Быстрый поиск

Реферат: Исследование методов охлаждения садки колпаковой печи с помощью математического моделирования

Удельные расходы энергоносителей:

условное топливо, кг.у.т./т

защитный газ, куб.м/т

электроэнергия, кВт.ч/т

технически чистая вода куб.м/т

34-36

2,56

50-54

26,5

3,0

Учитывая, что КП еще значительное время будут оставаться основным средством для получения отожженного холоднокатаного листа в России и тот факт, что создана современная водородная технология отжига, которая резко повышает конкурентоспособность КП к агрегатам непрерывного отжига, а также возросшие исключительно жесткие требования к снижению удельных затрат энергоносителей, техническое перевооружение отделений КП ЛПЦ-3 и ЛПЦ-5 приобретает первостепенное значение.

Большинство азотных колпаковых печей РФ (Российской Федерации) и стран СНГ (Содружество Независимых Государств) физически изношены и морально устарели. Переоснащение этого громадного парка (около 2400 стендов) требует создания более гибкой технологии отжига: водородно-азотной.

Работа КП на водородной основе обеспечивает получение уникальных по качеству поверхности свойств готового листа при низких удельных затратах энергии и защитного газа в сочетании с высокой интенсивностью процесса. /9/.

Печи с водородной технологий отжига выпускаются рядом успешно осваивающих наш рынок зарубежных фирм, в их числе «Эбнер» (Австрия) и «ЛОИ» (Германия).

В России водородные колпаковые печи (без циркуляции атмосферы), разработанные Харьковским отделением ВНИИЭТО, работают на НЛМК при получении электротехнических сталей /2/.

Сооружение головного образца одностопной колпаковой печи отечественной конструкции в цехе жести Магнитогорского металлургического комбината позволит отработать конструктивные решения узлов и систем печи, автоматизированной системы управления температурным и газовым режимами и автоматики безопасности и решить следующие задачи:

1. Увеличить производительность печи;

2. Улучшить качество металла;

3. Обеспечить возможность проведения гарантированного отжига рулонов по заданным параметрам на требуемое качество металла;

4. Улучшить технико-экономические показатели работы печи.

Впервые сооружаемая одностопная двухстендовая колпаковая печь представляет собой азотно-водородную печь, конструкция которой позволяет проводить отжиг стопы рулонов жести по комбинированной технологии, а именно, как по азотной, так и по водородной. Печь проектировалась с учетом возможности реконструкции парка колпаковых печей ЛПЦ-3 ММК. Для этого предусмотрена установка двухстендовой одностопной печи вместо действующих трехстопных печей /3/.

Печи используются для рекристаллизационного отжига рулонов холоднокатаной стальной полосы в атмосферах азотного или водородного защитного газа. Рулоны массой 15 т из углеродистой стали обыкновенного качества, качественной углеродистой, полиграфической или кинескопной сталей с размерами полосы шириной 600-1000 мм и толщиной от 0,2 до 0,8 мм при наружном диаметре 1860 мм (500 мм - внутренний) подвергаются отжигу при температуре 620-710 0С в зависимости от марки металла /14/.

Печь включает: 2 стенда, нагревательный колпак, 2 муфеля, колпак ускоренного охлаждения, 2 комплекта радиационно-конвективных конвекторных колец, АСУ ТП (автоматизированные систему управления технологическим процессом), в том числе и микропроцессор. В табл. 2 приведены основные технические характеристики печи (расход топлива, приведенный к нормальным условиям).

Таблица 2

Техническая характеристика одностопной азотно-водородной колпаковой печи

Наименование

Величина

Назначение печи

Рекристализационный отжиг рулонов в атмосфере

азотного или водородного защитного газа

Продолжение табл. 2

1	2
Температура отжига, 0С	620-710
Гарант. перепад при 100-1200С	5-10
Размеры садки, мм: диаметр высота	1860 4000
Масса (максимальная), т	60
Производительность стенда, т/ч: - азотная технология - водородная технология	1,0-1,15 1,2-1,40
Тепловая мощность нагревательного колпака, кВт	910
Система отопления печи	Инжекционно-атмосферные горелки, установленные в двух уровнях по высоте
Топливо - природный газ - теплотворная способность, Дж/м3 - давление, кПа - расход, куб.м/ч	природный газ 34,12 ±0,21 65 96
защитный газ - состав, % - температура точки росы, 0С - расход куб.м/ч: максимальный средний за отжиг - давление перед стендом, кПа	водородный (диссоц. аммиак) 75 Н2; 25N2, <0,001 О2 -50 20 4-5 4-6	азотный 5 Н2, 95 N2, <0,007 N2 -50 40 8-10 4-6

Продолжение табл. 2

1	2
Техническая вода: расход, куб.м/ч: - охлаждение теплообмена УБО: max min - охлаждение резинового затвора охлаждение теплообменника продувочного газа, кожуха электродвигателя цирк. вентилятора и фланца вентилятора установки быст- рого охлаждения - давление, МПа	25 5 4 2 0,2
Электроэнергия: - мощность потребителей, кВт: - циркул. насос: устан./потребляем. - вентилятор УБО: уст./потребляем. - осевые вентиляторы КУО; - нагреватель газопровода проду- вочного газа - АСУ ТП	380 В, 50 Гц 55/22 11/5,5 2 × 3 = 6 2 3
Тепловыделения в цех с учетом остывания стопы, кВт	116

Таблица 3

Сравнительные технические характеристики колпаковых печей ЛПЦ-5

№

п/п

Параметр

Существующая

АКП

Новая ВАКП

Изменение

величины

параметра

азотная

техно-

логия

водородная

техно-логия

Производительность, т/ч

1 стенд

15 стендов АЗП

8 стендов ВАКП

0,61

9,15

1,5

12,0

1,8

14,4

+(0,89/1,19)

+(2,85/5,25)

Годовой фонд работы печи, ч

8400

Годовая производительность, т

в т.ч. 1 группа качества поверхности

77800

17000

101800

121000

+(24000/44000)

+(0/104000)

Удельный расход:

топлива, к.у.т./т

азотного защитного газа, м3/т

электроэнергии, кВт.ч/т

технически чистой воды м3/т

водорода м3/т

50-54

26,5

20-22

-(22/31)

-(13/16)

-(14,5/18,5)

-(5/5)

+(3)

В основном колпаковые печи служат для массовой термообработки (ТО), поэтому в печном отделении располагают большое число печей (стендов), иногда несколько сот штук. Наиболее продолжительным в цикле термообработки является период охлаждения, который в 2-3 раза превышает период нагрева и выдержки. Поэтому один нагревательный колпак обслуживает несколько стендов /1/.

1.2. Методы охлаждения металла в колпаковых печах

Колпаковые печи для светлого отжига рулонов с циркуляцией защитного газа под муфелем получили массовое применение на металлургических заводах с рулонным способом производства тонколистовой стали - ОАО «ММК» (ЛПЦ (листопрокатный цех) -3, 5, 8), ОАО «НЛМК» (ЛПП). Поэтому вопросы улучшения качества отжигаемого в печах металла и повышения их производительности имеют первостепенное значение. Одним из важнейших условий экономичной эксплуатации печей является ускоренное охлаждение рулонов стальной полосы. При прочих равных условиях продолжительность цикла светлого отжига рулонов и производительность колпаковых печей в значительной мере зависят от времени охлаждения рулонов под муфелем.

Охлаждение рулонов под муфелем в атмосфере защитного газа происходит, главным образом, путем конвективного обмена. Поэтому сокращение длительности охлаждения достигают улучшением теплообмена между рулонами и защитным газом, циркулирующим газом и стенкой муфеля, муфелем и окружающей средой.

На принципе отвода тепла от муфеля разработаны колпаки ускоренного охлаждения с воздушным и воздушно-водяным охлаждением.

При охлаждении муфеля на воздухе время охлаждения под муфелем намного больше времени нагрева. Продолжительность охлаждения лимитирует цикл отжига и производительность печей тем в большей степени, чем ниже конечная температура охлаждения под муфелем. Допустимая температура распаковки стенда зависит от требований, предъявляемых к качеству поверхности отжигаемого металла. Для основной массовой продукции колпаковых печей - холоднокатаной малоуглеродистой рулонной стали и жести - эта температура на разных заводах колеблется в пределах 120-180 0С (по показаниям стационарной стендовой термопары), что соответствует примерно температуре внутренних по толщине намотки витков рулонов 150-220 0С.

Сокращение длительности охлаждения рулонов на стенде колпаковой печи является основным резервом повышения производительности существующих термических участков цехов холодного проката. Обобщение опыта эксплуатации одностопных колпаковых печей, а также проведенный промышленно-расчетный анализ, показали, что существенное уменьшение времени охлаждения [ЛНЮ1] рулонов под муфелем достигается, как правило, комбинацией следующих мероприятий:

- увеличение кратности циркуляции защитного газа под муфелем путем повышения мощности стендового вентилятора;

- использование систем активного охлаждения защитного газа путем интенсивного (воздушного, водовоздущного, водяного) охлаждения муфеля и с использованием выносных рециркуляционных теплообменников;

- замена традиционной азото-водородной (до 5 % Н2) атмосферы под муфелем на преимущественно водородную (» 75 % и до 100 % Н2), в результате этого увеличиваются конвективная теплоотдача между рулонами и циркулирующим газом, а также теплопроводность рулона в радиальном направлении.

В отечественной практике для сокращения времени охлаждения применяют в основном водяные холодильники защитного газа, располагаемые под стендом. В качестве побудителя движения газа через холодильники используется энергия стендового циркуляционного вентилятора. За рубежом для повышения эффективности использования выносных теплообменников применяют дополнительный вентилятор в контуре рециркуляции.

Сравнительный анализ накопленных в Стальпроекте расчетных и экспериментальных данных позволяет установить для указанного температурного диапазона и условий естественного охлаждения под муфелем средние количественные соотношения, приведенные в табл. 4 /2/.

Из данных таблицы видно, что при понижении конечной температуры по стендовой термопаре от 250 до 120 0С время естественного охлаждения увеличивается примерно в 2 раза, а производительность печи уменьшается в 1,60-1,65 раза. Поэтому обычно стремятся снимать муфель при возможно более высокой температуре и дальнейшее охлаждение рулонов до температуры дрессировки (40-60 0С) проводить на воздухе (обычно вне печей на специально отведенных участках цеха).

Однако возрастающие требования к качеству поверхности стали, отжигаемой в колпаковых печах, ограничивают возможности увеличения их производительности путем повышения температуры конца охлаждения. Практикой установлено, что для достижения качества поверхности стали, соответствующего уровню мировых стандартов, всю качественную конструкционную сталь, автомобильный лист и жесть необходимо охлаждать до 120-140 0С, а рядовую конструкционную сталь - до 160-180 0С (по показаниям стендовой термопары). При этих условиях лимитирующая роль естественного охлаждения особенно велика, поэтому необходимо применять те или иные методы принудительного ускоренного охлаждения.

Таблица 4

Характеристика работы печей при естественном охлаждении рулонов в зависимости

от конечной температуры охлаждения

Характеристика работы печей	Конечная температура охлаждения по стендовой термопаре, 0С
	120	140	160	180	200	250
Температура внутренних по толщине намотки витков рулонов, 0С	140-160	170-180	190-200	210-220	240-250	300-310
Число стендов на 1 нагревательный колпак 1,05(tн+tохл) tн	3,3-3,5	3,0-3,2	2,8-3,0	2,6-2,8	2,4-2,6	2,1-2,2
Относительная производительность одного стенда, %	78-80	85-87	92-94	100	105-107	125-130