Проектирование печи с шагающими балками для нагрева металла перед прокаткой

При разогреве распорного свода внутренняя часть огнеупорных кирпичей расширяется больше, чем наружная. Это вызывает раскрытие швов, увеличение механических напряжений в своде, его выпучивание. Регулируемый каркас позволяет удлинить поперечные связи, увеличить расстояние между стойками и раздвинуть пяты свода; при этом свод садится, что снимает излишние напряжения. При охлаждении свода связи подтягиваются. Такое регулирование существенно улучшает службу распорных сводов большого пролёта.

Таким образом, наиболее оптимальным является рамный регулируемый каркас.

Перемещение заготовок в печи осуществляется шагающими балками. Полный ход (шаг) балки состоит из горизонтального и вертикального ходов.

Вертикальный ход балок обычно составляет 70-200мм. Для заготовок длиной 10м принимаем ход 200 мм, во избежание влияния на ход металла его коробления и неточности монтажа балок.

Горизонтальный ход принимают в зависимости от размеров изделий и их раскладки в печи.

Для механизмов подъема и передвижения балок применяют электрический или гидравлический привод, чаще индивидуальный на каждый механизм.

Гидравлическая система печи предусматривается для управления шагающими балками (поворотным устройством и шагающим подом), для подъема разгрузочной машины и для открытия (закрытия) окон печи.

Заготовка на входе загружается с помощью загрузочного рольганга внутри печи. На выходе разгружается с помощью разгрузочного рольганга внутри печи. Эти рольганги управляются редукторными двигателями переменного тока с регулируемой частотой.

Загрузочное и разгрузочное окна (нормальные и аварийные) управляются гидроцилиндром и оснащены конечными выключателями для открытого и закрытого положения. На стороне, противоположной нормальному разгрузочному окну, предусматривается аварийное разгрузочное окно.

Двери обеспечивают максимальную герметизацию и снижение до минимума работ по техобслуживанию. Двери изготовлены из электросварной стальной конструкции с огнеупорной футеровкой, закрепленной анкерами. Гидроцилиндры обеспечивают автоматически привод дверей для выгрузки.

Разгрузочная машина используется для перемещения заготовок с неподвижной балки на разгрузочные ролики внутри печи. Разгрузочная машина входит в печь, поднимает заготовку и перемещает ее на разгрузочный рольганг. Затем заготовка выходит из печи.

Разгрузочная машина состоит из двух узлов с независимой системой перемещения и с общей системой подъема. Перемещение осуществляется с помощью двигателя переменного тока с регулируемой частотой. Подъем осуществляется с помощью гидроцилиндра. Каждая машина оснащена тремя пальцами с водяным охлаждением. Пальцы входят в печь через отверстия в разгрузочной стене. Каждый палец оснащен заменяемым рейтером. В момент, когда машина входит в печь, она обнаруживает положение заготовки на балке, поднимает заготовку и (с помощью независимой системы перемещения) разгружает ее на рольганг внутри печи: заготовка отцентрована по оси рольганга.

Конструкция печи включает глубокие бункеры в поде печи для накопления окалины. Бункеры имеют большие отверстия, закрываемые люками с огнеупорной футеровкой. Крышки люков имеют пневматический привод с ручным управлением для облегчения операций удаления окалины. Такое решение не допускает попадания холодного воздуха в печь, а также упрощает удаление окалины.

12. КИП и регулирующие приборы

Основным элементом любой системы автоматического контроля или автоматического управления является контрольно - измерительный прибор (КИП), число которых постоянно растет. Это закономерно, так как с увеличением производительности стоимость ошибок в оценке состояния технологического процесса существенно возрастает. Большинство приборов строятся по схеме: датчик - линия связи - измерительный прибор.

Разнообразие процессов происходящих в рабочем пространстве печи, требуют использования для управления и контроля разнообразных датчиков и измерительных приборов.

На печи предусмотрен контроль следующих основных параметров работы печи:

- общий расход газа на печь;

- расход газа на каждую зону печи;

- расход воздуха на каждую зону печи;

- давление воздуха перед рекуператором;

- давление газа до и после регулятора давления на ГРУ печи;

- температура в печи по зонам;

- температура дымовых газов за печью (до рекуператора, после рекуператора, после теплообменника, в дымовой трубе);

- температура подогрева воздуха в рекуператоре;

- температура воды на входе и выходе шагающих балок;

- температура воды на входе и выходе теплообменника;

- расход воды на шагающие балки;

- коэффициенты избытка воздуха по зонам печи;

- вес заготовки перед загрузкой в печь;

Таблица 6 - Метрологическое обеспечение контролируемых параметров нагревательной печи.

№ п/п	Наименование величины	Место измерения	Тип прибора
1.	Газовый анализатор уходящих газов после печи и рекуператора; газовый анализатор уходящих газов после экономайзера	Газоход уходящих газов после печи и рекуператора; газоход уходящих газов после экономайзера	Газоанализатор "TESTO-350"
2.	Температура уходящих газов после печи, до рекуператора и после рекуператора и после экономайзера	Газоход уходящих газов после печи	Термопары PtRh -Rt NiCr-Ni
3.	Температура металла на выходе из печи	Выгрузочное окно печи	Инфракрасный пиромер 0-1500 0C "Кельвин-400/1500"
4.	Температура по зонам в печи	Печь	Термопара PtRh-Pt 600-1400 0C
5.	Давление газа до ГРУ печи	Газопровод на вводе в ГРУ	Манометр 0-6 бар "Vika"
6.	Давление газа после ГРУ печи	Газопровод на выходе газа из ГРУ	Манометр 0-2,5 кг/см2 MПЗУ
7.	Давление воздуха, идущего на горение (после вентилятора)	Воздушный коллектор после дутьевого вентилятора	PROTRONIC TD
8.	Расход газа на печь	Газопровод подачи газа на печь	Измерительная диафрагма с вторичным прибором "TZA120"
9.	Часовой расход газа по зонам печи	Газопровод подачи газа по зонам	INDICOMP 2
10.	Температура воздуха, идущего на горение до рекуператора, t окр. воздуха	На всосе вентилятора около печи	Термопара NiCr-Ni 0-600 0C
11.	Температура воздуха, идущего на горение после рекуператора	Воздушный коллектор после рекуператора	Термопара NiCr-Ni 0-600 0C
12.	Расход охлаждающей воды на элементы печи		Измерительная дифрагма с самопи-шущим прибором "TZIF3"0-250 м 3/ч
13.	Температура охлаждающей воды	Водопровод системы	Термопара c вторичным прибором "Дантрус"

На боковой стене печи напротив окна выгрузки установлена водоохлаждаемая телекамера. Позволяющая обслуживающему персоналу в помещении пульта управления печью на экране дисплея следить за процессом выгрузки заготовок. Лицо осуществляющее контроль - нагревальщик.

13. Мероприятия по ТБ

Безопасность производства обеспечивается соблюдением требований безопасности соответствующих ГОСТ 12.3.004 - 75. ССБТ. "Термическая обработка металлов".

Движущиеся части печи должны быть ограждены. В местах, где движущиеся части, представляют опасность для людей, не могут быть ограждены из-за их функционального назначения, должны быть предусмотрены средства сигнализации, предупреждающие о пуске оборудования.

Конструкцией печи должна быть предусмотрена сигнализация печи при нарушении нормального режима работы, а также средствами автоматической остановки и отключения оборудования при опасных неисправностях, авариях при режимах работы близких к опасным.

При подготовке изделий к термической обработке с применением пожароопасных веществ должна быть исключена возможность их воздействия на работающих. Нагретые при термической обработке изделия следует размещать в местах, оборудованных эффективной вытяжной вентиляцией, или в специальных охладительных помещениях.

Вентиляционные системы производственных помещений, в которых выделяются вредные вещества с пожаровзрывоопаными свойствами, должны быть во взрывозащищенном исполнении.

Технологические процессы термической обработки должны обеспечивать оптимальный режим работы оборудования, исключающий аварийные ситуации. При обнаружении в воздухе вредных веществ выше предельно допустимой концентрации, прекращении подачи воздуха к форсунке газовой горелки термической печи и других аварийных ситуациях работу следует немедленно прекратить и принять меры к устранению аварийной ситуации. работа может продолжаться только после устранения причин аварийной ситуации. Помещения, воздуховоды следует очищать от пыли во избежание образования взрывоопасной пылевоздушной смеси в объеме более 1% объема помещения.

Безопасность процесса термической обработки обеспечивается конструкцией и размещением оборудования:

- газоприготовительные установки размещают в одном помещении с печами, потребляющими газовую атмосферу, или в отдельных помещениях;

- токоведущие части печи, являющиеся источником опасности, должны быть надёжно изолированы и ограждены;

- электрооборудование должно быть размещено внутри шкафов с запирающими дверями или расположено в недоступных для людей местах;

- металлические части печи, которые могут вследствие повреждения изоляции оказаться под электрическим током опасной величины, должны быть заземлены;

- в схеме электрических цепей печи, должно быть предусмотрено устройство, централизовано отключающее от питающей сети все электрические цепи.

- проемы нагревательных печей должны иметь устройства для защиты работающих от теплового потока.

Персонал, обслуживающий термическое производство, проходит медицинский осмотр при поступлении на работу и периодический, а также обучение по типовым программам. Работа в термических цехах должна проводиться с использованием средств индивидуальной защиты.

За поддержанием безопасности термического производства осуществляется постоянный контроль. Помещения, оборудование и коммуникации термических цехов оснащают контрольно- измерительными приборами для контроля опасных и вредных факторов, защитно - предохранительную, регулировочную и запорную арматуру, коммуникации проверяют в установленные сроки. При использовании газов с опасными и вредными свойствами контролируют работу вытяжной вентиляции и системы сигнализации.

В пламенных печах при розжиге на газовом обогреве контролируют положение кранов и давление в газопроводе. Перед зажиганием горелок топочную камеру продувают при открытых заслонках. При розжиге горелки к ней через смотровое окно подносят запальник и только после этого открывают кран подачи газа.

Вокруг печи необходимо соблюдать чистоту, не допускать наличие пыли, грязи, посторонних предметов, не загромождать проходы, проезды к месту установки печи и т.д.

Необходимо строго соблюдать "Правила и нормы техники безопасности при работе на металлургических печах".

14. Технико-экономическое обоснование

Для сокращения расхода топлива можно предложить следующее:

1. увеличение расстояния между опорными трубами и, соответственно, уменьшение количества труб. Это сделать возможно, т.к. при механических расчетах прочности труб обычно берут многократно завышенный коэффициент запаса. Предлагаемое снижение числа труб не только снизит потери с водой, но и интенсифицирует теплообмен за счет уменьшения экранирующего действия труб на металл;

2. применение волокнистой теплоизоляции на опорных трубах;

3. использование непараллельных продольных труб с целью уменьшения "темных" пятен от контакта заготовок с рейтерами и, соответственно, сокращение времени выдержки металла в томильной зоне;

4. применение системы испарительного охлаждения опорных труб;

5. применение эффективных огнеупорных и теплоизоляционных материалов в кладке свода и стен, а также интенсификация теплообмена в рабочем пространстве печи;

6. организация струйного подогрева металла с использованием высокотемпературных вентиляторов в начальный период нагрева (методическая зона).

14.1 Реконструкция нагревательной печи

Реконструкция состоит из следующих этапов:

- замена существующих сводовых горелок;

- замена глиссажных труб в методической и 1 - 2-й зоне печи;

- замена футеровки подины.

Проведённая реконструкция за счёт установки новых low-NOx горелок позволит повысить экономичность печи и снизить уровень эмиссии окислов азота. Замена глиссажных труб и футеровки подины снизит потери тепла с охлаждающей водой и повысит надёжность работы агрегата.

При годовом газопотреблении печи в 22 006 000 м ³ экономия топлива за счет снижения газопотребления на горелки в 3% составит:

22 006 000 * 0,03 = 660 180 м ³

Замена тепловой изоляции глиссажных труб и пода позволит снизить потери тепла с охлаждающей водой на 20%. Потери тепла с охлаждающей водой составляют порядка 14% в тепловом балансе печи, или же 3 080 840 м ³. Снижение на 20% составит экономию

3 080 840 * 0,2 = 616 168 м³.

Экономия топлива: 1 276 348 м³

14.2 Реконструкция системы утилизации отходящих газов стана 320

Реконструкция представляет собой замену управления расходом дымовых газов через экономайзер, позволяющую поддерживать минимальную температуру дыма на выходе в трубу и постоянное давление в дымовом тракте. Один из возможных вариантов - управление заслонкой экономайзера и дымососом на основе тепловых потоков дыма и воды. Применение подобной системы позволит поддерживать температуру дымовых газов на 30 єС ниже существующей.

Объем дымовых газов стана 320: 134062500 м³ в год

При средней теплоемкости в районе 200 ч 300єС - 1,108 кДж/ м³ и при снижении температуры на 30 єС экономия тепла составит:

134062500 * (30 * 1,108) = 4456237500 Дж.

Экономия тепла: 4456237500 Дж.

Вывод

Внедрение вышеперечисленных мероприятий позволит существенно увеличить производительность стана 320 и снизить затраты на производство арматуры.

Литература

1. Валицкая О.М. "Расчет и проектирование нагревательных устройств "курса" Нагрев и нагревательные устройства".-Гомель; 1993г.-43 с.

2. Вальченко Н.А., Гурко В.В. "Теплоэнергетика".-Гомель: Учреждение образования "Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого", 2001г.-41с.

3. Кривандин В.А., БелоусовВ.В., Сборщиков Г.С. и др. " Теплотехника металлургического производства" Т.2. Конструкция и работа печей: Учебное пособие для вузов М:МИСИС; 2001г.-736 с.

4. Мастрюков Б.С. "Теория, конструкции и расчеты металлургических печей" Т 2 "Расчеты металлургических печей"М., Москва, "Металлургия",1978г., 272 с.

5. Несенчук А.Н., Жмакин Н.П. "Теплотвые расчёты пламенных печей для нагрева и термообрабптки металла" Минск, "Вышейшая школа"; 1974г.- 280 с.

6. Лазаренков А.М. "Охрана труда": Учебник - Мн.,БНТУ; 2004г.-497с.

7. Телегина А.С., Гордон Я.М., Зобнин Б.Ф. "Теплотехнические расчёты металлургических печей". Москва, "Металлургия",1993г., 362 с.

Размещено на Allbest.ru