1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Общая характеристика колпаковых печей для светлого отжига полосы
ОАО «ММК»
Основная область применения колпаковых печей - светлая термическая обработка рулонов стальной полосы. Колпаковые печи классифицируют по количеству стоп (из листов, рулонов, бунтов) металла, которые располагают на одном стенде и накрывают одним колпаком: одно-, двух-, трехстопные, многостопные. Основным типом печей является одностопная печь для отжига рулонов полосы. Под муфелем размещают несколько рулонов по высоте. Циркуляционный вентилятор подает защитный газ снизу в зазор между муфелем и рулонами. Для доступа защитного газа к торцевым поверхностям рулонов между ними устанавливают конвекторные кольца, в которых имеются каналы переменного сечения. Через эти каналы защитный газ попадает во внутренние полости рулонов, омывает их и возвращается в циркуляционный вентилятор. Исследования таких печей показали, что в наихудших условиях нагрева и охлажения находится нижний рулон, поэтому все расчеты теплообмена производят применительно к нижнему рулону. В колпаковых печах садку, установленную на стенде и закрытую муфелем, подвергают светлой термической обработке, включающей периоды нагрева, выдержки и охлаждения. В периоды нагрева и выдержки на стенд устанавливается нагревательный колпак, в котором имеются горелки. Под муфель подают защитный газ с принудительной циркуляцией для ускорения и повышения равномерности нагрева. После окончания периодов нагрева и выдержки нагревательный колпак снимают и переносят на следующий стенд, а садка под муфелем начинает охлаждаться. Для ускорения охлаждения применяют различные средства: поливку муфеля водой, обдувку муфеля воздухом под колпаком ускоренного охлаждения, охлаждение защитного газа в водяных холодильниках. При нагреве металла в колпаковой печи тепло к наружной поверхности садки передается излучением от муфеля и конвекцией от защитного газа, а к наружной поверхности муфеля излучением и конвекцией от продуктов сгорания и излучением от кладки нагревательного колпака. При охлаждении, наоборот, тепло от садки передается конвекцией к защитному газу и излучением к муфелю, а от муфеля в окружающую среду.
В основном колпаковые печи применяются в тех случаях, когда продолжительность цикла термообработки очень велика, и служит 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/.
ОАО «ММК» в настоящее время включает 3 цеха холодного проката, в которых установлены колпаковые печи для отжига плотносмотанных рулонов: ЛПЦ-3 - 159 (53 трехстопных стенда); ЛПЦ-5 - 300 стендов; ЛПЦ-8 - 108 стендов. Кроме этого планируется новый современный цех ЛПЦ-11 (стан 2000), включающий в свой состав колпаковые печи нового типа фирмы «ЛОИ ЭССЕН», реализующие водородную технологию.
Ниже в табл. 1 представлены основные характеристики КП (колпаковой печи) ЛПЦ-3 и ЛПЦ-5, так как эти печи построены достаточно давно (ЛПЦ-3 - 1956 г., ЛПЦ-5 - 1970 г.), морально устарели и в значительной степени физически изношены.
Из табл. 1 следует, что КП ЛПЦ-3 и ЛПЦ-5 характеризуются высокими удельными затратами тепла, низкой производительностью (это особенно относится к КП ЛПЦ-5), значительным перепадом температур по отдельным рулонам и по садке в целом.
Таблица 1
Характеристика действующего парка отделений отжига ММК
| № п/п | Наименование | Цех |
| | | ЛПЦ-3 | ЛПЦ-5 |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | Тип печи | трехстопная | одностопная |
| 2 | Число стендов, шт. | 53 (159 стоп) | 300 |
| 3 | Число нагревательных колпаков, шт. | 21 | 120 |
| 4 | Год ввода в эксплуатацию | 1956 | 1970 |
Продолжение табл. 1
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 5 | Характеристика рулонов: диаметр (наружный/внутренний), мм толщина, мм ширина, мм масса (максимальная/средняя), т | 1800/500 0,2-0,63 620-920 14/13 | 1900/800 0,45-3,5 1250-2350 30/22,7 |
| 6 | Масса садки (максимальная/средняя), т | 170/156 | 100/69,8 |
| 7 | Производительность отделения (проектная/фактическая), тыс. т./год | 600/445 (1983 г) | 1355/1534 (1984 г) |
| 8 | Производительность стенда, т/ч | 1,65 | 0,61 |
| 9 | Мощность электродвигателя циркуляционного вентилятора, кВт | 13 | 14 |
| 10 | Тип конвекторных колец | конвективные (высота 70 мм) |
| 11 | Способ охлаждения: муфеля с садкой рулонов под муфелем | естественная конвекция, циркули- рующая защитная атмосфера (без водяного холодильника) |
| 12 | Режим отжига: температура нагрева (по стендовой термопаре), 0С температура охлаждения под муфелем, 0С | 580-660 (660 по термопа- ре, зачеканенной в верхний рулон) 150-180 | 680-720 120-160 |
| 13 | Время, ч: отжига нагрев+выдержка охлаждения | 90-96 36-38 55-57 | 120-160 50-60 65-75 |
| 14 | Топливо | природный газ |
| 15 | Расход топлива на печь, куб.м/ч | 160 | 140 |
| 16 | Расход защитного газа на печь, (максимальный), куб.м/ч | 30 | 30 |
| 7 | Расход воды на стенд, куб.м/ч | 2,5 | 1,13 |
Продолжение табл. 1
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 18 | 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 18 23 2,56 | 50-54 18 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 |
| 1 | 2 |
| 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 | |
| 1 | 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) |
| 2 | Годовой фонд работы печи, ч | 8400 | 8400 | 8400 | |
| 3 | Годовая производительность, т в т.ч. 1 группа качества поверхности | 77800 17000 | 101800 - | 121000 121000 | +(24000/44000) +(0/104000) |
| 4 | 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 18 26,5 10 - | 30 5 12 5 - | 20-22 2 8 5 3 | -(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/.
Раздел:
Технология Количество знаков с пробелами: 99701
Количество таблиц: 38
Количество изображений: 14
0 комментариев