Исследование методов охлаждения садки колпаковой печи с помощью математического моделирования

| Категория реферата: Рефераты по технологии
| Теги реферата: банк курсовых работ, диплом государственного образца
| Добавил(а) на сайт: Jablonev.

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
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/.