Конвертер для выплавки черновой меди

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит 66 страниц, 6 таблиц, 8 рисунков, 24 библиографических источника.

Графическая часть проекта содержит 9 листов формата А1, 1 листа формата А3.

Ключевые слова: конвертер, механизм герметизации, привод, черновая медь, штейн.

В дипломном проекте рассмотрен конвертер емкостью 40 тонн, предназначенный для выплавки черновой меди. Приведена техническая характеристика конвертера, рассмотрен механизм герметизации.

В конструкторской части приведено описание конструкции машины, принцип действия, основные узлы, конструктивные достоинства и недостатки, выявившиеся при эксплуатации. Приведено обоснование выбора конструкции (на основе вопросов надежности и экономичности).

Проведен подбор стандартного оборудования по каталогу. Представлены проверочные расчеты механизма и наиболее изнашиваемых деталей. Ряд деталей рассчитан при помощи ЭВМ.

В проекте освещены вопросы монтажа, ремонта, смазки и обслуживания механизма укрытия, вопросы безопасности жизнедеятельности, природопользования и технико-экономической эффективности проекта.

Произведены прочностные расчеты основных узлов и деталей машин и расчет мощности привода. В расчетах эффективно использовались компьютерные программы, такие как, КОМПАС, КОМПАС 3D, Excel.

Рассчитаны технико-экономические показатели комплексной модернизации в цехе. Несмотря на отрицательный экономический показатель, проект принадлежит реализации в соответствии с плановым улучшением условия труда и ликвидации угрозы жизни персонала.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ

ВВЕДЕНИЕ

. Технологическая часть

.1 Краткое описание технологического процесса

.2 Расчет и выбор состава оборудования в отделении

. Конструкторская часть

.1 Описание конструкции конвертера

.2 Литературный обзор

.3 Модернизация узлов конвертера

. Расчетная часть

.1 Расчет нагрузок и мощности привода

.2 Прочностные расчеты основных узлов и деталей машины

.3 Расчеты унифицированных деталей и узлов машины

. Эксплуатация и обслуживание оборудования

.1 Смазка узлов трения машины, карта смазки

.2 Регламентное обслуживание, организация ремонтов

. Безопасность жизнедеятельности производственного персонала

. Экономическое обоснование принятых в проекте решений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ

ВВЕДЕНИЕ

Конвертерный передел - один из прогрессивных методов, как в черновой, так и в цветной металлургии. Появившись в медеплавильном деле, конвертирование обнаружило столь неоспоримые преимущества перед всеми другими методами переработки штейнов, что оказалось вне всякой конкуренции и с тех пор является единственным, принятым повсеместно способом получения из штейнов металла.

Заслуга разработки и внедрения процесса конвертирования медных штейнов принадлежит русским металлургам. В 1866 г. инженеры Семенников и Иосса впервые выдвинули идею получения меди из штейна посредством продувки его воздухом, а в 1870 г. Семенников на Богословском заводе получил в конверторе штейн с содержанием меди 80% (белый металл).

В том же году Иосса и Лалетин, повторив опыты Семеникова, разработали уже теоретические основы процесса, подметили два периода при продувке медного штейна и предложили ряд соображений по практике конвертирования.

В 1880 г. уральский инженер Ауэрбах сконструировал конвертор с боковым расположением фурм и впервые получил черновую медь. С того времени на Богословском заводе медь их штейна стали получать только этим способом. Одновременно, в том же 1880г., черновую медь в конверторе получил французский инженер Поль Давид.

В 1896 г. на Алавердском заводе был впервые в мире осуществлен процесс конвертирования в конверторе с кварцевой набойкой, покрытой толстым слоем магнетитового гарниссажа, предохраняющего набойку от разъедания.

В связи с этим освоение процесса конвертирования в основных горизонтальных конвертера, предложенных в 1909г. американскими инженерами Пирсом и Смитом, для русских металлургов не оказалось затруднительным. Уже в 1910 г. на Карабашском заводе был установлен первый в России и один из первых в мире конвертор с магнезитовой футеровкой.

Вскоре конвертирование штейнов в Карабаше оказалось вполне нормальным. Продолжительность компании конвертера превысила американскую норму.

Кроме самого конвертора, для нормального ведения процесса, требуется много вспомогательного оборудования. Например: для подачи кварцевых флюсов требуется бункер и дозирующее устройство (питатель); для перемещения штейна, шлака и черновой меди - кран и ковши. Эксплуатация ковшей, в свою очередь, требует дополнительного оборудования.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Описание процесса конвертирования

Реакции, протекающие в конвертере

Продувка штейна в конвертере - типичный окислительный процесс, осуществляемый для получения черновой меди.

Общая характеристика процесса кратко сводиться к следующему [1]. При продувке штейна воздухом в конверторе в присутствии кварцевого флюса происходит интенсивное окисление сернистого железа с образованием закиси железа и сернистого ангидрида. Закись железа соединяется с кремнеземом кварцевого флюса и образует шлак, а сернистый газ удаляется с отходящими газами. По мере шлакования железа штейн обогащается медью. Из-за различия в удельных весах и ограниченной взаимной растворимости конверторного шлака и обогащенного медью штейна они при остановке конвертора разделяются по слоям. Шлак периодически из конвертера сливают. Переработку штейна чаще всего производят до полного заполнения емкости конвертора белым штейном или белым матом (Сu₂S), содержащего меди не менее 75% и иногда лишь десятые доли процента железа.

При переработке медного штейна, полученный в результате первого периода белый матт во втором периоде продувается воздухом без присадки кварца до получения черновой меди, в которой концентрируется золото и серебро. В этом периоде преимущественно происходит выгорание серы из полусернистой меди, часть которой переходит сначала в закись меди и затем взаимодействует с остающейся полусернистой медью с образованием металлической меди.

В результате экзотермических реакций, имеющих место при окислении серы и железа штейна, а также реакции шлакообразования в конверторе выделяется тепло, достаточное для ведения процесса конвертирования без затраты топлива.

Основные особенности конвертирования медных штейнов в отличие от конвертирования чугуна заключается в значительно большей степени окисления примесей (до 80% от веса исходного штейна против 6-8%, подлежащих окислению при бессемеровании чугуна); большей длительности процесса; большем выходе шлаке; относительно низкой температуре (1200-1300 против 1550-1600); ограниченной при существующих в конверторе условиях взаимной растворимости металлической и полусернистой меди, в то время как бессемеровский чугун по мере его рафинировки остается в конверторе в виде однородного нерасслаивающегося расплава; значительно большем сроке продувки одной операции (до двух суток вместо 15-20мин).

Скорость конвертирования штейнов, а следовательно, и производительность конвертора зависят главным образом от количества подаваемого воздуха. Последнее в свою очередь определяется влиянием начального состояния воздуха (давление, температура), состоянием расплава (состав, температура), конструкцией конвертора (размеры фурменных трубок, емкость конвертора) и положением конвертора (глубина положения фурм). Не смотря на то, что время прохождения пузырьков воздуха через слой жидкого штейна является очень коротким и, по подсчетам составляет 0,13сек, использование кислорода воздуха почти полное и обычно составляет около 95%. На каждый данный момент продувки количество кислорода в жидкой ванне составляет около одной стотысячной доли от того, которое может освоить ванна.

Реакции окисления, не смотря на недостаток кислорода, протекают очень быстро. В то же время при относительном недостатке воздуха по отношению ко всем имеющимся в данный момент сульфидам и при большой скорости прохождения воздуха не все сульфиды одновременно могут окисляться. В первую очередь протекает та реакция, для которой получается наибольшая убыль свободной энергии (изобарного потенциала). При этом порядок окисления сульфидов в расплаве определяется не только упругостями диссоциации сульфидов, но и в большей степени упругостями диссоциации образующихся окислов.

При температуре конвертирования наиболее устойчивым сульфидом является полусернистая медь, наименее устойчивым - сернистое железо. Что касается окислов, то, наоборот, наиболее устойчивой является закись железа, наименее устойчивой - закись меди. В первом периоде процесса конвертирования протекают реакции окисления Сu₂S и FeS с образованием соответствующих окислов.

Основные экзотермические реакции первого периода процесса - это окисление сульфида железа кислородом воздуха

FeS + 3O₂ → 2FeO + 2SO₂,

и шлакование образовавшейся закиси железа кремнеземом кварцевого флюса с образованием фаялита

FeO + SiO₂ → 2FeOSiO₂.

В условиях обычного конвертирования медных штейнов реакция окисления FeS протекает быстро и, наоборот, реакция ошлакования в связи с необходимостью растворения кварца - медленно. При относительно низкой температуре в конверторе, а также при недостатке кварцевого флюса имеет место образование магнетита

FeO + O₂ → 2 Fe₃O₄.

Эта реакция сопровождается выделением тепла и повышением температуры в конверторе выше 1200 , что способствует взаимодействию магнетита с сернистым железом и кремнеземом кварцевого флюса с образованием фаялита по реакции

FeS + 3Fe₃O₄ + 5SiO₂ → 5 ( FeOSiO₂ ) + SO₂.

Как правило, в начале продувки при низкой температуре и значительном образовании магнетита конверторные газы обогащены азотом и содержат мало SO₂. По мере разогревания конвертера концентрация SO₂ в газах повышается вследствие взаимодействия магнетита с FeS. При «холодном» ходе конвертора в связи с увеличением количества магнетита и уменьшением фаялита получающиеся шлаки будут густыми, содержащими много меди. Наоборот, при «горячем» ходе конвертора шлаки вследствие преимущественного содержания в них фаялита и малых количеств магнетита будут жидкими и содержащими мало меди.

Второй период характеризуется окислением полусернистой меди до закиси меди

Cu₂S + 3O₂ → 2Cu₂O + 2 SO₂,

и взаимодействием закиси меди с оставшейся массой полусернистой меди

Cu₂S + 2 Cu₂O → 6Cu + SO₂.

Эти две быстро протекающие реакции сопровождаются практически полным использованием кислорода воздуха (не менее 90%). При этом на 1кг кислорода выделяется тепла в полтора раза меньше чем при окислении и ошлаковании сернистого железа в первой стадии процесса. Однако во втором периоде не образуется шлак, продувка идет безостановочно, без простоев на слив шлака и связанных с ним теплопотерь. Поэтому во втором периоде температура в конверторах повышается и тепла реакций второго периода достаточно для нормальной работы конвертора.

Практика ведения технологического процесса

Перед загрузкой конвертер должен быть подготовлен к набору [2], то есть настыли должны быть сбиты с напыльника, горловина - расчищена, а фурмы прочищены. Эти операции следует производить быстро, чтобы не снизить температуру в конверторе. После подготовки производят загрузку. Продувку очередной порции штейна ведут до обогащения массы в конверторе (примерно до 50 - 60% меди). К этому времени шлак должен быть разогрет до 1200 (не менее 1180), что определяют по фурмовке, цвету пламени, и характеру брызг.

Производят загрузку кварцевого флюса, в количестве необходимом для шлакования железа, учитывая процентное содержание меди в штейне и состава флюсов. Загрузку кварцевого флюса производят ленточным транспортером через течку в горловину конвертора.

После заливки штейна его необходимо продувать в течение 15-20мин, чтобы повысить температуру ванны выше 1200. Затем загружают флюс. По мере продувки температура повышается и после 50-80мин непрерывного дутья может достигнуть 1300. Дальнейшее повышение температуры будет способствовать уменьшению содержания магнетита в шлаке и в тоже время уменьшению гарниссажа и разрушению футеровки конвертера. В случае перегрева высокую температуру лучше использовать для переработки большего количества холодных присадок.

Для хорошей работы конвертора нужны непрерывная прочистка фурм, тщательная дозировка кварцевого флюса, непрерывный контроль температуры, а также быстрота выполняемых операций с целью увеличения степени использования конвертора под дутьем и уменьшения колебаний температуры.

При холодном ходе могут образоваться настыли, через горловину происходит усиленное выбрасывание массы, особенно если в конверторе много массы или шлака, оставленного после предыдущей продувки.

Бывают случаи выброса расплава из конвертера, как в первом, так и во втором периодах. При недостаточном погружении фурм в массу в первом периоде воздух вдувается в образовавшийся шлак. Верхний слой шлака передувается, и в области фурм образовывается пена, содержащая Сu₂O, которая при циркуляции ванны вступает в реакцию с Сu₂S из нижних слоев. Эта реакция имеет большое парциальное давление (8-10атм) выделяющегося сернистого газа, вследствие чего происходит выброс. При получении белого матта с избытком кварца, также возможен выброс. Выброс может произойти и при варке меди, когда в конверторе остается большое количество шлака вместе с белым маттом.

На 40-т конверторе в период набора штейна достигают следующих показателей [1]:

степень использования конвертора под дутьем, % .............72-80

давление воздуха, атм ……………………………………...0,8-1.2

расход воздуха, м³ / ч ……………………………….18000-25000

диаметр фурм, мм …..……………………………………….28-32

содержание в конверторном шлаке, %

Сu ……………..……………………………………….…..…1,0-2,5

SiO₂ ………………………………………..……………….….21-27

продолжительность операции слива шлака, мин ……….……...7

От качества полученного белого матта, количества обработанного штейна, содержания меди в штейне и некоторых других факторов зависит время варки меди. Медь варится от 1,5 до 5-ти часов. После разлива продукта процесс начинается с начала.

Взаимодействие оборудования передела

Штейн в передел поступает из отражательной печи по желобам в ковши. Два ковша располагаются в штейновой яме, их заполнение происходит попеременно с помощью переводки. Во время заполнения одного ковша, второй ковш поднимается краном и транспортируется в конвертер. За один раз льют от одного до восьми ковшей штейна. Во время продувки штейна в конвертере получают шлак, который сливают в ковш, после операции избавления от шлака в конвертер выливают новую порцию штейна. Шлак, в свою очередь, краном либо транспортируют в шлаковоз, либо сливают в отражательную печь. Добавление штейна ведут до полного использования емкости конвертера. После получения белого матта продукт переливают в один конвертер, который варит медь, пустой конвертор заряжают новой порцией штейна. Черновую медь разливают по изложницам с помощью крана на горячей медной площадке. Из изложниц медные штыки поднимают все тем же краном. Штыки взвешивают и транспортируют до места погрузки в вагоны автопогрузчиком.

Итак, передел содержит: пять конвертеров, три мостовых крана, установку выбивки ковшей, брызгало. Также в цехе находятся два автопогрузчика, шесть рабочих ковшей, три-четыре ковша под холодные материалы (рабочие ковши после ремонта), пятнадцать совков (совок - специальная тара) и другое оборудование.

.2 Технологические расчеты

Упрощенный расчет продолжительности продувки штейна до сульфидного сплава (массы), содержащего 60% меди.

Предположим, при зарядке 40т конвертора залили 25т штейна, содержащего 20% меди, 25% серы и 48% железа (остальными составляющими пренебрегаем). В 60% сплаве должно содержаться 23% серы и 16% железа.

Введено в конвертор со штейном (т):

Меди 25 × 0,2 = 5,

Железа 25 × 0,48 = 12,

Серы 25 × 0,25 = 6,25.

Примем переход меди в 60%-й сплав ориентировочно 90% с учетом перехода меди в конвертерный шлак, настыли на горловине и в напылнике, брызги, пыль и т. д. Тогда вес меди в 60% сплаве составит:

G_М = 5 × 0,9 = 4,5т,

вес 60% сплава ориентировочно будет:

G_Σ = 4,5/0,6 = 7,5т,

и в этом сплаве будет содержаться (т):

железа Fe = 7,5 × 0,16 = 1,2,

серы S = 7,5 × 0,23 = 1,7.

За время продувки в конверторе должно окисляться (т):

Железа Fe = 12 - 1,2 = 10,8,

Серы S = 6,25 - 1,7 = 4,55.

По реакциям Fe + 0,5O₂ = FeO и S + O₂ = SO₂ требуется кислорода на окисление одной тонны:

Железа Fe = 1/55,8 ×16 = 0,3т,

Серы S = 1/32 × 32 = 1т.

Потребуется ввести внутрь конвертора кислорода теоретически (т):

O_Fe = 10,8 × 0,3 = 3,24,

G_S = 4,55 × 1,0 = 4,55.

Всего 7,79.

Предположим, воздухомер у конвертора показывает подачу воздуха к фурмам в среднем 300 м³/мин. Это составит кислорода:

по объему V = 300 × 0,21 = 63 м³/мин,

или по весу G = 63 / 22,4 × 32 = 90 кг/мин.

Из этого количества часть (обычно не более 5%) не используется внутри конвертора, часть теряется при фурмовании, часть может потеряться через щели воздухопроводов и сальников.

Для расчета примем, что использование кислорода на реакции внутри конвертора составляет 80% (не считая воздуха, теряемого при наклонении конвертора, за время его простоя, если воздуходувка не останавливается, и т. д.). Этот коэффициент должен уточняться на каждом заводе его исследовательской группой.

Используется кислорода на реакции:

S_O2 = 90 × 0,8 = 72 кг/мин,

для подачи 7790 кг потребуется:

t_O2 = 7790 / 72 = 108,2 мин.

То есть, воздуходувка должна подавать 108,2 × 300 = 32460 м³ воздуха.

Практически на заводах первая продувка после зарядки конвертора не всегда продолжается так долго, иначе говоря, к концу продувки сульфидный расплав, содержащий не 60% меди, а меньше.

По методике этого расчета составлена таблица 1.2.

Таблица 1.2

Расход воздуха, м/т штейна

Расчет количества конвертеров при штейне 20% и суточном плане 175т.

При работе воздуходувной машины V = 21000м³/ч, на получение одной тонны меди требуется 0,3 часа. С учетом степени использования конвертера под дутьем 72% требуется t_Д = 0,3 / 0,72 = 0,416 ч.

Для получения на одном конвертере 175 т меди требуется

t_Д = 0,416 × 175 = 71,3 ч.

При выполнении суточного плана в работе должно находится

n = 71,3 / 24 = 3 конвертера.

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Описание конструкции машины

На рисунке 2.1 представлен конвертер емкостью 40 т., который состоит из бочки 1 установленной на опорных роликах 2. Опорные ролики попарно закреплены на стальных сварнолитых балансирах (траверсах), установленных, на чугунных подушках.

Рисунок 2.1 - Конвертер емкостью 40 тонн

Привод поворота бочки осуществляется от электродвигателя 4 мощностью 30 кВт через редуктор и открытую зубчатую пару 3. Бандаж на бочке со стороны привода отлит заодно с зубчатым венцом.

Для остановки бочки и удержания ее при любом угле поворота имеются два тормоза TKП 300.

Напыльник 5, массивная стальная коробка прямоугольного, круглого или полукруглого поперечного сечения закрепляется над горловиной конвертора и соединяется с газоотводящей системой. Назначение напыльника, обеспечить высокую степень сбора отходящих газов при минимальных подсосе воздуха и выбросе газа в атмосферу цеха.

Футеровка корпуса, хромомагнезитовый и магнезитовый кирпич.

2.2 Литературный обзор

Горизонтальные конверторы характеризуются диаметром и длиной корпуса (бочки) и разделяются на конструкции с верхним отводом (отсосом) газов (рисунок 2.1) и боковым или осевым отводом. Последние как новые прогрессивные конструкции находятся в стадии производственных испытаний и внедрения в производство, медного штейна. Горизонтальные конверторы с верхним отводом газов (через горловину) типизированы - выпускаются двух типоразмеров по ёмкости 80 и 40 т. Наиболее распространены 80 т конверторы. Эксплуатируются конверторы нетипизированных емкостей, установленные в прежние годы.

Разработкой конструкции укрытия и герметичного напыльника конверторов занимались многие конструкторы заводов и институтов, однако применительно к условиям медеплавильных заводов этот вопрос до сих пор не нашел удовлетворительного решения. Как правило, при эксплуатации напыльников в условиях обычного конвертирования медных штейнов не обеспечивается герметичный отсос газов, имеют место большое настылеобразование на отдельных участках внутренней стенки напыльника и другие недостатки [3].

На некоторых заводах для достижения большей герметичности конвертера проектируют конструкцию укрытия в виде ворот, которые открываются за счет двигателей. Нижняя часть передней стенки напыльника выполнена в виде подвижной заслонки. Высота напыльника соответствует высоте газового фонтана, но передняя стенка имеет наклон в сторону газохода.

Опыт этих заводов свидетельствует о том, что улучшение газового и температурного режима достигнуто вследствие металлической конструкции в виде укрытия и увеличения высоты напыльника, что в условиях уральских заводов (Кировград, Красноуральск, Карабаш) осуществить невозможно ввиду очень малой высоты подкрановых путей и не спланированного заранее участка цеха под конструкцию. В связи с этим улучшить газовый и температурный режимы напыльника можно только большей его герметизацией и усилением искусственного его охлаждения и отдельным укрытием каждого конвертера по отдельности.

В результате проведенных испытаний водяного охлаждения получены положительные результаты: температура подводимой воды колебалась в пределах 25-30, отводимой от кессонов - до 40-50; забивания водопроводов и кессонов не было; признаков износа охлаждаемых секций не было (прогар, коробление) в период нормального поступления воды; совершенно отсутствовало настылеобразование на внутренней стенке секций.

Зазоры между фартуком горловины и напыльником устраняют несколькими способами.

Способ первый. Кессонированный напыльник неподвижен, боковые зазоры перекрываются неподвижными листами, спереди на цепях подвешен лист.

Плюсы конструкции: нет ни одного механического привода.

Недостатки: не обеспечена достаточная герметизация, т. к. не возможно плотное прилегание переднего листа, не перекрыт зазор между задней частью напыльника и фартуком горловины (Концентрация SO₂ в отходящих газах составляет 4,5-5%)

Способ второй. Боковые зазоры также как в первом способе, передний и задний зазоры устранены с помощью подвижных приводных заслонок. Привод может быть как гидравлического, так и механического исполнения. На рисунке 2.2 представлен второй способ зазора между фартуком горловины и напыльником.

1 - конвертор

- водоохлаждаемая часть напыльника

- не охлаждаемая часть

- переднее уплотнение

- заднее уплотнение

- боковые уплотнения

Рисунок 2.2 - Второй способ зазора между фартуком горловины и напыльником

Плюсы: высокая степень герметизации (концентрация сернистого газа составляет 6 -7%).

Недостатки: повышенное настылеобразование на неохлаждаемых заслонках.

Способ третий. Напыльник лежит на фартуке горловины, благодаря этому обеспечиваются минимальные зазоры. Перед выводом конвертора из под дутья часть водоохлаждаемого напыльника (забрало) поднимается и телескопически втягивается в другую часть напыльника. На рисунке 2.3 представлен третий способ зазора между фартуком горловины и напыльником.

1 - конвертор

- подвижная часть напыльника

- блоки

- канаты

- приводной барабан

Рисунок 2.3 - Третий способ зазора между фартуком горловины и напыльником

Плюсы: достаточная степень герметизации, отсутствие настылеобразования.

Недостатки: подвижная часть связана с системой водоснабжения гибкими металлическими шлангами, которые постоянно выходят из строя.

Новейшие схемы технологического процесса, осуществляемые в конверторах, и форсирование этих процессов требуют разработки и применения более совершенных в конструктивном отношении напыльников, отличающихся большой механической и термической стойкостью.

Заслуживает внимания конструкция напыльника завода Коппера Клифа (США), где над напыльником установлен концентрический зонт с зазором между стенками около 100 мм и вытяжной трубой, выведенной над крышей цеха. Благодаря интенсивному лучеиспусканию воздух в пространстве между напыльником и зонтом нагревается и создает сильную тягу, отсасывающую выбивающиеся из-под напыльника газы, сернистый газ из ковшей при сливе шлака и т.д. Этим простым мероприятием в значительной степени улучшается атмосфера в цехе. Однако установить такой зонт можно только, если это допускает расположение балок подкрановых путей.

Отмеченные недостатки устранены в конверторах с боковым отводом газов. По данным зарубежной практики (Бельгия), эти конверторы выдают газы с 8-10%-ным содержанием сернистого ангидрида (примерно в 2 раза выше, чем в обычных конверторах); из них не выделяются (или выделяются в значительно меньшем количестве) газы в атмосферу цеха; они допускают загрузку материала во время дутья, не требуют установки напыльника. Вместе е тем конструкция конвертора более сложна и громоздка; конвертор занимает примерно на 30% больше площади, чем обычные конверторы той же емкости. Схема конвертора с боковым отводом газов изображена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Схема конвертора с боковым отводом газов: 1 - бочка; 2 - П-образный газоход; 3,7,8 - люки для чистки; 4 - уплотнение; 5 - царга; 6 - камера; 9 - противовес; 10 - опора; 11 -фурмы.

2.3 Модернизация узлов машины

Как отмечалось выше главные недостатки в машине - это недостаточная герметичность конвертера. Для устранения этих недостатков предлагается: установить укрытие конвертера, состоящая из подвижных ворот приводимых в действие приводом с цепной передачи как изображено на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Укрытие конвертера

Кинематическая схема привода укрытия изображена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Кинематическая схема привода укрытия

- Электродвигатель АИР 100L4У3

- Предохранительная втулочно-пальцевая муфта

- Редуктор трехступенчатый горизонтальный 1Ц3У-200-80-12У1

- Звездочка приводная

- Цепь 2ПР-38,1-254

6 - Звездочка ведомая

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

.1 Расчет нагрузок и мощности привода

На рисунке 3.1 представлены силы, для расчета момента, возникающего при передвижении ворот.

Рисунок 3.1 - Силы, для расчета момента

Тяговое усилие

где f_тр - коэффициент трения качения в подшипниках качения принимается от 0,01 до 0,001, принимаем f_тр = 0,01;

G - вес ворот, G = 5000Н.

F = 50 × 0,01 = 0,5 кН

Выбор двигателя.

Определение требуемой мощности выполняем по методике, изложенной в [4].

Для привода створок при ходе 2420 мм примем привод с электродвигателем, редуктором и цепной передачей. Время открывания ворот

где v - Скорость перемещения створки примем, v = 0,1 м/с.

Требуемая мощность электродвигателя

,

Где F - усилие, F = 0,5 кН;

 - общий КПД привода.

,

где - КПД зубчатой передачи;

 - КПД цепной передачи;

 - КПД одной пары подшипников.

.

Выбираем асинхронный электродвигатель АИР 100L4У3 с ближайшей стандартной мощностью Р_э = 4 кВт, асинхронной частотой вращения n_c = 1500 мин^-1 и скольжением S = 4,7%. Присоединительные размеры вала для муфты: d = 28мм, ℓ = 50 мм.

Частота вращения вала двигателя

3.2 Прочностные расчеты основных узлов и деталей машины

Расчет оси верхних колес. Расчет на срез выполнен по методике, изложенной в [4]. Ось подвески в опасном сечении имеет диаметр 40 мм, в количестве четырех штук. Масса створки по проекту приблизительно равна 50 кН. Так как подвески расположены асимметрично, то для расчета примем нагрузку на одну подвеску как полную массу створки.

Расчет на срез должен удовлетворять следующему условию

где допускаемое напряжение среза, для стали принимаю  = 50МПа.

,95 МПа ≤ 50 МПа.

Прочность осей подвески обеспечена.

3.3 Расчет унифицированных деталей и узлов машины

Выбор редуктора укрытия

Расчеты выполнены по методике, изложенной в [4].

Для предварительных расчетов примем диаметр делительной окружности звездочки равным 200 мм.

Требуемая частота вращения звездочки

Общее передаточное число привода

Передаваемая мощность на выходном валу редуктора

Р₂ = Р_тр × , кВт,

Р₂ = 4 × 0,913 = 3,65 кВт.

Крутящий момент на входном валу редуктора

Крутящий момент на выходном валу редуктора:

Параметры выбираемого редуктора должны удовлетворять следующим условиям

Т_ном ≥ Т_расч,

Где Т_ном - номинальный крутящий момент на выходном валу редуктора, приводимый в каталоге в тех. характеристиках для каждого редуктора, Н · м;

Т_расч - расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора, Н · м.

Расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора

Т_расч = Т_треб × К_реж, Н · м;

Где Т_треб - требуемый крутящий момент на выходном валу, Н м;

К_реж, - коэффициент режима работы.

При известной мощности двигательной установки

,

где Р_треб - мощность двигательной установки, кВт, Р_треб = 4кВт;

п_вх- частота вращения входного вала редуктора, об/мин,  = 1429,5 об/мин;

u - передаточное число редуктора, u = 40;

 - коэффициент полезного действия редуктора,  = 0,913

Коэффициент режима работы определяется как произведение коэффициентов

Для зубчатых редукторов:

К_реж = К₁ × К₂ × К₃ × КПВ × К_рев,

где К₁ - коэффициент типа и характеристик двигательной установки;

К₂ - коэффициент продолжительности работы;

К₃ - коэффициент количества пусков;

КПВ - коэффициент продолжительности включений;

К_рев - коэффициент реверсивности, при нереверсивной работе К_рев = 1,0 при реверсивной работе К_рев = 0,75.

К_рев = 1 × 1 × 1 × 1 × 1 = 1.

.

Т_расч = 976 × 1 = 976 Н · м.

≥ 976 Условие выполнено.

Тогда по каталогу выбираем редуктор трехступенчатый горизонтальный 1Ц3У-200-80-12У1, его технические характеристики:

межосевое расстояние выходной ступени 200 мм

номинальное передаточное число 40

сборка по ГОСТ 20373-80

номинальный крутящий момент на выходном валу 2500 Н м

масса 190 кг

Выбор типоразмера тормоза:

В механизмах широко используются автоматические нормально замкнутые тормоза с пружинным и электромагнитным или электрогидравлическим приводом типа ТКТ, ТКП, ТКГ. При легком режиме работы целесообразно применять более дешевые тормоза типа ТКТ или ТКП.

Расчетный тормозной момент определяется по формуле

М_т.р = К_т × М_ст.т, Н м,

где К_т - коэффициент запаса торможения, К_т = 1,5;

М_ст.т - статический крутящий момент при торможении.

, Н м,

,

М_т.р = 1,5 × 22 = 32 Н · м.

Выбираем тормоз ТКТ-100.

Выбор соединительной муфты

Муфты выбирают в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы

М_р = КТ ≤ [М_к], Н · м,

Где М_р - расчетный вращающий момент;

К - коэффициент запаса прочности;

Т - действующий вращающий момент;

[М_к] - допускаемый вращающий момент, который способна передать муфта, принимаю по ГОСТ 21424-93 [М_к] = 1000 Н · м.

В общем случае

К = К₁ × К₂ × К₃,

Где К₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения, К₁ = 1,8;

К₂ - коэффициент режима работы, К₂ = 1;

К₃ - коэффициент углового смещения, К₃ = 1,5.

К = 1,8 × 1 × 1,5 = 2,7.

М_р = 2,7 × 400 = 1080 Н · м.

кН ≤ 125 кН

Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую МУВП 5 ГОСТ 21424-93, крутящий момент которой 125кН. Тормоз для данного привода не требуется, так как червячная передача самотормозящая.

Расчет цепной передачи

Выбираем роликовую цепь ГОСТ 13568-97

ПР-38,1-254

Шаг цепи t = 38,1 мм

Ширина В = 25,4 мм

Площадь опорной поверхности шарнира цепи = 788 мм²

Усилие в цепиQ = 254 кН

Масса одного погонного метра цепи  = 11 кг/м

Диаметры делительных окружностей звездочек

Проверочный расчет передачи

Скорость цепи

где n - частота вращения ведущей звездочки, об/мин

Окружное усилие

Центробежное усилие

F_v = q_m × V², Н,

F_v = 11 × 2,032² = 45,4 Н.

Расчет подшипника на оси ведомой звездочки.

Исходные данные

Шарикоподшипник радиальный-сферический двухрядный средней серии

ГОСТ 28428-90 №1308

Размеры подшипника: d = 40 мм, D = 90 мм, B = 23 мм, r = 2,5 мм

Динамическая грузоподъёмность C = 29,6 кН

Статическая грузоподъёмность  = 12,2 кН

Суммарная осевая нагрузка на подшипник: F = 0 кН

Частота вращения кольца подшипника: n = 400 об/мин

Параметры осевого нагружения: е = 0,23

Режим работы средний

Расчет подшипника

Эквивалентная динамическая нагрузка

р = К_б × К_Т ( ХVF_r + YF_a),кН,

где Х - коэффициент радиальной нагрузки;- коэффициент осевой нагрузки;

К_б = 1,3 - коэффициент безопасности;

К_Т = 1 - температурный коэффициент, зависит от t подшипника,. t = 100° тогда t ≤105°;- коэффициент вращения, V = 1 при вращении внутреннего кольца относительно направления нагрузки

при  принимают Х = 1 Y = 0.

р = 1,3 × 1 (1 × 1 × 0,092 + 0 × 0) = 0,12кН.

Долговечность подшипника при максимальной нагрузке

где m = 3 - для шарикоподшипников;

Р - эквивалентная динамическая нагрузка;

Формула справедлива, так как выполняется условие Р≤0,5 С.

Так как задан типовой режим нагружения, то эквивалентная долговечность подшипника

где  = 0,18 - коэффициент эквивалентности.

Поскольку L_Е ≥ 12500 ч, то выбранный подшипник удовлетворяет условиям работы.

4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

.1 Смазка узлов трения

Бесперебойная работа оборудования промышленных предприятий в значительной степени зависит от правильного применения смазочных материалов.

Основное назначение смазки - сокращение расхода энергии на преодоление сил трения, уменьшение износа трущихся поверхностей и, следовательно, продление межремонтных периодов оборудования.

Смазка основных узлов конвертера согласно [2] представлена в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Смазка основных узлов

.2 Регламентное обслуживание, организация ремонтов

Все ремонты оборудования конвертерного цеха проводятся в соответствии с заранее составленным годовым графиком ППР, утвержденным главным инженером завода. Система ППР предусматривает плановое проведение капитальных и текущих ремонтов.

На выводимый в ремонт агрегат составляется дефектная ведомость, на ремонтируемые детали технологические карты. В технологической карте приводят краткую характеристику дефектов детали, сведения о материале детали, технологию ремонтных работ по устранению дефектов, перечисляют необходимое для ремонта оборудование, приспособления и рабочий инструмент.

Последовательность выполнения работ отражена в графике ремонта, который разрабатывается на основании дефектной ведомости и расчета затрат времени в человека - часах по каждой операции.

Текущий ремонт представляет собой комплекс мероприятий, направленный на устранение неисправностей, возникающих в процессе работы и восстановление работоспособности узлов.

При текущем ремонте выполняют следующие работы:

замена подшипников вала;

замена муфт.

Техническое обслуживание предусматривает: своевременную смазку оборудования, подтяжку болтовых соединений, устранение мелких неисправностей, регулировку и настройку работы машины.

Перед пуском машины в работу необходимо:

проверить исправность всех устройств, входящих в машину и их работу;

провести при необходимости их регулировку и настройку;

тщательно осмотреть и проверить болтовые и шпоночные соединения;

проверить наличие смазки в подшипниках, в картерах редукторов;

осмотреть наружные поверхности, при необходимости очистить от грязи.

В течение смены необходимо:

не менее 1 раза в смену осмотреть состояние редукторов, муфт, подшипников и тормозов;

следить за нагревом подшипников в редукторах, температура не более 700С.

После очередной смены футеровки, необходимо контролировать длину пружин шпилек, стягивающих крышки бочки. Во время остановки конвертора на ремонт зубчатый венец и шестерня должны очищаться, от накопившейся грязи; необходимо проверять качество зацепления. Запрещается регулировать поджатие опорных роликов нагруженного конвертора во избежание перегрузки стяжных шпилек. Тормозы имеют весьма важное значение для безаварийной работы конвертора - их состояние и работа должны находиться под постоянным надзором.

Приемку смены производить в соответствии СПП 11-13.

Все данные о состоянии быстроизнашивающихся деталях заносятся в оперативный журнал.

технический технологический конвертер медь

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

.1 Введение

Все расчеты и оформление выполнены по методике, изложенной в [5].

Охрана труда - это комплекс мероприятий правового, организационного, технического и санитарно-гигиенического характера, направленных на обеспечение здоровья и безопасности условий труда на производстве, согласно ТК РФ (ст. 209), Конституции РФ, а так же государственной системе стандартов безопасности труда.

Мероприятия технического характера направлены на предохранение рабочих от различного рода производственных травм и несчастных случаев, на облегчение труда и устранение причин, вызывающих травматизм и вредные воздействия на организм человека. Мероприятия санитарно - гигиенического характера, производственная санитария направлены на обеспечение здоровых условий труда путем устройства бытовых помещений, рационального освещения рабочих мест и пр.

Способами улучшения условий труда являются такие мероприятия, как внедрение новой техники, прогрессивных методов организации труда, комплексной механизации работ, применение защитных средств и приспособлений.

Целью данного раздела является:

анализ условий труда на рабочем месте конверторщика

анализ состояния травматизма на предприятии

анализ защиты работников в условиях ЧС

анализ влияния модернизации конвертера на условия труда конверторщика.

Краткая характеристика предприятия и рабочего места

Организация: ОАО «Святогор».

Юридический адрес: Россия, 624330, г. Красноуральск, Свердловской области, ул. Кирова, 2.

Основой технологического процесса ОАО «Святогор» является производство черновой меди путем плавки исходного сырья в отражательных печах, конвертирования расплавленной богатой массы в конвертерах и серная кислота, получаемая при очистке отходящих газов.

Реконструируемый конвертер располагается в металлургическом цехе, в существующем здании конвертерного отделения, на территории действующего предприятия ОАО «Святогор».

Географическое положение. Сырье, энергообеспечение.

Существующая промплощадка ОАО «Святогор» расположена по адресу: г. Красноуральск, ул. Кирова, 2, на земельном участке площадью 38,2 га (свидетельство о гос. регистрации права № 66 АВ 838133 от 08.09.2005.)

Сырьевой базой служит руда Тарньерского, Сафьяновского месторождений, Волковский рудник.

Подача эл. энергии на объект осуществляется с районной подстанции

Мазут поставляется согласно ГОСТ 10585-99. Поставщик ЗАО «Лукойл Екатеринбург Нефтепродукт"

Газ поставляется согласно ГОСТ 5542-87. Поставщик ЗАО «Уралсевергаз»

Площадь застройки отделения составляет S = 2268 м2. Шаг колонн и ферм 8,00 м. Бытовые устройства для работающих в цехе выполнены в отдельно стоящем здании.

Конвертерное производство цеха относиться к производству с повышенной опасностью. В процессе производства металлурги имеют дело с жидким металлом и шлаком, работают в условиях повышенных температур.

Основное оборудование отделения это конвертер для меди (5 шт.), установка выбивки ковшей (1 шт.), кран мостовой (3шт.),

Характерными особенностями конвертерного производства являются:

непрерывность технологического процесса;

повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны

повышенная температура поверхностей оборудования, материалов

повышенная температура воздуха рабочей зоны

наличием производственных процессов, сопровождающихся повышенным выделением пыли и газов;

недостаток естественного света;

повышенный уровень шума и вибрации;

повышенная опасность поражения электрическим током;

Нормативные документы по безопасности, надзорной и разрешительной деятельности в металлургической промышленности:

ПБ 11-493-02 «Общие правила безопасности для металлургических и коксохимических предприятий и производств».

ПБ 11-554-03 «Правила безопасности при производстве никеля, меди и кобальта».

.2 Безопасность труда

Микроклимат

Микроклимат производственных помещений - это климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а так же температуры окружающих поверхностей.

Физиологически оптимальной является относительная влажность в пределах 40…60%. Повышенная влажность воздуха в сочетании низкими температурами оказывает значительное охлаждающее действие, а в сочетании с высокими способствует перегреванию организма.

Скорость движения воздуха. Человек начинает ощущать движение воздуха при его скорости примерно 0,1 м/с.

Нормирование микроклимата осуществляется в соответствии с [6,7].

В зависимости от периода года (холодный период года - период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха, равной +10ºС и ниже; теплый период - период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха выше +10ºС). Параметры микроклимата, изложены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Параметры микроклимата

Таким образом, фактические значения параметров микроклимата в пределах допустимых значений. Класс условий труда - 3.1 вредный.

Проект укрытия конвертера приведет к улучшению условий труда.

Вентиляция

Система вентиляции спроектирована и выполнена так, чтобы поддерживать параметры микроклимата в производственном помещении. Для борьбы с выделяющимися газами и избытком тепла запроектирована обще-обменная вентиляция - аэрация. От оборудования выделяющего пыль предусмотрена местная вытяжная вентиляция. Помещение постов управления агрегатами, оборудованием, электротехнические помещения, помещения микропроцессорной техники и ЭВМ оборудованы системами кондиционирования воздуха, автономными кондиционерами с обеспечением нормируемых параметров и создания требуемого подпора воздуха.

Система вентиляции отвечает требованиям [9].

Вывод: Уровень запыленности и загазованности на рабочем месте не отвечает действующим санитарным нормам. Класс условий труда 3.2 вредный

Освещенность

Для освещения цеха проектом предусмотрено применение естественного и искусственного освещения, с максимальным использованием естественного освещения. Соответствующее нормам естественное освещение в цехе достигается устройством аэрационных фонарей в крыше здания. Разряд зрительной работы VII. КЕО = 1,8%

Искусственное освещение обеспечивает величину освещения Е = 200 ЛК. На случай отсутствия рабочего освещения предусматривается аварийное освещение. Аварийное освещение обеспечивает Е = 20 ЛК, [11];

а) естественное освещение в помещении согласно [11]

КеО = 1,8% фактическое КеО = 1,2%

б) искусственное освещение согласно [11]

Ен = 200 лк Еф = 291 лк

Проектом предусматривается эвакуационное освещение.

Напряжение питания осветительных установок 220 В, напряжение местного освещения 12 В, 42 В. Помещения оборудованы настенными выключателями, в пролетах управление освещение централизованное.

Вывод: Искусственное освещение санитарным нормам соответствует, естественное освещение не соответствует, поэтому класс условий труда 3.1 вредный.

Шум

Источниками шума в цехе являются:

конвертеры во время продувки;

электромостовые краны;

работа вентиляции;

машина загрузки окислителей

В соответствии с [12, 19], допустимый уровень звука на постоянном рабочем месте и рабочей зоны в производственном помещении не должно превышать 80 Дб.

В данном отделении уровень звука превышает допустимые нормы и равен 92 Дб.

Уровень шума не соответствует требованиям [16, 19]. Класс условий труда - 3.1 вредный.

Борьба с шумом наиболее рациональна посредствам уменьшения его в источнике. Применяемые в отделении средства уменьшения шумов механического и аэродинамического происхождения у их источников - это своевременный ремонт неисправностей механизмов, широкое применение принудительного смазывания трущихся поверхностей в сочленениях, применение в вентиляторах лопаток оптимального сопротивления воздуху и газам, создание оптимальной пульсации давления рабочей среды в аэродинамических процессах.

Вибрация

В соответствии с [20], допустимый уровень вибрации на постоянном рабочем месте и рабочей зоны в производственном помещении не должно превышать 92 дБА

По замерам ЦЗА уровень общей вибрации составляет 80 дБА.

Уровень вибрации, воздействующий на работающих, отвечает нормам вибрации по [13].

При монтаже во время реконструкции оборудования учитываются требования [13]. В качестве средств индивидуальной защиты работающих используют обувь на массивной подошве, а так же применяются виброзащитные перчатки.

Таким образом, уровень вибраций на рабочем месте отвечает действующим нормам. Класс условий труда 2 допустимый.

Электробезопасность

Мероприятия по электробезопасности проводятся в соответствии с [14].

По действующим правилам устройства электроустановок помещения отделения можно отнести к помещению с особой опасностью поражения электрическим током, поскольку в цехе имеют место токопроводящие полы, электроустановки с металлическими корпусами, имеющие соединения с землей и металлоконструкциями здания.

Основной источник энергии в цехе - электрический ток частотой 50 Гц.

Основными потребителями электроэнергии в цехе являются двигатели приводов агрегатов с напряжением 220, 380В, а также всевозможные приборы контроля и осветительные средства цеха.

Все металлические не токонесущие части оборудования, которые из-за нарушения изоляции могут оказаться под напряжением, заземлены и занулены. Сопротивление заземления 4 Ом. Сопротивление изоляционных проводов > 0,5Мом. Электротехнический персонал снабжен средствами индивидуальной защиты (диэлектрические перчатки, диэлектрические калоши, изолированный инструмент). На участках связанных с опасностью поражения электрическим током имеются предостерегающие плакаты и надписи. Персонал проинструктирован по электробезопасности и обучен оказанию первой помощи при поражении электрическим током.

Распространёнными средствами защиты людей от поражения электрическим током является заземление оборудования использование различных блокировок (механические, электрические), Малое напряжение (для локальных светильников 220В), Недоступность токоведущих частей (используются кожух, корпус, электрический шкаф, блочные схемы и т.д.), В качестве индивидуального средства защиты используются резиновые коврики.

Все электрические кабели на участке положены в кабельные тоннели либо в трубы, таким образом, проведенные мероприятия по электробезопасности удовлетворяют требованиям [14].

Эргономичность рабочего места

Освещенность рабочего места на участке, где расположен конвертер соответствует норме, что обеспечивает нормальное фурмование и наблюдение за процессом работы.

Расположение рабочего места обеспечивает выполнение трудовых операций в пределах зоны досягаемости согласно [18].

Рабочее место для выполнения работ стоя организовано при физической работе средней тяжести, а также при технологически обусловленной величине рабочей зоны. Категория работ - по [8].

Рабочее место организовано в соответствии с требованиями стандартов, технических условий и методических указаний по безопасности труда.

Рабочее место обеспечивает выполнение трудовых операций в пределах зоны досягаемости моторного поля. Зоны досягаемости моторного поля в вертикальной и горизонтальной плоскостях для средних размеров тела человека.