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

ственной мощности. С полным освоением обжимных станов удельные капитальные затраты в данный тип колодцев будут значительно ниже.

В зарубежных странах получили применение электро­ нагревательные колодцы. Так, в начале 1961 г. на металлур­ гических предприятиях Западной Европы насчитывалось 40 действующих и 12 сооружаемых установок такого типа

[15].

В 1964 г. На Волгоградском металлургическом заводе «Красный Октябрь» была построена опытно-промышленная группа электронагревательных колодцев, используемая

восновном для нагрева высококачественных легированных сталей. Одна группа таких колодцев состоит из шести камер,

вкаждой из которых помещается два слитка массой по 6,5 т. Годовая производительность группы колодцев достигает около 275 тыс. т. Удельные капитальные затраты при’элект­ ронагреве составляют 3,4, а эксплуатационные расходы по нагреву—1,13 руб./т [15].

Основное достоинство электрических нагревательных колодцев — минимальный угар, который при нормальных условиях не превышает 0,2—0,3% против двух в других типах колодцев. Это обусловливает высокую эффективность применения электронагрева для подготовки к прокатке

дорогостоящих высоколегированных сталей.

Расход электроэнергии при нагреве слитков с темпера­ турой посада 850—950° С составляет в рассматриваемых колодцах соответственно (3,6—0,8) • 105 кДж/т (100— 20 кВт • ч/т). Затраты энергии весьма малы и на 40—50% ниже расхода тепла, затрачиваемого при этих же условиях в пламенных печах. Поэтому электронагревательные ко­ лодцы выгодно применять и с точки зрения использования энергетических ресурсов. При нагреве холодных слитков удельный расход энергии значительный — (12,2—13,0) X X ІО6 кДж/т садки (340—360 кВт • ч/т), что свидетельствует о целесообразности предварительного подогрева металла до 800—900° С перед электронагревом.

12

Нельзя не отметить изменение к. п. д. электронагрева­ тельных колодцев. В регенеративных и рекуперативных колодцах с повышением температуры посада вследствие ин­ тенсивного возрастания доли потерь тепла, уносимого про­ дуктами горения и через кладку, в общем его расходе коэф­ фициент полезного действия камер резко понижается (вплоть до 10%). В электрических же нагревательных ко­ лодцах при повышении температуры посада слитков к. п. д. обычно не снижается более чем до 40—50% против пример­ но 75% при нагреве холодного металла [1]. Это объясня­ ется сравнительно малыми потерями тепла при электрона­ греве и подтверждает высокую эффективность его исполь­ зования для подогрева горячих слитков.

В странах, где электроэнергия не намного дороже газа или жидкого топлива, примёняется новая нагревательная установка — колодец Элпит [33], представляющий собой теплоизолированный кожух, укрепленный на бетонном фун­ даменте. Колодец может состоять из нескольких камер, в каждую из которых загружается сверху один или несколь­ ко слитков (в зависимости от их диаметра).

Элпит надежен в эксплуатации (50 рабочих недель в год). Ремонтные работы, проводимые один раз в 7 дней, заклю­ чаются в основном в добавлении нефтяного коксика, рас­ ход которого составляет 0,3 кг/т.

Производительность нагревательного колодца Элпит при температуре посада слитков 880—950° С составляет около 48 т/ч. Хорошая изоляция позволяет аккумулировать очень большое количество тепла и достигать к. п. д. свыше 0,98. Угар металла в колодце равен около 0,02%.

Таким образом; рассмотрение технико-экономических характеристик различных типов нагревательных колодцев, используемых в обжимных цехах металлургических заво­ дов страны, дает возможность убедиться в неодинаковой степени их конструктивного и теплотехнического совершества и прогрессивности развития. Усовершенствование регенеративных и рекуперативных колодцев направлено

13

на увеличение их производительности, снижение расхода топлива, улучшение качества нагрева металла и условий труда, повышение эффективности работы.

ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КОЛОДЦЕВ

ИФАКТОРЫ, ИХ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ

Вобщем комплексе вопросов, связанных с улучшением работы средств нагрева металла на блюмингах и слябингах, большое значение имеет правильный выбор оценочных по­ казателей их использования. Обычно на заводах черной металлургии эффективность эксплуатации нагревательных колодцев определяется их достигнутой производительнос­ тью (часовой и годовой), удельным потреблением топлива, напряженностью пода, величиной угара металла и другими частными параметрами (расход огнеупоров, коксика, время оборота ит. п.) [1, 28].

Важнейшим технико-экономическим показателем работы колодцев является их производительность. В конкретных организационных условиях производства она характери­ зует уровень интенсивного и экстенсивного использования средств нагрева металла, отражает фактическую полезность их эксплуатации. Учитывая процессы окалинообразования

при нагреве, этот критерий более точно следовало бы опре­ делять по всаду и выдаче. Однако трудности количественного учета угара металла вынуждают рассчитывать производи- : тельность нагревательных устройств только по весу noca- ! женного металла.

Среднечасовая производительность (т/ч) одной группы ; нагревательных колодцев

где шя — число ячеек в группе; пс — среднее количество нагреваемых слитков; Q — масса слитка, т; т0 — время обо- ‘ рота ячейки, ч; ku — коэффициент использования колодцев. ¡

14

Из приведенного выражения следует, что основными фак­ торами, определяющими производительность средств на­ грева металла в обжимных цехах, являются масса всада и время оборота ячеек.

Среди составляющих периода оборота ячейки наиболь­ ший удельный вес занимает время собственно нагрева слит­ ков. Оно зависит от количества нагреваемого металла и тем­

ное влияние на производительность нагревательных ко­ лодцев на блюмингах и слябингах оказывает продолжи­ тельность операций по посаду и выдаче слитков, чистке подины, входящих в цикл оборота ячеек.

U

где срг — доля горячего всада; xt — время нагрева слитков горячего посада с температурой t°, ч; ßz — доля слитков с температурой і°; тх — продолжительность нагрева хо­ лодных слитков.

При средней длительности вспомогательных операций по посаду и выдаче слитков, скачиванию шлака и заправке подины тв время оборота камеры т0 = т + тв.

Коэффициент использования нагревательных колодцев kK учитывает внутрисменные текущие простои камер, т. е. потери рабочего времени, вызываемые «холостым» ходом ячеек (момент окончания выдачи предыдущей плавки — начала посада последующей) и «пересиживанием» готового к прокатке металла (разность между нормативным и факти­ ческим временем выдачи нагретых слитков). По данным ряда авторов, этот коэффициент составляет 0,85—0,90. Для конкретного случая его можно рассчитать по формуле

15

где Tj и тг — простои колодцев по указанным причинам,

%к номинальному времени.

Величина коэффициента использования колодцев зави­

сит от согласованности графика работы сталеплавильных цехов и обжимных станов, соблюдения регламентированных режимов подачи горячего металла к нагревательным уст­ ройствам блюмингов и слябингов, совершенства организа­ ции производства на участках нагрева и прокатки слитков, текущих простоев оборудования.

Таким образом, с учетом выражений (2) и (3) можно за­ писать, что

При всех достоинствах показателя часовой производи­ тельности рассматриваемых средств нагрева металла он не может служить критерием при сравнении интенсивности работы различных по своей характеристике колодцев. Ча­ совая производительность отражает лишь физическую массу пропущенного через нагревательное устройство металла в единицу времени, а не объем выполняемой ячейками полез­ ной работы. Различия в размерах слитков, режимах нагре­ ва, тепловых мощностях, параметрах камер могут привести к тому, что при нагреве даже однотипных слитков колод­ цами будет выполняться неодинаковая работа, а следова­ тельно, будет разной и производительность. В этой связи пользуются показателями напряженности пода (активного или полезного) и удельной продолжительностью нагрева.

Напряженность [т/(м2 • ч)] активного, т. е. занятого ме­ таллом, пода

где Fa — площадь активного пода, м2.

16

Удельная продолжительность нагрева (мин/см)

где т„ — время нагрева, мин; 2s — толщина нагреваемого слоя, см.

Как видно из зависимостей (5) и (6), напряженность пода и удельная продолжительность нагрева точнее отражают степень интенсификации производства в отделении колод­ цев, характеризуя, с одной стороны, количество металла, снимаемое с 1 м2 площади пода в час, с другой — время нагрева единицы толщины слитка.

Показателем, обобщающим все основные факторы, влия­ ющие на пропускную способность нагревательных уст­ ройств, является годовая производительность группы колод­ цев. Он характеризует не только конструктивные особен­ ности колодца, простои на ремонтах и интенсивность нагрева, но и организацию производства, принятую в отделении и на обжимном стане, увязку их работы между собой и стале­ плавильным цехом, а также баланс металла на заводе. Этот показатель представляет интерес при сравнении уровня использования однотипных колодцев.

Годовая производительность (т) группы нагреватель­ ных колодцев

(7)

где Гф — фактическое время работы ячеек данной группы колодцев, зависящее от продолжительности простоев камер

иобжимного стана на ремонтах, ч.

Сдругой стороны,

2 4-1728

фактического количества работающих групп колодцев на участке ßK:

^о=-Йг ИЛИ = W

Важным измерителем эффективности работы нагрева­ тельных колодцев на блюмингах и слябингах, который ши­ роко применяется в научных исследованиях и производ­ ственной практике, является расход топлива.

Абсолютная величина расхода топлива не может быть принята при оценке экономичности эксплуатации средств нагрева металла, так как она, кроме прочих факторов, за­ висит от производительности колодца и вида сжигаемого топлива. Поэтому, как правило, используются показатели удельного расхода тепла или условного топлива *. Послед­ ний определяется в функции общей тепловой мощности на­

С удельным расходом условного топлива g непосредствен­ но связана важнейшая технико-экономическая характерис­ тика нагревательного колодца — коэффициент его полез­ ного действия, представляющий собой отношение количе­ ства тепла, затраченного на нагрев металла в течение часа, к общей тепловой мощности:

* Условным называется топливо с теплотой сгорания 29,3 МДж/_кг (7000 ккал/кг).

18

Подставив в выражение (11) значение AÍ из формулы (10), получим

здесь í'k и ін —соответственно теплосодержание металла при конечной и начальной температуре нагрева, кДж/кг.

Следовательно, расход топлива зависит от производи­ тельности нагревательного устройства и его тепловой мощ­ ности. Его величина обусловливается массой всада, време­ нем нагрева, температурой посада и загруженностью ячеек, простоями камер и другими организационно-техническими параметрами процесса нагрева слитков.

И, наконец, общепринятым критерием экономичности нагрева металла в колодцах и печах прокатных цехов явля­ ется показатель потерь производства с угаром. Величина угара обычно выражается в процентах от массы посаженно­ го металла. На окисление влияют температура и длитель­ ность нагрева, печная атмосфера, химический состав стали.

Следует, однако, признать, что при всей значимости указанных показателей они недостаточно полно отражают эффективность использования участка нагрева металла, ибо характеризуют лишь отдельные стороны работы ко­ лодцев и не учитывают действительные расходы, возника­ ющие при их эксплуатации. К тому же они не дают возмож­ ности точно определять в масштабе отрасли и народного хозяйства целесообразность мероприятий по совершенство­ ванию технологии и организации производства на участке нагревательных устройств, улучшению их работы в резуль­ тате реконструкции и модернизации.

Точнее экономичность функционирования средств на­ грева металла в прокатных цехах может быть оценена обоб­ щающим в известной мере работу колодцев и печей показа­ телем — эксплуатационными затратами на нагрев. Знание эксплуатационных расходов позволяет устанавливать сов­ местно с материальными затратами, вызванными угаром

металла, себестоимость нагрева, а следовательно, и приведенные затраты на нагрев слитков или заготовок. В этом случае появляется возможность исчисления народнохозяй­ ственной эффективности различных направлений повыше­ ния производительности и экономичности работы колодцев

ипечей.

Впоследнее время институтом «Стальпроект» разра­ ботан вариант методики определения эксплуатационных расходов и себестоимости нагрева [27]. Методика базируется на отчетных данных и позволяет устанавливать сложивши­ еся за определенный период среднецеховые затраты по на­ греву. Между тем при выявлении и исследовании путей повышения эффективности нагрева металла в прокатных цехах важно знать расходы на конкретный нагрев, а также изменение затрат в функции объема производства с тем, чтобы оценить влияние различных факторов, их опреде­

ляющих.

Эксплуатационные расходы собственно на нагрев 1 т слитков в колодцах образуются целым комплексом статей затрат, которые в зависимости от роли и участия в осуще­ ствлении процесса нагрева металла можно разделить на две группы:

1)непосредственно связанные с работой колодцев — расходы по топливу, электроэнергии, воде, основной и до­ полнительной заработной плате, текущему ремонту , и со­ держанию основных средств, амортизации, сменному обо­ рудованию и инструменту;

2)обусловленные необходимостью управления и об­ служивания участка нагрева металла — цеховые и обще­

заводские расходы.

В производственных условиях расходы на нагрев не калькулируются, а следовательно, и не анализируются. Одной из причин такого положения является недооценка экономики участка нагрева металла перед прокаткой и сте­ пени ее влияния на эффективность, всего обжимно-загото­ вочного передела. В то же время обстоятельное исследова-

20

ние работы колодцев не может быть проведено без учета расходов по нагреву, ибо не всякое улучшение использо­ вания нагревательных устройств, как будет показано ниже, оказывается экономически выгодным.

Эксплуатационные расходы на конкретный нагрев 1 т металла в колодцах блюминга или слябинга могут быть установлены следующим образом [9]:

1. Расход топлива (в пересчете на условное) определя­ ется в функции одного из режимных параметров работы нагрёвательных устройств (в частности, температуры поса­ да слитков) по экспериментальным данным или же теорети­

где gH — расход условного топлива собственно на нагрев 1 т слитков, т; т1; Атв — фактическое время нагрева по пе­ риодам, ч; Мъ М2—соответственно тепловая мощность ячейки в процессе подъема температуры поверхности слит­ ка и томления металла, Вт.

Здесь следует также учесть расход топлива (т/т) во вре­ мя внутрисменных простоев ячеек (холостой ход, скачива­ ние шлака и т. п.), который из расчета на один нагрев опре­ делится как

Да = .... -Q»fcl0.-2nP------

где Qjj и b — калорийность газа, кДж/нм3, и его часовой расход, м3/ч; тпр — время внутрисменных простоев из ра­ счета на один нагрев, мин; т — число нагревов в сутки по группе колодцев.

Если принять из общецеховых расходов по переделу цену условного топлива Цг, то издержки производства (руб/т)

21