Основы проектирования металлургических предприятий
Основы проектирования металлургических предприятий
Проект металлургического предприятия содержит комплекс проектных решений, обеспечивающих высокий уровень развития техники и технологии, организации производства, условий труда и экономичности. К моменту ввода в эксплуатацию по уровню перечисленных факторов проектируемое предприятие должно превосходить действующие отечественные и зарубежные.
Производственная структура предприятия должна отвечать комплексу производственных функций технического, организационного, социального и экономического характера.
Большие масштабы производства, объем капитальных вложений определяет длительный срок строительства (10-15 лет), что приводит к устареванию проектных решений и необходимости их систематического пересмотра через 3-4 года. Проектирование металлургических заводов и комбинатов осуществляют очередями строительства продолжительностью 3-4 года.
В то же время правильное решение задач проектирования отдельных очередей строительства предприятия требует предварительной разработки всего комплекса вопросов технических, организационных, социальных и экономических для металлургического предприятия в целом. Технический проект содержит проектные решения для всего завода (комбината) в целом, с полным соответствием мощностей производственных цехов и общезаводского хозяйства по очередям строительства (расширения, реконструкции и на предельное его развитие).
Проект предприятия представляет совокупность взаимно увязанных между собой проектов основных производственных, вспомогательных, обслуживающих цехов и служб.
Проект каждого цеха содержит проектные решения, обеспечивающие высокий уровень производительности оборудования, технологии, организации производства и труда, благоприятные условия труда, охрану труда и окружающей среды, высокую экономическую эффективность производства. Проектные решения в области организации производства включают: разработку структуры производственного процесса, отражающую состав и размещение оборудования, режим работы цехов, агрегатов и оборудования; установление численности трудящихся и норм затрат труда, систем оплаты труда; разработку организации и структуры управления. Определяются организационные показатели: степень механизации и автоматизации, энерговооруженность и производительность труда, уровень его оплаты. Разрабатываются решения по производственной эстетике и эргономике, устройству рабочих мест, интерьеров помещений, предупреждению загазованности и запыленности и т. д.
В проекте предприятия, помимо проектных решений по отдельным цехам, разрабатываются общезаводские вопросы – балансы металла, схемы его движения между цехами, потребности цехов в металле, энергоносителях и т. д.
Организационные решения включают разработку структуры производства и состав цехов и хозяйств; специализации и кооперирования с другими предприятиями, режимов работы предприятия и цехов; вопросов материально-технического обеспечения и сбыта продукции; подбор, расстановку и повышение квалификации кадров; организации управления предприятием и его службами и подразделениями.
Пространственная производственная структура предприятия отражается в генеральном плане.
Генеральным планом называется графическое изображение территории предприятия в определенном масштабе (от 1:500 до 1:2000) в горизонтальном и вертикальном плоскостях с расположением всех зданий и сооружений, складов, дорог, коммуникаций, зеленых насаждений, ограждения (рис. 1).
Это главный план взаимного расположения всех цехов, агрегатов, сооружений и коммуникаций, а так же примыкания всех внешних входящих и выходящих сетей транспорта, энергетики и связи.
Рациональный генеральный план должен обеспечить: расположение всех объектов в соответствии с их производственными связями и эффективную организацию производства; экономичное строительство в установленные сроки и очередность при целесообразном использовании территории, создание благоприятных санитарно-бытовых условий и охраны окружающей среды; возможность дальнейшего развития предприятия.
Рисунок 1. Схема генерального плана металлургического завода:
1-коксохимическое производство, 2-доменный цех, 3-воздуходувка, 4-ремонтный цех, 5-сталеплавильный цех, 6-отделение раздевания слитков, 7,8-прокатные цехи, 9-железнодорохная станция.
От степени соблюдения указанных условий во многом зависят эффективность работы и дальнейшее развитие металлургического предприятия. Ошибки, допущенные при разработке генерального плана, не могут быть, исправлены в течении последующей эксплуатации предприятия.
Для достижения высокого качества генерального плана необходимо соблюдать ряд принципов и методов их реализации
1. поточность производства, соответствующая последовательности технологического процесс и движения предмета труда. Основные производственные цехи (вместе с подсобными) образуют главную линию, а параллельно ей по обе стороны выстраиваются вспомогательные и побочные. Соответственно располагаются транспортные пути и средства.
2. Зонирование цехов – объединение в отдельные зоны комплексов агрегатов, зданий, сооружений и коммуникаций по производственно-функциональному признаку, связанных технологическим транспортом (коксохимическое производство; подготовка сырья к доменной плавке; блок ремонтных цехов; доменный цех, сталеплавильные, прокатные цехи; цехи и сооружения энергетического хозяйства; здания и сооружения железнодорожного транспорта, здания административного управления завода). При этом соблюдается внутри зоны поточность, а между зонами соответствующие связи.
3. Компактность расположения – сокращение связывающих цехи коммуникаций путем блокировки зданий родственных (или тесно связанных) производств, приближение источников образования материалов и энергоносителей к потребителям, рациональное построение транспортных потоков и коммуникаций. Степень компактности характеризуется коэффициентом застройки, представляющим отношение площади, занятой всеми зданиями, сооружениями, коммуникациями, к общей площади. Этот коэффициент для металлургических предприятий находится в пределах 0,20 – 0,30. Дальнейшее увеличение коэффициента застройки может привести к усложнению строительства, ремонта и реконструкции в соответствующих зонах.
4. Использование инжинерно—геологических особенностей площадки.. Несущая способность грунтов, уровень и степень агрессивности грунтовых вод и др. природные факторы определяют требования к расположению тяжелых сооружений, необходимость гидроизоляции, свайных оснований, дренажных устройств и др. Все это имеет большое значение при проектировании комплекса подземных сооружений (фундаментов, подвалов, туннелей, ям и т. д.) составляющих по объему половину всех строительных конструкций.
5. Использование прогрессивных транспортных схем и видов транспорта. Необходимость перемещения больших количеств сыпучих материалов, жидких металла и шлака, горячих слитков и заготовок различных габаритов требует специализации транспортных потоков и путей по характеру перевозимых материалов, исключения пересечений (особенно потоков жидкого металла и шлака), соблюдения ограничений по радиусам закруглений и подъемов, применение непрерывных видов транспорта (конвейерного, трубопроводного, гидравлического, подвесного и т. д.) .
6. Удобные внешние связи. Глубокий ввод энергокоммуникаций с максимальным приближением основным потребителем или соответствующим распределителем сетям обеспечивает минимальные затраты при строительстве, удобства и надежность в эксплуатации. Наличие двух пунктов примыкания железнодорожного транспорта (один для подачи сырья, топлива и материалов и второй для вывоза готовой продукции) обеспечивает поточность перевозок на территории завода.
Пассажирский транспорт должен иметь ряд примыкания по числу проходных, а электричка – глубокий ввод на территорию завода вдоль цехов с несколькими станциями, максимально приближенными к рабочим местам.
Административный центр завода располагается в начале (или в конце) главной планировочной оси завода.
7. Создание благоприятных микроклиматических условий достигается расположением цехов с наибольшим числом работающих и требующих чистой атмосферы (цехи прокатные, особенно холодной прокатки жести, прецизионной ленты и др.) с подветренной стороны по отношению к цехам с вредными выделениями (коксохимические, аглодоменные, сталеплавильные, ТЭЦ и др.). Обеспечение благоприятных микроклиматических условий достигается также созданием санитарно-защитных зон в виде массивов деревонасаждений соответствующим образом подобранных пород.
Размещение средств культурно-бытового обслуживания трудящихся (транспортные, санитарно-бытовые, общественного питания, торговые, учебные и т. д.) должно обеспечить минимум времени, затрачиваемого на получение услуг с удобными путями сообщения.
Очередность строительства – последовательное строительство блоков (и агрегатов внутри блоков) от центра завода к периферии. Возможность расширения реконструкции достигается резервированием площадей на территории завода для расширения существующих цехов и за пределами ограды для строительства новых цехов и сооружений.
Методы проектирования генеральных планов
Проектирование генерального плана с соблюдением изложенных принципов представляет сложную задачу, оптимальное решение которой достигается на основе применения методов научного исследования.
Метод прогнозирования предусматривает разработку принципиально новых схем генерального плана (или его частей) в соответствии с прогнозом технического развития металлургического производства. Так, генеральный план электрометаллургического комбината, работающего без доменных печей, с непрерывной разливкой стали и совмещением МНЛЗ с прокатным станом, не предусматривает железнодорожных перевозок жидкого чугуна и стальных слитков, что значительно упрощает компоновку основной технологической линии.
Экспериментальный метод предусматривает опытную проработку оптимальных схем компоновки взаимосвязанных цехов. В конкретных условиях выбранной площадки эти схемы используются при проектировании генерального плана.
Метод оптимизации предусматривает разработку нескольких вариантов генерального плана и отдельных блоков, а затем на основе всестороннего сравнения полученных вариантов в конкретных условиях с учетом преимуществ и недостатков действующих предприятий определяют оптимальный вариант по заданному приоритету критериев.
Метод моделирования предусматривает натурное представление вариантов генплана и отдельных блоков, компоновочных решений с использованием макетов, изготовленных в определенном масштабе. В совокупности с методом оптимизации и экспериментирования это позволяет найти наилучшее проектное решение.
Критерием эффективности при заданных условиях работы, сортаменте и объеме производства являются минимальные затраты на сооружение и эксплуатацию транспортных и энергетических систем.
Источник
Мини — металлургический завод
К мини-металлургическим заводам (mini-mill) можно отнести современные электросталеплавильные комплексы как небольшой мощности (10-50 тыс. тонн стали в год), так и заводы мощностью 1-2 млн. тонн продукции в год. Мини-заводы по производству стали, как правило, работают по неполному металлургическому циклу и используют в качестве исходного сырья лом чёрных металлов, чем и отличаются от крупных металлургических комбинатов, сырьем для которых является руда. На таких предприятиях отсутствует крайне энергоемкое коксодоменное производство, что выгодно отличает мини-заводы от предприятий полного цикла. Обычно мини-завод представляет собой комплекс, состоящий из следующих отдельных модулей: электродуговая печь, установка для дегазации и десульфурации стали в ковше, машина непрерывной разливки стали и группа прокатных станов. В зависимости от потребностей производства некоторые составляющие могут отсутствовать или цех может быть укомплектован дополнительным оборудованием.
Модульное построение производства на мини-заводах приводит к существенному снижению затрат на его организацию, от 20 до 60 % по сравнению с металлургическими комбинатами полного цикла, а также сокращению сроков освоения производственных мощностей, которые составляют 1,5-2 года (для заводов полного цикла время выхода на полную мощность может достигать 7-10 лет). Кроме того, производственные модули мини-завода могут размещаться на площадях (18-20 га на 1 млн. т. стали в год) в 8-15 раз меньше необходимых для строительства металлургического комбината. К характерным особенностям мини-заводов относятся их преимущественное расположение в непосредственной близости к потребителям готовой продукции и ресурсам металлического скрапа, образующегося непосредственно в регионе расположения предприятия, а также интенсивное использование уже готовой инфраструктуры региона, что приводит к сокращению транспортных расходов и капиталовложений в 4-7 раз.
По данным Международного института чугуна и стали, в 2000 году в США на металлургических предприятиях полного цикла уровень рентабельности составлял 7%, в то время как на мини-заводах он превышал 22%.
В конце 60-х годов XX века в процессе развития и внедрения новых технологий в промышленно развитых странах начала происходить структурная перестройка черной металлургии. На смену мартеновским печам при выплавке стали пришли кислородные конвертеры и дуговые электропечи. Впервые концепция мини-металлургического завода была предложена Дж. Айверсоном, президентом компании Nucor. В основе данной концепции лежало использование новейших высокопроизводительных дуговых электропечей (ДСП) емкостью 50-150 т и машин непрерывного литья (МНЛЗ). В 1969 году в городе Дарлингтон (штат Южная Каролина) было построено первое такое предприятие. Затем было сооружено еще девять предприятий в различных регионах США, в их продуктовый ассортимент входило производство арматурной стали и катанки (проволоки). Сегодня в мире насчитывается около тысячи мини-металлургических заводов различных модификаций и производительности, на которые приходится около 26% мирового производства стали и более 60% длинномерного проката. В США, Японии, Италии и Испании на их долю приходится 20-30% общего объема металлопродукции.
В России и странах СНГ темпы развития мини-металлургии остаются крайне неудовлетворительными, что во многом связано со значительным промышленным спадом, наблюдавшимся накануне и после распада СССР в 90-е годы XX века. Загрузка существующих металлургических комбинатов была минимальной, а сбыт металлолома был переориентирован на внешние рынки. Только к 2000 году на Украине был запущен и на данный момент остается единственным наиболее современным мини-металлургическим предприятием в стране ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» мощностью 1 млн. тонн стали в год. Завод был создан на базе двух цехов Донецкого металлургического комбината при финансовой поддержке ЕБРР. Несмотря на довольно широкий ассортимент выпускаемой заводом продукции (горячекатаный круглый и квадратный прокат, непрерывнолитые круглые и квадратные заготовки, а также слитки для ковки более чем из 300 марок стали), и, большие объемы ее экспорта в страны ЕС, Россию, США и др., компания имеет нестабильную и минимальную рентабельность и до сих пор остается в долгах. В другой стране СНГ, Туркменистане, первый мини-металлургический завод мощностью 160 тыс. тонн стали в год был открыт в городе Овадандеп только в апреле 2009 г. консорциумом турецких компаний «Эренко-Сехил». Основную продукцию завода будут составлять строительная арматура, строительные уголки и швеллеры.
Российская история создания мини-металлургических заводов по производству стали началась с создания мини-заводов ООО «Новоросметалл» в 2001 году и ЗАО «Волга-Фэст» в 2003 году, работающих по «урезанной» первой модели Nucor.
Мини-металлургический завод ООО «Новоросметалл» с производственной мощностью 120 тыс. тонн стали в год был построен в Новороссийске в 2001 году за 1,5 года на кредиты Юг-банка и Росбанка с использованием турецкого оборудования (ДСП емкостью 120 т, МНЛЗ), к 2007 году выпуск готовой продукции был увеличен практически в 3 раза. В связи с благоприятной конънктурой рынка стальной заготовки и сортового проката в 2008 году руководством «Новоросметалл» было принято решение к 2011—2012 гг. возвести в Абинске на производственной площадке со строящимся сталепрокатным заводом электросталеплавильный цех (ЭСПЦ) мощностью 1,3 млн. тонн стальной заготовки в год. По оценкам специалистов «инвестиции в новый проект составят не менее $500 млн – это с учетом строительства газопровода из Абинска и дополнительных электрических сетей. Ведь мощность энергопотребления сталепрокатного цеха составит 20 МВт, а ЭСПЦ – 200 МВт.».
ЗАО «Фроловский электросталеплавильный завод» (ЗАО «Волга-ФЭСТ»), расположенный в городе Фролово Волгоградской области, был запущен в 2003 году с использованием итальянского оборудования (ДСП емкостью 50 т, МНЛЗ). По итогам 2004 года ЗАО «Волга – ФЭСТ» названо лучшим предприятием Волгоградской области. В 2007 году отгрузка готовой продукции потребителям достигла 208,9 тыс. тонн.
В 2007 году мини-завод ЗАО «Волга-ФЭСТ» был приобретен УК «ЭСТАР», в этом же году УК «ЭСТАР» запустила новое производство стали по мини-технологии в городе Шахты (Ростовская область). Также в 2007 году при финансовой поддержке правительства Москвы в городе Ярцево (Смоленская область) был запущен Ярцевский литейно-прокатный завод мощностью 300 тыс. тонн стали в год.
Специфика развития мини-металлургии в России такова, что производителями, резко нарастившими выпуск стальной арматуры, прежде всего стали классические металлургические предприятия, модернизировавшие существующие или основавшие новые цеха, которые стали работать по усеченной мини-технологии (переплавка лома в ДСП, МНЛЗ, прокатный стан). К таким предприятиям в первую очередь необходимо отнести Челябинский «Мечел» и ЧерМК «Северсталь», далее и особенно – Магнитогорский МК и Нижнесергинский ММЗ («Максигрупп»).
Высокорентабельный выпуск и быстрый рост спроса на экспортную стальную заготовку и арматуру, потребление которой было связано с ростом строительного рынка в России сделали актуальным вопрос о быстром расширении этих производств. В связи с этим число таких проектов стало стремительно увеличиваться. В настоящее время помимо вышеперечисленных металлургических производств в России существует достаточное количество проектируемых или строящихся объектов (таблица).
Источник