Характеристика цеха и участка

Характеристика цеха и участка

Кислородно-конвертерный цех (ККЦ) ОАО «ММК» занимает важнейшую роль в работе комбината: до 60-70% всей стали, выпускаемой комбинатом, выплавляется именно кислородно-конвертерным способом.

Конверторное отделение – главное в цехе. В нем осуществляются все технологические операции выплавки стали. Конверторное отделение цеха размещают в отдельном корпусе оно состоит из шихтовых пролетов, конверторного, загрузочного, шлакового, и подготовки ковшей. В кислородно-конвертерном цехе установлено 3 конвертера ёмкостью 370 тонн каждый. Исходным сырьём для производства стали является жидкий чугун и металлолом (скрап).

Все технологические процессы цеха глубоко автоматизированы. Особо важные агрегаты имеют высокую надёжность и устройства защиты и предотвращения аварий.

Требования, предъявляемые к электрооборудованию и системам автоматизации в цехе весьма высоки. Электропривода конверторов и МНЛЗ работают с регулировкой скорости в большом диапазоне, системы управления должны обеспечивать высокую синхронность и надёжность.

Поэтому требования к электрооборудованию конвертерного цеха более жесткие, чем, например, в прокатном цехе. Небольшая неисправность электроприводов конверторов, кранов или МНЛЗ может привести к потере всей плавки.

Требования, предъявляемые к электроприводу

К электроприводу механизма поворота конвертера предъявляются следующие основные требования:

· диапазон регулирования скорости (10:1, 20:1);

· точность регулирования скорости должна быть не ниже 2 % при переменном статическом моменте в нижней части скоростного диапазона;

· плавный пуск и торможение (ускорение не более ±2 град/с2);

· обеспечение реверса скорости и работы в режиме рекуперативного торможения;

· электропривод должен исключить возможность появления самопроизвольных рывков, однако должен иметь возможность толчкового режима работы по команде сталевара в режиме слива;

· привод должен обеспечить нормальную работу без перегрузки на половине двигателей, т.е. иметь не менее чем 2-х кратный запас по мощности;

· равномерное распределение нагрузки между приводными двигателями двусторонних механизмов поворота с целью исключения перекосов в них и исключения передачи момента через корпус конвертора;

· разрешение растормаживания механизма поворота только после проверки исправности схемы электропривода;

· разрешение поворота конвертора исключительно при поднятой фурме кислородного дутья.

Расчет статических моментов

При повороте электродвигатель преодолевает опрокидывающие моменты от порожнего конвертера М_п, от массы жидкого металла М_м и сил трения М_тр. Координаты центров тяжести порожнего конвертера вычисляются с помощью статических моментов отдельных k элементов:

и

где x_i, y_i – координаты центров тяжести отдельных элементов порожнего корпуса G_i.

Общий вес конвертера:

Расстояние от центра тяжести до оси вращения конвертера:

,

где Н₁ – расстояние от днища конвертера до оси цапф.

Угол между радиус-вектором r₀ и вертикальной осью:

Опрокидывающий момент сопротивления порожнего конвертера:

Момент сопротивления повороту жидкого металла весом G_м и порожнего конвертера весом G_п:

где f – коэффициент трения в опорах цапфы диаметром d_ц.

Опрокидывающий момент жидкого металла при повороте конвертера зависит от угла поворота φ и веса металла в нем. Предварительно вычисляется полный угол поворота конвертера, при котором окончится слив:

,

где R₁, R₂, H₁ – размеры верхней части конвертера (рис. 7)

Рис.7.- Схема расчета момента сопротивления повороту жидкого расплава

Затем последовательно поворачиваем конвертер через каждые 10⁰ до угла слива и для каждого угла рассчитывается положение центра тяжести (точка К). С этой целью высота разбивается на n равновысотных сегментов: Δ .

У каждого сегмента по чертежу замеряется «стрелка» а_i (на чертеже показана стрелка четвертого сегмента а₄) и радиус сегмента R_i (на чертеже показан радиус восьмого сегмента R₈). Вычисляется величина относительной стрелки для каждого сегмента (или размер стрелки при R = 1) . По относительной стрелке с помощью таблицы «Элементы сегмента круга» вычисляются безразмерные хорды b_i, площади f_i при и дополнительные площади f_i¹ и хорды b_i при по величине . Затем вычисляют центры тяжести каждого сегмента:

или ,

Δ Δ Δ .

Общий центр тяжести жидкого металла при повороте на угол φ

и

Объем жидкого металла

Расстояние центра тяжести от оси цапф определяет угол поворота . Плечо жидкого металла (расстояние от его центра тяжести до точки поворота)

определяет момент сопротивления повороту жидкого металла

До углов поворота φ < φ₁ жидкий металл находится в конической части конвертера. Тогда:

,

где ;

;

; ; ;

γ_м – удельный вес жидкого расплава.

Общий момент поворота для каждого угла φ:

.

Расчетные данные сведены в таблицу 3.

Таблица 3.- Расчет статических моментов

Момент, МН·м	Угол поворота конвертера
От веса конвертера и трения в опорах		0,65	1,25	1,8	2,3	2,7	3,05	3,4	3,5	3,6	3,5	3,4	3,05
От веса металла		0,2	0,5	0,65	0,95	1,325	1,45	1,05	0,5	-0,05	-0,1	-0,2	0,1
Полный		0,85	1,75	2,45	3,25	4,025	4,5	4,45		3,55	3,4	3,2	3,15

Рис.8.- График опрокидывающих моментов конвертера

Защита электропривода

Защита преобразователя осуществляется от внутренних и внеш­них аварийных режимов. Причиной возникновения внутренних ава­рий являются всевозможные неисправности элементов самой силовой схемы тиристорного преобразователя. К ним относятся: пробой тиристо­ров силового моста, одновременное включение встречно-параллельных мостов реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управ­лением группами. К внешним авариям, которые характеризуются внеш­ними причинами, относятся: недопустимые перегрузки; короткие замыка­ния на шинах постоянного и переменного тока; однофазное и двухфазное опрокидывание инвертора.

В вентильных преобразователях могут возникнуть аварийные режимы, сопровождающиеся недопустимыми по значению и длительности токами через вентили, например:

- внешние и внутренние к.з.;

- опрокидывание инвертора;

- появление чрезмерно больших уравнительных токов в реверсивных ТП с совместным управлением тиристорными группами;

- отпирание тиристоров в неработающей группе (работа группы на группу) в реверсивных ТП с раздельным управлением вентильными группами.

Внутренние к. з. возникают вследствие потери тиристором запирающих свойств и закорачивании р-n структуры (пробой тиристора).

Причинами пробоя тиристора могут явиться: высокая скорость нарастания тока (больше 20¸200 А/мкс), нарушение механической целости р-n структуры при чрезмерном токе, усталостное разрушение её при цикличной токовой нагрузке преобразователя.

Опрокидывание инвертора является следствием нарушения правильной коммутации тока с одного вентиля на другой. В преобразователях, имеющих трёхфазную мостовую схему, могут произойти однофазные и двухфазные опрокидывания инвертора. В первом случае аварийный ток протекает через два тиристора, соединённых с одной фазой трансформатора, который в этом случае работает в режиме холостого хода. Во втором случае ток протекает через два тиристора и две фазы трансформатора. В те полупериоды переменного напряжения, когда линейное напряжение трансформатора действует согласно с напряжением источника постоянного тока, происходит быстрое нарастание аварийного тока.

Опрокидывания инверторов возникают вследствие пропуска отпирания очередного тиристора (в трёхфазной мостовой схеме это приводит к двухфазному, а затем к однофазному опрокидыванию), снижения напряжения сети переменного тока, что приводит к увеличению тока инвертора и угла коммутации, который может стать больше угла опережения инвертора.

Причиной опрокидывания инвертора может быть скачок управляющего напряжения на входе системы фазового управления в сторону увеличения угла опережения, а также отпирание тиристора под действием импульсов помех на управляющем электроде, перенапряжений или высокой скорости нарастания напряжения на тиристоре в прямом направлении.

Чрезмерные токи в контуре уравнительных токов возникают в реверсивных вентильных преобразователях с совместным управлением вследствие нарушения соотношения a₁+a₂³180°, что приводит к появлению постоянной составляющей в уравнительном токе, насыщению уравнительных реакторов и быстрому нарастанию уравнительного тока до аварийного.

Отпирание тиристоров в неработающей группе (открывание группы на группу) в реверсивных преобразователях с раздельным управлением вентильными группами происходит при подаче на них управляющих импульсов вследствие неисправностей в системе раздельного управления или кратковременного исчезновения и восстановления напряжения собственных нужд.

Защита преобразователей должна действовать при внешних и внутренних к. з., при возникновении аварийных токов между тиристорными группами и при опрокидывании инвертора. При внешних к.з. и опрокидываниях инвертора защита должна отключать преобразователь со стороны постоянного тока.

Кроме того, при внешних к.з. желательна локализация аварийного тока по месту (предотвращение перехода аварийного тока на следующие по порядку коммутации в схеме вентили) и по времени (ограничение тока к.з. первой полуволны), что должно обеспечиваться устройством защиты по управляющему электроду, которое снимает или сдвигает к границе инверторного режима управляющие импульсы. При опрокидываниях инвертора эта защита неэффективна.

При внутренних к.з. защита должна отключать весь преобразователь или повреждённый тиристор (защита по управляющему электроду при этом должна снять или сдвинуть к границе инверторного режима управляющие импульсы).

При появлении аварийных токов между тиристорными группами защита должна разомкнуть цепь аварийного тока или отключить преобразователь от сети.

Основные требования, предъявляемые к аппаратам и устройствам защиты, заключаются в следующем:

1. Максимальное быстродействие. С ростом продолжительности протекания аварийного тока увеличиваются размеры повреждений преобразователя, а при опрокидываниях инвертора возрастает абсолютное значение аварийного тока. Малая теплоёмкость кремниевого элемента и обусловленная ею высокая чувствительность тиристоров к значению и продолжительности протекания аварийных токов определяют высокие требования к быстродействию защиты тиристорных преобразователей.

2. Селективность. Отключение только повреждённых вентилей без нарушения работы исправных вентилей и преобразователя в целом. В то же время при срабатывании защиты, отключающей преобразователь в целом, не должна срабатывать защита, отключающая вентили.

3. Чувствительность. Обеспечение срабатывания защиты при возможно меньших значениях аварийных токов.

4. Надёжность, помехоустойчивость, простота настройки и обслуживания.

Таблица 9. – Рабочие и защитные настройки электропривода

Параметр	Уставка срабатывания	Примечание
Ограничение напряжения задания на скорость для растормаживания привода	0,3В	на входе регулятора скорости
Ток растормаживания привода	85 – 100А
Напряжение ограничения задания на ток (Ограничение выхода регулятора скорости)	6,765В	соответствует току 1300А
Максимальная токовая защита двигателя	2000А	Uот = 10,4 (откл.КЛ)
Защита двигателя от перенапряжения	520В	Отключение КЛ
Контроль ЭДС двигателя	60/35В	Включение/отключение реле
Контроль тока возбуждения	12/7А	Включение/отключение реле
Контроль тока тормозов	9,7/4,7А	Включение/отключение реле
Тепловая защита двигателя		При токе 1,75Iн.дв=1140А отключение КЭП через 70с.

Защита от перенапряжений

Процессы, протекающие в вентильных преобразователях, часто сопровождаются перенапряжениями, которые, воздействуя на вентили, могут привести к их пробою, вызывающему, как правило, короткое замыкание.

Основными видами перенапряжений являются:

- сетевые перенапряжения, обусловленные действием сетевой коммутационной аппаратуры или атмосферных явлений.

- схемные перенапряжения неповторяющегося характера, связанные с действием коммутационной аппаратуры вентильного преобразователя. Это перенапряжения, связанные с включением питающего трансформатора, подключением вентильного преобразователя к источнику переменного напряжения, отключением питающего трансформатора, а также отключением тока нагрузки при помощи автоматического выключателя.

- схемные повторяющиеся перенапряжения – они обусловлены работой вентилей в силовой схеме и являются либо резонансными, либо коммутационными.

- резонансные перенапряжения связаны с потреблением из сети несинусоидального тока и прерывистым режимом работы преобразователя.

- коммутационные схемные перенапряжения вызываются периодическим переходом вентилей из закрытого состояния в открытое и обратно. Они характеризуются (при отсутствии ограничительных устройств) крутым фронтом (до 1000 В/мкс) и значительной амплитудой (до 10 – кратного значения по отношению к рабочему напряжению).

Для защиты вентилей от коммутационных перенапряжений применяются RC – цепочки, включенные параллельно тиристорам (рис. 11).

Рис. 11.- Схема включения RC – цепочки

Контроль изоляции

На стороне постоянного тока преобразователя установлен узел контроля изоляции цепи выпрямленного тока на землю (рис. 12). Контроль осуществляется с помощью двухобмоточного реле КV1 типа РН-55/200, катушки которого включены между собой встречно и последовательно с сопротивлениями R1, R2 на напряжение моста, а средняя точка катушек подключена к "земле" через показывающий миллиамперметр РА2.

Рис. 12.- Контроль изоляции

При одинаковом уровне изоляции полюсов преобразователя относительно "земли" через включённые встречно обмотки реле протекает одинаковый ток, и ампервитки катушек реле уравновешивают друг друга. При снижении уровня изоляции одного из полюсов относительно "земли" реле срабатывает и подаёт в схему предупреждающий сигнал "снижение уровня изоляции силовой цепи". Уставка срабатывания определяется величиной сопротивлений R1, R2. Конденсаторы С1 и С2, шунтирующие катушки предназначены для исключения влияния переменных составляющих выпрямленного напряжения на уставку срабатывания реле. Миллиамперметр РА2 вольтметр PV3 служат для визуального контроля снижения уровня изоляции.

Электроснабжение ККЦ

Электроснабжение ККЦ осуществляется от подстанции глубокого ввода пс29 110/10/10 кВ, источниками питания ПС29 являются ЦЭС и ПС30. Открытая часть подстанции с двумя трансформаторами по 63 МВА с расщепленными обмотками размещается в непосредственной близости от ККЦ, в будущем предпологается замена на трансформаторы по 80 МВА.

Распредустройство 10кВ находится в электропомещении ЗЭП, от которого предусмотрено питание от фидеров 17 и 28 нагрузок комплекса МНЛЗ 6, дополнительно третий ввод для электроснабжения комплекса МНЛЗ6 осуществляется П/С 96.

Токи короткого замыкания на шинах 10 кВ:

− секция 1 (фидер 17) 17,1 кА

− секция 2(фидер 28) 17,4 кА

− мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ ПС-29 - 250 МВА

Основной массой потребителей на напряжение 0.4 кВ являются асинхронные двигатели, вслучае, где необходимо их регулирование применяются частотные преобразователи.

Потребители на напряжении 0,69 кВ являются двигатели главного подъема кранов грузоподъемностью 500 тонн.

Также имеются потребители на напряжение 10 кВ, ими являются два синхронных двигателя компрессорной установки по 3150 кВт, и два асинхронных двигателя газоочистки МГР и печь ковша по 1000 кВт.

Схемы электроснабжения приведены в приложении.

Охрана окружающей среды

В конвертерном отделении цеха имеется много источников вредных неорганизованных выделений в атмосферу цеха (пыль, тепло, газы), которые ухудшают условия труда и, поступая через аэрационные фонари зданий в атмосферу, загрязняют её.

Пыль, тепло и газы, содержащие вредный монооксид углерода и сернистый газ, выделяются из горловины конвертора при заливке чугуна, загрузке лома и других технологических операциях.

Газы, выделяющиеся при продувке, завалках лома и выпусках шлака и стали, дополнительно содержат фториды; пыль содержит вредные продукты испарения марганца.

Тепло и пыль выделяются также на установках доводки стали в ковше; при ломке футеровки конвертера. При обжиге футеровки конвертеров, а также при прокаливании ферросплавов из печей выделяются тепло, пыль, СО, оксиды азота и канцерогенные вещества (такие как бензопирен). Большое количество пыли выделяется в системе доставки и загрузки сыпучих материалов в конвертер.

Для улавливания вредных выделений в районе конвертера сооружается кожух. Газы и пыль из защитного кожуха отводятся в систему очистки конверторных газов. Остальные участки вредных выделений в атмосферу оборудованы аспирационными устройствами, обеспечивающими улавливание, отсасывание и очистку газов и пыли.

Источник загрязнения атмосферы оксидами азота, образующихся при дожигании конверторных газов, ликвидируются путём сбора газов в газгольдер при работе конверторов без дожигании газов.

Для предотвращения загрязнения водного бассейна сточными водами цех оборудован оборотными циклами водоснабжения.

Регламент опасных факторов приведен в приложении.

Организация производства

Данные об организации производства на объекте фиксируется следующими журналами:

· журнал регистраций инструктажей на рабочем месте;

· журнал противоаварийных и противопожарных тренировок;

· журнал выдачи СИЗ;

· журнал учета и осмотров грузозахватных приспособлений и тары;

· журнал регистрации инвентарного учета, периодических проверок и ремонтов переносных и передвижных электроприемников, вспомогательного оборудования к ним;

· журнал учета и осмотра такелажных средств, механизмов и приспособлений;

· журнал контроля состояния первичных средств пожаротушения.

Кроме того для каждой штатной единицы существует должностная инструкция.

Данные о ремонтах, регламенты работ приведены в приложении.

Приложение

Характеристика цеха и участка

Кислородно-конвертерный цех (ККЦ) ОАО «ММК» занимает важнейшую роль в работе комбината: до 60-70% всей стали, выпускаемой комбинатом, выплавляется именно кислородно-конвертерным способом.

Конверторное отделение – главное в цехе. В нем осуществляются все технологические операции выплавки стали. Конверторное отделение цеха размещают в отдельном корпусе оно состоит из шихтовых пролетов, конверторного, загрузочного, шлакового, и подготовки ковшей. В кислородно-конвертерном цехе установлено 3 конвертера ёмкостью 370 тонн каждый. Исходным сырьём для производства стали является жидкий чугун и металлолом (скрап).

Все технологические процессы цеха глубоко автоматизированы. Особо важные агрегаты имеют высокую надёжность и устройства защиты и предотвращения аварий.

Требования, предъявляемые к электрооборудованию и системам автоматизации в цехе весьма высоки. Электропривода конверторов и МНЛЗ работают с регулировкой скорости в большом диапазоне, системы управления должны обеспечивать высокую синхронность и надёжность.

Поэтому требования к электрооборудованию конвертерного цеха более жесткие, чем, например, в прокатном цехе. Небольшая неисправность электроприводов конверторов, кранов или МНЛЗ может привести к потере всей плавки.