Ключевое оборудование разливного цеха для безопасной работы доменной печи

Оборудование разливного цеха доменной печи

Пол разливного цеха — одно из самых опасных рабочих мест на ДП. Кроме токсичных газов, дымов и пыли, операторы выполняют тяжелый ручной труд у горячих желобов и ковшей с жидким металлом. До изобретения оборудования разливного цеха выпускные отверстия открывали и закрывали вручную. Открытие — стальными прутьями и молотами, закрытие — многократным забиванием глины/огнеупора длинными тяжелыми прутьями. При этом дутье приходилось останавливать, так как невозможно было заглушить отверстие против давления печи. Регулярные остановки дутья снижали продукцию.

Сэмюэл В. Воэн (США) изобрел первую грязезакачку в 1895 г. Пневматическая машина на паре, с съемным насадом, который нужно было откидывать для зарядки массы. В 1901 г. Эрнст Менне (Германия) изобрел кислородную ланцу. Продув O₂ через трубку 1/8 дюйма и поджигание позволили быстро открывать отверстие по сравнению с ручным способом. Первые записи о бурах для отверстий — около 1921 г., когда Эдгар Брозиус и Джозеф Джуди (США) предложили бурение для открытия. Брозиус в 1924 г. запатентовал комбинированный буро-лансовый аппарат.

Отличная компоновка разливного цеха — необходимость для низкозатратной высокопроизводительной ДП, так как эффективная работа печи напрямую зависит от бесперебойной работы оборудования разливного цеха.

Требования к отверстию и процессу

Качественная пробка, полностью заполняющая канал отверстия массой, — главное условие для безопасного и быстрого последующего открытия. Также важно возможность бурения пробки с хорошей повторяемостью для продления жизни канала/блока отверстия. Лансирование минимизируют.

Экстремально враждебная среда требует оборудования, выдерживающего тепло и дающего надежную длительную работу. Современная технология отливки требует robust, reliable, durable, efficient оборудования для высокой производительности в суровых условиях. Оборудование проектируют и анализируют современными инструментами расчета напряжений, изготавливают и стендово испытывают по высшим стандартам.

Управление крупной ДП с высокой эффективностью требует надежного оборудования разливного цеха. Стремление к максимальной операционной эффективности и снижению затрат толкало развитие технологий, приведя к новому поколению оборудования, способного переключаться между режимами для максимальной защиты отверстия и горна.

Существенное снижение ручного труда достигается механизацией и автоматизацией. Предпосылка механизации — ровный пол с плановыми накрытиями желобов для доступа подвижного ремонтного оборудования. Автоматизация всех функций (положение заслонок аспирации, буры, грязезакачки) через ПЛК разливного цеха с радиоуправлением снижает ручные операции, дает мобильность оператору и удобный контроль каждой отливки.

Основное оборудование разливного цеха (Рис. 1)

• Буры выпускных отверстий (taphole drills)
• Грязезакачки (mud gun machines)
• Манипуляторы накрытий желобов горячего металла
• Наклоняющиеся жолобы (tilting runners)
• Бар-чейнджеры (bar changers)
• Машины зарядки грязезакачек
• Буры для пробок жолобов (jack dam drills)

Рис. 1 Оборудование разливного цеха доменной печи

Буры выпускных отверстий

Экономичная отливка требует высокопроизводительного канала отверстия. Помимо выбора массы и стратегии открытия, важны оптимальные параметры отливки и их повторяемость. Буры должны сочетать гибкость с проверенными высокоэнергетичными молотами для эффективного бурения.

Буры обеспечивают: (1) надежное открытие без задержек, (2) гладкий канал для меньшего износа, (3) минимизацию лансирования для безопасности и сохранения структуры отверстия, (4) высокую обратную ударную энергию для извлечения застрявшего стержня, (5) снижение затрат на обслуживание и продление жизни молота. Задача — максимальная защита критической зоны отверстия для: (1) максимизации жизни отверстия, (2) снижения числа ремонтов, (3) повышения доступности ДП. Оптимизированная отливка защищает отверстие и горно, удлиняя кампанию.

Варианты открытия отверстия

• Ручное кислородное лансирование — последний ресурс при неудаче других способов или в авариях.
• Электромеханические буры без молота — использовались на старых печах, на современных не применяются.
• Пневматические или гидро-пневматические буры — пневматические с пневмоударом, гидро-пневматические с гидроударом. Используются на многих печах, но производительность ниже полностью гидравлических.
• Гидравлические буры — полностью гидравлические с гидроударом. Стандарт для всех современных ДП. Обеспечивают оптимальную производительность: высокий крутящий момент при бурении с быстрым ударом при средней энергии удара. Эффективное бурение, снижает необходимость в молотке, минимизирует риск трещин в огнеупоре отверстия.

Развитие высокопроизводительных масс для отверстий с отличной абразионной и коррозионной стойкостью убрало ограничение массы на время отливки. Эти массы резко повысили требования к бурам. Пневматические буры быстро достигли пределов, давая недопустимо длинное открытие. Часто бурение комбинировали с лансированием — повреждение отверстия и высокие затраты на ремонт. Решение — полностью гидравлические буры, справляющиеся с современными массами.

Базовые требования к проекту и монтажу буров

• Достаточная мощность и жесткость для точного бурения.
• Возможность фиксации в заданных позициях.
• Все движения и маневры — дистанционно управляемые.
• Возможность остановки в любой момент.
• Автоматическая сирена/зуммер перед включением.
• Монтаж с доступом для людей и ремонта в нерабочем состоянии (проход ≥1 человека).
• Защита персонала вокруг бура и защита самого бура.
• Электропроводка защищена от тепла и пробоев, высокая механическая прочность.
• Электропитание от ≥2 независимых цепей, одна — аварийная.
• При гидро/пневмоуправлении — аккумулятор нужного объема.

Режимы бурения

Условия бурения меняются по длине канала. Операторы выбирают между двумя философиями молота: (1) низкая частота/высокая энергия удара — для максимального прогиба, (2) высокая частота/низкая энергия — для защиты отверстия и продления жизни. Современные буры переключают режимы онлайн: (1) вращательное бурение без молота — макс. защита, (2) низкая частота/высокая энергия — для твердых включений, (3) высокая частота/низкая энергия — минимизация сколов и макс. длина отверстия.

Буры оснащают датчиками для среды ДП: обратная связь по параметрам бурения для мониторинга и автоматизации.

Автоматизация: оптимизированное бурение (непрерывный контроль усилия на прогон и вращения), автоматический замер длины отверстия.

Типы буровых стержней

• Цельные с накатным резьбовым битовым наконечником — для коротких и легких отверстий с мягкой массой без включений шлака/железа. Недостаток: только для коротких отверстий.
• Стержни с заменимыми стальными битами — лучшая цена/качество для обычных условий. Бит делает чистое отверстие постоянного диаметра. Углеродистая сталь, взаимозаменяемость с разными стержнями. Хранение бит разного диаметра с одним типом стержня — экономия.
• Стержни с заменимыми битами (wing bits) — из износостойкой чугунной стали, чистое отверстие постоянного диаметра даже при твердых массах и сложных условиях. Лучший компромисс скорость/качество для большинства отверстий.

Грязезакачки (Mud gun machines)

Выполняют критическую операцию — закрытие выпускных отверстий. Закрытие под любым условием — ключевое требование безопасности. Требует экстремальной надежности и робастности. Современная технология требует высокопроизводительных грязезакачек для износостойких быстрозастывающих масс. Современные массы невозможно обрабатывать без оптимизированного термоконтроля грязезакачки.

Гидравлические приводы гарантируют эффективность и безопасность операций с современными тяжелыми отверстиями. Грязезакачки производят специально для критических тяжелых режимов, проект и параметры соответствуют современным технологическим процессам ДП.

Высокое давление массы при обратной конструкции требует габаритной машины. Лучший компромисс габаритов и давления: для малых/средних ДП — 200 кгс/см² / 250 л объема массы; для крупных — 250 кгс/см² / 350–400 л.

Грязезакачки проектируют на высокое давление забивки, быстрый поворот и автоматическую работу. Надежность, высокое качество, длительная безотказная работа, простота обслуживания, высокий сервис.

Автоматизация: «автозабивка» с предпрограммируемыми скоростями, объемами, последовательностями, мониторинг лица отверстия, визуализация/контроль гидросистемы.

Базовые требования к проекту и монтажу грязезакачек

• Мощность для выдавливания массы против полного внутреннего давления печи, даже выше нормального.
• Способность правильно позиционировать насад в отверстии несмотря на препятствия шлака и др.
• Исчерпывающая выдавка всей массы для пробки.
• Фиксация в разных позициях.
• Все движения — дистанционно управляемые, остановка в любой момент.
• Автоматическая сирена/зуммер перед пуском.
• Монтаж с доступом для людей и ремонта (проход ≥1 человека).
• Защита персонала и самой машины.
• Электропроводка защищена от тепла и пробоев, высокая механическая прочность.
• Электропитание от ≥2 независимых цепей, одна — аварийная.
• При гидроуправлении — аккумулятор нужного объема.

Управляющие кабины для буров и грязезакачек

Должны позволять работу даже в авариях. Базовые требования:

• Расположение: персонал защищен от пробоев/взрывов, идеальный обзор зоны операций.
• Негорючие материалы конструкции.
• ≥2 независимых входа, один — к эвакуационной платформе снаружи, всегда свободен.
• Нет дверей к жолобам.
• Наблюдательное окно: (1) минимальное, но полный обзор зоны операций и Lage бура/грязезакачки, (2) триплекс на раме, открывающейся наружу, защита решеткой, (3) органы управления у окна для работы с обзором, защита от случайного нажатия, (4) связь с другими постами управления печью — ≥2 независимых систем устной связи (внутренний телефон, интерком, рация).
• Вентиляция с забором воздуха из чистой зоны.
• Если кабина не в защищенной зоне — усиленные меры: двери, чтобы взрыв закрывал их, стены/двери/потолок — огнеупорными материалами.

Манипуляторы накрытий желобов горячего металла

Для предотвращения остывания металла перед сливом в ковши, основные и подсосные жолобы накрывают неподвижными и съемными крышками. Они также нужны для эффективной аспирации пыли и газов. Но процесс отливки и обслуживание отверстия требуют свободного доступа к передней зоне жолоба. Съемные крышки поднимают и перемещают манипуляторы, открывая доступ для буров и грязезакачек. Манипуляторы позволяют полностью закрывать основной жолоб и повышают безопасность ремонтников.

Манипуляторы обычно монтируют под дюйерной платформой. Компактные, дистанционное управление с ручным резервом. Ключевые признаки: постоянная связь с крышкой, повторяемое позиционирование. Гидро- или пневмопривод.

Манипуляторы минимизируют затраты на съемные крышки, наиболее подверженные высоким температурам и быстрому износу. Требуют значительного свободного места на разливном цехе для безопасности и удобства обслуживания. Различные конструкции дают гибкие решения для любых требований ДП, минимизируя габариты и первоначальную стоимость манипулятора.

Наклоняющиеся жолобы (Tilting runners)

Необходимы для надежной и безопасной разливки чугуна, обычно на крупных ДП. Наклоняющийся жолоб позиционирован между двумя ковшовыми путями. Сначала наклоняется для наполнения ковша на одном пути, потом обратно — на другом. Пока наполняется второй ковш, первый меняют на пустой — отливка продолжается бесперебойно через несколько ковшей.

Наклоняющиеся жолобы — rugged design, гидропривод для углов разливки. Крупногабаритные сварные изделия — критично соблюдение сварочной спецификации. Предусмотрены contingency-стратегии для безопасности. Управление автоматизируется в связке с системой измерения уровня в ковше.

Бар-чейнджеры (Bar changers)

Роботизированная машина для подачи и установки стержней/заделочных прутьев в бур отверстия. Включает магазин стержней разного диаметра. Движущаяся тележка загружает стержень из магазина в патрон бура или извлекает изношенный после работы.

Машина зарядки грязезакачки

Для автоматической зарядки грязезакачки. Схема на рис. 2.

Рис. 2 Схема автоматической зарядки грязезакачки

Буры для пробок жолобов (Jack dam drills)

Для бурения отверстия в скимерной плите/стене основного жолоба ДП. Обеспечивает полный слив продукции. Изготавливают под конкретную печь: расположение жолоба, фундаменты, колонны, стационарное оборудование. Приводы гидро/пневмо, питание от общей насосной станции или автономно. Переносные или стационарные. Полезный инструмент разливного цеха.

Прочие важные инструменты и оборудование

Колютки разных размеров и длин, кислородное лансирование, пробоотбор, термометрия. Плюс краны и подъемно-транспортные средства для операций на разливном цехе.

Развитие оборудования разливного цеха

За 125–130 лет большая эволюция технологии отливки. Раньше фокус — механика конструкций, сейчас — электро- и гидроуправление. Будущее: дальнейшее продление жизни отверстия за счет более твердых масс и снижения влияния ударной энергии молота на горновой огнеупор. Альтернативы бурению/забивке несостоятельны. «Отливной клапан» для ДП — всё еще мечта оператора. Идеи остановки/регулирования потока магнитными полями не вышли на промышленный масштаб.