Исследование методов охлаждения садки колпаковой печи с помощью математического моделирования
Исследование методов охлаждения садки колпаковой печи с помощью математического моделирования
АННОТАЦИЯ
Дипломная работа посвящена проблеме исследования влияния систем
охлаждения садки на эффективность работы колпаковой печи на Магнитогорском
металлургическом комбинате в листопрокатном цехе (ЛПЦ-5) с целью повышения
производительности, улучшения экологических и экономических характеристик.
Сокращение удельных энергозатрат обеспечивается за счет введения в
эксплуатацию охлаждающих колпаков струйного и импульсного охлаждения.
В современных условиях, в связи со сложной экономической ситуацией в
нашей стране, колпаковые печи не всегда выигрышно выглядят на фоне,
например термических печей непрерывного действия, так как очень велик
временной цикл процесса отжига в данных агрегатах. Для более быстрого
протекания процесса охлаждения садки разработаны и исследованы новые
устройства. Их внедрение позволит:
1. Уменьшить расход охлаждающей воды для охлаждения электродвигателя.
2. Сократить расход защитной атмосферы и электроэнергии в период
охлаждения садки.
3. Повысить производительность печи за счет сокращения длительности
периода охлаждения на 15-30 %.
В дипломной работе выполнен расчет технико-экономического эффекта от
внедрения разработанных мероприятий.
Предложены меры, обеспечивающие безопасность жизнедеятельности
оператора, выполняющего математическое моделирование с помощью
персонального компьютера.
Дипломная работ изложена на 82 стр., содержит 13 рис., 31 табл., 24
ссылки.
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
введение....................................................................
......................................... 6
1. АналитиЧеский обзор
литературы.................................................... 8
1.1. Общая характеристика колпаковых печей для светлого отжига
полосы ОАО
«ММК».......................................................................
........... 8
1.2.Методы охлаждения металла в колпаковых
печах.............................. 16
2. ЭкспериментальнаЯ
Часть...................................................................
34
2.1. Методика
исследований............................................................
.......... 34
1. Описание исследуемого
объекта..................................................... 34
2. Адаптация математической модели тепловой работы колпаковой
печи....................................................................
......................................... 39
3. БЕЗОПАСНОСТЬ
ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ................................................. 45
3.1.Анализ потенциально опасных и вредных факторов, сопутствующих
работе с
компьютером.............................................................
.................. 45
3. Санитарно-гигиеническая и противопожарная характеристики
помещения машинного
зала.....................................................................
46
4. Разработка мер защиты от выявленных опасных и вредных
факторов................................................................
..................................... 50
5. Расчет искусственного
освещения................................................... 50
6. Защита от излучения
мониторов..................................................... 51
7. Защита от опасного уровня напряжения в электрической
цепи....................................................................
........................................ 51
3.4. Утилизация
компьютеров...............................................................
..... 54
4. ТеоретиЧескаЯ Часть
............................................................................
... 55
8. Изучение влияния вида атмосферы и типа колец на длительность
периода
охлаждения................................................................
.................. 55
9. Анализ результатов исследования устройства струйного
охлаждения
садки....................................................................
................. 62
Экономика и организациЯ производства...................................
66
11. Расчет затрат на выполнение
НИР.................................................... 66
12. Расчет экономической эффективности внедрения результатов НИР
в
производство.............................................................
........................... 67
1. Себестоимость
продукции.............................................................
69
2.
Штаты..................................................................
........................... 72
3. Расчет заработной
платы...............................................................
72
ВЫВОДЫ....................................................................
...................................... 80
Список использованныХ
ИСТОЧНИКОВ......................................... 81
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая дипломная работа предполагает решение следующей проблемы:
улучшение охлаждения садки колпаковой печи и включает рассмотрение основных
факторов, влияющих на скорость охлаждения и качество получаемого, в
конечном счете, готового материала. В связи с этим, имеет смысл изучить
влияние изменения, усовершенствования или возможного комбинирования
наиболее важных факторов в период охлаждения садки в цикле термообработки
металла в колпаковой печи.
Дипломная работа выполнялась на математической модели отжига в
колпаковой печи, разработанной на кафедре «Теплофизики и Экологии
металлургического производства» Московского Государственного института
стали и сплавов (Технологического Университета) профессором кафедры
Мастрюковым Б.С. и доцентом Гусевым Е.В., по данным экспериментов в ЛПЦ-5
(листопрокатный цех - 5) ММК (Магнитогорского металлургического комбината).
Термообработка холоднокатаного листа является важнейшей операцией
четвертого передела и выполняется в двух видах агрегатов: протяжных и
колпаковых печах. Протяжные печи имеют ряд преимуществ перед колпаковыми;
высокая производительность, более однородные свойства по длине полосы,
лучшая поверхность и планшетность готового листа. Однако эти агрегаты
дороги в эксплуатации, требуют очень высоких капитальных затрат и
практически предназначены для реализации только одного вида
технологического процесса. В России и странах СНГ более 70 %
холоднокатаного листа проходят ТО (термообработку) в колпаковых печах,
которые, таким образом, являются в настоящее время основным агрегатом,
определяющим эффективность (удельные затраты энергоносителей и качества
листа) работы листопрокатных цехов.
АО «ММК» имеет в своем составе три цеха холодного проката с отделениями
колпаковых печей для термообработки рулонов по азотной технологии отжига:
1. ЛПЦ-3 - 53 трехстопных стенда с годовым производством до 600 тысяч
тонн;
2. ЛПЦ-5 - 300 одностопных стендов с годовым производством до 1 миллиона
500 тысяч тонн;
3. ЛПЦ-8 - 108 одностопных стендов с годовым производством 300 тысяч
тонн.
ОАО «Магнитогорский калибровочный завод» имеет также 108 одностопных
колпаковых печей с азотной технологией отжига ленты.
Указанные выше печи пущены в период 1956-1970 г.г., морально и
физически устарели, а главное, их продукция начинает не удовлетворять по
потребительским свойствам заказчиков. Кроме того, высокие удельные затраты
тепла, низкая производительность, большие затраты на ремонт и обслуживание
требуют введения новых улучшенных технологий, каковой является водородно-
азотная технология отжига.
Задачей дипломной работы является изучение эффективных возможных
методов охлаждения и определения с помощью математической модели основных
направлений модернизации существующих колпаковых печей: внедрение колпаков
струйного охлаждения, влияние радиационно-конвективных колец и переход на
водородную технологию отжига металла.
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
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
|№ | Наименование |Цех |
|п/п| | |
| | |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 |1800/500 |1900/800 |
| | |0,2-0,63 |0,45-3,5 |
| |толщина, мм |620-920 |1250-2350 |
| |ширина, мм |14/13 |30/22,7 |
| |масса (максимальная/средняя), т | | |
|6 |Масса садки |170/156 |100/69,8 |
| |(максимальная/средняя), т | | |
|7 |Производительность отделения |600/445 |1355/1534 |
| |(проектная/фактическая), тыс. |(1983 г) |(1984 г) |
| |т./год | | |
|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|естественная конвекция, |
| | |циркули- |
| |рулонов под муфелем |рующая защитная атмосфера (без|
| | | |
| | |водяного холодильника) |
|12 |Режим отжига: | | |
| |температура нагрева |580-660 |680-720 |
| |(по стендовой термопаре), 0С |(660 по | |
| | |термопа- | |
| | |ре, | |
| |температура охлаждения под |зачеканенной | |
| |муфелем, 0С |в верхний |120-160 |
| | |рулон) | |
| | | | |
| | |150-180 | |
|13 |Время, ч: | | |
| |отжига |90-96 |120-160 |
| |нагрев+выдержка |36-38 |50-60 |
| |охлаждения |55-57 |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 |34-36 |50-54 |
| |защитный газ, куб.м/т |18 |18 |
| |электроэнергия, кВт.ч/т |23 |26,5 |
| |технически чистая вода куб.м/т |2,56 |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
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|