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

сортамента. Переменные расходы, связанные с нагревом слитков, приняты равными 0,325 руб./т, относительно-нос- , тоянные — 0,465 руб./т.

Из рис. 17 следует, что наименьшее потребление топлива на нагрев 1 т металла достигается в рекуперативном ко­ лодце при подаче в ячейку тепла в количестве 4,2—4,3 МВт, а минимальные эксплуата­ ционныезатраты— при М — = 5,2—5,3 МВт. Использо­

ко выше, чем определенные по расходу топлива. В первом случае они составляют 65—68, во втором 50—55% макси­ мальной тепловой мощности ячейки, причем большие их значения относятся к температурам посада 600—800, мень­ шие — 800—1000° С.

Однако, ориентируясь только на эксплуатационные за­ траты и расходы по топливу, вопрос о выборе оптимальных тепловых мощностей нельзя решить достаточно точно, ибо тепловые нагрузки оказывают влияние, прежде всего, на часовую производительность нагревательного колодца, а следовательно,, способствуют росту пропускной способности обжимного стана. Несмотря на то, что интенсификация про­ цесса нагрева слитков приводит к удорожанию затрат на нагрев, в то же время может возникнуть экономия на обще­

74

цеховых расходах по переделу из-за увеличения выпуска проката.

Из рис. 17 видно, что применение тепловых мощностей, больших 5,2—5,3 МВт, приводит к росту производитель­ ности ячейки в среднем на 0,7 т/ч, или на 1,8—2,0%, и удо­ рожанию затрат по нагреву металла на 0,012 руб./т всада. Если принять увеличение пропускной способности всего участка колодцев при горячем посаде слитков на 2,0%, то

янные затраты в цеховых расходах по переделу, руб./т; 1,215—расходный коэффициент металла на 1 т проката.

Сравнение удорожания затрат на нагрев слитков при использовании тепловых нагрузок от 5,4 до 6,0 МВт и эко­ номии на расходах по переделу ввиду роста производства проката показывает, что в рассматриваемом случае интен­ сификация режима нагрева металла является экономически выгодной вплоть до М = 6,0 МВт. При этом средние за нагрев тепловые нагрузки ячеек могут доводиться до 70— 72% их максимальной тепловой мощности.

Полное представление об экономичности теплового

оптимальности той или иной тепловой мощности при нагре­ ве слитков горячего посада (температура посада 800°С, масса всада 85—90 т) в,рекуперативных колодцах обжим­ ного цеха ЕМЗ. При этом изменение часовой производитель­ ности ячеек, расхода топлива, эксплуатационных затрат при различных тепловых нагрузках было принято на ос­ новании рис. 17. За исходный вариант взята тепловая мощ­ ность, обеспечивающая нагрев металла с минимальными эксплуатационными расходами (4,6 МВт). Для оценки

75

воздействия тепловой мощности на величину материальных затрат по нагреву слитков использованы эмпирические за­ висимости, характеризующие влияние теплового режима на период томления, общее время нагрева и угар металла [6].

Тепловая мощность, обеспечивающая высокопроизво­ дительный нагрев при наименьших затратах, находится в пределах 7,0—9,4 МВт. Графическая интерпретация зави­ симости S = f (М) позволяет более точно установить теп-

76

Ловую нагрузку Мо, минимизирующую себестоимость нагре­ ва S. В данном случае она составляет 8,2 ЛІВт, или 85% максимальной тепловой мощности ячейки. Аналогичным образом может быть установлена М„ и для других харак­ теристик всада.

Правильность полученных выводов подтверждается так­ же расчетом приведенных затрат на 1 т нагреваемых слит­ ков при различных тепловых режимах работы колодцев (см. табл. 13). При этом удельные капитальные затраты в отделения нагревательных колодцев обжимных цехов при­ няты равными 5,7 руб./т [15], а нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности — 0,12. Из­ менение приведенных затрат на нагрев 1 т металла свидетель­ ствует о том, что с народнохозяйственной точки зрения интенсификация работы колодцев в данном случае целесо­ образна до М. = 8,2—8,3 МВт. Дальнейшее повышение тепловой мощности приводит к удорожанию себестоимос­ ти нагрева 1 т слитков, а следовательно, и приведенных затрат.

Полученные значения экономичных тепловых мощнос­ тей хорошо согласуются с результатами исследований дру­ гих авторов, которые устанавливали оптимальные тепловые режимы нагрева слитков, используя иные показатели. Так, М. П. Ревун и В. И. Гранковский [24], изучая работу ре­ генеративных нагревательных колодцев Коммунарского металлургического завода, определили, что с точки зрения достижения наибольшего термического к. п. д., оптималь­ ной для этих условий является тепловая мощность 6,05 МВт (5,2 • 10е ккал/ч). Она составляет 90% максималь­ ной тепловой мощности ячейки. При дальнейшем увели­ чении тепловой нагрузки теплопоглощение металлом за­ медляется, что снижает термический к. п. д. колодцев ввиду роста потерь тепла с отходящими продуктами сго­ рания.

Таким образом, решение задачи по определению эконо­ мически оптимальной тепловой мощности, обеспечивающей

77

высокопроизводительный нагрев металла в колодцах при наименьших затратах, предполагает следующие этапы: : 1. Оценку влияния теплового режима на производитель­ ность ячеек и расход топлива.

2.Установление эксплуатационных затрат на нагрев 1т слитков и разделение их на переменную и относительно-по­ стоянную части.

3.Выявление прямым или косвенным путем взаимосвя­ зи между теплрвой мощностью и угаром металла.

4.Расчет себестоимости нагрева при различных зна­ чениях тепловых нагрузок.

5.Сопоставление основных показателей работы колод­ цев и выбор наиболее выгодной для конкретных условий нагрева тепловой мощности.

В колодцах нагрев металла осуществляется по двухста­ дийному режиму — подъем температуры поверхности слит­ ка и его томление Поэтому общая за нагрев тепловая мощ­ ность

Air, -р Л-І2Дтв

ТіТ- Дтв

(37)

Из уравнения (37) следует, что для практического ис­ пользования экономически оптимальной тепловой нагрузки /Ио необходимо знать взаимосвязь между тепловыми мощ­ ностями в первом Мг и втором ТИ2 периодах нагрева, а так­ же между временем подъема температуры поверхности слит­ ка тх и томления (Дтв). Количественные соотношения между указанными параметрами могут быть получены расчетным путем или же по экспериментальным данным. Так, напри­ мер, в результате анализа диаграмм расходомеров газа установлено, что в рассматриваемом случае нагрева слитков (800° С) в рекуперативных колодцах М2 = 0,25—0,30 М1. Характер же изменения времени томления металла Дтв, ч при различной продолжительности первого периода нагре­ ва т1; ч достаточно точно описывается следующими уравне­ ниями регрессии:

78

использование в процессе нагрева металла повышенной тепловой мощности (кривая 2)

интенсификации работы колодцев первого периода нагрева на 0,1 ч второй период возрастает всего лишь на 0,025— 0,030 ч, т. е., подавая в ячейку повышенное количество теп­ ла, получаем экономию времени на общей продолжитель­ ности нагрева, равную 0,070—0,075 ч.

Используя выражения (37) — (39), нетрудно установить тепловые нагрузки по периодам нагрева, которые обеспечат соблюдение в процессе нагрева экономически оптимальной тепловой мощности Мо. Так, если принять для нашего слу­ чая Мо — 8,2 МВт, а Aía = 0,3 Mlt то с учетом уравнения (39) можно записать, что

79

+ 1,17-гр1-13)

(40)

Ti + 0,351т“1,13

Тогда для такого режима нагрева, например, когда тх = 2ч и Атв = 0,6 ч, тепловая мощность в первом периоде соглас­

иметь иные значения.

Использование при нагреве металла оптимальных теп­ ловых режимов позволяет вести технологический процесс нагрева слитков горячего посада с наиболее выгодными со­ отношениями производительности колодцев и расхода топ­ лива. Цеховая экономия (руб.) на топливе в этом случае определяется по уравнению

где g$ — удельный расход условного топлива, фактически достигнутый на предприятии при нагреве металла горячего всада, кг/т; ѵ£ — доля і-й температуры посада в горячем всаде; got —■ расход условного топлива собственно на нагрев при экономичном тепловом режиме и í-й температуре по­ сада, кг/т; Пв — производство обжимного цеха по всаду, т.

Общий годовой экономический эффект (руб.) по участку нагревательных колодцев от применения оптимальных теп­ ловых мощностей может быть рассчитан по формуле

ловой мощности в общем диапазоне применяемых тепловых нагрузок.

Изучение опыта работы отдельных типов нагревательных колодцев показывает, что.при горячем посаде слитков (600— 900° С) используются самые разные тепловые нагрузки. Например, в обжимном цехе Енакиевского металлургиче­ ского завода тепловые мощности колеблются от 2,3 до'

30

9,4 МВт, ММ3 им. Кирова — от 1,9 до 4,3 МВт, причем наиболее выгодные из них составляют 35—40% случаев. Произведенные расчеты свидетельствуют о значительном экономическом эффекте, который может быть получен в об­ жимном цехе при совершенствовании тепловых режимов нагрева слитков. Так, в условиях блюминга Макеевского металлургического завода годовая экономия по участку нагрева металла от соблюдения экономичных тепловых мощностей равна 99,6 тыс. руб., в том числе по топливу согласно уравнению (41) — 46,3 тыс. руб.

Наряду с этим, стабилизация тепловых режимов на уровне оптимальных их значений позволит увеличить при прочих равных условиях часовую производительность ячеек с 18,1 до 18,7—19,0 т/ч, или в среднем на 4,0—4,2%, что эквивалентно дополнительному нагреву ежегодно 148— 150 тыс. т металла, повышению производства проката на 124—126 тыс. т и снижению эксплуатационных затрат по обжимному цеху на 0,053 руб./т. На Енакиевском металлур­

печивающих экономичную работу средств нагрева металла при всех возможных производственных ситуациях, необхо­ димо исследовать работу колодцев при различной сте­ пени их износа и разном состоянии рекуператоров и реге­ нераторов, при нагреве всех групп марок стали.

Работа нагревательных колодцев улучшается в результате поддержания тепловых нагрузок камер на уровне проектных значений. Ранее отмечалось, что основным недостатком ке­ рамических рекуператоров является их низкая газоплот­ ность. Из-за потерь воздуха в рекуператорах, которые к концу кампании колодца достигают 35—40%, тепловая мощность ячейки в период подъема температуры металла снижается, а общее время нагрева увеличивается. Так, например, в рельсобалочном цехе завода им. Дзержинского

максимальная тепловая мощность рекуперативных колодцев даже при новых рекуператорах не превышает 4,6 МВт (4,0 ■ ІО6 ккал/ч), в то время как ячейки рассчитаны на теп­ ловую нагрузку в 5,6 МВт (4,8 • 10е ккал/ч) [32]. Статисти­ ческие данные по колодцам завода им. Ильича показывают, что в связи со значительными потерями вентиляторного воздуха в рекуператорах тепловая мощность камер в настоя­ щее время на 16% ниже проектной [24].

Одним из способов борьбы с указанным конструктивным недостатком керамических рекуператоров является за­ мена нагнетания воздуха вентиляторами его инжекцией при помощи струи пара высокого давления. Просасывание воздуха через рекуператор инжектором позволяет снизить перепад давлений между воздушной и дымовой сторонами до нуля и сократить тем самым утечку воздуха. Опыт экс­ плуатации колодца, оборудованного паровыми инжектора­ ми, показал, что тепловая мощность его увеличивается на 40%, производительность ячеек возрастает примерно на 30%, а удельный расход топлива, наряду с улучшением ка­ чества нагрева металла, снижается на 25—30% [32]. Потери воздуха в керамических рекуператорах можно компенси­ ровать и в результате использования кислорода при нагре­ ве слитков, что подтверждается исследованиями и промыш­ ленными испытаниями, проведенными на колодцах [Жданов­ ского металлургического завода им. Ильича [24], В процес­ се опытов в ячейку подавалось 200 м3/ч кислорода и 300 м3/ч компрессорного воздуха. Нагревались слитки раз­ личных марок стали при массе садки 115—140 т. Общий расход кислорода выбирался в зависимости от потерь воздуха таким образом, чтобы тепловая мощность ячейки оставалась неизменной в любой период ее эксплуатации.

В результате установлено, что при проведении опытных нагревов продолжительность выравнивания температуры по сечению слитка (томления) несколько увеличивалась, однако общее время нагрева сокращалось. В табл. 14 пока­ зана длительность нагрева сталей обычного сортамента с

82

применением кислорода и без него. Здесь же представлено изменение расхода условного топлива на 1 т нагреваемого металла.

Таблица 14

Продолжительность нагрева и расход топлива при различных способах нагрева слитков *

• В числителе — без применения кислорода, в знаменателе г— с кислородом.

Из таблицы видно, что использование кислорода для обогащения дутья в рекуперативных колодцах позволяет уменьшить общее время нагрева слитков на 10—23%, а расход топлива — сократить на 4,5—12,5 кг/т всада, или 22—33%. При этом эффект тем выше, чем холоднее были слитки в момент посада. Следует также отметить, что по результатам указанных исследований угар металла в слу­ чае кислородных нагревов изменялся в диапазоне от 0,79 до 1,74%, а бескислородных — от 0,94 до 2,25%, т. е. был несколько меньшим.

Таким образом, эффективность использования кислорода при нагреве слитков в колодцах выражается, прежде всего, в значительном росте их производительности, который в