Страницы: 1 2
Содержание
Введение. 5
1 Техника производства.. 7
1.1Устройство и оборудование СПЦ-1. 8
1.2Шестизонная, методическая печь. 10
2 Специальная часть. 15
2.1 Аналитический обзор литературы по вопросу уменьшения. 15
затрат на процесс нагрева металла под прокатку. 15
2.2 Расчеты горения топлива. 18
2.2.2 Расчет горения топлива при существующем режиме. 18
2.2.3 Расчет горения топлива в воздухе нагретом до 600 °С.. 22
2.3 Расчёт тепловых балансов печи. 22
2.3.1 Расчет теплового баланса для базового варианта. 23
2.3.2 Расчет теплового баланса с использованием нагретого воздуха. 25
и снижение температуры нагрева заготовки. 25
2.4 Расчет рекуператора. 26
Выводы по разделу.. 31
3 Охрана труда и окружающей среды.. 33
3.3.1 Шум.. 36
3.3.2 Вибрация. 36
3.3.4 Запыленность. 37
3.3.5 Освещенность. 37
3.3.8 Пожарная безопасность. 38
4 Экономика производства.. 40
4.1 Расчёт годового экономического эффекта. 40
Выводы по разделу.. 41
Заключение. 42
Список использованных источников.. 43
Приложения
Введение
Способ производства прокатки металлов считается одним из наиболее распространенных способов обработки давлением металлов в промышленности, по причине непрерывности процесса производства, достижения высокой производительности, а также возможности производства изделий различной формы, высокого степени качества и свойств необходимых потребителю.
Применение комплексной механизации и автоматизации технологии используемой в цехе прокатки, позволяет достигнуть точного выполнения принятых режимов технологического процесса, а также соблюдение необходимых правил эксплуатации оборудования, помогает улучшить условия трудового процесса и повысить уровень безопасности работы точное выполнение установленных режимов работы, правил технической эксплуатации оборудования, значительно улучшает условия труда и повышает безопасность техперсонала.
Совершенствование современного прокатного производства базируется на использовании новых технических решениях на старом оборудование, либо его модернизация, что позволяет снизить расходы топлива.
Для нагрева проката перед прокаткой в металлургическом производстве затрачивается более 20 процентов используемого топлива. Эффективность работы нагревательных печей во многом задает качество и себестоимость процесса прокатки металлов.
В сравнении с другими государствами в Российской Федерации за последние десять лет обозначился ощутимое различие в энергоемкости технологии прокатки металла. Это происходит по причине немалого повышения цен энергоносителей, а также усиления контроля состояния окружающей среды и ее защите. Ранее используемые режимы раскалывания металла, которые были ориентированы на максимальную производительность, являются нецелесообразны для достижения цели производства определенного количества материала при использовании минимальных затрат.
В данном дипломном проекте, рассмотрены возможные варианты по снижению расхода топлива в условиях печей нагрева СПЦ-1 АО «ОЭМК».
1 Техника производства
1.1Устройство и оборудование СПЦ-1
Сортопрокатный цех АО «Оскольский электрометаллургический комбинат» занят производством сортовой прокатки металла круглого сечения, диаметр которого равен 80-180 миллиметров, и квадрат 70х70\110х110 мм [1].
В цех поступают литые заготовки с машины непрерывного литья заготовки (сокр. МНЛЗ) цеха плавки стали, которые имеют вес 5-10 т, сечение которых составляет 300х360 мм, а длина равна 6-12 м, уложенные на широкой их части на одном из двух рольгангах, которые работают параллельно, и их скорость составляет 1,7 м/с.
Все разрабатываемые заготовки, которые поступают из электросталеплавильного цеха, останавливаются и автоматически производится взвешивание я на расположенных на конце рольгангов весах.
Затем они поступают к погрузочно- разгрузочным устройствам, а затем к самим печам нагрева соответственно.
Далее на участке, на котором расположены нагревательные печи, заготовки поплавочно перемещаются на столы, используемые для разгрузки, расположенные перед печами, а затем с данных столов шагающими балками перемещаются в печи. После чего заготовки, относящиеся к одной плавке поровну разделяются на две печи, с целью обеспечения их готовности к прокатке. Заготовки, длина которых составляет 7-12 м, отправляются в печь одним рядом, а заготовки, длина которых составляет 5-6 м, двумя.
Выдача уже нагретых заготовок на рольганг, который отводит, из печей производится по отдельности с использованием соответствующих механизмов выдачи.
Нагрев заготовок обеспечивается с температудой до 1250 °C и с отклонением до 20 °C, при этой средняя производительность каждой используемой печи 150 т/ч.
Заготовки подаются из печи, используемой для нагрева, в печь гомогенизации, которая используется для шарикоподшипниковой стали, с температурой 1200 °C. Время выдержки и время разгрузки составляет 8 ч.
Блюмы, нагретые и соответственно выданные из используемой печи, марок сталей, всех кроме подшипниковых, отправляются к установке гидросбива с целью удаления водой с их поверхности под высоким давлением окалины. Затем очищенный блюм направляется на рольганг реверсивной клети и кантуется на 90 градусом и задается рольгангами в валки.
Процесс прокатки блюмов в раскаты, сечение которых составляет 230х230 мм, выполняется за 5, а сечение которых составляет 190х190 мм — за 7 проходов.
Все операции производимые в реверсивной клети, в том числе кантовка металла, производятся автоматически, исключением является кантовки производимая грейферным кантователем.
Затем раскат отправляется к машине для огневой зачистки.
Далее производится обрезка концов раскатов, а так же при необходимости процесс разделения на части, при помощи стационарных ножницах горячей резки (усилие которых составляет 800 т).
После чего раскаты перемещаются к 1-й группе непрерывно-заготовочного стана (НЗС).
НЗС состоит из 8 прокатных клетей, расположенных в двух находящихся со смещением группах.
Группа клетей 1: V1, Н2, VЗ, Н4, а группа 2 соотвественн: V5, Н6, V7, Н8.
Сам прокат возможно подавать и из группы 1, а так же группы 2 о в линии пил непосредственно.
На стане прокатка производится в непрерывном режиме в основном.
Материал до загрузки в печь, исплользуемую для отжига, необходимо охладить до температуры, которая должна составлять 600°С, при помощи холодильника. Затем из печей прокат отправляется на холодильники, с целью охлаждения до 80 °С и дальнейшей транспортировки на промежуточный склад.
На участке, предназначенном для зачистки, прокат проходит через дробеметную, затем правильную установки и шлифовальные станки, кроме того установку для контроля внутренних дефектов, еще пилы холодной резки, затем клеймителей, весы-рольганг, а так же установку формирования, а затем обвязки пакетов.
Применение агрегата обдирки аналогично агрегату зачистки, за исключением того, что на обдирке прокат пропускается через правильные и обдирочные станки «Кизерлинг».
Далее пакеты отправляются на склад для готовой к использованию продукции.
Готовая к использованию продукция погружается в ж/д вагоны и доставляется заказчику.
Схема СПЦ-1 приведена в приложении А данного дипломного пректа.
1.2Шестизонная, методическая печь
Данная печь используется с целью нагрева перед прокатом литой заготовки размером мм. Ее характеристики включают:
— размеры, которые составляют рабочее пространство м;
— площадь пода составляет 398 м2;
— масса, котрую составляют обрабатываемые изделия 3,9¸10 т;
— максимальная производительность, которую выдает печь 150 т/ч;
— садка печи (единовременная загрузка) 680 т;
— тип и количество используемых горелочных устройств: — плоскопламенные 66шт;
— длиннофакельные в количестве 18шт;
— режим работы, который используется для горелочных устройств является непрерывный, регулируемый;
— максимальная температур возникающая в печи 1290 °С;
— применяемое топливо природный газ;
— теплота, которая выделяется при сгорании топлива 8069 ккал/м3;
— максимальный расход топлива приходящийся на печь 8250 м3/ч;
— максимальный расход воздуха приходящийся на печь 90000 м3/ч;
— температура максимального подогрева воздуха 350 °С;
— температура продуктов сгорания которая достигается перед рекуператором до 900 °С;
— температура продуктов сгорания, которая достигается за рекуператором до 540 °С;
— давление в рабочем пространстве на уровне металла 0 ÷ 50 Па;
— удельный расход тепла 466,5 ккал/кг;
— давление топлива перед печью 3,0 бар;
— давление воздуха перед печью 100 Па;
— КПД 54,4 %;
— рекуператор металлический, трубчатый, самокомпенсирующийся, три секции по 208 м2.
Тип печей включающих шагающие балки используются с целью газового нагрева балочных заготовок перед пластической, а также других термических процессов. Схема печи представлена на рисунке 1.
В печах под разделен на подвижные и неподвижные части (балки). Заготовки размещаются на поду, поперек хода балок, а нагрев производится сверху.
Нагрев печей производится продуктами горения природного газа.
Свод печи разработан на различных уровнях, в том числе на наклонных участках. Часть свода дополнительно фиксируется (подвешивается) с помощью массивных балочных перекрытий. К элементам печи, находящимся на возвышении (горелки, задвижки) подведены лестничные марши и площадки для обслуживания. В корпусе имеются уплотняемые проемы для уборки окалины и технического обслуживания
Рисунок 1- Схема печей нагрева
Стационарные балки (под печи) собираются из бетонных плит, армированных металлом. Ниже идут слои из волокнистой теплоизоляции. Под печи состоит из нескольких рядов шагающих балок. Внизу у балок подвижного пода имеются специальные кожуха, направляющие окалину в каналы гидросмыва и ножи водяного затвора. Плоскость поверхности балок шагающего пода и элементы стационарного находится на одном уровне в паузах между шаганием.
Конструкция шагающих балок пода состоит из рамы вертикального перемещения и рамы горизонтального перемещения, промежуточных роликов, гидроприводов, и наклонных опор. Взаимное перемещение двух рам (шаг) относительно неподвижного пода перемещает заготовки в процессе работы.
Для предотвращения свободного сообщения печных газов и воздуха предусмотрены водяные уплотнения. Водяные уплотнения выполнены в виде продольных каналов (баков) с элементами лабиринтных уплотнений.
По краям боковых стенок печи на уровне подающего и выводящего рольгангов расположены печные заслонки. Печные заслонки перемещаются в вертикальной плоскости по специальным направляющим с помощью приводов.
Печной рольганг загрузки является промежуточным звеном между подающим рольгангом и балками печи. Печной рольганг представляет собой сварную раму, на которой размещены консольные ролики. Ролики выполнены водоохлаждаемыми. Рабочая часть роликов размещена в печном пространстве. Датчик длины заготовки определяет её длину и выдает сигнал приводам на выполнение перемещение и остановки заготовки в нужном месте.
Печной рольганг выгрузки предназначен для снятия заготовок с печных балок и вывода заготовки из печи. Печной рольганг выгрузки состоит из сварной рамы, консольных роликов и специальных манипуляторов. Съем заготовок с балок производят манипуляторы, а рольганги выводят заготовку из печи.
Подача заготовок в печь и отвод от печи производится, прилежащими рольгангами.
По ходу дымового канала размещается теплоизолированная камера с трубчатым рекуператором. Воздух горения, до поступления на горелки, проходит через рекуператор, где подогревается отходящими дымовыми газами. На случай превышения температуры дымовых газов, имеется система защиты рекуператора.
Система водяного охлаждения предназначена для подачи воды под снижение температуры эксплуатации некоторых печных устройств (печные рольганги и т.п.). Подача воды на каждый источник потребления обеспечивается разнесенной системой подачи и отвода воды. Система водяного охлаждения включает: гидравлические рукава, клапана, краны, вентили, реле протока жидкости, ниппели для присоединения гидравлических рукавов и т.п.
Гидравлическая система печи включает насосную станцию, гидроцилиндры, дроссели, гидравлические магистрали, фильтры, маслянный бак, необходимую арматуру и т.д.Система видеонаблюдения показывает изображения внутреннего объема нагревательной печи (расположения заготовок в печи) во время производственного процесса нагрева заготовок.
Нагревательная печь оборудована автоматизированной системой управления нагревательными печами (АСУ ТП). Система АСУ печью смонтирована в шкафах, локальных пультах управления, с применением промышленного ПК, логического контроллера и т.д.
Схема нагревательной печи представлена в приложении Б
С целью обеспечения высокого качества нагрева пространство используемой печи было разделено на 3 участка:
— участок подогрева (методическая);
— участок нагрева (сварочная);
— участок выравнивания (томильная).
Все эти участки имеют зоны: верхнюю и нижнюю.
Принципиальная схема распределения зон в печи нагрева представлена на рисунке 2.
Минимальная продолжительность процесса нагрева заготовок из сталей шарикоподшипниковых типа ШХ15 и ШХ15СГ-5,5 часов, в т.ч.: в зонах (3-4-5-6)-2,0-2,5 ч.; в зонах (3-4) не менее 1 ч..
Нагрев заготовок стали типа 20К производить в сооствествии со следующим режимом:
— температура I-II зонах– не более 1100 °C;
— температура III-IV зон – 1500-1180 °C;
— температура V-VI зон –1140-1150 °C.
Продолжительность нагрева не менее 3,5 часов.
Нагрев марок стали подшипникового типа необходимо производить по сквозной ТИ.
Рисунок 2 — Схема распределения зон нагревательной печи
Режимы нагрева заготовок представлены в приложении Б
2 Специальная часть
2.1 Аналитический обзор литературы по вопросу уменьшения затрат на процесс нагрева металла под прокатку
За последний десяток лет обозначился значительное различие в энергоемкости изготовления проката в Российской Федерации согласно сравнению с остальными государствами. В основном это обусловлено существенным удорожанием энергоносителей и ужесточением требований охраны окружающей нас среды. Используемые ранее способы нагрева металла, ориентированные на достижение максимальной производительности, оказываются нецелесообразными в современных условиях экономики, когда требуется произвести заданное количество продукции при минимальных затратах.
При этом исходя из данных анализа [4,5] показатели удельного расхода топлива для зарубежных станов существенно лучше российских. Таким образом, затраты топлива при нагреве слябов холодного посада в печах российских широкополосных станов составляют: в стане 2000 ОАО «ММК» 1963 МДж/т (67 килограмм у.т./т) [5], в стане 2000 ЧерМК1758 МДж/т (60 килограмм у.т./т) [4]. При нагреве слябов холодного посада в печах иностранных станов потребление горючего: в стане 1800 Бохум, Фрг 1298 МДж/т (44,3 килограмм у.т./т), в стане 2030 Серманж, Франция 1151 МДж/т (39,3 килограмм у.т./т), в стане 1520 Куре, Япония 1163 МДж/т (39,7 килограмм у.т./т) [4].
В статье [6] авторами рассматривается теоретический подход к обоснованию целесообразности и необходимости уменьшения удельных затрат топлива, замены существующего способа распределения расходов топлива по зонам методических печей на универсальный топливосберегающий способ, обеспечивающий гарантированно оптимальное автоматизированное управление нагревом металла при производстве горячекатаного широкополосного листового проката.
Согласно данным[6], применение энергосберегающих методов позволяет снизить расход энергоресурсов, в частности расход (природного газа), в 1,5 — 2 раза.
Основными мероприятиями, применяемые в зарубежных странах с целью снижения потребления тепловой энергии, являются:
1) процесс перехода на нагрев, неостывших от последнего передела заготовок [4, 7];
2) снижение используемых температур нагрева при прокатке [4];
3) применение более современных систем управления тепловым режимом [8, 9]
4) проведение теплотехнических мероприятий, направленных на уменьшение потерь тепла через конструкции печи и с отходящими газами [4,7];
Согласно статьям [4,7] использования технологи нагрева заготовок горячего посада дает возможность уменьшить расход топлива в ределах от 15 % до 60 % соответственно.
Уменьшение температуры для нагрева металла дает возможность экономить топливо прямо пропорционально снижению энтальпии металла на выдаче. По материалам фирм «Синниппонсэйтэцу», Япония, и «Дэви Мак-Ки», Великобритания, установлено, что при понижении температуры нагрева на 100 °Cэкономия топлива может составлять 16% [4].
Сокращение потерь тепла посредством конструкции печи получается при использовании действенной изоляции подовых балок и труб, совершенствованием режима охлаждения с сокращением поверхности охлаждаемых компонентов, уменьшением потерь тепла посредством ограждения печи путём использования современных футеровочных материалов [4,9].
Применение микропроцессорных промышленных средств дает возможность эффективно, с наименьшими затратами и оперативно найти решение проблемы реализации энергосберегающих систем управления подачей топлива при нагреве металла, увеличить эффективность его применения, усовершенствовать качество нагрева заготовок в результате централизованного контролирования характеристик нагревательной печи. В зависимости от условий эксплуатации печей микропроцессорные системы управления дают возможность уменьшить потребление топлива на 6-18 % [12,13]
Энергосберегающие системы нагрева учитывают минимизацию расходов топлива на нагрев вследствие организации рационального распределения подачи топлива.
Авторами статьи [12] говорится, что сокращение расхода энергоносителей – это глобальная проблема, порождённая ограниченным количеством традиционных видов топлива при его возврастающем потреблении в мире и, как следствие, непрерывным повышением цен, ухудшением экологической обстановки из–за возрастающих объёмов промышленных выбросов, острой необходимостью повышения конкурентоспособности металлопродукции.
Статья [12] посвящена решению задачи сокращения расхода топлива на нагрев металла перед прокаткой за счёт использования теплоты отходящих продуктов сгорания.
Повышение температуры подогрева воздуха за счёт использования теплоты уходящих газов и модернизации рекуператора методической печи [13].
2.2 Расчеты горения топлива
2.2.2 Расчет горения топлива при существующем режиме
Процесс отопления печи нагрева осуществляется природным газом. В таблице 1 приведен его состав [14].
Таблица 1 – состав природного газа
| Природный газ | ||
| Сухой | Влажный | |
| CH4 | 94,74 | 93,58 |
| C2H6 | 2,34 | 2,31 |
| C3H8 | 0,59 | 0,58 |
| C4H10 | 0,33 | 0,33 |
| C5H12 | 0,11 | 0,11 |
| C6H14 | 0,05 | 0,05 |
| CO2 | 0,95 | 0,94 |
| N2 | 0,89 | 0,88 |
| H2O | — | 1,23 |
| Сумма | 100 | 100 |
Содержание влаги в природном газе: ;
Коэффициент расхода воздуха: ;
Температуры подогрева воздуха: ;
Пирометрический коэффициент: ;
Объемный процент водяных паров: ;
Коэффициент пересчета состава сухого газа на влажный (рабочий): .
Стехиометрические реакции горения топлива:
Рассчитаем расход кислорода, необходимого для сжигания газа, когда коэффициент (n) расхода воздуха
При расход воздуха сосставит
Затем рассчитаем состав всех продуктов сгорания
При это общий (суммарный) объем занимаемы продуктами сгорания:
Состав (в процентах) продуктов сгорания составит:
При помощи материального баланса произведем проверку правильности расчета.
| Поступило: | Получено: | ||
| CH4 | CO2 | ||
| C2H6 | H2O | ||
| C3H8 | N2 | ||
| C4H10 | O2 | ||
| C5H12 | Невязка | ||
| C6H14 | |||
| CO2 | |||
| N2 | |||
| H2O | |||
| Воздух | |||
| Всего | 14,414 | Всего | 14,414 |
С учетом погрешности расчета, расхождение составит 0,019 кг (0,13%).
Рассчитаем наименьшую теплоту сгорания газа:
Рассчитаем значение энтальпии продуктов сгорания:
Калориметрическая температура необходимая для горения составляет
В этом выражении первый множитель – это та доля газа, которая входит в продукты сгорания, а второй множитель – это энтальпия [14] данного газа при заданной температуре.
Приняв пирометрический коэффициент , находим действительную температуру газов
Страницы: 1 2