001 · х,

Σ MgO = 0,719 + 0,005 · х – 0,700 = 0,019 + 0,005 · х,

Σ P2O5  = 0,282 + 0,001 · х – 0,189 = 0,093 + 0,001 · х,

Σ Cr2O3                                             = 0,010,

Σ FeO                                                = 0,120 · L,

Σ Fe2 O3                                             = 0,050 · L._______

                                           L=1,819 + 0,585 · х + 0,17 · L.

0,83 · L = 1,819 + 0,585 · х ( I уравнение).

Второе уравнение составим из условия получения основности шлака по расплавлении Σ СаО : Σ SiO2, равной 1,9.

Подставляя значения Σ СаО и Σ SiO2, получим:

( ІІ уравнение),

0,730 + 0,510 · х = 0,800 + 0,066 · х,

х = 0,158 кг.

Из I уравнения определяем количество шлака:

0,83 · L = 1,819 + 0,585 · 0,158,

L = 2,303 кг.

Расход известняка в завалку составляет :

4,09 + 0,158 = 4,248 кг.

Количество и состав шлака по расплавлении приведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5. – Количество и состав шлака по расплавлении

Составляющие шлака

Исходные данные

кг

%

SiO2

Al2O3

MnO

CaO

MgO

P2O5

S

Cr2O3

FeO

0,421 + 0,035 · 0,158

0,198 + 0,025 · 0,158

0,332 + 0,008 · 0,158

0,730 + 0,510 · 0,158

0,093 + 0,001 · 0,158

0,016 + 0,001 · 0,158

0,019 + 0,005 · 0,158

0,010

0,120 · 2,303

0,427

0,202

0,333

0,811

0,020

0,093

0,010

0,016

0,276

18,5

8,8

14,5

35,2

0,9

4,0

0,4

0,7

12,0

1

2

3

4

Продолжение таблицы 1.5

1

2

3

4

 Fe2O3

0,050·2,303

0,115

5,0

 Всего

2,303

100,0

 

     В табл.1.6 приведен баланс для I периода плавки

    Таблица 1.6 – Баланс железа для I периода плавки

Материал

Из Fe2O3, кг

Из FeO, кг

Железная руда

Доломит

Магнезит

Хромомагнезит

Известняк

13,975·0,605·0,7*=5,918

0,80·0,015·0,7=0,008

0,25·0,054·0,7=0,009

0,10·0,115·0,7=0,008

-

13,795·0,275·0,78**=2,998

0,8·0,148·0,78=0,009

0,25·0,002·0,78=0,004

-

248·0,015·0,78=0,0504,

Всего

Уйдёт со сбегающим шлаком

Остался в шлаке

5,493

-

0,115·0,7=0,081

3,057

0,673·0,78=1,305

0,276·0,78=0,215

Всего

Переходит в сталь

0,081

5,943-0,081=5,862

1,52

3,057-1.52=1.537

     *1 кг Fe2O3 содержит 112:160=0,7 кг железа;

     **1 кг FeO содержит 56:72=0,78 кг железа.

    Всего переходит в сталь:

5,862+1,537+7,399 кг железа.

     Вес жидкой стали при расплавлении:

100-3,008+7,399=104,391 кг.

    Где 3,008 – количество выгоревших примесей.

   Вес шлака составит:

7+2,303=9,303 кг.

    Составим баланс кислорода.

    На окисление примесей требуется 3,515 кг кислорода; поступило кислорода при восстановлении железистых окислов, кг:

        ;

            .

                                                  2,951.

 Поступит кислорода из атмосферы, кг:

3,515 – 2,951 = 0,564.

Выделится СО2, кг, из:

Известняка   4,248 ·0,35 = 1,487

Магнезита    0,25 · 0,008 = 0,002

                                                           1,489

Выделится Н2О, кг, из:

Железной руды     13,975 · 0,005 = 0,070

Известняка             4,248 · 0,05 = 0,212

                                                    0,282

Материальный баланс I периода плавки.

Поступило, кг                                                                 Получено, кг

Металич. шихты                    100,000                        Жидкого металла    104,391

Железной руды                        13,975                         Шлака                          9,303

Известняка                                  4,248                         СО                                4,480

Доломита                                     0,800                         СО2                              1,489

Магнезита                                    0,250                         Влаги                           0,282_____

Хромомагнезита                          0,100                                                                 119,945

Кислорода из атмосферы печи  0,564___

                                                     119,937

Невязка 0,008 кг.

II период плавки.

Количество выгоревших примесей, %:

                                                             С             Mn          Si             S                P

Сталь по расплавлении                     0,90           0,10        0,02         0,03            0,12

Сталь перед раскислением               0,16           0,15        0,02         0,02            0,012

Выгорело                                            0,74              -              -           0,01                -

Восстановилось                                    -              0,05            -              -                  -

Угар примесей составляет 0,70 кг.

Расход кислорода, кг:

С → СО                 ;

MnO → Mn             .            

                                         0,970

С учетом выделяющегося кислорода при переходе серы в шлак:

0,970 – 0,005 = 0,965 кг.

Расход железной руды по (1.1) составит:

Р = 5 · 0,965 – 34 = 1,825 кг.

После полного расплавления шлак скачивают вторично, в печи остается 60 % шлака I периода, что составит:

2,303 · 0,6 = 1,382 кг.

Новый шлак наводят присадками извести и боксита. Расход боксита составляет 0,1 – 0,5%. Принимаем 0,15 кг. Состав боксита следующий: 6,5% SiO2; 58,0% Al2O3; 1,5% CaO; 0,5% MgO; 28,2 % Fe2O3; 5,3 % H2O.

Обозначим расход извести у, кг.

Расход завалочных материалов за период кипения составит, кг:

магнезита                  0,10, 

доломита                   0,30,

хромомагнезита        0,05.

Ниже приведен баланс составляющих шлака II периода.

Определим количество SiO2. Поступит , кг, из:

Шлак І периода       1,382 · 0,185 = 0,256

Железной руды       1,825 · 0,045 = 0,082

Доломита                 0,300  · 0,052 = 0,016

Магнезита                0,100 · 0,035 = 0,003

Хромомагнезита     0,050 · 0,065 = 0,003

Боксита                    0,150 · 0,065 = 0,010

Извести                                                       0,042 ·у

                               Σ SiO2 = 0,370+0,042 · у

Количество других компонентов определяем аналогично:

Σ Al2O3= 0,261 + 0,04 · у ;

Σ MnO = 0,162 + 0,015 · у;

Σ СаО  = 0,694+ 0,834 · у ;

Σ P2O5  = 0,056 + 0,001 · у ;

Σ S       = 0,022 + 0,0015 · у ;

Σ Cr2O3 = 0,011;

Σ MgO = 0,254 + 0,009 · у.

При содержании углерода перед раскислением 0,16%, содержание FeO равно 11,5% в конечном шлаке. Содержание Fe2O3 равно 3% [6].   

Количество шлака равно, кг:

Σ SiO2  = 0,370+0,042 · у ,

Σ Al2O3= 0,261 + 0,040 · у,

Σ MnO = 0,162 + 0,015 · у ,

Σ СаО  = 0,694 + 0,834 · у ,

Σ S       = 0,022 + 0,0015 · у ,

Σ MgO = 0,254 + 0,009 · у ,

Σ P2O5  = 0,056 + 0,001 · у ,

Σ Cr2O3  = 0,011,

Σ FeO                                                = 0,115 · L,

Σ Fe2 O3                                             = 0,030 · L._______

                                           L=1,830 + 0,942 · у + 0,145 · L.

0,855 · L = 1,830 + 0,942 · у ( I уравнение).

Основность шлака принимаем принимаем 2,9 [6].

Подставив значения СаО и SiO2 получим:

(ІІ уравнение)

 
0,694+0,834 у=1,073+0,122 · у,

у=0,532 кг, L=2,726 кг.

В табл.1.7 определено количество и состав конечного шлака.
Таблица 1. 7 - Количество и состав конечного шлака

Составляющие шлака

Исходные данные

кг

%

SiO2

0,37+ 0,042· 0,532

0,392

14,4

Al2O3

0,261+ 0,04· 0,532

0,282

10,4

MnO

0,162+ 0,015·0,532

0,170

6,2

СаО

0,694+ 0,834·0,532

1,137

41,7

MgO
P2O5
S
Cr2O3

FeO

Fe2O3
Всего

0,254+ 0,009·0,532
0,056+ 0,001· 0,532
0,022+ 0,0015·0,532
0,011
0,115 ·2,726
0,03· 2,726
-

0,259
0,057
0,023
0,011
0,313
0,082
2,726

9,5
2,1
0,8
0,4
11,5
3,0
100,0

 

В табл.1.8 приведен баланс железа для II периода плавки.
Таблица 1.8 - Баланс железа для П периода плавки

Материал

Из Fe2O3, кг

Из FeO, кг

Шлак 1 периода

1,382· 0,05 · 0,7 =0,043

1,382· 0,12 · 0,78= 0,129

Железная руда

1,825· 0,605 · 0,7 =0,773

1,825· 0,275· 0,78=0,391

Доломит

0,300· 0,015· 0,7 =0,003

0,300· 0,0148· 0,78=0,003

Магнезит

0,100· 0,054 · 0,7 =0,004

0,100· 0,002 · 0,73 = 0,0001

Хромомагнезит

0,050· 0,115· 0,7=0,004

-

Боксит

0,150· 0,282· 0,7=0,030

-

Известь

0,532· 0,025· 0,7 =0,009

Всего

0,871

0,523

Остается в шлаке

0,082· 0,7 = 0,057

0,313· 0,78 = 0,244

Переходит в сталь

0,871- 0,057 = 0,814

0,523- 0,244 = 0,279


Всего переходит в сталь:

0,814+0,279=1,093 кг.

 
Выход жидкой стали:

104,391 — 0,70+ 1,104 = 104,795 кг,


где 0,70 - количество выгоревших примесей

 
Составим баланс кислорода для П периода.

Расходуется кислорода 0,965 кг. Поступит в ванну при восстановлении ок-
сидов железа, кг:

,

= 0,080._      

                                       0,429.

Переходит кислорода из газовой фазы:

0,965 — 0,429 = 0,536 кг.


Из извести выделится СО2:

0,532· 0,03 = 0,016 кг,

 
Выделится Н2О, кг, из:

Извести 0,532· 0,0025 = 0,001
Железной руды 1,825· 0,005 = 0,009
Боксита 0,150 · 0,053=
0,008     

                                      0,018

Количество кислорода в стали перед раскислением определим по формуле :

[%С] · [%Fe]=0,0124+0,05 · [%С],

откуда [FeO] = ,

[FeO] = ,

что соответствует содержанию кислорода :

0,127 · = 0,028%.

Примем угар марганца в печи 40 % [6].

Необходимо ввести в сталь 0,3 кг Mn.

Расход ферромарганца составит:

= 0,70 кг.

Угар марганца составит:

0,7 · 0,715 · 0,4 = 0,20 кг.

Принимаем угар углерода, вносимого FeMn, 10%. Ферромарганец вносит в сталь, кг:

Углерода  0,7 · 0,065 = 0,046

Фосфора   0,7 · 0,005 = 0,003

Серы         0,7 · 0,0004 = 0,0002

Кремния    0,7 · 0,015 = 0,010

Марганца                        0,500

Выгорит углерода 0,004 кг [6]. Переходит марганца в сталь 0,3 кг.

Кремний выгорит на 10% - 0,001 кг.

На окисление примесей потребуется

Mn → MnO    = 0,058

Si →SiO2    

C  →CO   0,005

                                      0,064

Образуется окислов, кг:

MnO               0,200 · 0,058 = 0,258

Материальный баланс II периода плавки

Поступило, кг                                                                    Получено, кг

Жидкого металла         104,391                                     Стали                  104,795

Шлака I периода              1,382                                      Шлака                     2,726

Извести                             0,532                                       СО                          1,725

Доломита                          0,300                                        СО2                        0,016

Боксита                              0,150                                       Влаги                     0,018  

Магнезита                          0,100                                                                       109,280  

Хромомагнезита                0,050          

Железной руды                  1,825    

Кислорода                           0,536                

                                             109,266

Невязка 0,014 кг

Материальный баланс всей плавки до раскисления

Поступило, кг                                                                    Получено, кг

Металлич. шихты        100,000                                     Стали                  104,795

Железной руды              15,800                                     Шлака                     2,726

Известняка                        4,248                                       СО                          1,725

Извести                              0,532                                       СО2                        0,016

Боксита                              0,150                                       Влаги                     0,018

       Доломита                            1,100                                                                        123,452

Магнезита                          0,350

Хромомагнезита                0,150          

        Кислорода                          1,100                

                                             123,430

Невязка 0,022 кг.

 III период плавки.

Анализ стали и ферросплавов приведен в табл.1.9.

Таблица 1.9. – Состав ферромарганца и стали, %

Составляющие

С

Si

Mn

S

P

Ферромарганец

Сталь до раскисления

Сталь после раскисления

Необходимо ввести сталь

6,5

0,16

0,14-0,21

-

1,5

0,02

0,02

-

71,50

0,15

0,45

0,30

0,04

0,02

0,02

-

0,500

0,012

0,012

-

SiO2            0,001 · 0,0011 = 0,02__

                                              0,260

CO              0,004 + 0,005 = 0,009

Поступит кислорода из атмосферы печи и во время выпуска (на желобе):

0,064 + 0,028 = 0,092 кг.

Угар примесей составляет:

0,200 + 0,004 + 0,001 = 0,205 кг.

Переходит в сталь из ферромарганца:

0,7 – 0,205 = 0,495 кг.

Вес стали после раскисления:

104,795 + 0,495 + 0,028 = 105,318 кг.

Состав конечной стали:

С =

Mn =

S =

P =

Si =

что соответствует заданному составу (см. табл. 1.1.).

Материальный баланс всей плавки.

Поступило, кг                                                                                     Получено, кг

Металлич. шихты                      100,000                           Стали                     105,318

Железной руды                            15,900                            Шлака                      10,907

Известняка                                      4,248                            СО                              6,214

Извести                                            0,532                           СО2                             0,505

Боксита                                             0,150                         Влаги                           0,300 

Доломита                                          1,100

Магнезита                                         0,350

Хромомагнезита                               0,150

Ферромарганца                                  0,700

Кислорода из газовой фазы              1,192

                                                            124,322

Невязка 0,078 кг.

1.1.5. Продукция и отходы мартеновского производства

На комбинате «Запорожсталь» выпускаются различные виды стали. А именно (должны отвечать определенным стандартам):

а) углеродистые кипящие стали:

  •  08 кп х/к, 08 кп г/к, 08 кп подкат для жести – внутризаводские нормы химического состава;
  •  08 кп – ГОСТ9045-80; ГОСТ4041-71;
  •  08 кп, 10 кп, 15 кп, 20 кп – ГОСТ1050-88;
  •  Ст 1 кп, Ст 2 кп, Ст 3 кп, Ст 4 кп, Ст0 – ГОСТ380-88.

б) углеродистые полуспокойные стали:

  •  08 пс х/к, 08 пс г/к подкат для жести, 08 пс для КрКЗ – внутризаводские нормы химического состава;
  •  08 пс – ГОСТ9045-80, ГОСТ1050-88;
  •  10 пс, 15 пс, 20 пс – ГОСТ1050-88;
  •  25 пс – ГОСТ4041-71;
  •  Ст 1 пс, Ст 2 пс, Ст 3 пс, Ст 4 пс, Ст 5 пс, Ст 3 гпс, Ст 4 гпс, Ст 5 гпс – ГОСТ380-88.
  •  08 пс для стальной эмалированной посуды – ТУ14-15-202-89;

в) углеродистые нестареющие стали с «кипящей» корочкой:

  •  08ю – ГОСТ9045-80, ТУ14-15-123-83;

г) углеродистые спокойные стали:

  •  10, 15, 20, 25, 30 – ГОСТ1050-88;
  •  15к, 20к – ГОСТ5520-79;
  •  Ст3спс – ГОСТ5521-86;

д) низколегированные стали:

  •  09Г2, 09Г2Д, 10ХНДП – ГОСТ19281-89;
  •  09Г2Т – ТУ14-2-141-74;
  •  07 ГСЮФ – ТУ14-1-4484-88 [5].

При заливке чугуна в миксеры образуется так называемая графитовая пыль. Она улавливается и может быть утилизирована.

В ходе плавки образуется большое количество шлака. Его трудно использовать, так как он имеет непостоянный химический состав из-за различных добавок. Хотя часть его также утилизируется.

Отходящие мартеновские газы уносят с собой из рабочего пространства печи более половины общего количества тепла. Часть его из-за подсосов воздуха и прохождения газа через вертикальные каналы и шлаковики теряется. В регенераторах газы остывают до 8000С, а после прохождения борова температура снижается еще на 1000С. Таким образом, перед очисткой температура отходящих газов около 700 0С. Утилизация этого тепла позволяет повысить показатели работы печи, для этого за мартеновскими печами устанавливают котлы-утилизаторы, где газы остывают до 220-250 0С, отдавая свое тепло в виде пара (350…450 кг на 1 т стали) [4].

Газовый состав отходящих газов не представляет собой ценного продукта, а вот уносимая с дымовыми газами пыль после очистки может быть утилизирована.

На ОАО «Запорожсталь» применяется мокрая система очистки газов. Шламовая вода поступает на оборотный цикл водоснабжения. Осветляется в гидроциклонах. Сгущенная пульпа подается на фильтр-прессы и получается кек. Который подается на аглофабрику для дальнейшего использования в аглошихте. Вода оборотного цикла поступает на ГОУ с наличием взвесей до 0,3 г/л.

  1.  Характеристика пылегазовых выбросов мартеновских печей

При выплавке стали в мартеновской печи дымовые газы образуются в результате сгорания топлива, нагрева и разложения сыпучих материалов и окисления углерода шихты.

По результатам промышленных исследований, на современных мартеновских печах количество продуктов сгорания перед газоочисткой из-за подсосов по газовому тракту оказывается в 1,5-2,0 раза больше количества газов, образующихся в печи, то есть около 140-200 тыс. м3/ч [7].

Отходящие газы движутся в рабочем пространстве печи со скоростью, достигающей 1,5-2,0 м/с, и при температуре около 1750 0С [8].

После регенераторов газ поступает в котел-утилизатор, где его тепло утилизируется, а температура снижается до 220-250 0С.

Отходящие газы мартеновских печей содержат значительное количество пыли, выделение которой по периодам плавки – прогрев шихты, расплавление и доводка – неравномерно (рис. 1.2.).

Физико-химический состав пыли. %: 5,65 FeO, 84,63 Fe2O3, 0,7 Al2O3, 5,0 CaO, 1,45 MgO, 1,14 SiO2, 2,65 S, 1,0 MnO, 0,78 C.  

Дисперсный состав пыли во многом зависит от интенсивности продувки ванны кислородом и для средних условий может быть выражен [8]:

Размер частиц, мкм           Менее 1            1-5              Более 5

Массовая доля, %                  60                    34                   6

   

 

I - прогрев (без кислорода);

П - плавленые (продувка кислоро-
дом);

III - доводка (без кислорода).


Рисунок 1.2. - Изменение содержания пыли в газах мартеновской печи

 
В период плавления дисперсный состав следующий [9]:


Размер частиц, мкм <0,07     0,07...0,1     0,1...0,2     0,2...0,3     0,3...0,4


Массоваядоля, %  3,2...5,7    2,8...3,5        12,8...16       16...18      15...16


Размер частиц, мк 0,4...0,6   0,6...0,8        0,8...1              >1


Массовая доля, %  14...18      10...11           7...8           11..12


Плотность мартеновской пыли 4,5-5 г/м3, насыпная плотность 1,5 г/м3 [9].

 
Удельные электрическое сопротивление (УЭС) пыли зависит от температу-
ры и влажности газов. При температуре 20-300 0С и влажности дымовых газов, оп-
ределяемой точкой росы 18-60 0С, УЭС пыли составляет 1010...107 Ом·см. Раство-
римость пыли в воде составит 5...12% [8].

Средний химический состав уходящих продуктов сгорания печей, рабо-
тающих на обогащенном кислородном дутье,% об: 10,5…15,1 СО2, 16...16,5 Н2О,
62,3…66,1 N2, 6,5...7,1 О2 [7].

При работе мартеновской печи на природном газе в дымовых газах может
cодержаться до 110 мг/м3 окислов серы [9].  В газах содержится также 200…400
мг/м3 оксидов азота[9].
1.3 Решенные и нерешенные вопросы по очистке технологических

газов, отходящих от мартеновских печей

На ОАО "Запорожсталь" в мартеновском цехе для очистки отходящих га-зов мартеновских печей применяется мокрая система очистки, которая обеспечивает необходимую степень очистки пыли согласно требованиям, предъявляемым экологической инспекцией.

Нерешенными вопросами являются повышенный каплеунос, отсутствие очистки от вредных газообразных компонентов.

Избыточный каплеунос вызывает зарастание отводящих газоходов мокрыми отложениями. Увеличивает их гидравлическое сопротивление, ведет к коррозионному износу дымососов, газоходов, дымовой трубы и подкафельной промплощадки.

В зимнее время значительное содержание влаги в выбрасываемых газах вызывает конденсирование ее на поверхности трубопроводов и дымовой трубы, а также к их обледенению.

Повышенный каплеунос понижает температуру отходящих дымовых газов (ниже расчетной), ухудшая тем самым рассеивание их в атмосфере.

Так как принципом очистки в мокром аппарате является улавливание пыли каплями жидкости, то каплеунос обуславливает вынос уже уловленной пыли.

В газоочистке ОАО «Запорожсталь» не предусмотрена очистка от вредных газообразных компонентов, так как не разработаны экономически выгодные методы для улавливания их малых концентраций. Таким образом, содержащиеся в выбрасываемых газах оксиды серы и азота при взаимодействии с водой образуют кислоты. При рассеивании газов. Содержащих такие соединения, имеют место так называемые «кислотные осадки».

Задачей данного дипломного проекта является разработка мероприятий по улучшению параметров газоочистной установки и снижению избыточного каплеуноса.  

 

 

2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ


2.1 Способы очистки технологических газов

мартеновских печей


Для очисти отходящих газов мартеновских печей как в СНГ, так и за ру-
бежом применяют в основном установки двух типов: сухой очистки в электро
фильтрах и мокрой очистки в скруббере Вентури (рис.2.1).

 

 


а — мокрая очистка в скруббере Вентури;


б — сухая очистка в электрофильтрах;

  1.  мартеновская печь; 2 — котел-утилизатор; 3 — трубы Вентури;


4 — каплеуловитель; 5 — дымосос; 6 — дымовая труба;


7 — сухой электрофильтр


Рисунок 2.1 — Применяемые схемы охлаждения и очистки газов

мартеновских печей

Эффективность работы обоих аппаратов приблизительно одинакова: и в
том, и в другом случае можно снизить концентрацию пыли в отходящих газах до
100 мг/м3, что соответствует санитарным требованиям [7].

Эксплуатируя следующие типы электрофильтров: в большинстве схем
пластинчатые горизонтальные (дымовые) с С -образными осадительными и шты-
ковыми коронирующими электродами; отличающиеся тем, что штыковые электроды заменены ленточными игольчатыми; УГ и ЭГ (с высотой электродов соответственно 7,5 и 15 м), реконструированные по типу ПГДС. При скорости движения газов в фильтре 1,3 м/с ПГДС и УГ обеспечивают эффективность очистки 98-99%, независимо от метода отопления печей (остаточная запыленность 60-80 мг/м3); при этом перепад давления в фильтре 2,0 кПа.

У большинства печей тракты оборудованы котлами-утилизаторами, так как отходящие газы имеют высокую температуру (около 750 0С).

Применяют индивидуальные и централизованные системы очистки; в первых – фильтр обслуживает одну печь, во вторых – группу печей. Преимуществами централизованной системы являются меньшая занимаемая площадь и более равномерный отбор тепла во времени; недостаток – необходимость герметизации части газохода за дымососами, находящейся под давлением, так как установленные шиберные заслонки работают ненадежно. В индивидуальной схеме нет таких заслонок; она удобна потому, что ремонт электрофильтра можно совместить с ремонтом печи, однако при использовании этой схемы за каждой печью требуется собственная система газоходов, причем электрофильтров нужно иметь столько же, сколько печей.

Электрический режим работы электрофильтра является одним из основных факторов, определяющих эффективность очистки газов, тогда как способ отопления печи не оказывает на нее существенного влияния. Чем выше ток, проходящий через фильтр, и напряжение его питания, тем лучше очистка [10].

Скрубберы Вентури нашли широкое применение благодаря малым габаритам, простоте изготовления. Монтажа и обслуживания. Данный скруббер включает в себя собственно трубу Вентури и прямоточный циклон-каплеуловитель. При необходимости очистки больших количеств газов применяют групповую компоновку из нескольких труб Вентури – по несколько труб в два ряда.

Скрубберы Вентури обеспечивают высокую степень очистки газов (выше 99%) от тонкодисперсной пыли, но обладают большим гидравлическим сопротивлением (до 10 кПа и выше) и значительным каплеуносом. Они относятся к разряду высокоэнергоемких аппаратов [8].

Дымовые газы охлаждаются в котле-утилизаторе и поступают в блок труб Вентури. Могут быть использованы трубы с круглым и прямоугольным сечением горловины. Использование труб с круглым сечением горловины требует отключения части из них при изменении количества газов в процессе плавки. Трубы Вентури с прямоугольным сечением горловины дают возможность осуществлять оптимальный режим работы системы очистки газов в течение плавки путем регулирования сечения горловины [9].

Наиболее часто в качестве каплеуловителей применяют прямоточные циклоны или центробежные скрубберы системы ВТИ [7].

Кроме индивидуальных схем очистки газов, предусмотренных для каждой мартеновской печи, применяют централизованные установки, рассчитанные на несколько печей. Например, можно использовать газоочистку, состоящую из трех блоков: двух рабочих и одного резервного. Каждый блок рассчитывается на очистку газов от определенного количества мартеновских печей и включает полый скруббер для охлаждения газа, трубы Вентури и центробежные пыле- и брызгоуловители.

Мартеновские печи соединены с газоочисткой коллектором. Такая централизованная газоочистка занимает меньшую площадь, чем индивидуальные для каждой печи; кроме того, она дешевле и имеет более низкие эксплуатационные расходы [9].

Анализ технико-экономических показателей газоочистных установок позволяет сделать вывод, что при одинаковой степени очистки удельные капитальные затраты ниже при применении мокрой системы очистки. А удельные эксплуатационные затраты ниже при использовании схемы с электрофильтром.

2.2 Обоснование выбора газоочистной установки

Как отмечалось выше, оба способа очистки технологических газов мартеновских печей (в сухих электрофильтрах и скрубберах Вентури) обеспечивают высокую степень очистки от тонкодисперсной пыли.

При выборе аппаратов газоочистки предпочтение отдается сухим методам. Они требуют сооружения дорогостоящих систем водоснабжения и шламовой канализации, облегчают утилизацию уловленного продукта, снижают коррозионный износ оборудования и коммуникаций, характеризуются меньшим потреблением электроэнергии и воды, улучшают условия рассеивания вредных выбросов в атмосфере [7].

Мокрые аппараты имеют следующие достоинства: простоту конструкции и сравнительно не высокую стоимость; меньшие габариты по сравнению с электрофильтрами; возможность использования при повышенной температуре и повышенной влажности газов; улавливание вместе с взвешенными твердыми частицами паров и газообразных компонентов.

В мартеновском производстве стали для интенсификации процесса плавки применяется подача кислорода в ванну. При этом в отходящих газах резко возрастают концентрация и дисперсность взвешенных частиц, а также значительно снижается  влажность газов (до 40-60 г/м3). В результате очистка газов в электрофильтрах осложняется и требуется проведение специальных мероприятий для обеспечения их нормальной работы 9увлажнение газов с применением химических реагентов) [11].

Мокрым пылеуловителям также свойственны недостатки: получение уловленного продукта в виде шлама; необходимость организации оборотного цикла водоснабжения; образование отложений в оборудовании и газопроводах при охлаждении газов до температуры точки росы или капельном уносе влаги из пылеуловителя; вредное влияние капельной влаги, содержащейся в газах, на стенки дымовых труб; ухудшение условий рассеивания пыли и вредных газов, выбрасываемых через дымовые трубы в воздушный бассейн [7].

В данном случае, то есть при выборе системы очистки газов мартеновских печей ОАО «Запорожсталь», установка электрофильтра невозможна из-за его значительных габаритов. Наиболее целесообразно использовать газоочистку со скруббером Вентури. При возможности подключения к существующему водному хозяйству, рентабельность мокрой очистки значительно повышается [7].

Отходящие газы мартеновской печи имеют высокую температуру (после регенераторов около 700 0С). Поэтому, чтобы использовать тепло отходящих газов, перед скрубберами Вентури устанавливается котел-утилизатор, в котором за счет выработки водяного пара температура газов снизится до 220-250 0С. Полученный пар можно полезно использовать на этом же предприятии.

При очистке в скрубберах Вентури переменных расходов газов применяют двухступенчатую сепарацию влаги: грубую и тонкую. В качестве первой ступени для улавливания основного количества жидкости обычно используются каплеуловители ударно-инерционного типа, а в качестве второй ступени для доулавливания капельной влаги – циклонные сепараторы.

Таким образом, установка для очистки технологических газов мартеновской печи №7 ОАО «Запорожсталь» включает в себя следующие элементы: блок труб Вентури, бункер-каплеуловитель, прямоточный циклон, вентилятор и дымовую трубу.

Принцип действия скруббера Вентури следующий. Труба Вентури состоит из служащего для увеличения скорости газа конфузора, в котором размещают оросительное устройство, горловины, где происходит осаждение частиц пыли на каплях воды, и диффузора, в котором протекают процессы коагуляции, а также за счет снижения скорости восстанавливается часть давления, затраченного на создание высокой скорости газа в горловине. В первичном бункере-каплеуловителе взвешенные в газе частицы оседают за счет сил инерции при повороте газового потока на 180 0. Уловленный продукт удаляется через гидрозатворы в нижней части бункера. В каплеуловителе тангенциального ввода газа создается вращение газового потока, из-за чего смоченные и укрупненные частицы пыли отбрасываются на стенки и непрерывно удаляются из каплеуловителя в виде шлама [7].

Для более экономичного использования воды в системе газоочисток мартеновских печей применяется оборотный цикл водоснабжения.

Схема водоснабжения представлена на рис.2.2. Очистные сооружения оборотного цикла предназначены для очистки сточных вод и обезвоживания шлама после мокрых газоочисток мартеновских печей и подачи осветленной воды на газоочистки.

Сточные воды после газоочисток мартеновских печей отводятся по двум металлическим лоткам в приемную камеру, затем насосами подаются по двум шламопроводам на осветление в открытые безнапорные гидроциклоны. Осветленная вода отводится в два бака- отстойника, откуда насосами подается на газоочистки с содержанием взвеси до 0,3 г/л.

Осадок из конической части гидроциклона распределяется на два радиальных сгустителя, где сгущается до концентрации 200-250 г/л и подается на фильтр-прессы для обезвоживания.

Кек собирается в бункерах, откуда вывозится железнодорожным транспортом на рудный двор доменного цеха.

Для нейтрализации и коагуляции сточных вод применяют известь в виде 5% раствора известкового молока. Для интенсификации процесса осветления предусматривается обработка сточных вод полиакриламидом.

2.3 Обоснование мероприятий по снижению каплеуноса

Так как в условиях ОАО «Запорожсталь» при очистке технологических газов, отходящих от мартеновских печей, в срубберах Вентури имеет место значительный каплеунос, необходимо разработать мероприятия по его снижению.

Как показывает опыт работы газоочистной установки, газы, проходя очистку, имеют на выходе содержание капельной влаги около 200 мг/м3, что в два раза превышает допустимую норму.

Причинами повышенного каплеуноса является следующее. В бункере-каплеуловителе, установленном под трубами Вентури, постоянно имеется определенный уровень воды. При прохождении газового потока через бункер с поверхности «зеркала» жидкости срывается пленка воды, часть которой выносится газовым потоком в выходной патрубок. Конструкция действующего на заводе циклона-каплеуловителя такова, что жидкость поступает во взвешенное состояние в газовый поток в месте входа газа непосредственно в циклон. Причем, жидкость поступает с двух сторон – сверху, в виде стекающей по стенкам каплеуловителя пленки, и с одной из двух вертикальных сторон входного патрубка в виде аналогичной пленки, перемещаемой вращающимся газовым потоком по внутренней цилиндрической стенке каплеуловителя. В циклоне имеет место также вторичный каплеунос, обусловленный контактом вершины вихревого потока с поверхностью воды в нижней части циклона.

Для снижения каплеуноса предлагаются следующие мероприятия. Чтобы избежать контакта основного газового потока с поверхностью воды, необходимо установит в бункере-каплеуловителе над уровнем жидкости металлическую решетку. Нужно выбрать оптимальную форму и уровень расположения решетки для наилучшего каплеулавливания.

В циклоне-каплеуловителе для предупреждения попадания в газовый поток стекающей жидкости предлагается установить два отбойных козырька. Выполненных в виде стандартных уголков: над входным патрубком и на боковой стенке со стороны движения пленки. В нижней части циклона необходимо установить решетку для устранения контакта вихревого потока с поверхностью жидкости.

Необходимо также рассмотреть возможность снижения расхода жидкости на орошение труб Вентури в пределах требуемой степени очистки.

2.4 Расчет скруббера Вентури

Процесс выплавки стали в мартеновских печах включает в себя продувочный и беспродувочный периоды. При расчете газоочистной установки следует учитывать, что расход газов больше в беспродувочном периоде, а запыленность выше в продувочном периоде. Поэтому, в расчете скруббера Вентури в беспродувочный период для уменьшения гидравлического сопротивления аппарата предусмотрим возможность уменьшения расхода воды на орошение труб Вентури.

Исходные данные:

  •  объемный расход очищаемых газов, при нормальных условиях, тыс. м3/ч:

а) продувочный период, Qоп                                                                          143

б) беспродувочный период Qоб                                                                        162

  •  температура газов перед очисткой, tвх, 0С                                               250
  •  разрежение газов перед газоочисткой, Рг, кПа                                       -3,0
  •  концентрация пыли на входе в газоочистку, г/м3

а) продувочный период, Z1П                                                                               6

б) беспродувочный период, Z                                                                       2

- барометрическое давление, В, кПа                                                             100,9

- влагосодержание газов перед газоочисткой , f, г/м3                                   60

- остаточная концентрация пыли на выходе газоочистки, Z2, г/м3               0,08

  •  химический состав газов, %об.: СО2 – 11, О2 – 6,5, Н2О – 16, N2 – 66,5.


 

2.4.1 Расчет трубы Вентури

Продувочный период (базовый и проектный варианты).

Определим требуемую степень очистки газов:

                                               ,                                                (2.1.)

.

Плотность газа при нормальных условиях, кг/м3:

       (2.2)

где - соответственно процентное содержание газов в смеси;

      - малярные массы газов, кг.

кг/м3.

Плотность газа с учетом добавленной влаги при орошении трубы Вентури при рабочих условиях, кг/м3:

                      ,                       (2.3)

где t1 – температура газов на входе трубы Вентури, 0С. Опыт эксплуатации скрубберов Вентури на различных металлургических предприятиях показывает, что газ на незначительном участке конфузора трубы Вентури приобретает параметры, близкие к выходным. Принимаем температуру на выходе трубы Вентури t=60 0С. Тогда tln≈ 62 0C.;

f1разница влагосодержания газа до и после орошения. Для полного насыщения по номограмме находим, что влагосодержание газа после орошения стало 130 г/м3. То есть f1=130-60=70 г/м3 или 0,07 кг/м3.

кг/м3.

Расход газов при рабочих условиях, м3/ч:

                                                  ,                                                (2.4)

  м3/ч или 52,3 м3/с.

Удельный расход воды на орошение из выражения:

                                                   ,                                              (2.5)

                                                        ,                                                (2.5/)

где QBрасход воды на орошение, м3/ч. По заводским данным принимаем QB =130 м3/ч.

 м33.

Тогда температура газов на выходе трубы Вентури, 0С:

                                        t2=                                        (2.6)

.

Плотность газов на выходе из трубы Вентури, кг/м3:

                                     ,                             (2.7)

где ∆Ртр – гидравлическое сопротивление трубы Вентури, кПа.

Чтобы определить ∆Ртр, произведем следующий расчет.

Число единиц переноса:

                                                    ,                                              (2.8)

.

Удельная энергия, затрачиваемая на пылеулавливание, определяется из уравнения:

                                                      ,                                                     (2.9)

                                                      ,                                                  (2.9/)

где В и х – коэффициенты, определяемые дисперсным составом пыли. Принимаем В=1,565 · 10-6, х=1,619 [  ]:

Тогда:

 = 9541 кДж/1000 м3 газов.

Общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, Па:

                                            ,                                                 (2.10)

где РВ – давление воды перед форсунками, Па. По заводским данным принимаем РВП=600000 Па.

Па.

Гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Па:

                                             ∆Ртр=∆Рап - ∆Рб - ∆Рц,                                            (2.11)

где ∆Рб – гидравлическое сопротивление бункера-каплеуловителя, Па. Принимаем ∆Рб=500 Па [ 7 ];

        ∆Рц – гидравлическое сопротивление циклона, Па.

Принимаем ∆Рц =250 Па [7].

Тогда:

∆Ртр.п.=9121-500-250=8371 Па.

То есть минимальное сопротивление трубы Вентури должно быть 8371 Па для требуемой степени очистки. Задаемся ∆Ртр=8,5 кПа.

Тогда:

кг/м3.

Расход газов на выходе из трубы Вентури:

                                                   ,                                       (2.12)

м3/ч или 56,7 м3/с.

На ОАО «Запорожсталь» эксплуатируется установка из десяти труб Вентури известных типоразмеров:

диаметр горловины                                          dr=0,250 м;

длина горловины                                               lr=0,900 м;

диаметр входного сечения конфузора            dК=0,600 м;

диаметр выходного сечения диффузора         dД=0,600 м;

длина конфузора                                                lК= 1,000 м;

длина диффузора                                                lК= 3,320 м.

Для орошения труб Вентури выбираем тангенциальные форсунки [9]. Определяем диаметр отверстия одной форсунки:

                                         ,                                     (2.13)

где QBрасход воды на орошение, м3/с, QВП=130/3600=0,036 м3/с;

      n – количество форсунок, принимаем n=10;

      μ – коэффициент расхода воды, μ=0,73 [7];

      ρВ – плотность воды, кг/м3.

м.

Скорость газа в горловине трубы Вентури:

                                                   ,                                         (2.14)

м/с.

Скорость газа на выходе в конфузор и на выходе из диффузора:

                                                   ,                                            (2.15)

м/с,

                                              ,                                                    (2.16)

м/с.

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы (без орошения).

Сопротивление трубы Вентури складывается из двух сопротивлений:

                                                 ∆Ртр= ∆Рс+ ∆Рж,                                              (2.17)

где ∆Рс – гидравлическое сопротивление сухой трубы, Па;

     ∆Рж – гидравлическое сопротивление, обусловленное вводом орошающей  жидкости, Па.

Из формул:

                                                 ,                                            (2.18)

                                      ,                                          (2.19)

                                                ,                                         (2.20)

где - коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы Вентури;

      - коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы.

      Получим:

                       .               (2.17/)

Откуда:

                                          ,                             (2.17//)

.

Беспродувочный период (базовый вариант).

Требуемая степень очистки газов по (2.1):

.

Температуру на входе в трубу Вентури принимаем равной t=63 0С.

Из формул (2.3) – (2.7), (2.12), (2.14) – (2.16) находим соответственно:

кг/м3.

м3/ч или 59,4 м3/с.

м33.

.

кг/м3.

м3/ч или 64,5 м3/с.

м3/с.

м/с,

м/с.

При м/с, м33, , найдем по формулам (2.18), (2.10), (2.19) и (2.17) соответственно:

Па.

.

Па.

Па.

Из формулы (2.11):

                                           ,                                    (2.11/)

Па.

Тогда удельная энергия, затрачиваемая на пылеулавливание, из (2.10):

                                                    Кr=,                                    (2.10/)

кДж/1000 м3.

Число единиц переноса по (2.9):

.

Тогда степень очистки из (2.8) будет равна:

                                                            ,                                            (2.8/)

.

Тогда:

                                                           ,                                          (2.1/)

г/м3.

Это значение на 3,6% превышает степень очистки и ведет к неоправданным расходам электроэнергии и воды. С целью снижения гидравлического сопротивления трубы Вентури и уменьшения эксплуатационных расходов уменьшим расход воды на орошение.

По данным С.Б.Старка, минимальное допустимое значение удельного расхода м33.

Беспродувочный период (проектный вариант).

Аналогично проведем расчет для проектного варианта по формулам (2.5) – (2.7), (2.12), (2.14):

м3/ч.

.

кг/м3.

м3/ч или 64,6 м3/с.

м/с.

При этой скорости,  м33,  получим по формулам (2.20), (2.18), (2.19) и (2.17) соответственно:

,

Па,

Па.

Па.

Таким образом, уменьшив расход воды на орошение, мы снизим сопротивление трубы Вентури в беспродувочном периоде на 1043 Па.

Определим давление воды перед форсунками для расхода Qв.б =107 м3/ч или 0,029 м3/с.

Из (2.13) выразим:

                                                   ,                                   (2.13/)

Па.

Принимаем МПа.

Определим эффективность очистки. По формулам (2.11/), (2.10/), (2.9), (2.8/), (2.1/) найдем соответственно:

Па.

кДж/1000 м3.

.

г/м3.

То есть даже при минимальном значении удельного расхода орошающей жидкости, мы обеспечиваем необходимую степень очистки при незначительном (на 1-2 0С) повышении температуры на выходе из трубы Вентури. Такое повышение температуры лежит в пределах допустимых требований эксплуатации (до 70 0С).

Уточним скорости на входе в конфузор и на выходе из диффузора:

м/с.

2.4.2. Расчет бункера – каплеуловителя

После труб Вентури в установке газоочистки стоит первичный каплеуловитель. Рассчитаем гидравлическое сопротивление этого бункера в проектном и базовом вариантах.

Глубину бункера до уровня шламовой воды примем hб=2,0 м; ширина выходного патрубка равна а0=1,02 м (по заводским данным).

Гидравлическое сопротивление бункера, Па:

 ∆Рб = ∆Рб1 + ∆Рб2,                            

где  ∆Рб1 – коэффициент гидравлического сопротивления самого бункера при движении газа внутри него, Па;

       ∆Рб2 – гидравлическое сопротивление выходного патрубка при переходе газа из бункера в циклон, Па.

    ,  

                                   

,

Па.

Па

Общее сопротивление бункера:

Па.

Для проектируемого бункера-каплеуловителя рассмотрим возможности конструктивных изменений с целью улучшения его параметров (улучшения степени улавливания капельной влаги и уменьшения гидравлического сопротивления).

Для снижения каплеуноса из бункера с целью предотвращения срыва капель газовым потоком с поверхности жидкости устанавливаем металлическую решетку, изготовленную из стальных прутков диаметром 30 мм, расстояние между которыми 10 мм.

Значительное влияние на изменение гидравлического сопротивления бункера оказывает расстояние от решетки до газохода. В нашем случае, по И.Е.Идельчику, оптимальным расстоянием будет 55% от ширины выходного патрубка, то есть 0,56 м. С учетом внутреннего скругления, радиус скругления внешней кромки будет 0,56+0,12 = 0,68 м., принимаем 0,7 м.

Таким образом, решетка будет иметь форму вогнутой «корзины», симметричной относительно центра выходного отверстия бункера. При такой компоновке обеспечиваются преимущества, присущие применению обтекателей и рассечки для поворота газового потока на 180 0С [12].

 

  


2.4.3 Расчет циклона-каплеуловителя

На ОАО «Запорожсталь» применяются два параллельно работающих циклона диаметром Dц=3,1 м. Рассчитаем параметры работы циклона для базового проектного вариантов.

Скорость газа в циклоне, м/с:

,

где n – количество циклонов, n=2.

Сопротивление циклона, Па:

,

м/с,

Па.

В циклоне-каплеуловителе для уменьшения вторичного каплеуноса предлагается установить два отбойных козырька выполненных в виде стандартных уголков. Для защиты от стекающей сверху жидкости принимаем уголок 100 150 мм длиной l = 2600 мм, для отбоя капель на боковой стенке входного патрубка принимаем уголок 100 100 мм длиной l = 2200 мм, выполненные из стали.

В нижней части циклона предлагается установить решетку из прутков диаметром 20 мм с расстоянием между ними 20 мм.

Основываясь на опыте внедрения аналогичных мероприятий  на СПЦ-3 ОАО «Днепроспецсталь», предлагаемые изменения в конструкции каплеуловителей обеспечат уменьшение капельной влаги в отходящих газах до значений, меньших, чем допустимый уровень 13.

Таким образом, фактическое сопротивление скруббера Вентури составит:

  1.  базовый вариант:

Па,

Па;

  1.  проектный вариант:

,

.

Результаты расчета скруббера Вентури приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Расчетные параметры газоочистной установки

Параметр

Вариант

базовый

проектный

продувоч

ный период

беспроду

вочный период

продувоч

ный период

беспроду

вочный период

  1.  Расход газа, м3
  2.  Скорость в горловине трубы Вентури, м/с
  3.  Расход воды на орошение труб Вентури, м3
  4.  Удельный расход воды на орошение, м33
  5.  Давление воды перед форсунками, МПа
  6.  Запыленность, г/м3
  •  до очистки
  •  после очистки

7.Гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, Па

56,7

116

0,036

0,0007

0,6

6

0,08

9166

64,5

131,8

0,036

0,00061

0,6

2

0,008

10865

56,7

116

0,036

0,0007

0,6

6

0,8

9096

64,6

131,9

0,029

0,0005

0,45

2

0,02

9715

2.5 Аэродинамический расчет газоотводящего тракта

Суммарные потери давление состоят их потерь давления на трение ∆Р1, потерь давления на местных сопротивлениях ∆Рм, а также самотяги Рс, Па:

∆Р=∆Р1+∆Рм – Рс,

Потери давления на трение в круглых трубопроводах определяются по формуле, Па:

,

где λ – коэффициент сопротивления трению;

     l – длина участка газопровода, м;

    d – диаметр газопровода, м;

    ρr – плотность газа в условиях газохода, кг/м3;

    W – средняя скорость газов на участке газопровода. м/с.

Потери давления на местных сопротивлениях, Па:

,

где ξ – суммарный коэффициент местного сопротивления, зависящей от вида местных сопротивлений на участках газопровода.

Общее сопротивление газоотводящего тракта определяют как сумму сопротивлений размещенного в нем оборудования ∆Рапар., потерь давления на трение ∆Р1 и потерь давления на местное сопротивление ∆Рм (с учетом самотяги Рс):

.

На рис.2.4 представлена схема газоотводящего тракта. Он состоит из следующих участков:

I – мартеновская печь – уровень земли;

II – уровень земли – котел-утилизатор;

III – котел-утилизатор – скруббер Вентури;

IV – скруббер Вентури – вентилятор;

V – вентилятор – тройник;

VI – тройник - дымовая труба.

Материал трубопровода на участках:

I – кирпич; II – IV – сталь сварная, умеренно ржавая.

Геометрические размеры трубопроводов следующие:

l1=1,5 м; l2=8 м; l3=2 м; l4=6 м; l5=20 м; l6=2 м; l7=20 м; l8=4 м; l9=0,5 м; l10=1,5 м; l11=9 м; l12=5 м; l13=30 м; dII=3,5 м; dIII=2,6 м; dIV-V=1,5 м; dVI=2 м.

Трубопровод на I участке прямоугольного сечения а  b =2,5 м. Эквивалентный диаметр будет равен:

,

где а, b – длина сторон сечения трубопровода.

м.

Падение температуры на 1 м длины принимаем 0,5 0С (на участках IV, V и VI).

Результаты аэродинамического расчета для базового и проектного вариантов в табл.2.2 и табл.2.3соответственно.

Общее сопротивление газоотводящего тракта в проектном варианте:

Па,

Па.

2.7 Расчет и выбор тягодутьевого оборудования

Вентилятор выбираем на основе аэродинамического расчета газоотводящего тракта.

Расход газов и сопротивление системы выше в беспродувочный период. Поэтому вентилятор выбираем по параметрам системы для этого периода мартеновского процесса.

Производительность вентилятора QB принимаем с запасом 10% по отношению к расчетному количеству газов вентилятора Qp, м3/с:

.

Перепад давления на вентиляторе, Па:

.

Создаваемое дымососом разрежение приведенное к условиям каталога, по которому выбираем вентилятор ∆Ркат., принимается равным, Па:

,

где К – коэффициент пересчета.

,

где tг – температура газа у вентилятора, 0С;

     tкат – температура, к которой отнесены каталожные данные, 0С;

   ρог и ρОВ – плотность соответственно газа и воздуха при нормальных условиях, кг/м3.

Потребляемую вентилятором мощность NB определим по формуле, кВт:

,

Проектный вариант:

м3/с  или 123480 м3/ч,

Па,

,

Па,

кВт.

Необходимая мощность электродвигателя для вентилятора с учетом коэффициента запаса, кВт:

Nэ=1,05 · NB,

,

кВт.

Принимаем к установке вентилятор типа ВМ – 20А, техническая характеристика в табл.2.4.

Таблица 2.4 – Техническая характеристика вентилятора ВМ-20А

Характеристика

Единица измерения

Численное значение

  1.  Частота вращения
  2.  Производительность
  3.  Полное давление
  4.  Потребляемая мощность
  5.  Максимальный к.п.д.
  6.  Расчетная температура

об/мин

тыс.м3

Па

кВт

0С

1480

150

12900

800

0,81

70

  

К установке принимаем электродвигатель типа ДА-304/450У/4У1. Техническая характеристика приведена в табл.2.5.

Таблица 2.5 – Техническая характеристика электродвигателя типа

ДА-304/450У/4У1

Характеристика

Единица измерения

Численное значение

  1.  Частота вращения
  2.  Напряжение
  3.  Мощность

об/мин

В

кВт

1500

6000

800

Так как рабочее давление вентилятора превышает номинальное, а расход газов меньше номинального, то необходимо увеличить число оборотов на валу двигателя.

2.2. ОХРАНА ТРУДА

2.2.1. Безопасность технологических процессов и оборудования

Безопасность мартеновского процесса

Технологический процесс получения стали в мартеновских печах включает несколько периодов: заправку печи, завалку шихты, заливку чугуна, плавление шихты, доводку плавки, раскисление, легирование и выпуск стали и печи.

Безопасность мартеновского процесса выплавки стали требует соблюдения определенных технологических параметров, в числе которых порядок завалки шихтовых материалов в печь, заливки чугуна, ведения плавки, подготовки и провидения отдельных операций и так далее. Технологические параметры процесса оказывают непосредственное воздействие на физико-технические условия протекания процесса и геометрические параметры рабочего пространства печи.

Существенное влияние на безопасность процесса оказывают порядок завалки шихты в мартеновскую печь и расположение шихтовых материалов на подине печи. Медленная завалка печи при больших перерывах между порциями и последующей добавкой холодного скрапа вызывает застывание металла, а работа на холодной шихте, состоящей из крупного скрапа, заваливаемого в печь в большом количестве, приводит к чрезмерному охлаждению рабочего пространства печи, что приводит к застыванию металла и усложняет работы по устранению этого нарушения [1].

Нормируемыми параметрами мартеновской плавки является масса шихтовых материалов. Превышение параметров плавки по массе исходных материалов приводит к различного рода отклонениям.

Основные физические и химические процессы плавления происходят при высокой температуре (около 1800 0С), получаемой в рабочем пространстве мартеновской печи в результате сгорания природного газа. Повышение нормируемых параметров температуры резко снижает стойкость огнеупорной кладки печи; снижение температуры увеличивает длительность плавки, уменьшает скорость обменных процессов и так далее. Таким образом, наблюдается снижение безопасности процесса: в первом случае возникает возможность взрыва, а во втором увеличивается время действия тепловых излучений на рабочий персонал.

Нормальное ведение мартеновской плавки связано с соблюдением определенных газодинамических параметров. В рабочем пространстве печи над ванной с высокой скоростью проходит огромное количество газов. Для 500-тонной печи объем продуктов сгорания за плавку составляет около 500 млн.м3 газов, нагретых до 1700 0С, поэтому в определенные периоды плавки требуется нормирование параметров газового потока.

Строгое соответствие геометрическим параметрам рабочего пространства мартеновской печи имеет огромное значение для обеспечения безопасности процесса. Ванна печи испытывает большие гидростатические давления расплавленного металла: при нарушении целостности ванны возникает вероятность экстремальных отклонений, связанных с прорывом огнеупорной кладки и уходом стали из печи. Для сохранения кладки рабочего пространства печей в процессе эксплуатации перед каждой плавкой необходимо заправлять изношенные участки футеровки, то есть без остановки на ремонт выполнять комплекс мер по восстановлению поврежденных участков огнеупорной футеровки пода, передней и задней стенок печи.

Футеровка подины, откосов и стенок мартеновской печи должна удовлетворять основному требованию безопасности – обеспечению непроницаемости для расплавленных металла и шлака. В современных мартеновских печах применяют комбинированную футеровку подины, состоящую из двух слоев: нижнего из огнеупорного кирпича и верхнего – рабочего наваренного [1].

Меры по обеспечению безопасности труда

при ведении мартеновского процесса

При выплавке стали в мартеновских печах следует соблюдать меры, гарантирующие безопасность труда. При выполнении трудовых операций необходимо соблюдать следующие требования.

Заправку печи производить только со стороны неработающей головки печи, поэтому перед каждой перекидкой клапанов подают звуковой сигнал. При первых звуках сигнализации персонал печи удаляется от рабочих окон во избежание получения ожогов от выбрасываемого через них пламени. В период перекидки клапанов и изменения направления газа и пламени в рабочем пространстве печи прекращают проведение операций по завалке шихты. При проведении завалки необходимо контролировать влажность материалов. При необходимости шихту нужно подсушить, для чего мульды выдерживают в печи и медленно поворачивают; просушку железной руды и боксита осуществляют в специальных сушильных установках. При заливке чугуна ковш подвешивают над желобом так, чтобы высота падения струи была минимальной, а мощность ее не вызывала переполнения желоба-чугуном; поворот ковша выполняют плавно.

Слив чугуна из ковшей, имеющих на поверхности застывшую корку, может привести к аварии. Во время слива чугуна обслуживающий персонал удаляют от ковша и желоба на безопасное расстояние.

Во избежание выброса из печи металла и шлака, нельзя заливать жидкий чугун в большую массу расплавленной и окисленной ванны.

Уровень расплавленной стали в ванне не превышает основные пороги печи, чтобы не произошло прорыва металла через рабочие окна.

Оповещении о проведении опасной выдувки остатков металла и шлака из ям и углублений на подине печи производят звуковым сигналом перед началом выдувки; персонал, находящийся возле сталевыпускного желоба и в разливном пролете вблизи печи, удаляют из опасной зоны.

Шлак под рабочую площадку спускают через отверстие в полу рабочей площадки, которое обычно закрыто откидной крышкой. Коробки и ковши для шлака систематически проверяют на отсутствие влаги, из-за опасности взрыва.

Для полировки ванны используют кусковую железную руду без пыли и мелочи. При этом подачу газа и кислорода в печь прекращают, а дымовой шибер полностью открывают. Перед загрузкой руды подают звуковой сигнал, а обслуживающий персонал удаляется от печи на безопасное расстояние.

Для предупреждения прорыва металла через выпускное отверстие принимают особые меры, обеспечивающие его тщательную заделку. Разделку этого отверстия производят, находясь сбоку от желоба и защищая лицо предохранительной сеткой или щитком. Основной мерой безопасности при раскислении стали в ковше является применение измельченных и нагретых раскислителей [1].

Вредные производственные факторы

мартеновского процесса и меры по их предотвращению

При выплавке стали в мартеновских печах возникают вредные производственные факторы, которые оказывают влияние на условия безопасности. К числу таких факторов относятся тепловые и световые излучения, выделения пыли и газа в производственное помещение, а также шум и вибрация.

Продолжение таблицы 2.2.1

1

2

3

4

5

5. Вибрация общая, дБ

101

105 . . .107

Механизмы разливочных, заливочных и других кранов

Амортизация кабин разливочных кранов; балансировка оборудования. Амортизаторы выполнять в виде стальных пружин, рессор.

Безопасность технологического оборудования

К производственному оборудованию предъявляется комплекс требования безопасности. Оно должно быть безопасным при эксплуатации, монтаже и демонтаже, ремонте, транспортировке и хранении, исключать пожаро- и взрывоопасность (согласно ГОСТ 12.2.003-74).

Безопасность производственного оборудования обеспечивается правильным выбором принципов действия, кинематических схем, конструктивных решений параметров рабочих процессов; использованием средств механизации и автоматизации; применением специальных защитных средств; соблюдением эргономических требований безопасности и техническую документацию [16].

Уровень механизации можно определить для каждого рабочего места по формуле:

,

где М – сумма человеко – часов механизированного труда;

     R - сумма человеко – часов ручного труда.

В печном пролете мартеновского цеха установлено оборудование для подачи жидкого чугуна и холодной шихты в мартеновские печи и для их заправки, также вспомогательное оборудование.

Заливка жидкого чугуна в печи осуществляется заливочными кранами грузоподъемностью 125/30 т. Они же выполняют выполняют и вспомогательные работы: переносят бункер с заправочными материалами, контейнеры с раскислителями, устанавливают заливочные желоба [17].

Загрузка холодных материалов осуществляется завалочными машинами напольного типа грузоподъемностью 10 т.

Для заправки огнеупорной кладки мартеновской печи служат заправочные машины: ленточные, самоходные и ленточные подвесные  [17].

В разливочном пролете производится выпуск стали в сталеразливочные ковши. Сталь из ковшей разливают по изложницам при помощи разливочных кранов грузоподъемностью 320 т.

В цехе наблюдается большая концентрация железнодорожных потоков на сравнительно небольших участках.

Таким образом, основным технологическим оборудованием мартеновского цеха является погрузочно-разгрузочные машины. Требования к эксплуатации таких машин регламентируется ГОСТ 12.2.065-81.

Согласно требованиям ГОСТ 12.3.009-76 на предприятиях составляются карты технологических процессов на погрузочно-разгрузочные работы. В этих картах учитываются следующие требования безопасности: механизация при погрузочно-разгрузочных работах шихтовых материалов при транспортировании на расстояние не более 25 м по горизонтали и свыше 3,5 м по вертикали. Погрузочно-разгрузочные площадки, трапы, мостки, сходни, слеги должны содержаться в исправном состоянии, быть очищенными от снега и льда, посыпаны песком или шлаком в зимнее время [16].

Для обеспечения безопасности при эксплуатации грузоподъемных машин служат предохранительные приспособления и устройства: тормоза, ограничители хода и подъема, блокировки, звуковой сигнал и др.

Все части грузоподъемных машин, представляющие опасность при эксплуатации (зубчатые, цепные и червячные передачи; муфты с выступающими болтами или шпонками; канатные блоки крюковой подвески; троллейные провода и другие доступные и находящиеся под напряжением части электрооборудования), ограждены [18].

Для создания безопасных условий работы грузоподъемного устройства необходимо обеспечивать прочный захват поднимаемого груза, исключающий его соскальзывание и падение. Для этого применяются крюки с предохранительными устройствами: замки, защелки, карабины.

Все грузоподъемные машины и механизмы до начала эксплуатации подлежат регистрации в органах Госгортехнадзора и подвергаются полному техническому освидетельствованию, которое заключается в осмотре, статическом и динамическом испытаниях. Во время эксплуатации грузоподъемные машины и механизмы подлежат периодическому частичному (не реже одного раза в 12 месяцев) и полному (не реже раза в три года) освидетельствованию.

Скорость движения составов с жидким чугуном и сталью на территории здания в соответствии с требованиями правил безопасности в сталеплавильном производстве не превышает 3 км/ч.

Безопасность в газовом хозяйстве

При выплавке стали в мартеновских печах применяется природный газ в качестве топлива и кислород для продувки ванны. Газы являются горючими, и поэтому большое значение имеет соблюдение техники безопасности при их применении.

Трубы, оборудование, приборы и арматура, идущие на сооружение систем газоснабжения цеха, а также условия их прокладки и способы крепления газопроводов, устройство дымоходов и вентиляции должны соответствовать требованиям СНиП II-37-76 и Правилам безопасности систем газоснабжения Украины.

Прокладка газопроводов совместно с кислородопроводами в каналах пола запрещается [16].

Газопроводы защищены от воздействия открытого теплового излучения.

В местах прохода людей газопроводы должны быть проложены на высоте не менее 2,2 м.

После испытания на прочность и плотность и в процессе эксплуатации газопровод должен окрашиваться масляными или нитроэмалевыми водостойкими красками в желтый цвет с предупреждающими красными кольцами.

Давление природного газа, подаваемого к рабочему посту, не должно превышать 0,15 МПа. Таким образом, трубопроводы подачи природного газа к мартеновской печи относятся к трубопроводам высокого давления.

На всем газовом оборудовании установлены: запорная арматура, контрольно-измерительные приборы, регулирующие и предохранительные устройства газопотребляющих агрегатов.

Газовые сети и газовое оборудование мартеновского цеха подвергаются техническому обслуживанию и плановым ремонтам. Техническое обслуживание должно проводиться не реже одного раза в месяц, ремонт – не реже одного раза в год.

Газопроводы внутри цеха должны иметь систему продувочных труб (свечей) с запорными устройствами.

Запрещается нагрузка газопроводов всякого рода тяжестями и использование их в качестве опорных конструкций. Не допускается использовать газопроводы в качестве заземления [16].

Места подвода природного газа к печи и кислорода к продувочным фурмам выполнены особенно герметичными, так как здесь имеется возможность воспламенения и взрыва из-за наличия высоких температур.

Расчет уровня безопасности мартеновского процесса

Рассчитаем уровень безопасности технологического процесса выплавки стали в мартеновской печи емкостью 500 т.

Основные нарушения и экстремальные отклонения параметров безопасности мартеновского процесса и их продолжительность в часах:

  1.  Нарушение параметров t/:

переокисленность металла                                                                  50,6

перегрев металла                                                                                  21,3

превышение допустимого уровня металла                                        19,0

оплавление свода печи (повышенная температура в печи)             23,5

высокое давление газов в печи                                                           47,3

                                                                                ∑t/=161,7

  1.  Экстремальные отклонения параметров τ/:

подача в печь пылеобразных шлакообразующих материалов         6,5

подача рудной шихты в перегретый металл (выброс металла)       13,3

подача в печь влажных ферросплавов                                                 4,2

                                                                                   ∑τ/=24,0

  1.  Нарушение параметров под воздействием внешних факторов или в результате неисправности агрегата или его элементов φ/:

завалка негабаритного лома                                                                 58,8

нарушение целостности подины                                                            7,8

подача в ковш влажных ферросплавов                                                 14,0

нарушение целостности системы охлаждения фурм                             5,5    

                                                                                                   ∑φ/=86,1

Продолжительность горячих и холодных ремонтов t=50 ч. Время протекания процесса Т=870 ч. Время работы мартеновской печи:

Т/=Т-t=870-50=820 ч.

Уровень безопасности технологического процесса выплавки стали в мартеновской печи составит:

,

.

Чтобы повысить уровень безопасности процесса, необходимо: увеличить надежность работы механизмов, участвующих в производственном процессе, улучшить подготовку заваливаемой шихты (измельчение крупного лома, сушка влажных материалов); повысить герметичность печи.

Расчет уровня безопасности технологического оборудования

Рассчитаем уровень безопасности завалочной машины грузоподъемностью 15 т.

  1.  Нарушение параметров, связанных с появлением опасных и вредных производственных факторов в часах, t//:

опрокидывание загрузочной тележки                                                2,0

сбой механизма вращения хобота                                                       1,5

                                                                            ∑t//=3,5

  1.  Отклонения при работе оборудования в аварийных ситуациях в часах, τ//:

    остановка механизма замыкания мульды                                    1,7

    сбой электропитания механизма передвижения тележки         3,0

                                                                                                        ∑τ//=4,7

Общее время работы завалочной машины, за которое приняты нарушения и экстремальные отклонения параметров Т//=45 ч.

Уровень безопасности и травмоопасности оборудования (завалочной машины) равен:

,

.

Для повышения уровня безопасности производственного оборудования необходимо внедрять комплекс мероприятий по своевременному ремонту машины, диагностики и контролю работоспособности отдельных механизмов.

  1.  Гигиена труда и производственная санитария

Анализ потенциально вредных факторов производственной среды. Принятые меры защиты

При выплавке стали в мартеновских печах возникают вредные производственные факторы, которые оказывают влияние на условия труда рабочих. К числу таких факторов относятся тепловые и световые излучения, выделение пыли и газа в производственное помещение, а также шум и вибрация.

Источниками излучений являются факел пламени, нагретая до высокой температуры огнеупорная футеровка внутреннего пространства печи и поверхность расплавленного металла и шлака, воздействие которых проявляется при открытых окнах печи. Кроме того, источниками излучений являются заливаемый чугун, жидкий шлак, расплавленный металл при выпуске и разливке стали. Все источники имеют температуру, превышающую 500 0С, поэтому спектр излучения содержит световые и инфракрасные лучи. Интенсивность облучения на рабочих местах от 0,01 до 10,5 кВт/м2 [1].

В мартеновских цехах тепловому облучению в основном подвергаются сталевары и помощники сталеваров. Инфракрасные излучения влияют на функциональное состояние человека, его центральную нервную систему, сердечно-сосудистую систему. Отмечается резкое учащение сердцебиения, повышение максимального и понижение минимального артериального давления, учащение дыхания, повышение температуры тела и усиление потоотделения, заболеваемость сердечно-сосудистой системы и органов пищеварения.

Световые излучения могут вызвать целый ряд патологических изменений в состоянии глаз: конъюктивиты, помутнение роговицы, депигментацию радужки, спазм зрачков, помутнение хрусталика, ожог сетчатки и др.

При длительном пребывании человека в зоне инфракрасного излучения, как и при систематическом воздействии высокой температуры, происходит нарушение водно-солевого баланса, который вызывает так называемую судорожную болезнь. Нарушение теплового баланса вызывает заболевание, называемое тепловой гипотермией или перегревом [16].

Вредное воздействие на организм человека тепловых излучений в условиях мартеновского цеха значительно выше, чем в других цехах.

В мартеновском цехе образуется и выделяется в производственное помещение большое количество пыли. Основным источником является мартеновская печь. Пыль в виде сконденсированных частичек испаренного металла и шлака является мелкодисперсной. В зоне печного пролета концентрация пыли достигает 143 мг/м3. Источником ее попадания в рабочую зону является также негерметичность оборудования при проведении операций по завалке шихты.

Проникая в организм при дыхании, при заглатывании и черезпоры кожи, пыль может вызвать различные профессиональные заболевания. Мартеновская пыль относится к пылям неорганического происхождения. В ее состав входят железо, хром, никель, марганец, бенз(а)пирен, медь. Эти вещества, в зависимости от концентрации, могут оказывать токсическое влияние на организм работающего.

В ходе технологического процесса также выделяются газообразные вредные вещества. Основным источником загрязнения воздушной среды цеха газовыми выделениями является мартеновская печь. При выбивании языков пламени из-под заслонок окон, открывании окон печи, а также при выпуске и раскислении стали из рабочего пространства печи и из ковша выделяются газы. Иногда выделение газов возникает вследствие нарушения целостности газовых коммуникаций [1].

В воздух рабочей зоны попадают следующие газообразные вещества: оксид углерода (II), сернистый ангидрид, оксид азота (II) и др. Оксид углерода (II) является продуктом неполного сгорания топлива или образуется в результате физико-химических реакций в процессе плавки. Угарный газ поступает в организм человека через дыхательные пути. Из-за образования карбоксигемоглобина резко снижается способность крови переносить кислород к тканям, может наступить кислородное голодание. Главным образом, это влияет на функции центральной нервной системы.

Сернистый ангидрид обладает раздражающим действием. При контакте с биологическими органами он вызывает воспалительную реакцию, причем в первую очередь страдают органы дыхания, кожа и слизистые оболочки глаз.

Оксид азота (II) попадает в организм через дыхательные пути и образует в крови метгемоглобин. У рабочих может возникнуть кашель, удушье, одышка. В тяжелых случаях может развиться отек легких. Наблюдаются также головные боли, сердечная слабость [24].

При выполнении некоторых операций мартеновского процесса возникает шум механического, аэродинамического  и термического происхождения (движение кранов, завалочных машин, движение газовых потоков в печи и газоходах и т.п.), что требует обеспечения защиты персонала.

Оценка факторов производственной среды и трудового процесса для сталевара в мартеновском цехе приведена в табл. 4.2.  

Как видно из таблицы, согласно гигиенической классификации труда на условия труда сталевара в мартеновском цехе наибольшее влияние оказывают такие факторы, как пыль и тепловое излучение (III степень вредности и опасности).

Работа сталевара в мартеновском цехе по энергозатратам относится к категории IIб – средней тяжести.

От рассмотренных выше потенциально вредных факторов производственной среды в мартеновском цехе приняты следующие меры защиты.

Для защиты от тепловых излучений и создания необходимых условий труда применяют: тепловую изоляцию поверхностей, излучающих тепло; ускоренное проведение операций, связанных с открыванием окон, заливкой чугуна, скачиванием шлака, выпуском и разливкой стали; экранирование рабочих мест; естественную и механическую вентиляцию; водораспыливание на рабочих местах; спецодежду и другие средства индивидуальной защиты.

Для защиты от пылевыделений применяется местная вентиляция. Применение средств индивидуальной защиты органов дыхания, в частности респиратора ШБ-2 «Лепесток», устраняет воздействие пыли на организм работающих [1].

Одной из основных мер по предупреждению возможного отравления оксидом углерода (II), сернистым ангидридом, оксидом азота (II) и другими газами является своевременное обнаружение мест их выделения и скопления. В цехе применяется вытяжная вентиляция.

Для защиты от шума применяют индивидуальные средства защиты. На постах управления используют звукопоглощающие и звукоотражающие экраны.

Вентиляция

Производственная вентиляция – это организованный обмен воздуха между производственным помещением и атмосферой. С помощью вентиляции как дополнительного оздоровительного мероприятия достигается нормализация микроклимата, а также устраняется загрязнение воздуха рабочей зоны вредными веществами [24].

В мартеновском цехе присутствует так называемый «эффект теплового напора». То есть нагретый воздух легче холодного и устремляется вверх, а на его место поступает более тяжелый (холодный) воздух из соседних зон. Естественная вентиляция в цехе осуществляется посредством аэрации – организованного регулируемого естественного воздухообмена, поддерживающего в помещении заданные параметры воздушной среды.

Значения принятых допустимых параметров воздушной среды в рабочей зоне приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3. – Значения допустимых параметров воздушной среды в рабочей зоне

Период года

Характеристика производственных помещений по избыточным тепловыделениям

Катего

рия работ по тяжести

На постоянных раб. местах

Температура воздуха вне постоянных раб. мест, 0С

Температура воздуха 0С

Относи

тельная влаж

ность, %

Скоро

сть движе

ния воздуха м/с

Теплый

Холодный

>23 Вт/м3

>23 Вт/м3

IIб

IIб

27

21

70

75

0,2-0,5

≤0,4

29

23

 

Так как тепловые излучения и выделения пыли значительно превышают допустимые значения и образуются практически во всем объеме производственного помещения, устраиваем полную аэрацию [29].

Определяем необходимый воздухообмен по теплоизбыткам, кг/ч:

,

где Qизб – избыток тепла, кДж/ч;

     m – коэффициент, учитывающий теплонапряженность и вредность;

     С – теплоемкость воздуха, С=1,005 кДж/кг ·К;

      tух – температура воздуха, уходящего из помещения, 0С;

       tприт – температура приточного воздуха, tприт=27 0С – для Запорожья.

Температура уходящего воздуха:

tух= tр.з.+ к · (Н-2),

где tр.з. – температура воздуха в рабочей зоне, 0С;

     к – коэффициент, учитывающий теплонапряженность, равный 0,5…1,5 0С/м;

     Н – высота рабочего помещения, м.

Tух=30+1,1 · (15-2) = 44,3 0С.

,

.

Тогда необходимый воздухообмен:

кг/ч.

Для осуществления аэрации устраиваем три ряда отверстий в продольных стенах здания мартеновского цеха: первый ряд – на уровне 1,2 м от пола, второй – на уровне 4 м от пола и третий – на уровне подкрановых балок. На крыше устраиваем вытяжной фонарь. Такое размещение отверстий позволяет увеличить воздухообмен летом, а зимой, закрыв нижние проемы, уменьшить его и обеспечить за счет тепла помещения подогрев поступающего через средний проем холодного воздуха прежде чем он дойдет до рабочих мест [29].

Освещение

Естественное освещение предусмотрено для помещений с постоянным пребыванием в них людей. При работе в ночное время в производственных помещениях применяется искусственное освещение.

Согласно СНиП II-4-79 «Естественное и искусственное освещение» работы в мартеновском цехе относятся к VIII разряду зрительной работы, к подразряду а. В цехе применяется боковое и верхнее освещение.

Определяем нормированное значение коэффициента естественной освещенности (КЕО):

ен = е · т ·с,

где е – значение КЕО (%), определяемое с учетом характера зрительной работы, е=1% [25];

      т – коэффициент светового климата, для IV пояса т=0,9 [25];

      с – коэффициент солнечности климата, с=0,75 [25].

ен=1 · 0,9 · 0,75 = 0,675%.

Для искусственного освещения в мартеновском цехе применяются лампы накаливания мощностью 750 и 500 Вт. Для бокового освещения – 80 шт. (750 Вт); для верхнего освещения – 80 шт. (500 Вт). Коэффициент запаса светильников в зависимости от запыленности равен 1,7 [25].

Физиологическая регламентация труда и отдыха.

Медико-биологические мероприятия

Большое значение для нормализации работы персонала в условиях значительных тепловыделений имеет рациональный режим труда и отдыха. Включающий регламентированный отдых, устройство комнат отдыха с подачей кондиционированного воздуха, а также водные процедуры – полудуши, обмывания, обтирания [1].

Для предотвращения перенапряжения организма вследствие сочетания воздействия физической, тепловой и нервно-эмоциональной нагрузок необходима регламентация труда и отдыха рабочих, в частности, сталеваров.

Период непрерывного выполнения операций в условиях избыточного тепла не более 10 мин.

После второго часа работы устанавливается 15-ти минутный перерыв, который должен проходить в комнате отдыха.

Для обеспечения адаптации к условиям мартеновского цеха в первые 2-3 недели молодые рабочие, а также рабочие после перенесенных заболеваний и после отпуска должны выполнять работу легкой и средней тяжести с постепенным увеличением нагрузки. Обязательны перерывы на отдых по 8-10 мин. [26].  

Комнаты отдыха оборудуются в герметичном, звукоизолированном (уровень шума не более 50 дБА) помещении с кондиционированием воздуха, установками-автоматами ОМ-1 для проведения оксигенопрофилактики, полудушем, креслами для принятия удобной для расслабления мышц позы.

Развитие профессиональных и производственно обусловленных заболеваний, а также неблагоприятных изменений в состоянии здоровья работающих в результате действия вредных производственных факторов в каждом случае в определенной мере зависит от исходного состояния здоровья определенной группы работающих на вероятность развития патологического процесса возрастает. Поэтому наряду с технологическими, планировочными, техническими и другими мероприятиями по снижению интенсивности воздействия производственных факторов большое внимание уделяется мерам по повышению сопротивляемости организма раблтающих их действию. Указанные меры осуществляются в рамках медико-санитарного обслуживания работающих и включают:

а) медицинские осмотры (предварительные при поступлении на работу, и периодические – в течение срока трудовой деятельности) работающих во вредных условиях;

б) использование лечебно-профилактического питания;

в) использование адаптогенов, лекарственных средств природного происхождения с целью патогенетической профилактики неблагоприятного действия факторов производственной среды [24].

Для поддержания витаминного баланса в организме рабочих рекомендуется витаминизированный напиток на чайной основе, молочно-кислые напитки.

Питьевые точки должны быть расположены вблизи рабочих мест.

Пища работающих должна быть разнообразной, богатой витаминами.

Для повышения сопротивляемости организма к контрастным температурам, простудным и другим заболеваниям рекомендуется посещение оздоровительного комплекса: водные процедуры (сауна-бассейн-душ-обтирание), ингаляторий, физиотерапевтический кабинет и др. [26].

Из-за содержания в воздухе рабочей зоны марганца, необходимо в питание включать продукты  с высоким содержанием кальция.

Инженерная разработка мер защиты от избыточного тепла

По проведенному выше анализу видно, что наиболее опасным и вредным фактором производственной среды в мартеновском цехе является избыточное тепло. Таким образом, мартеновский цех относится к горячим цехам.

В результате постоянного движения воздуха в помещении происходит его нагрев не только в месте нахождения источников тепла, но и на более отдаленных участках. Рабочие мартеновского цеха, в частности сталевары, подвергаются воздействию инфракрасного облучения интенсивностью 1,05…3,5 кВт/м2. Это превышает ПДУ; значит необходимо защищать рабочие места от воздействия излишнего тепла.

Для защиты работающих и улучшений условий труда применяют следующие меры: теплоизоляцию поверхностей, излучающих тепло, с помощью водоохлаждаемых экранов, рам, щитов, завес и др.; естественную и механическую вентиляцию; водораспыливание на рабочих местах; воздушное душирование; спецодежду; рациональную организацию режима труда и отдыха; устройство специальных мест и комнат отдыха [1].

Для ослабления воздействия тепловых излучений на организм человека в мартеновском  цехе установлен рациональный питьевой режим снабжения рабочих подсоленной газированной водой, белково-витаминным напитком и т.п.

Для охлаждения и уменьшения воздействия избыточного тепла в мартеновском цехе можно применять мелкодисперсное распыление воды. Диаметр капелек не должен превышать 50-60 мкм. Водяная пыль, попадая на одежду и тело работающего, испаряясь способствует охлаждению, а вдыхаемая водяная пыль предохраняет слизистые оболочки дыхательных путей от высыхания. Количество распыленной воды должно составлять примерно 11 г/мин. [27].

При интенсивности облучения >2100 Вт/м2 воздушный душ не может обеспечить соответствующее охлаждение. Поэтому требуется уменьшить облучение, предусмотрев защитные экраны. Теплозащитный экран позволяет локализовать источник лучистой теплоты, уменьшить облученность на рабочих местах и снизить температуру поверхностей, окружающих рабочее место [27].

Все экраны моно разделить на теплопоглотительные, теплоотводящие и теплоотражательные в зависимости от принципа улавливания и отвода тепла.

Для применения в мартеновском цехе при защите от теплового излучения сталеваров предлагается использовать теплоотводящие экраны. Экраны этого вида представляют собой полые сварные плиты из стальных листов толщиной 5 мм и более, в которых циркулирует техническая вода и воздушно-водяная смесь.

Согласно [28], для стен 500 т мартеновской печи основная доля энергии излучается на участке спектра λ=3,5…12 мкм. Слой воды 20 мм поглощает излучение, начиная с λ=1,5 мкм. Поэтому применение экранов с проточной водой возможно для ограждения стен любых металлургических печей [28].

Площадь сечения сливной трубы на 40 % больше питающей. В случае перебоев в подаче воды плита экрана остается заполненной, а открытый слив обеспечивает выход образующегося пара.

Экраны устанавливают в зоне открывающихся проемов на расстоянии 500…600 мм от горячей поверхности и на расстоянии 15…20 мм от поверхности без проемов, в результате чего теплопередача конвекцией в рабочую зону значительно снижается.

Теплоотводящее экранирование поверхности печей должно обеспечивать температуру наружной поверхности экрана не выше 30…35 0С в рабочей зоне (но не ниже 20 0С) и 40…45 0С вне рабочей зоны.

Рассмотрим экран конструкции ВНИИОТ (рис.4.2). Он состоит из короба, разделенного перегородкой на две полости. Вода поступает в наружную полость, нагревается на 5-6 0С и перетекает через окно в нижней части перегородки в полость, подвергающуюся облучению. В этой полости имеются лабиринтные ребра, вследствие чего скорость воды возрастает. При этом увеличивается коэффициент теплоотдачи от экрана к воде и, следовательно, растет поглощение тепла. Толщина экрана 50…120 мм в зависимости от величины облученности, размеры экрана 11,5, 1,5 2 м и др. [28].

Произведем расчет теплоотводящего экрана для защиты от теплового излучения возле боковой стенки мартеновской печи температурой 180 0С. Стенка выполнена из огнеупорного кирпича. Размер одного экрана 11,5 м. Материал экрана – окисленная оцинкованная сталь. Температура проточной воды 18 0С. Температуру экрана примем 33 0С.

Количество тепла, переданное излучением 1 м2 горячей стенки воде, Вт/м2:

где εпр – приведенная степень черноты;

     С0 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67 Вт/м2 ·К4;

     Т1 – температура горячей стенки, К (с учетом возрастания ее при экранировании на 30…40%), Т1 =180 ·1,3+273=507 К;

      Т2 – температура стенки экрана, Т2=306 К.

где ε1 и ε1 – степень черноты соответственно горячей стенки и стального листа экрана, из таблицы [28] ε1  =0,85, ε2=0,276.

Требуемое количество воды на экран, кг/ч:

где а – коэффициент поглощения инфракрасных лучей материалом экрана и водой, а =0,9;

      qи – количество тепла, переданное излучением с 1 м2 горячей стенке воды, ккал/м2 ·ч;

      f – площадь экрана, м2, f=1 ·1,5=1,5 м2;

      С – теплоемкость воды, для речной С = 0,98 [28];

      tух – температура уходящей воды (не более 35 0С) принимаем tух = 330С;

      tп – температура производственной воды, принимаем tп=18 0С.

То есть:

кг/ч.

Теплоотводящий экран требует постоянного ухода: периодической чистки коробов от накопившегося ила и постоянного наблюдения за напором воды.

В качестве средств индивидуальной защиты сталевар в мартеновском цехе должен использовать спецодежду из невоспламеняемого, стойкого против лучистой энергии, легкого и воздухопроницаемого материала (сукно, брезент, химически обработанное волокно с металлическим покрытием тканей) в соответствии с ГОСТ 12.4.044-78 и ГОСТ 12.4.045-78. Для защиты глаз необходимо использовать стекла-светофильтры в виде очков, щитков. Они выполняются из специального желто-зеленого или синего стекла (ГОСТ 12.4.003-74). Предусматривается специальная кожаная обувь (ГОСТ 12.4.032-77) [16].

Место отдыха в мартеновском цехе отделяется от производственной площадки стеклоблоками; для него отводится площадь 2 3 м высотой 2,3 м. Для устранения воздушной тепловой подушки в перекрытии выполняется естественная вентиляция [27].

2.3 Электробезопасность

Электробезопасность – это система организационных и технических мероприятий, направленных на защиту организма человека от вредных и опасных факторов воздействия электрического тока, электрической дуги и электромагнитного излучения.

Действие электротока на организм человека

Электрические установки, с которыми приходится иметь дело практически всем работающим на производстве, представляют для человека большую потенциальную опасность, которая усугубляется тем, что органы чувств человека не могут на расстоянии обнаружить наличия электрического напряжения на оборудовании.

Проходя через тело человека, электрический ток оказывает на него сложное воздействие, являющееся совокупностью термического (нагрев тканей и биологических сред), электролитического (разложение крови и плазмы) и биологического (раздражение и возбуждение нервных волокон и других органов тканей организма) воздействий. Наиболее сложным является биологическое действие, свойственное только живым организмам [18].

Виды электротравм и электроударов

Существует два вида воздействия электрического тока на организм человека, резко отличающиеся друг от друга: электрическая травма и электрический удар.

Электротравма – это такое местное действие на рганизм человека, при котором повреждаются ткани организма, а именно: кожа, мышцы, кости, связки. Существуют следующие виды электротравм: электрический ожог, металлизация кожи, электрические знаки, электроофтальмия [30].

Электроожог может причинить электрическая дуга, он может произойти также при контакте с токоведущими частями вследствие протекания через тело человека тока значительной величины или высокой частоты или большого переходного сопротивления в месте контакта.

Металлизация происходит вследствие механического и химического воздействия тока, когда в глубь кожи проникают парообразные или расплавленные металлические частицы [29].

Электрический знак – следствие теплового воздействия при протекании относительно небольшого тока через малую поверхность с относительно большим сопротивлением при температуре 50-115 0С и при хорошем контакте. При этом имеют место обуглившиеся участки кожи или отпечаток от токоведущей части на поверхности кожи [30].

Электроофтальмия – воспаление глаз, которое возникает при воздействии мощного потока ультрафиолетовых лучей, создаваемого электрической дугой. Эти лучи энергично поглощаются клетками организма и вызывают в них химические изменения [31].

Под электрическим ударом следует понимать возбуждение живых тканей организма протекающим через него электрическим током, проявляющееся в непроизвольных судорожных сокращениях различных мышц тела. Это биофизическое и физиологическое явление. Оно имеет общий характер воздействия на организм человека и происходит тогда, когда человек становится частью цепи. При электроударах ток действует рефлекторно через нервную систему, вызывая фибрилляцию сердца.

Факторы, отягощающие действие электротока

на организм человека

Степень тяжести электрического поражения зависит от ряда факторов: сопротивления тела; величины, продолжительности действия, рода и частоты тока; пути тока в организме; состояния организма и условий внешней среды.

Сопротивление тела человека складывается из сопротивления внутренних орагнов и сопротивления наружных покровов тела, в основном наружного слоя кожи – эпидермиса. Сопротивление эпидермиса может составлять 80 кОм. Но при воздействии электрического тока происходит пробой кожи. На поверхности тела появляется кровь, лимфа, пот. Сопротивление кожи при этом резко падает (практически до нуля). То есть в защите человека сопротивление внутренних органов имеет более важное значение. Это сопротивление всегда в пределах 800…1000 Ом, так как органы находятся в одной и той же среде [30].

Величина тока. Ток, при котором фиксируется начальное ощущение, есть начальный раздражающий ток. По мере увеличения начального тока реакции организма усиливаются, возникают судороги рук, при определенной величине тока руки невозможно самостоятельно оторвать от проводника, при дальнейшем возрастании величины тока может наступить смерть.

Величина тока, проходящего через тело человека. Зависит от того. При каких условиях произошло включение человека в электрическую цепь. В общем сопротивлении цепи поражения, кроме сопротивления тела человека, имеют значение сопротивления одежды, обуви, пола. Величина тока поражения зависит от напряжения в сети. При увеличении напряжения ток возрастает в большей степени, чем напряжение [29].

Длительность протекания тока через тело человека влияет на степень физиологического воздействия. Точное количественное определение значения этого фактора затруднительно.

Практически допустимы следующие величины тока:

Длительность воздействия, с               длительное до 30   1   0,7   0,5   0,2

Ток, мА                                                          1                 6   65   75   100   250

Путь электрического тока в организме. Чем длиннее путь тока и чем он ближе к жизненно важным органам, тем тяжелее исход поражения. Наиболее вероятные пути протекания тока: рука-рука, нога-нога. Любой, даже самый короткий путь тока, опасен для организма.

Род тока. Влияние постоянного и переменного токов различны.

Для напряжений меньше 500 В переменный ток промышленной частоты опаснее равного ему по напряжению постоянного тока. При напряжении около 450-500 В опасность тока обоих родов одинакова. При напряжениях более 500 В опаснее постоянный ток.

Частота тока. Наиболее опасен ток частотой 50-60 Гц.

Состояние организма. При болезнях сердца, туберкулезе, нервных и других заболеваниях опасность поражения увеличивается. Утомление организма вызывает понижение внимательности, что не только усиливает возможность поражения, но и может усугубить его тяжесть.

Внешняя среда. В горячих цехах опасность поражения увеличивается потому, что при перегреве организма снижается его сопротивление. Аналогичное влияние оказывает и облучение организма. Большое значение имеет изменение атмосферного давления: понижение его увеличивает опасность воздействия электрического тока и наоборот [29].

Анализ опасности поражения током в электросетях

Все случаи поражения человека током в результате электрического удара, то есть прохождения тока через человека, являются следствием его прикосновения не менее чем к двум точкам электрической цепи, между которыми существует некоторое напряжение. Опасность такого прикосновения оценивается значением тока, проходящего через человека, или напряжением, под которым оказался человек (напряжением прикосновения), и зависит от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима нейтрали сети, степени изоляции токоведущих частей от земли, значения емкости токоведущих частей относительно земли и так далее.

Указанная опасность не однозначна: в одних случаях включение человека в электроцепь будет сопровождаться прохождением через него малых токов и окажется неопасным, в других токи могут достигать больших значений, способных вызвать смертельное поражение человека [31].

Сети переменного тока бывают однофазными и многофазными. В промышленности применяют преимущественно трехфазные сети.

Мартеновский цех ОАО «Запорожсталь» оснащен большим количеством электроаппаратуры, электродвигателей (Д=816, Д-812, Д-808, ДП-21, Д-12, П-22, МТКF-111-6, МТКF-211-6, ВАО-2-315-8, 4-АМ-250-М8 и др.).  В цехе используется разнообразное электрооборудование: заливочные и разливочные краны, завалочные машины, щиты управления технологическим процессом, вспомогательное оборудование по ходу технологического процесса и др.

Максимальное напряжение, которое используется в цехе, 6000 В.

Для анализа опасности поражения рабочих мартеновского цеха электрическим током выберем и рассчитаем электросеть, необходимую для питания электрооборудования.

Выбор электросети с учетом технологических требований

и условий среды в помещении

С учетом среды в производственном помещении мартеновского цеха его можно отнести к особо опасному помещению по поражению электрическим током. Здесь присутствуют следующие факторы: повышенная температура воздуха 38-43 0С; токопроводящие полы; возможность одновременного прикосновения к металлическим конструкциям, соединенным с землей.

Для питания электрооборудования, используемого в печном и разливочном пролетах, применяется напряжение не более 380 В.

С учетом указанного выше, произведем выбор электросети для питания мартеновского цеха. По технологическим требованиям выбираем трехфазную четырехпроводную сеть с глухозаземленной нейтралью напряжением 6/0,4 кВ.

Выбор такой сети обусловлен также тем, что в мартеновском цехе невозможно обеспечит хорошую изоляцию проводов из-за их большой протяженности, быстро отыскать и устранить повреждение изоляции.

В отличие от трехпроводной сети с изолированной нейтралью, данная сеть более безопасна в аварийный период работы электроустановок.

Оценка опасности электрической сети

при нормальном режиме

Наиболее распространенным случаем включения человека в цепь является однофазное прикосновение.

Произведем расчет трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме работы. Принимаем, что тело челвека обладает лишь активным сопротивлением Rh, а сопротивление растеканию ног человека Rосн и сопротивление его обуви Rоб принимаем равным нулю.

Исходные данные:

Человек прикоснулся к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети 380/220 В с глухозаземленной нейтралью (рис.4.30).

Рисунок .3. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети 380/220 В с глухозаземленной нейтралью.

Дано: r0=4Ом; Rh=1000Ом; r1= r2= r3= rи= rиз=1,5 · 106 Ом.

Определить Ih, проходящий через человека и напряжение прикосновения Uпр.

Напряжение прикосновения, В:

где Uф – фазное напряжение, В;

     Rh – сопротивление тела человека, Ом;

     r0 – сопротивление заземления нейтрали, Ом;

     rиз – сопротивление изоляции, Ом.

Ток, проходящий через человека:

Значения Uпр и Ih не превышают допустимые значения напряжения прикосновения и тока, проходящего через человека для переменного тока частотой 50 Гц: 2В и 0,3 мА [31], соответственно при нормальном режиме работы сети.

Обоснование выбора средств защиты от электрического тока

Помещение основного здания мартеновского цеха относится к категории особо опасных помещений по поражению электрическим током. По взрывопожарной опасности – категория Г, класс взрывоопасной зоны В-Iа (см. раздел «Пожаробезопасность»).

При эксплуатации электрооборудования в цехе может произойти замыкание на корпус и т.п. Прикосновение к такому оборудованию является опасным.

Поэтому необходимо предусмотреть соответствующие средства защиты от электрического тока.

В качестве средств защиты оборудования применяются защитное заземление, защитное зануление, автоматическое защитное отключение.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или с ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т.п.) [30].

Зануление – преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановок, могущих оказаться под напряжением. С глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника энергии в сетях постоянного тока [31].

Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека током. Такая опасность может возникнуть, в часности, при замыкании фазы на корпус, снижении сопротивления изоляции сети ниже определенного предела и в случае прикосновения человека непосредственно к токоведущей части, находящейся под напряжением [31].

В сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В защитное заземление неэффективно, так как ток глухого замыкания на землю зависит от сопротивления заземления и с уменьшением последнего ток возрастает [32].           

Поэтому для защиты электрооборудования на участке МП №7 мартеновского цеха ОАО «Запорожсталь» используем защитное зануление.

Принцип действия зануления – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой являются, например, плавкие предохранители или автоматы максимального тока, устанавливаемые для защиты от токов короткого замыкания. Кроме того, поскольку зануленные корпуса (или другие нетоковедущие металлические части) заземлены через нулевой защитный проводник, то в аварийный период, то есть с момента возникновения замыкания  на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, проявляется защитное свойство этого заземления, как при защитном заземлении. Таким образом, заземление корпусов через нулевой защитный проводник снижает в аварийный период их напряжение относительно земли [31].

Очевидно, что зануление осуществляет два защитных действия – быстрое автоматическое отключение поврежденной электроустановки от питающей сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли.

Заземлитель, к которому присоединяется нейтраль источника тока, должен быть расположен в непосредственной близости от источника (трансформатора).

В качестве нулевого защитного проводника используем изолированный медный провод [31].

При эксплуатации электроустановок иногда возникают условия. Когда самые совершенные защитные устройства самих электроустановок не гарантируют безопасность человека (например, операции с разъединителями и т.п.). Поэтому необходимо применять средства индивидуальной защиты.

Основными изолирующими средствами являются изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками, указатели напряжения. Дополнительные средства: диэлектрические галоши, коврики, изолирующие подставки [18].

Расчет защитного зануления

Проверим, обеспечена ли отключающая способность зануления в сети при нулевом защитном проводнике – медном проводе сечением 14 мм2. Линия 380/220 В с медными проводами 3 25 мм2 питается от трансформатора 1600 кВ · А, 6/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Y/Yн. Двигатель МКТF-21-6 мощностью 7,5 кВт (подъем заслонок на мартеновской печи) защищен предохранителями Iном=35 А. Коэффициент кратности тока k=3.

Решение:

Определяем наименьшее допустимое значение тока однофазного короткого замыкания:

Iк  k · Iном;

Iк = 3 · 35=105 А

Из [31] находим полное сопротивление трансформатора: Zт=0,054 Ом.

Определяем сопротивление фазного и нулевого защитного проводников Rф, Xф, Rн.з., Xн.з., Xп на линии длиной l=100 м.

,

где ρ – удельное сопротивление проводника для меди 0,018 Ом · мм2/м;

    Sф – сечение фазного проводника, мм2.

Ом.

,

где Sн.з. – сечение нулевого проводника, мм2.

Ом.

Значения Хф и Хн.з. для медных проводников сравнительно малы (около 0,0156 Ом/км), поэтому ими пренебрегаем [31].

Внешнее индуктивное сопротивление Хп незначительно, так как фазный и нулевой проводники расположены в непосредственной близости один от другого. То есть значением Хп тоже пренебрегаем [31].

Находим действительное значение тока однофазного короткого замыкания, проходящего по петле фаза-нуль при замыкании на корпус двигателя МКТF-211-6, А:

где Uф – фазное напряжение, В.

Вывод: поскольку действительное (вычисленное) значение тока однофазного короткого замыкания (215 А) превышает наименьшее допустимое по условиям срабатывания защиты (105 А), нулевой защитный проводник выбран правильно, то есть отключающая способность системы зануления для двигателя  МКТF-211-6 обеспечена.

Нейтраль источника должна быть заземлена. Заземляющее устройство располагаем непосредственно возле трансформатора.

Согласно ПУЭ для установок ниже 1000 В, с глухозаземленной нейтралью, с суммарной мощностью трансформатора более 100 кВ · А сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.

Выполним расчет заземляющего устройства.

Грунт – суглинок. В качестве вертикальных стержней предполагается применить стальные прутки диаметром 30 мм длиной 4 м. В качестве соединительной полосы – стальную шину сечением 40 4 мм. Заземлители погружены в землю на глубину 0,7 м.

Решение:

Расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента, Ом · м:

ρрасч.изм.· ψ,

где ρизм. – удельное сопротивление грунта по справочной литературе. Для суглинка ρизм.=100 Ом · м при влажности 10-12% к массе грунта [32].

      Ψ – климатический коэффициент. При средней влажности ψ=1,5.

ρрасч.=100 ·1,5=150 Ом · М.

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя равно, Ом:

где l – длина стержней l=4 м;

    d – диаметр стержня, d=0,03 м;

    Н – глубина погружения середины стерхня, Н=0,7+4/2=2,7 м.

Длина соединительной полосы равна l1-36 м (принимаем 10 стержней с расстоянием между ними 4 м). Количество стержней nст=10.

Сопротивление соединительной полосы, Ом:

где b – ширина полосы, b=0,04 м;

     Н1 – глубина погружения полосы, принимаем Н1=0,7 м;

Коэффициент использования заземлителя (стержня) ηст=0,62 [32].

Коэффициент использования соединительной полосы ηи=0,62 [32].

Расчетное сопротивление заземляющего устройства, Ом:

Вывод: заземляющее устройство, состоящее из 10-ти вертикальных стержней диаметром 30 мм, длиной 4 м, соединенных стальной полосой 40 4 мм длиной 36 м, отвечает требованиям безопасности (то есть R < 4 Ом).

2.4 Пожарная безопасность

Оценка пожаро- и взрывобезопасности

мартеновского производства

Большое значение при осуществлении мер пожаро- и взрывобезопасности имеет оценка пожарной опасности производства.

На предприятиях черной металлургии, применяющих высокотемпературные процессы (каковым является мартеновский процесс), имеется постоянная опасность возникновения пожара, поэтому должны применятся меры по предупреждению пожароопасных ситуаций [1].

Пожаро- и взрывоопасность мартеновского производства. Зданий и сооружений, в которых размещается цех, оценивается с учетом пожаровзрывоопасных свойств и количеств обращающихся веществ и материалов.

Природный газ, применяемый в мартеновском производстве, легко воспламеним, что может вызвать его возгорание и взрывы. Взрывы происходят при смешивании газа с воздухом при определенных соотношениях. Во всех случаях они являются следствием неправильных действий персонала или неисправности оборудования. Взрывы могут происходить в мартеновской печи, трубопроводах, воздухонагревателях, пылеуловителях, воздуходувных машинах, а также отапливаемых газом помещениях, где может накапливаться газ.

Кроме взрывов, возможны случаи внезапного воспламенения газа, что нередко приводит к ожогам. Воспламенения газа происходят при остановке печи, при замене фурм и шлаковых приборов, при подготовке стальной и шлаковой леток к выпуску.

Кроме газовых взрывов, в мартеновском цехе возможны взрывы, вызванные жидкими продуктами плавки (сталью и шлаком). Эти взрывы происходят при взаимодействии влаги с расплавленным металлом и шлаком. Они сопровождаются сильным звуком, разбрызгиванием большого количества брызг и искр.

Таким образом, пожарная опасность мартеновского производства характеризуется наличием горючих газов (природный, кислород), горючих жидкостей, а также присутствием горючей пыли из-за негерметичности производственного оборудования. Определенную опасность представляет наличие жидкого металла и шлака.

В соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП II-90-81) производственные здания и склады по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности подразделяются на шесть категорий: А, Б, В, Г, Д, Е.

Здание мартеновского цеха (печной пролет) можно отнести к помещению категории Г. Помещения этой категории характеризуются наличием негорючих веществ и материалов в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается излучением тепла, искр и пламени, и твердых, жидких и газообразных веществ, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива [33].

Огнестойкость зданий и сооружений мартеновского цеха

Условия развития пожара в зданиях и сооружениях во многом определяется степенью их огнестойкости. Степенью огнестойкости называется способность здания (сооружения) в целом сопротивляться разрушению при пожаре. Здания и сооружения по степени огнестойкости подразделяются на восемь степеней (I, II, III, IIIa, IIIб, IV, Iva, V). Степень огнестойкости зависит от возгораемости и огнестойкости основных строительных конструкций III степени огнестойкости не должно превышать трех. Здание мартеновского цеха относится к III степени – здания, у которых основные несущие конструкции несгораемые, а ненесущие – трудносгораемые (предел огнестойкости 0,25…2 ч).

Предел огнестойкости – это время в часах, по истечении которого конструкция теряет несущую способность. Потеря несущей способности означает обрушение конструкции [18].

Пределы огнестойкости отдельных элементов  здания цеха:

  •  несущие стены, стены лестничных клеток, колонны – 2ч;
  •  лестничные площадки, косоуры, ступени,

балки и марши в лестничных клетках – 1ч;

  •  наружные стены из навесных панелей – 0,25ч;
  •  внутренние несущие стены-перегородки – 0,25ч;
  •  плиты, настилы и другие несущие конструкции

междуэтажных перекрытий – 0,75ч;

  •  двери, ворота, люки – 0,5ч [1].

Характеристика пожаро- и взрывоопасных зон

Характеристика пожаро- или взрывоопасности может быть общей для помещения, а может быть разной в отдельных его частях. В зависимости от класса зоны осуществляется выбор применяемого в производстве оборудования, чтобы в процессе его нормальной эксплуатации исключалась возможность возникновения пожара от теплового проявления электрического тока [34].

Пожароопасной зоной называется пространство внутри и вокруг помещения, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие вещества. Эти зоны разделяются на четыре класса: П-І, П-ІІ, П-ІІа, П-ІІІ. К пожароопасной зоне П-I можно отнести склад горюче-смазочных материалов мартеновского цеха, так как в нем имеются горючие жидкости с температурой воспламенения свыше 610С.

К взрывоопасным зонам относятся помещения или ограниченное пространство в помещении. В которых есть в наличии или могут образовываться взрывоопасные смеси. Исходя из характеристики взрывоопасности, эти зоны распределяются на шесть классов: В-І, В-Іа, В-Іб, В-Іг, В-ІІ, В-ІІа [34].

Класс зоні мартеновского цеха (печной пролет) В-Іа, так как образовываются взрывоопасные смечи горючих газов с воздухом вследствие аварии, повреждения или неисправности [34].

Все электродвигатели, светильники, электрооборудование, устанавливаемые или применяемые во взрывоопасных или пожароопасных зонах мартеновского цеха, должны быть должным образом промаркированы для обозначения степени их защищенности.

Электрооборудование в мартеновском цехе выбрано с учетом класса взрывоопасной зоны. Так как класс зоны В-Ia, то уровень взрывозащиты электрических машин – повышенной надежности против взрыва, электроприборов и аппаратов -–повышенной надежности.

Обеспечение пожарной безопасности

на территории мартеновского цеха

В мартеновском цехе имеется опасность возникновения пожара из-за наличия горючих газов, горючих жидкостей, жидкого металла и шлака. Поэтому должны приниматься меры по предупреждению пожароопасных ситуаций.

В работе по предупреждению пожаров главным направлением является пожарная профилактика – система государственных и общественных мероприятий, проводимых с целью предупреждения пожаров, создание условий для эвакуации людей из горящих зданий и быстрого тушения пожаров [1].

Пожары, происходящие на территории промышленных предприятий, могут охватить большие площади, быстро распространяться под действием ветра, проникать внутрь зданий. Поэтому соблюдение необходимых требований, касающихся содержания территории, являются важной составной частью общей системы противопожарной защиты всего предприятия, и отдельного цеха.

Пути, проезды к зданиям и сооружениям, подъезды к источникам наружного противопожарного водоснабжения, доступ к первичным средствам пожаротушения (пожарным щитам, ящикам с песком) должны быть всегда свободными, пребывать в исправном состоянии.

Для облегчения и ускорения обнаружения в ночное время пожарного оборудования, гидрантов, входов в здания, территорию цеха необходимо хорошо освещать [34].

На территориивсего предприятия запрещено устраивать свалки из горючих отходов.

В случае проведения ремонта на отдельных участках дорог или проездов необходимо немедленно информировать пожарную охрану.

Для проезда пожарных автомобилей на железнодорожных путях оборудуются сплошные настилы на уровне верхних краев рельсов. Стоянка железнодорожных вагонов на перездах без локомотива запрещена [34].

Для предупреждения взрывов в мартеновском цехе. Связанных с жидкими продуктами плавки, необходимо во всех случаях избегать взаимодействия расплавленного металла и шлака с влагой, обеспечивать хорошее просушивание желобов, стальной и шлаковый леток, ковшей, поддерживать сухими рабочие места, площадки, оборудование и инструмент. Нельзя бросать в желоба с расплавленным металлом скрап, заправочные материалы, мусор и другие холодные и влажные предметы.

Средства тушения пожаров

Средства пожаротушения предназначены для ликвидации больших очагов пожаров, а также для тушения пожаров в начальной стадии их развития силами персонала до прибытия штатных подразделений пожарной охраны.

В мартеновском производстве применяются следующие виды первичных средств пожаротушения:

  •  огнетушители (пенные, углекислотные, бромэтиловые и порошковые);
  •  противопожарный инвентарь: ящики с песком, покрывала из негорючего теплоизоляционного материала; пожарные ведра; лопаты для засыпки песка;
  •  пожарные инструменты: лом, багры, топоры и др.

Пожарный инвентарь вместе с пожарным инструментом и огнетушителями может размещаться на специальных пожарных щитах, которые устанавливаются на территории цеха.

Пожарные щиты должны обеспечивать затенение огнетушителей от прямых солнечных лучей и доступность снятия пожарного инвентаря и инструмента. Ручной пожарный инструмент, имеющийся на щитах, необходимо очищать от пыли, грязи, следов коррозии, а также восстанавливать углы заточки и покраску после каждого тушения.

Ящики для песка, устанавливаемые отдельно, должны иметь объем 0,5 м3, 1 м3 или 3 м3 и комплектоваться совковыми лопатками и носилками. Песок необходимо периодически перелопачивать.

Пожарный инвентарь должен окрашиваться в красно-белые цвета и иметь соответствующие надписи. Пожарный инструмент окрашивается в черный цвет.

Основные средства тушения пожаров:

  •  охлаждающие (вода, водные растворы, снегообразная углекислота и др.);
  •  разбавляющие (углекислотный газ, водяной пар, инертные газы);
  •  изолирующие (химическая и воздушно-механическая пена, песок, порошки);
  •  средства химического торможения горения (бромэтил, хладон и др). [34].

В большинстве случаев пожар в мартеновском цехе тушат водой при помощи гидрантов и пожарных кранов.

Пожарная сигнализация

Установки пожарной сигнализации должны формировать импульс на управление автоматическими установками пожаротушения, дымоудаления и оповещения о пожаре при срабатывании не менее двух автоматических пожарных извещателей, устанавливаемых в одном контролируемом помещении.

Дымовые и тепловые пожарные извещатели следует устанавливать, как правило ан потолке. При невозможности установки на потолке допускается установка на стенах, балках, колоннах. Дымовые и тепловые извещатели следует устанавливать в каждом отсеке потолка, ограниченном строительными конструкциями (балками, прогонами), выступающими от потолка на 0,4 м и более.

Внутри здания извещатели следует устанавливать на путях эвакуации и при необходимости в отдельных помещениях. Расстояние между ними должно быть не более 50 м. Извещатели устанавливаются по одному на всех лестничных площадках каждого этажа.

Вне зданий извещатели следует устанавливать на расстоянии не более 150 м один от другого.

Станции пожарной сигнализации, концентраторы, приемно-контрольные приборы следует устанавливать в помещении, где находиться персонал. Ведущий круглосуточное дежурство.

Звуковые сигналы о пожаре должны отличаться по тональности от звуковых сигналов о неисправности установок [35].

Расчет молниезащиты

Необходимо рассчитать зону защиты для участка мартеновского цеха комбината «Запорожсталь», на котором расположена седьмая печь.

Размеры цеха: длина 580 м., ширина 60 м, максимальная высота 33 м.

Дымовые трубы расположены на расстоянии 10 м от здания цеха.

В качестве молниеприемника служит стержень из круглой стали длиной 1,5 м, закрепленный на дымовой трубе. Он имеет диаметр 30 мм. Токоотводом служит металлический корпус дымовой трубы, для чего места клепочных и болтовых соединений отдельных частей дымовой трубы, между молниеприемником и заземлителем, зашунтировать полосовым железом 25 5 мм. В качестве заземлителя – прутковая сталь диаметром 12 мм, которая приварена к железобетонному фундаменту дымовой трубы.

Рассмотрим участок цеха «МП6-МП7», который имеет длину:

l/=32010+2000+33000+33000+2000=100210 мм

или l/ ≈100 м.

Расстояние между дымовыми трубами на этом участке 60 м, высота трубы – 86 м.

По карте грозовой деятельности находим число часов грозовой деятельности в году для данной местности. По числу часов находим среднегодовое число ударов молнии n в 1 км2 поверхности земли. Для Запорожья n=9.

Находим число ударов молнии в год в здание корпуса мартеновского цеха:

где L, S, h – соответственно длина, ширина и высота здания, м.

Цех относится к категории Г, класс зоны П-I, степень огнестойкости III. Тип зоны защиты Б [36]. Значит зона защиты имеет надежность 95%.

Выбираем тип молниеотвода для участка мартеновского цеха «МП6-МП7»: двойной стержневой молниеотвод, состоящий из двух стержневых молниеотводов одинаковой высоты h<150 м, отстоящих друг от друга на расстоянии l (рис. 4.4.).

Высоту молниеотводов принимаем равной h=87,5 м, а l=60 м (расстояние между осями дымовых труб МП6 и МП7).

Тогда высота зоны защиты hс над землей в середине между молниеотводами (при l ≤ 1,5 · h):

где h0 – высота зоны защиты каждого из молниеотводов над землей, м.

Тогда hс –80,5 м.

Ширина зоны защиты 2rс на уровне земли в середине между молниеотводами:

где r0 – радиус зоны защиты каждого из стержневых молниеотводв на уровне земли, м.

Тогда:

Ширина зоны защиты 2 · rсх на высоте hх=33 м, в середине между молниеотводами (для l≤1,5h):

Тогда 2 ·rсх =2·77,45=154,9 ≈ 155 м.

Как видно из рисунка, здание цеха на участке «МП6 и МП7» полностью входит в зону защиты. Так как здание мартеновского цеха имеет форму правильного параллелепипеда, то выбранный двойной молниеотвод обеспечит необходимую защиту.

  

        

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63447. Системы сбора, обработки, отображения и документирования информации 3.49 MB
  Вопросы классификации ССОИ. Эта система должна обеспечивать передачу сигналов от средств обнаружения до караульного помещения оператору ССОИ распознавание сигналов тревоги и вывод тревожной информации в форме доступной для восприятия человеком.
63448. Функции ССОИ в составе комплексов ТСОС 1.1 MB
  Из изложенного выше с очевидностью просматривается эволюция развития функций ССОИ. На предыдущих этапах развития ТСОС функции ССОИ заключались лишь в сборе и индикации на станционном аппарате информации о состоянии выходных цепей подключаемых СО.
63449. Объектовые средства обнаружения 172.5 KB
  Для обеспечения охраны и безопасности помещений необходимо выбрать соответствующие технические средства средства обнаружения которые в состоянии обеспечить высокую надежность выполнения возложенных на них задач. Средства обнаружения представляют собой системы и устройства устанавливаемые...
63451. Применение технических средств наблюдения для контроля территории 165 KB
  Телевизионные камеры и устройства для их оснащения Телевизионные камеры. Более простые и соответственно более дешевые камеры оснащаются как правило простейшими встроенными объективами более дорогие сменными объективами с улучшенными характеристиками и широкими функциональными возможностями.
63452. Выбор средств видеоконтроля для оборудования объектов 190.5 KB
  Учебные вопросы: Выбор средств видеоконтроля для оборудования объектов особенности их эксплуатации Размещение камеры в наблюдаемой зоне Условия эксплуатации ТСН Заключение Литература: ГОСТ Р 515582000. Телевизионные камеры цветного изображения в таких системах практически...
63454. Особенности построения систем контроля доступа 1.49 MB
  По мере накопления опыта создания и применения аппаратуры СКД началось ее активное внедрение на широкий рынок охранных систем. Особенности построения систем контроля доступа Под системой контроля доступа СКД понимают объединенные в комплексы электронные механические электротехнические аппаратнопрограммные...