книги из ГПНТБ / Гребельный, В. И. Повышение эффективности работы нагревательных колодцев прокатных цехов

ристиках посада потери производства от окалинообразования отличаются в 1,5—2,0 раза и более. Такое положение объясняется, с одной стороны, различным подходом к уче­ ту угара и недостаточной точностью отчетных данных по отдельным предприятиям, с другой. Например, на блюминге № 1 «Криворожстали», КМК, завода им. Дзержинского угар в отчетности явно занижен и не отражает действительных потерь производства. При средней температуре посада 780— 820° С на других предприятиях в таких же колодцах отхо­ ды металла с окислением составляют 20—30 кг/т, что боль­ ше соответствует действительности.

Потери металла с окалинообразованием на тонну метал­ ла неодинаковы при нагреве различных марок стали и име­ ют следующие значения в регенеративных колодцах блю­ минга № 2 ММК, кг:

Это обстоятельство требует четкой дифференциации угара по сортаменту. Между тем на большинстве металлургиче­ ских заводов такого разграничения нет, что вносит не­ точность в отчетные показатели работы обжимных цехов.

Наряду с явными потерями металла с угаром, процесс окисления удорожает материальные затраты в себестоимос­ ти проката на 1,2—1,5 руб./т, вызывает непроизводитель­ ную работу колодцев при скачивании шлака и дополнитель­ ный расход топлива, в 2,5—2,7 раза увеличивает эксплуата­ ционные расходы по нагреву 1 т слитков и через выход годного оказывает влияние на производительность, а следо­ вательно, и другие показатели использования обжимных станов. Все это делает актуальным вопрос снижения угара металла с точки зрения дальнейшего повышения эффектив­ ности работы отечественных блюмингов и слябингов.

95

На величину потерь производства с окалинообразованием, как уже отмечалось, воздействует множество различ­ ных факторов: температура/ скорость и длительность на­ грева, печная атмосфера и химический состав стали.

Количественная оценка влияния этих факторов на угар металла производится по теоретическим зависимостям или, что чаще всего, экспериментально. Среди большинства за­ кономерностей, используемых для этой цели, несомненным достоинством обладает следующее уравнение [8] (индексы «р» относятся к операции раздевания, «п» — посадки, «н» — нагрева, «т» — томления и «в» — выдачи слитков):

öo = Dp + kn (тп — ßn7Vп) + kT тн + Ттj + Wв, (45)

где Do — толщина слоя окалины, мм; Dp — толщина ока­ лины на слитке перед посадкой в колодец, равная 0,2 мм; k — постоянная окалинообразования, мм/ч0,5; т — время, ч; Т° — температура, К; d — постоянная, равная 10 125; ßn и ßB — продолжительность посада и выдачи одного слит­ ка, ч; Nn и :ѴВ — порядковый номер загрузки и выдачи слитка.

Определив по формуле (45) величину Do, можно рассчи­ тать угар металла (кг/ма) на единицу нагреваемой площади:

массе.

Зависимости (45) и (47) позволяют соизмерить воздей­ ствие на угар металла таких важных произволе венных фак­ торов, как температура посада, обусловливающая время нагрева, продолжительность вспомогательных операций по посаду и выдаче слитков, время «пересиживания» готового

96

кпрокатке металла, температура и длительность томления

идр. Имеется возможность оценки влияния на процесс окис­ ления химического состава стали, скорости нагрева.

На рис. 22 и 23 представлено изменение угара металла

вфункции температуры посада слитков и времени «переси-

живания», рассчитанное по вышеописанным уравнениям

принятой в прокатном производстве величины угара металла. и существенно отличаются, как будет показано, от экс­ периментальных данных. Это объясняется тем, что указан­ ная закономерность не учитывает таких важных производ­ ственных обстоятельств, как нарушение технологии нагре­ ва, оплавление слитков, изменение скорости нагрева, удар факела о поверхность нагреваемых изделий и т. п. В то же время уравнения (45) — (47) дают возможность представить изменение потерь производства с окалинообразованием при

воздействии различных причин, оценить его, что немаловаж­ но при изыскании резервов повышения эффективности на­ грева металла в конкретных организационно-технических условиях обжимного цеха. Следует также отметить, что данная зависимость обеспечивает точность расчета угара металла по содержанию железа в сварочном шлаке и ока­ лине в пределах ±20%.

С точки зрения изучения возможностей снижения окис­ ления металла в нагревательных колодцах важно рассмот­ реть экспериментальные данные по угару стали, получен­ ные различными исследованиями, а также некоторые пути сокращения окалинообразования, выработанные отечествен­ ной наукой и практикой.

затруднено, что объясняется отсутствием в цехах устройств для взвешивания отдельных слитков и точного измерения длины раскатов, а также невозможностью длительных задер­ жек технологического процесса при замерах. Поэтому ме­ тодика исследования угара металла в колодцах зависит от конкретных условий производства: взвешивания слитков или определения их объема до и после нагрева, установления разности между массой слитка, годной продукции и обрези и т. п. В последнем случае исходят из двух предпосылок: во-первых, наибольшую долю в окалинообразовании зани­ мает печной угар; во-вторых, окисление металла при про­ катке и последующем его охлаждении в данном обжимном цехе практически постоянно.

Такой подход позволяет представить общие потери с уга­ ром в функции температуры посада слитков и непосредствен­ но оценить влияние на величину окалинообразования не только уровня организации производства в обжимных цехах, но и в сталеплавильных.

На рис. 24 представлена одна из таких зависимостей, полученных авторами при исследовании угара металла в одном из обжимных цехов, имеющих в своем составе реге­

99

неративные нагревательные колодцы, отапливаемые коксодоменной смесью. С повышением температуры посада слит­ ков /п средняя величина потерь металла с угаром уи умень­ шается от 3,0 (600° С) до 2,15% (980° С). Ее изменение (%) достаточно точно описыва­ ется уравнением

г/м = 1,24 ехр —т—. (48)

Если далее принять, что

*п

Уравнения (48) и (49) характеризуют действительные производственные условия, в которых угар определяется не только температурой посада, но и целым рядом других факторов: состоянием колодцев, атмосферой печи, задерж­ ками при выдаче, оплавлением слитков, способом охлажде­ ния проката и др. Их анализ показывает, что при повышении температуры посада на 10° С средняя величина потерь с окислением и печным угаром снижается на 0,02 и 0,016% массы слитка. Этот вывод полностью согласуется с данными других исследователей [6]. Однако абсолютно угар металла в регенеративных колодцах на 10—13% выше, чем в реку­ перативных (рис. 25), что объясняется конструктивным совершенством последних.

На величину окалинообразования оказывает влияние, наряду с общей продолжительностью нагрева тн, время

выдержки металла Атв в области температур томления. В ре­ куперативных нагревательных колодцах при горячем по­ саде слитков его можно оценить по следующим эмпири­ ческим зависимостям [6]:

z/n = 0,225 (1,22+ тн).

Увеличение «печного» угара в регенеративном ко­ лодце Аг/П, % от продолжи­ тельности выдержки Атв, описывается по нашим исследованиям уравнением

Aí/n = 0,0966е°'ОІ4Мтв. (51)

Анализ зависимостей

ратур томления приводят к росту угара металла в среднем на 0,12—0,15% всада, причем в рекуперативных

С целью совместного учета влияния на величину угара ме­ талла в нагревательных колодцах температуры посада и времени «пересиживания» слитков Е. И. Корочкин, Б. И. Сельский и др. [21 ] предложили следующее выражение:

100

Уравнение получено применением теории планирования эксперимента к изучению угара металла в печах и дает рас­ хождение с практическими данными порядка ±4,5%.

Для снижения потерь производства с окислением стали не менее важно избегать оплавления слитков при нагреве, когда угар металла увеличивается на 0,2—1,1% их массы, а тйкже сокращать удельный вес холодного всада. При хо­ лодном посаде слитков в ячейки общие отходы с окалинообразованием в обжимном цехе достигают 3,4—3,5%, в том числе во время нагрева — 2,6—2,7%.

На угар металла в колодцах оказывает влияние и про­ должительность первого периода нагрева слитков тѵ Так, при Дтв = const и равном 2 ч, увеличение Tt на 1,5—2,0 ч приводит к абсолютному возрастанию угара с 1,3 до 1,9% [6]. Исследования показывают, что при сокращении пер­ вого периода нагрева на 0,5 ч количество окалины снижа­ ется на 0,5—0,6%.

Несомненный интерес представляет количественная оцен­ ка влияния ритмичности работы мартеновского цеха на угар металла в нагревательных колодцах. Используя вышепри­ веденные зависимости, а также уравнения [10]:

где Ро — интервалы между очередными выпусками плавок,

составов, ч; нетрудно убедиться, что задержки в продви­ жении сталеразливочных составов из-за скученного вы­ пуска плавок или по другим причинам на 10 мин способству­ ют дополнительному угару на каждом слитке 1,6—-1,8 кг металла.

Таким образом, экспериментальное исследование потерь производства с угаром позволяет определить фактическую

101

их величину, выявить и оценить эффективность путей сни­ жения окалинообразования в нагреваемых колодцах об­ жимных цехов. Наиболее результативны повышение тем­ пературы посада, уменьшение случаев оплавления слитков и их «пересиживания», сокращение продолжительности 1-го периода нагрева.

Однако этим не исчерпывается комплекс мероприятий по снижению угара металла. Отечественная наука, опыт ра­ боты металлургических заводов выработали ряд не менее эффективных направлений снижения окисления при нагре­ ве металла в прокатных цехах.

Значительный практический интерес представляют ис­ следования по определению оптимального, с точки зрения угара, металла, теплового потока в первом периоде нагрева q. Известно, что при увеличении q, что можно достичь повыше­ нием тепловой мощности колодца, время нагрева становится меньше за счет сокращения первого периода. Однако при этом возрастает перепад температур по сечению слитка и, следовательно, удлиняется период выдержки. Поэтому, несмотря на сокращение общей продолжительности нагре­ ва, возможно не уменьшение, а увеличение окалинообразо­ вания.

Для минимизации угара в случае двухстадийного режима нагрева слитков наименьшее время пребывания металла при температуре поверхности выше условной температуры начала окисления достигается при тепловых потоках в пер­ вом периоде не ниже 0,5 максимального qnaM [16]. Уста­ новлено, что для холодного посада qom = 0,5—0,6 qM, горячего — 0,6 и более. Увеличение теплового потока сверх оптимального значения qom на общее время нагрева и ве­ личину угара почти не влияет. Переход от существующих режимов к оптимальным дает возможность уменьшить угар металла на 10% при одновременном снижении общего вре­ мени нагрева слитков и росте производительности колодцев.

Эффективным способом сокращения окалинообразова­ ния является сжигание части газа (~20%), предназиачен-

102

ного для нагрева, в верхней части ячеек (над слитками) [31]. Отходящее из 10—12 отверстий «верхнее» топливо не может быстро сгорать из-за плохого перемешивания его с кислородом продуктов горения. В результате над головной частью слитков образуется объем восстановленного газа, который снижает окислительную способность дыма, общем неизменном расходе топлива его частичное сжи­ гание под сводом ячейки способствует снижению уга­ ра металла (рис. 26).

Заслуживает внимания

нии, испытан метод нагрева слитков с коэффициентом избытка воздуха 0,85—0,90. Результаты работы ячеек показывают, что нагрев в малоокислительной атмосфере дает возможность сократить угар на 30%. При этом производи­ тельность колодцев не уменьшается, а расход топлива уве-

чивается лишь на 4,4% [18].

На Криворожском металлургическом заводе с целью сни­ жения воздушного окалинообразования уже несколько лет прокат после непрерывно-заготовочного стана блюминга 1150 ускоренно охлаждается водой. В итоге экономия метал­ ла из-за уменьшения «воздушной» окалины на тонну годного составляет 2—3 кг [38, 34], или 6000—6400 т в год.

Наряду с практическими мерами, направленными на сокращение потерь производства с окалинообразованием, в последние годы проведены важные теоретические исследо­ вания. Особо следует отметить работу С. А. Малого [14], в

103

которой рассмотрена не только проблема нагрева металла с наименьшим окислением, но и установлены условия, эко­ номически оптимизирующие совместное функционирование колодцев и обжимных станов. Представляют интерес иссле­ дования В. М. Ольшанского и Н. Ю. Тайца [17], предло­ живших методику определения наиболее выгодного графика нагрева толстых пластин по температуре поверхности и многих других.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОКРАЩЕНИЯ УГАРА МЕТАЛЛА В НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ КОЛОДЦАХ ОБЖИМНЫХ ЦЕХОВ

Значительные потери производства вследствие окалинообразования в обжимно-заготовочных цехах металлурги­ ческих заводов требуют не только самого пристального вни­ мания к угару металла, но и всестороннего учета его влия­ ния на эффективность процесса прокатки слитков.

Для правильного определения влияния снижения или увеличения угара на эффективность обжимно-заготовочного передела необходимо исходить как из общепринятого на практике изменения материальных затрат в себестоимости проката, так и динамики объема производства, расходов по переделу, фондоотдачи и других обобщающих экономику прокатных станов критериев.

Сокращение окалинообразования в обжимных цехах способствует, прежде всего, снижению норм расхода ме­ талла с их фактического значения до новой величины &д. Так, если существующий расходный коэффициент уменьшается на \kp процентов, то

Для того чтобы установить, насколько при этом увели­ чится выпуск продукции на блюминге или слябинге, обо­ значим производство проката в обжимном цехе при массе

104