СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА СЛИТКОВ С ЖИДКОЙ СЕРДЦЕВИНОЙ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА СЛИТКОВ С ЖИДКОЙ СЕРДЦЕВИНОЙ. Стрипперование слитков производится через 30 минут от конца разливки.

Начало нагрева слитков 75 минут от конца разливки (температура посада 940°С согласно заводской инструкции по определению температуры посада). Температура колодца в конце посада 790°С. Время выдержки без подачи топлива - 3 часа (180 минут). Расход газа после выдержки - 2000 мэ/ч. Общее время нагрева 3 часа 45 минут (225 минут). Температура томления 1270-1280°С. Для сравнения результаты расчетных и экспериментальных данных приведены в таблице 1. Из таблицы 1 видно, что расчетная температура печи удовлетворительно совпадает с экспериментальными данными, в течение первых двух часов выдержки без подачи газа (время нагрева 0 - 120 минут). Максимальное отклонение расчетной температуры печи от фактической к концу выдержки (180 минута нагрева) составило 34°С. В последующие 25 минут (180-205 минут нагрева) расхождение в расчете температуры печи объясняется тем, что в экспериментальном нагреве после истечения времени выдержки был установлен постоянный расход газа 2000 м3/ч. После истечения, периода выдержки программой предусмотрена установка максимальной тепловой мощности (максимального расхода газа), до достижения контрольной температуры томления с последующим сокращением расхода топлива для обеспечения поддержания постоянной температуры печи. Удельный расход условного топлива за нагрев по показаниям стационарного прибора на щите КИПиА составил 2,43 кгут/т, по расчетным данным 2,32 кгут/т, что является удовлетворительной точностью для расчетов.

Анализ температурного поля слитков показал, что в момент выдачи в прокат (время нагрева 3 часа 45 минут (225 мин)) в донной части слитка была небольшая зона металла с температурой 1138°С при средней по массе температуре 1265 °С. Расчетный угар металла в момент выдачи составил 0,9% от массы слитка (112,5кг). Изменение температуры торцов раската на ножницах показало, что температура головной части всех 12 слитков была в пределах 1235 - 1260 °С (по технологической инструкции 1200™ 1230 °С), донной части - 1210 - 1235 °С (по технологической инструкции 1160 - 1190 °С). Температура внутри слитка должна быть не менее 1150 - 1160 °С. Поэтому время нагрева данной садки должно составлять 4 часа, т.е. на 15 минут больше.

На основе численных исследований разработана технология нагрева слитков с различным содержанием жидкой сердцевины в момент посада с учетом технологического состояния нагревательного колодца.

Суть технологии, уже применяемой на комбинате и других предприятиях, состоит в том, что после посада слитков в нагревательный колодец делается выдержка их без подачи топлива (кроме того газа, который подается через байпас), длительность, которой зависит от содержания жидкой сердцевины в слитках.

Затем по истечении времени выдержки, слитки нагревают либо по стандартной технологии (включается максимальный расход газа в I периоде и задается контрольная температура в ячейке во II периоде нагрева), либо ограниченным расходом топлива в I периоде, составляющим 0,2 - 0,5 от максимального расхода до заданной контрольной температуры во II периоде.

Таким образом, нагрев слитков с жидкой сердцевиной осуществляется по трех стадийному режиму: I - выдержка без подачи топлива; II - нагрев при заданной тепловой мощности до контрольной температуры печи; III - томление при заданной контрольной температуре в рабочем пространстве.

Продолжительность выдержки без подачи топлива зависит от технического состояния ячейки и количества газа поступающего в горелочное устройство через байпас.

Характерной особенностью нагревательных колодцев является то, что при полном закрытии регулировочного клапана и даже отсечного клапана некоторая часть газа все равно подается в горелку через байпас для безопасного зажигания факела при включении ячейки в режим нагрева.

Техническое состояние нагревательного колодца определяется состоянием кладки стен, крышки, песочных затворов, состоянием керамического рекуператора и других показателей, и характеризуется величиной мощности холостого хода, т.е. потерями тепла рабочим пространством.

Мощность холостого хода ячейки легко определяется по расходу топлива, когда в рабочем пространстве колодца длительное время поддерживается заданная температура (обычно температура томления), а расход газа остается постоянным. Более сложно определить расход газа, подающегося в рабочее пространство по безопасной линии.

Измерить эту величину по стационарному прибору расхода газа на ячейку на представляется возможным, поскольку она находится в зоне нечувствительности прибора и вероятно составляет для колодцев блюминга-2 100 - 150 м3/ч. Определение расхода газа через байпас с некоторой погрешностью возможно путем прямого измерения перепада давления на измерительной диафрагме нагревательного колодца при полном закрытии отсечного клапана. Для получения обобщенных результатов в расчеты для определения длительности выдержки без подачи топлива введена величина Мхх - Мб, где Мхх = Vхх  Мб = Vб  Мхх - мощность холостого хода ячейки, кВт; Мб - мощность подаваемая по безопасной линии, кВт; Vхх - расход газа при холостом ходе ячейки, м3/ч; Vб - расход газа по безопасной линии, м3/с; - теплота сгорания газа - 71 1 8 кДж/м3 (1700 ккал/м3). Результаты расчетного времени выдержки слитков с жидкой сердцевиной в нагревательном колодце блюминга-2 в зависимости от времени стрипперования и посада после конца разливки, для величины Мхх - Мб = 900, 1000, 1100 и 1200 кВт представлены в таблице 2 отдельно для садки из 12 слитков массой 12,5 т и садки из 16 слитков массой 8,4 т. С помощью ТТЛ комбината определено, что величина Мхх - Мб  1000 кВт. Как видно из таблицы 2, при Мхх - Мб = 1000 кВт и времени стрипперования 30 минут от конца разливки (как в настоящее время принято на мет комбинате) время выдержки без подачи газа изменяется от 180 до 12 минут при изменении времени посада от 60 до 120 минут от конца разливки для слитков массой 12,5 т и от 126 до 27 минут при изменении времени посада от 60 до 90 минут для слитков массой 8,4 т. Таким образом, слитки массой 12,5 т, охлаждавшиеся на воздухе более 120 минут после конца разливки могут нагреваться по стандартной технологии, а слитки массой 8,4 т по стандартной технологии могут нагреваться по истечении 90 минут после окончания разливки.

Результаты расчетов теплового состояния 12,5-тонных слитков, нагретых по предлагаемой технологии, представлены в таблице 3, а до новой и старой временным инструкциям комбината - в таблице 4. При выполнении расчетов принято, что время стрипперования слитков составляет 30 минут от конца разливки, Мхх - Мб = 1000 кВт, расход газа холостого хода ячейки Vxx = 630 м3/ч, расход газа через байпас Vб=126 м3/ч, теплота сгорания топлива 1700 ккал/м3, сталь – М3ПС, температура металла в момент разливки 1570°С. В графах "выдержка на байпасном газе", "время кристаллизации" и "время готовности к прокатке (время нагрева)" указано время от начала нагрева. При выполнении расчетов принято, что нагрев слитков начинается при температуре в рабочем пространстве колодца 800°С. Готовность слитка определяется полным завершением процесса кристаллизации и отсутствием внутри слитка даже очень малого объема металла с температурой ниже 1150°С. Для удобства восприятия результатов рядом с графой "Время от конца разливки" приведена графа "t° посада", которая определялась по методике, действующей на комбинате.

Следует отметить, что более точной характеристикой теплового состояния слитков является время стрипперования и время посада от конца разливки.

Как видно из таблицы 3, существует оптимальная продолжительность охлаждения слитков на воздухе, которая обеспечивает минимальный угар металла.

Для 12,5-тонных слитков при стрипперовании через 30 минут после окончания разливки оптимальным временем посада следует считать 90 - 120 мин (1,5 - 2,0 часа от конца разливки). Слитки посаженные через 135 минут (2 часа 15 минут) от конца разливки могу быть нагреты с минимальной тепловой мощностью в I периоде, равной мощности холостого хода ячейки.

В таблице приведен результат такого режима нагрева.

Однако в практической работе для таких слитков расход газа в первом периоде следует устанавливать выше расхода газа холостого хода ячейки, поскольку мощность холостого хода величина не постоянная и зависит от технического состояния колодца в данный момент.

Слитки, посаженные в колодец через 150 минут (1,5 часа) после окончания разливки, следует нагревать в соответствии с действующей технологической инструкцией, а температура томления может составлять 1280 - 1290°С. Результаты расчетов теплового состояния слитков, нагретых по новой временной технологической инструкции комбината, приведенные в таблице 4, показывают, что время выдержки без подачи газа занижено, а для слитков с температурой посада 975 °С (время посада от конца разливки 60 минут) занижено и общее время нагрева, в результате чего процесс кристаллизации к моменту выдачи еще не завершился.

Для завершения кристаллизации необходимо увеличить время нагрева на 20 минут.

Сокращение времени выдержки слитков в колодце без подачи газа приводит к увеличению длительности процесса кристаллизации и увеличению угара металла. Так, при температуре посада металла 940°С (время посада 75 минут от конца разливки) и времени выдержки без подачи топлива 60 минут, кристаллизация слитков в колодце завершается через 261 минуту от начала нагрева.

При общем времени нагрева 270 минут угар металла составляет 1,325% от массы слитков. Если время выдержки без подачи топлива увеличить до 140 минут (предлагаемая технология, таблица 3), то кристаллизация слитка завершится через 178 минут при общем времени нагрева 180 минут (на 1,5 часа меньше), а угар металла составит 0,815% (на 0,51% меньше). Это означает, что угар металла на каждом слитке снизится на 63 кг, т.е. на 760 кг на одной садке.

При температуре посада 880°С (90 минут от конца разливки) время нагрева слитков по предлагаемой технологии и новой временной инструкции совпадают (150 минут), однако угар металла по предлагаемой технологии на 0,17% меньше за счет увеличения времени выдержки слитков без подачи газа на 28 минут (таблицы 3, 4). Таблица 1 Сравнительные данные экспериментальных и расчетных исследований нагрева садки из 12 слитков стали МЗПС массой 12,5 т (плавка 9-1783, 7-06.01г, колодец №28) Время, мин Температура, °С Расход газа, м3/ч Угар,%  н печи металла (расчетная) По расчету По прибо-ру расчет эксперимент 75 0 800 790 1302 895 621 1514 144 - 0,148 90 15 987 990 1318 1113 747 1514 144 - О,176 105 30 1057 1050 1321 1186 792 1514 144 - 0,23 120 45 1097 1090 1321 1232 824 1514 144 - 0,293 135 60 1121 1120 1318 1263 847 1514 144 - 0,357 150 75 1136 1130 1313 1285 862 1514 144 - 0,418 165 90 1143 1140 1306 1301 871 1514 144 - 0,476 180 105 1146 1150 1298 1311 876 1513 144 - 0,529 195 120 1146 1160 1289 1318 877 1512 144 - 0,578 210 135 1147 1170 1278 1323 876 1510 144 - 0,623 225 150 1148 1175 1268 1324 872 1507 144 - 0,664 240 165 1147 1180 1255 1324 867 1501 144 - 0,701 кристаллизация 255 180 1146 1180 1250 1330 890 1480 5000 2000 0,734 260 185 1278 1200 1254 1331 1021 1442 2044 2000 0,753 270 195 1278 1220 1259 1319 1065 1418 1078 2000 0,789 280 205 1278 1250 1261 1315 1097 1403 866 2000 0,826 290 215 1278 1270 1263 1312 1121 1392 705 2000 0,864 выдача 300 225 1278 1270 1265 1309 1138 1382 569 2000 0,900 готов 310 235 1278 1267 1306 1152 1374 547 0,936 320 245 1278 1268 1304 1165 1316 533 0,978 В таблице 1 приняты следующие обозначения:  - время от конца разливки; н - время нагрева; - средняя по массе температура; - максимальная температура на поверхности слитка; - минимальная температура внутри слитка; - максимальная температура по оси слитка.

Диаграммы расходов газа по обеим технологиям нагрева стальных слитков марки 3ТРпс в нагревательных колодцах.

Диаграмма расхода газа на ячейке №34 по ускоренной технологии (жидкая сердцевина). Диаграмма расхода газа на ячейке №34 по обычной технологии (холодный всад) Ниже приведены температурные режимы по нагреву стали марки 3ТРпс в нагревательных колодцах цеха Бл-2 Таблица определения температуры поверхности и времени нагрева 8,5т слитков в нагревательных колодцах цеха Бл-2. Категория всада. 3ТРпс До 1300 С 1300 С /10С/ Время охлажде-ния слитков час-мин. Температура по-верхнос-ти слит-ков С Продолжительность нагрева, час-мин. 14 слитков 16 слитков 1 2 3 4 5 Горячий 1,45 960 4,45 5,25 1,50 950 4,50 5,30 2,00 930 5,00 5,40 2,05 920 5,10 5,50 2,10 910 5,15 5,55 2,15 900 5, 20 6,00 Теплый 2,25 890 5,25 6,05 2,30 880 5,30 6,10 2,40 870 5,40 6, 20 1 2 3 4 5 Теплый. 2,50 860 5,45 6,25 3,00 850 5,50 6,30 3,10 840 5,55 6,35 3, 20 830 6,00 6,40 3,30 820 6,05 6,45 3,40 810 6,15 6,55 3,50 800 6, 20 7,00 4,00 790 6,25 7,05 4,10 780 6,30 7,10 4,40 750 6,50 7,30 5,10 720 7,05 7,45 5,40 690 7, 20 8,00 6,10 660 7,40 8, 20 6,40 630 7,55 8,35 7,00 610 8,05 8,45 7,10 600 8,10 8,50 7,30 580 8,25 9,05 8,00 550 8,40 9, 20 8,35 500 9,10 9,50 9,15 450 9,30 10,10 9,55 400 9,50 10,30 10,35 350 10,10 10,50 11, 20 300 10,30 11,10 Холодный.

Более 11, 20 Менее 300 13,30 14,10 Таблица определения температуры поверхности и времени нагрева 12,5т слитков в нагревательных колодцах цеха Бл-2. Категория всада. 3ТРпс До 1300 &#61616;С 1300 &#61616;С /&#61617;10&#61616;С/ Время охлажде-ния слитков час-мин. Температура по-верхнос-ти слит-ков &#61616;С Продолжительность нагрева, час-мин. 8 слитков 12 слитков 1 2 3 4 5 Горячий 2,00 1000 3,55 5,25 2,10 975 3,55 5,25 2, 20 950 3,55 5,25 2,30 940 4,05 5,35 2,35 930 4,10 5,40 2,45 920 4, 20 5,50 2,50 910 4,30 6,00 3,00 900 4,35 6,05 Теплый 3,05 890 4,40 6,10 3,10 880 4,45 6,15 3, 20 870 4,50 6, 20 3,30 860 5,00 6,30 3,40 850 5,10 6,40 3,50 840 5, 20 6,50 4,00 830 5,30 7,00 1 2 3 4 5 Теплый. 4,10 820 5,40 7,10 4, 20 810 5,50 7,15 4,30 800 5,55 7,25 4,40 790 6,00 7,30 4,50 780 6,05 7,40 5,00 770 6,10 7,45 5,10 760 6,15 7,55 5, 20 750 6,25 8,05 5,40 730 6,40 8,15 6,00 710 6,50 8,30 6,30 680 7,05 8,50 7,00 650 7,25 9,05 7,35 620 7,35 9, 20 8,50 580 7,55 9,45 10,10 540 8,15 10,05 11, 20 500 8,30 10,35 12,50 450 9,00 11,25 14, 20 400 9,25 11,45 15,35 350 9,40 12,05 17,00 300 10,00 12,25 Холодный. 17,00 Менее 300 11, 20 15,00 Количество стали переданной и прокатанной цехом Бл-2 по ускоренной технологии и по обычной технологии в 2003 году По месяцам Т(<300) &#61616;С Т(300-499) &#61616;С Т(500-799) &#61616;С Тонн % Тонн % Тонн % Январь 4796 1,5 564 0,2 1376 0,4 Февраль 2236 0,8 1500 0,6 Март 1340 0,4 720 0,2 3336 1,0 Апрель 2324 0,7 392 0,1 1836 0,6 Май 16480 5,8 676 0,2 2096 0,7 Июнь 23336 6,8 552 0,2 5328 1,5 Июль 4840 1,4 12 0,0 1852 0,5 Август 6936 2,1 432 0,1 1400 0,4 Сентябрь 2596 1,0 132 0,1 688 0,3 Октябрь 4068 1,2 336 0,1 2732 0,8 Ноябрь 2252 0,7 132 0,0 2252 0,7 Декабрь 4408 1,2 288 0,1 1392 0,4 Итого: 75612 2,0 4236 0,1 25788 0,7 По месяцам Т(800-819) &#61616;С Т(820-839) &#61616;С Т(840-859) &#61616;С Тонн % Тонн % Тонн % 1 2 3 4 5 6 7 Январь 1112 0,3 3440 1,1 16984 5,3 Февраль 960 0,4 1160 0,4 11888 4,5 Март 3144 0,9 4396 1,3 12760 3,7 1 2 3 4 5 6 7 Апрель 796 0,2 41700 50,5 16132 5,0 Май 1516 0,5 3084 1,1 9864 3,5 Июнь 2340 0,7 4256 1,2 17904 5,2 Июль 1744 0,5 3324 1,0 13052 3,7 Август 608 0,2 1936 0,6 9460 2,8 Сентябрь 724 0,3 2224 0,8 4816 1,8 Октябрь 1332 0,4 1936 0,6 7660 2,3 Ноябрь 1796 0,6 3592 1,2 5936 1,9 Декабрь 780 0,2 2008 0,6 9496 2,7 Итого: 16852 0,4 33056 0,9 135952 3,6 По месяцам Т(860-879) &#61616;С Т(880-899) &#61616;С Т(900-919) &#61616;С Тонн % Тонн % Тонн % 1 2 3 4 5 6 7 Январь 44952 13,9 101244 31,4 21048 6,5 Февраль 39580 14,9 111068 41,7 7864 3,0 Март 58268 17,1 135120 39,7 16016 4,7 Апрель 45396 14,0 75328 23,2 28372 8,8 Май 31764 11,2 69488 24,4 23100 8,1 Июнь 50340 14,6 102284 29,7 16932 4,9 1 2 3 4 5 6 7 Июль 43128 12,4 93684 26,8 25004 7,2 Август 30160 9,0 81004 24,3 25384 7,6 Сентябрь 19736 7,5 47300 18,0 20740 7,9 Октябрь 24308 7,4 74144 22,7 25156 7,7 Ноябрь 29840 9,7 84232 27,4 32208 10,5 Декабрь 39976 11,3 93984 26,6 31916 9,0 Итого: 457448 12,0 1068880 28,0 273740 7,2 По месяцам Т(920-939) &#61616;С Т(940-959) &#61616;С Т(960-979) &#61616;С Тонн % Тонн % Тонн % 1 2 3 4 5 6 7 Январь 49932 15,5 77232 23,9 240 0,1 Февраль 30604 11,5 59584 22,4 Март 38092 11,2 67344 19,8 Апрель 70212 21,7 81320 25,1 420 0,1 Май 45696 16,1 80252 28,2 528 0,2 Июнь 45204 13,1 74992 21,8 660 0,2 Июль 63180 18,1 98604 28,3 588 0,2 Август 64652 19,4 110796 33,2 984 0,3 1 2 3 4 5 6 7 Сентябрь 68020 25,9 95232 36,3 408 0,2 Октябрь 115332 35,3 69516 21,3 Ноябрь 94540 30,8 50372 16,4 Декабрь 101152 28,6 67744 19,2 24 0,0 Итого: 786616 20,6 932988 24,5 3852 0,1 По месяцам Т(>900) &#61616;С Итого Тонн % Январь 148452 46.0 322920 Февраль 98052 36.8 266444 Март 121452 35.7 340536 Апрель 180324 55.6 324228 Май 149576 52.6 284544 Июнь 137788 40.0 344128 Июль 187376 53.7 349012 Август 201816 60.5 333752 Сентябрь 184400 70.2 262616 Октябрь 210004 64.3 326520 Ноябрь 177120 57.7 307152 Декабрь 200836 56.9 353168 Итого: 1997196 52.4 3815020