Расчет печей листопрокатного производства
Расчет печей
листопрокатного производства
Содержание
печь рекуператор топливо металл
1. Общая
часть
.1
Перспективы развития листопрокатного производства в ОАО”НЛМК”
.2 Общая
характеристика и особенности конструкций печи
. Специальная часть
.1 Расчет
горения топлива
.2 Расчет
нагрева металла
.3 Расчет
основных размеров печи
.4 Расчет
материального баланса топлива
.5 Расчет
рекуператора
. Охрана
труда и промышленная экология
.1 Охрана
труда при эксплуатации печи
.2 Охрана
окружающей среды
Список
используемой литературы
1.
Общая часть
.1 Перспективы развития листопрокатного производства в ОАО”НЛМК”
НЛМК СОВЕРШЕНСТВУЕТ ЛИСТОПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
В листопрокатном производстве НЛМК завершена реконструкция агрегата резки
рулонов, что позволит в 1,4 раза до 350 тыс. тонн металла в год увеличить его
производительность, а также расширить сервисные возможности оборудования и
повысить потребительские свойства металлопродукции. Проект реализован в рамках
программы техперевооружения НЛМК и направлен на увеличение мощностей по выпуску
продукции высоких переделов. Внедрение в ходе реконструкции современного
импортного оборудования механической части агрегата обеспечит высокое качество
продольной резки полос толщиной от 1,0 до 4,5 мм и шириной от 50 до 1850 мм при
максимальном весе рулонов на выходе до 30 тонн. В технологическую схему
агрегата внедрена разработанная специалистами НЛМК установка
электростатического промасливания стальной полосы. Её эксплуатация позволит
эффективно решать проблему защиты металла от коррозии при транспортировке и
хранении. Вложения в реконструкцию агрегата резки составили 250 млн. руб. Общие
инвестиции НЛМК в реализацию пятилетней Программы техперевооружения
производства превысят 1,1 млрд. долл.
.2 Общая характеристика и особенности конструкций печи
Общая характеристика:
Печи с подвижным подом (балками) для нагрева заготовок перед прокаткой
начали строиться в начале пятидесятых годов. Они обладают рядом преимуществ
перед толкательными печами:
) Более высокая производительность;
) Заготовки не трутся о подину и друг о друга и не происходит их
механического повреждения;
) Возможность загрузок заготовок различных размеров в любой
последовательности;
) Использование механизмов шагающего пода позволяет гибко
регулировать режим нагрева, быстро выводить заготовки из зоны высоких
температур в случае остановки стана, освобождать печь от металла при ремонтах
печи, обеспечивает независимость загрузки и выгрузки;
) Использование шагающего пода позволяет отказаться от
монолитного пода и тем самым избавиться от такой трудоемкой операции, какой
является удаление окалины;
) Трех- или четырехсторонний нагрев заготовок и практически
полное отсутствие темных пятен;
) Первоначально образовавшаяся окалина не осыпается и защищает
металл от дальнейшего окисления, что снижает угар до окисления, что
снижает угар до 1%
)Значительно расширяются возможности уширения печей, что в толкательных
печах ограниченно возможностью удаления окалины через боковые окна;
)Соответствуют требованиям современного высокомеханическогои
автоматизированного производства, поскольку имеют независимую загрузку и выдачу
и могут быть использованы в комплексу с агрегатами, работающими в разном ритме.
В печах с шагающим подом нагреваются как квадратные, так и прямоугольные
заготовки. Наибольший выигрыш в скорости нагрева достигается при нагреве
раздвинутых квадратных заготовок, поскольку поверхность нагрева заготовки по
сравнению с толкательными печами увеличивается в 1,5 раза при одностороннем
нагреве (печи с шагающим подом) и в 2 раза при двухстороннем нагреве (печи с
шагающими балками). При нагреве прямоугольных заготовок (слябов) увеличение
поверхности нагрева также существенно (особенно при одностороннем нагреве).
Благодаря этому заготовки в печах с шагающим подом (балками) нагреваются
значительно быстрее, что также уменьшает окисление и обезуглероживание. Кроме
того, значительное увеличение поверхности нагрева заготовки позволяет при
одинаковой производительности печей поддерживать в печах с шагающим подом
(балками) более низкою температуру.
Основными недостатками печей с шагающим подом (балками) являются высокая
стоимость строительства и сложность эксплуатации, связанные с использованием
сложных механизмов шагающего пода. Стоимость строительства таких печей
приблизительно на 20% выше стоимости строительства толкательных печей с
одинаковой производительностью. Наибольшая доля затрат при строительстве печей
с шагающим подом (балками) приходится на стоимость механизмов, что
иллюстрируется данными сметы, полученным в институте “Стальпроект” для большого
числа печей производительностью от 45 до 200 т/ч.
Необходимо отметить, что удельные капитальные затраты , отнесенные к
готовой производительности, уменьшаются в увеличением производительности. Эти
затраты также снимаются с увеличением размеров печей. Печи с шагающим
подом(балками) целесообразно применять при нагреве качественного металла
определенных геометрических размеров.
В последние годы применение толкательных печей сдерживали огромные
трудности при обслуживании монолитного пода томильных зон этих печей, которые
росли пропорционально необходимому (по требованию современного производства)
уширению печей. Уборка окалины с монолитной подины сдерживала возможность
удлинения заготовки, снижала производительность печей, лихорадка, производство.
В этих условиях применение шагающего пода (балок) представлялось выходим из
положения. В настоящее время в результате разработки рейтеров положение
существенно изменилось. Возможность выполнять томильную зону толкательных печей
с нижним обогревом практически полностью снимает вопрос об удалении окалины и
возрождает возможности использования толкательных печей- агрегатов более
дешевых и неприхотливых по сравнению с печами с шагающим подом (балками).
Особенности конструкции печи:
Тепловой и температурный режим работы печей с шагающим подом неизменны во
времени, так как это проходные нагревательные печи постоянного действия. Они
могут работать как по камерному режиму, так и с переменной по длине печи.
Распределение температуры по длине печи зависит от расположения горелок и
дымоотводов. В рассматриваемых печах применяют сводовое , торцевое и боковое
отопление. В печах с шагающим подом применяют обычно 2 способа отопления:
торцевое в зонах нагрева и сводовое в зоне выдержки.
В печах с шагающими балками верхнее отопление выполняют с использованием
торцевых или сводовых грелок, нижнее отопление выполняется или комбинированным-
торцевые и боковые горелки или с использованием только боковых горелок.
Шагающие балки выполняют водоохлаждаемыми из толстостенных труб с рейтерами.
Чем выше высота рейтеров, тем меньше ощущается охлаждающее влияние на металл
водоохлаждаемой трубы, однако высота рейтеров ограничивается тем , что они
испытывают значительные ударные нагрузки при перемещении металла.
Тепловая изоляция горизонтальных и вертикальных водоохлаждаемых труб
механизма шагания выполняется также , как и в толкательных печах, с
использованием специального огнеупорного бетона с алюмосиликатным заполнителем
на глиноземистом цементе.
Чаще всего печи с шагающим подом работают при переменной температуре по
длине с отбором дыма в зоне посада металла.
Загрузка металла в печах с шагающим подом производится с торца, выдача
металла- как с торца, так и с боку.
2.
Специальная часть
.1 Расчет горения топлива
Природный газ, щебенское месторождение
Находим
расход кислорода для сжигания смешанного газа при коэффициенте расхода воздуха
n=1,15
Расход сухого воздуха при n=1,15
Состав
продуктов сгорания:
Процентный
состав продуктов сгорания:
Всего :100
Определяем истинную энтальпию продуктов сгорания:
Находим
удельную теплоемкость топлива:
Находим
температуру 
и при этой температуре находим энтальпию продуктов
сгорания:
2.2 Расчет времени нагрева металла
Время
нагрева металла в методической зоне:
Эффективная
длина луча:
Толщина
горения:
Для
зоны горения:
Для
зоны теплообмена:
В
начале методической зоны(
):
; 
; 
В
конце методической зоны(
):
; 
; 
Плотность теплового потока излучением на кладку:
В начале методической зоны:
В
конце методической зоны:
Плотность
теплового потока:
В
начале методической зоны:
Находим
температура кладки:
Тогда:
Величина
плотности результирующего потока в металл в начале методической зоны:
И
учитывая что , 
В конце методической зоны:
Уточняем
значение температуры кладки, задаваясь новой величиной
Теперь
Средняя
по длине методической зоны плотность результирующего теплового потока на металл
равна:
Находим
температуру центра блюма в конце методической зоны:
Находим
время нагрева металла в методической зоне:
Время нагрева металла в сварочной зоне:
В
конце сварочной зоны:
По
графикам 
Находим
Задаваясь
значением
Уточняем температуру кладки:
По
уточненному значению 
находим:
Средняя
по длине сварочной зоны плотность результирующего теплового потока на металл
равна:
Температура
центра блюма в конце сварочной зоны:
Средние
температуры металла:
В
начале сварочной зоны:
В
конце сварочной зоны: 
По
длине сварочной зоны: 
При этой температуре находим:
Время
нагрева металла в сварочной зоне:
Время томления металла:
В
конце зоны 
Степень
сравнения температуры:
При
средней температуре металла в томильной зоне:
Находим
значение коэффициента температуропроводности среднеуглеродистой стали : 
Общее
время нагрева металла:
2.3 Определение основных размеров печи
Масса
одного блюма:
Число
блюмов, одновременно находящихся в печи:
С
учетом зазора (а=0,125м) между блюмами длина печи равна:
При
ширине печи:B=6,7м, площадь пода 
Высоту
всех зон оставляем прежней 
. Длину
печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева:
Длина
методической зоны:
Длина
томильной зоны:
2.4Расчет материального баланса топлива
Поступило , кг:
Всего
:0,796
Воздух:
Итого
: 15,396
Получено
, кг:
Всего:15,36
Расхождение
определяемое погрешностью расчета, составляет: 3,036кг.
Плотность
газа равна: 
2.5 Расчет рекуператора
Состав
дымового газа:
Выбираем
керамический блочный рекуператор. Материал блоков- шамот, марка кирпича Б-4и
Б-6. Величина утечки воздуха в дымовые каналы принимаем равной 10%. В
рекуператор следует подать воздуха 72,9/0,9=81
Потери
в рекуператоре воздуха:
Среднее
количество воздуха:
Количество дымовых газов, покидающих рекуператор (с
учетом воздуха) равно:
Среднее
количество дымовых газов:
Теплоемкость
дымовых газов: при 
Теплоемкость
дыма на входе в рекуператор: при 
Сравним
уравнение теплового баланса и режим относительно 
В
принятой конструкции рекуператора схема движения теплоносителей-перекресный
ток. Среднюю разность температур находим по формуле , определив
среднелогарифмическую разность температур для противоточной схемы движения
теплоносителей по формуле:
Находим
поправочные коэффициенты:
Находим
Для
определения суммарного коэффициента теплопередачи примем среднюю скорость
движения дымовых газов : 
, а среднюю скорость движения воздуха: 
Учитывая,
что эквивалентный диаметр воздушных каналов равен:
, по
графику находим значение коэффициента теплоотдачи конвекцией на воздушной
стороне:
Коэффициент
теплоотдачи на дымовой стороне находим по формуле:
Гидравлический
диаметр канала 
, по графику находим коэффициент теплоотдачи
конвекцией на дымовой стороне.
Или
с учетом шероховатости стен:
Величину
коэффициента теплоотдачи излучением на дымовой стороне определяем для средней
температуры дымовых газов в рекуператоре, равной:
Средняя температура стенок рекуператора:
Эффективная длина луча к канале:
По
номограммам находим:
При
Находим
коэффициент теплоотдачи излучением:
Суммарный
коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне равен:
При
температуре стенки 668 коэффициент теплопроводности шамота равен
Находим
суммарный коэффициент теплопередачи по формуле:
Определяем
поверхность нагрева и основные размеры рекуператора.
Количество
тепла, передаваемого через поверхность теплообмена:
Находим
величину поверхности нагрева рекуператора:
Находим объем рекуператора:
Необходимая
площадь сечений для прохода дыма равна:
Учитывая,
что площадь дымовых каналов составляет 44% общей площади вертикально сечения
рекуператора, найдем величину последнего:
Принимая
ширину рекуператора равной ширине печи, т.е 
м,
находим высоту рекуператора:
Длина
рекуператора:
3.
Охрана труда и промышленная экология
.1 Охрана труда при эксплуатации печи
Для отжига чаще всего применяют садочные печи с выкатным подом и с
загрузочной машиной (с внешней механизацией). Кроме того, иногда используют
колпаковые печи с радиационными трубами или без них с защитной атмосферой. Для
нормализации применяют проходные печи с шагающим подом, конвейерные и
роликовые.
В печах с шагающим подом, применяемых для термической обработки,
температура по длине печи чаще всего постоянна. В печах для нормализации иногда
предусматривают по длине две зоны: нагрева до 900 ºС и охлаждения до 300 - 400 ºС. Обычно температура печи составляет
около 1000 - 1050 ºС. Металл нагревается до 900 - 950 ºС. Печи отапливают холодным
газообразным топливом. Горелки расположены равномерно по всей длине, дымовые
газы удаляются из печи под зонт через рабочие окна и специальные, выполненные в
свода, каналы. Печи с шагающим подом, предназначенные для термообработки,
обеспечиваю удельную производительность около 400 - 450 кг/(м²·ч) при удельном расходе тепла около
2100 кДж/кг.
.2 Охрана окружающей среды
Биологическое действие вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух
от предприятий черной металлургии. К веществам, имеющим место в воздушном
бассейне района размещения современных предприятий черной металлургии,
относятся сернистые ангидриды, пыль, сероводород, оксид углерода, оксид азота,
бензапирен, бензол.
По литературным данным известно пагубное влияние сернистого ангидрида на
зеленые массивы, особенно на хвойные породы деревьев. Самоочищение атмосферы от
ангидрида происходит в результате его окисления в серный ангидрит озоном и
кислородом при воздействии ультрафиолетового излучения.
Пыль является существенным фактором загрязнения атмосферы воздуха в
районах размещения предприятий чёрной металлургии. Она образуется от основных
технологических процессов производства.
Гигиеническое нормирование вредных химических веществ в почве. В
настоящее время составлен перечень загрязнителей почвы.
В настоящее время на станах горячей прокатки широко внедряют лборотное
водоснабжение, которое значительно сокращает сброс сточных вод в водоёмах.
Степень очистки воды от взвешенных веществ в эксплуатирующихся горизонтальных
отстойниках составляла 40-60%, а степень очистки от масел 30-40%.
В
системе оборотного водоснабжения заготовочного стана 950/900 расход воды
составляет 
. Для очистки сточных вод от механических примесей предусмотрены
отстойники: первичный и вторичный, а для очистки воды предусмотрены три
сетчатых фильтра.
Список
используемой литературы
1. В.А.
Кривандин изд.2 “теория, конструкции и расчеты металлургических печей”
. В.А.
Кривандин изд.1 “теория, конструкции и расчеты металлургических печей”
. В.А.
Кривандин; А.В. Егоров.”Тепловая работа и конструкции печечной черной
металлургии”
. А.П.
Шицкова; Ю.В. Новиков; Н.В. Климкина; Р.С. Гильденскиольд; В.Н. Шаприцкий
“Охрана окружающей среды от загрязнения предприятиями черной металлургии”