Перерва Валерія Яківна. Підвищення ефективності роботи системи «нагрівальна піч – сортопрокатний стан» з використанням енергозберігаючих екранів

Краткое описание

Перерва Валерія Яківна. Підвищення ефективності роботи системи «нагрівальна піч сортопрокатний стан» з використанням енергозберігаючих екранів : Дис... канд. наук: 05.14.06 2009

Перерва В.Я. Підвищення ефективності роботи системи «нагрівальна піч сортопрокатний стан» з використанням енергозберігаючих екранів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06. - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2009.
Дисертація присвячена дослідженню енергоефективних режимів роботи системи «нагрівальна піч - сортопрокатний стан» («піч стан») шляхом вибору кінцевої температури нагріву заготовок у печі й регламентації теплових втрат при транспортуванні по рольгангу за рахунок установки енергозберігаючих екранів. Розроблено інженерну модель на основі рівняння теплового балансу, що дозволяє оцінити потенційну ефективність керування температурним процесом охолодження розкату. Аналіз розрахункових даних, отриманих по інженерній моделі, дозволив визначити основні фактори, що найбільше впливають на процес охолодження розкату: втрати теплоти випромінюванням і конвекцією на всій довжині рольгангу, втрати теплоти при контакті з валками - у перших трьох клітях. Розроблено чисельну модель теплообміну між розкатом і теплоізолюючим екраном, що дозволяє визначити температури по розрізу та довжині профілю при прокатуванні, температурні умови роботи екранів різних конструкцій при циклічності роботи обладнання. Для розрахунку теплообміну випромінюванням у системі «рольганг розкат екран» застосовувався зональний метод розрахунку. У лабораторних умовах виконано експериментальні дослідження охолодження розкату різного профілю (кутик, швелер) з використанням енергозберігаючих екранів (легковагового та теплоізолюючого). Проведено розрахункові дослідження з вибору раціональної конструкції екранної ізоляції, визначені основні конструктивні характеристики екранів. Виконано оптимізацію роботи системи «піч стан», у результаті якої отримано оптимальний діапазон температури нагріву заготовок у печі, що забезпечує мінімізацію вартості готового прокату. Визначена очікувана економічна ефективність екранування рольгангу для умов стану 550-2 ВАТ «Дніпропетровський металургійний завод ім. Петровського» за рахунок зниження витрат палива і зниження вигару металу.

В дисертації вирішено важливу науково-технічну задачу підвищення ефективності використання енергетичних і матеріальних ресурсів в сортопрокатному виробництві, що досягається за рахунок вибору раціонального температурного режиму прокатки з використанням енергозберігаючих екранів.
1. Аналіз ефективності роботи сортопрокатного виробництва показав можливість економії енергетичних і матеріальних ресурсів шляхом розробки й впровадження ефективних режимів роботи системи «піч стан». Їхній вибір і реалізація припускає можливість зміни температурного режиму прокатки за рахунок завдання кінцевої температури нагріву заготовок у печі й обмеження теплових втрат при транспортуванні по рольгангу з встановленням над ним енергозберігаючих екранів. Таким чином, завдання підвищення ефективності роботи системи «піч - стан» можна сформулювати як задачу оптимізації температурного режиму, що забезпечує мінімальну вартість готового прокату при заданій продуктивності стану.
2. Дослідження теплообміну в системі «розкат екран», яки проведено на основі балансової моделі охолодження розкату, дозволили визначити основні складові втрат теплоти (випромінюванням і конвекцією та втрати теплоти при контакті з валками), які обумовлюють зміну температури металу. Результати моделювання, підтверджені експериментальними даними, використані при розробці числено-аналітичної моделі теплообміну при прокатці.
3. Розроблено чисельно-аналітичну модель теплообміну при прокатці в системі «розкат екран» з використанням зонального методу променистого теплообміну, що дозволяє визначити зміну температури по профілю заготовки та зміну температури по товщині екранної ізоляції. Модель враховує зміну геометричних розмірів заготовки відповідно до калібрування стану і відповідну зміну кутових коефіцієнтів.
4. Виконано експериментальні дослідження охолодження профілю (кутик і швелер) що моделюють різні режими роботи стану. На основі експериментальних даних виконана адаптація числено-аналітичної моделі. Порівняння розрахункових й експериментальних даних показало, що максимальне відхилення не перевищує 10 12 %.
5. Проведено чисельні дослідження охолодження розкату на екранованому рольгангу при зміні наступних параметрів: температура нагріву металу в печі 1060 1 200оС, продуктивність стану 60 100 т/год., товщина теплової ізоляції екрану 0,1 0,3 м, висота установки екрану над рольгангом 0,3 0,5 м. В результаті отримано нові дані про процеси охолодження металу при виробництві сортового прокату з використанням енергозберігаючих екранів:
енергозберігаючі екрани дозволяють знизити температуру нагріву заготовок у печі на 45 - 55оС при збереженні незмінної температури кінця прокатки в заданому діапазоні;
основним параметром, що визначає ефективність екранування, є товщина теплової ізоляції екрану; вплив температури розкату й висоти установки екрану над рольгангом, у дослідженому діапазоні параметрів, незначний.
6. Сформульовано основні рекомендації щодо вибору конструкції й матеріалів енергозберігаючих екранів стосовно до умов роботи сортових станів: екран теплоізолюючого типу, несуща конструкція повинна бути ізольована тепловою ізоляцією товщиною не менш 0,3 м. Як ізоляцію варто використати волокнисті вогнетривкі матеріали з робочою температурою застосування до 1250оС.
7. Для розв’язання задачі оптимізації температурних режимів прокатки розроблена комплексна модель роботи системи «піч стан», що включає: модель процесу нагрівання металу в печі; чисельно-аналітичну модель теплообміну при прокатці; розрахункову модель процесу деформації заготовок, з визначенням зусиль прокатки й витрат електроенергії на стані.
Вірогідність отриманих моделей підтверджена порівнянням розрахункових й експериментальних даних, отриманих у промислових умовах. Максимальне відхилення розрахункових й експериментальних даних для кожної моделі не перевищує 10 12 %.
8. З використанням комплексної моделі розв’язана задача визначення оптимальних режимів роботи системи «піч стан» з установкою енергозберігаючих екранів; показано, що оптимальна температура нагріву заготовок у печі може бути зменшена до 1060 1100оС, що дозволяє знизити собівартість готової продукції при виробництві сортового прокату з вуглецевої стали на 0,3 0,7 % за рахунок зниження окалиноутворення й економії палива в печі незважаючи на деяке підвищення витрат електроенергії на деформацію металу.
9. З урахуванням вимог надійності спільної роботи нагрівальної печі й прокатного стану, а також, точності математичних моделей, розроблені рекомендації з вибору ефективних режимів роботи сортопрокатного стану 550-2 ВАТ «Дніпропетровський металургійний завод ім. Петровського» з використанням енергозберігаючих екранів. Рекомендовано зниження температури нагріву заготовок до 1150оС, що забезпечить виконання всіх технологічних вимог і зниження витрат на виробництво з економічним ефектом 1093 тис. грн./рік, при терміну окупності 0,5 року.