РЕФЕРАТЫ ПО ТЕХНОЛОГИИРеферат: Исследование методов охлаждения садки колпаковой печи с помощью математического моделированияАННОТАЦИЯ Дипломная работа посвящена проблеме исследования влияния систем охлаждения садки на эффективность работы колпаковой печи на Магнитогорском металлургическом комбинате в листопрокатном цехе (ЛПЦ-5) с целью повышения производительности, улучшения экологических и экономических характеристик. Сокращение удельных энергозатрат обеспечивается за счет введения в эксплуатацию охлаждающих колпаков струйного и импульсного охлаждения. В современных условиях, в связи со сложной экономической ситуацией в нашей стране, колпаковые печи не всегда выигрышно выглядят на фоне, например термических печей непрерывного действия, так как очень велик временной цикл процесса отжига в данных агрегатах. Для более быстрого протекания процесса охлаждения садки разработаны и исследованы новые устройства. Их внедрение позволит: 1. Уменьшить расход охлаждающей воды для охлаждения электродвигателя. 2. Сократить расход защитной атмосферы и электроэнергии в период охлаждения садки. 3. Повысить производительность печи за счет сокращения длительности периода охлаждения на 15-30 %. В дипломной работе выполнен расчет технико-экономического эффекта от внедрения разработанных мероприятий. Предложены меры, обеспечивающие безопасность жизнедеятельности оператора, выполняющего математическое моделирование с помощью персонального компьютера. Дипломная работ изложена на 82 стр., содержит 13 рис., 31 табл., 24 ссылки. СОДЕРЖАНИЕ стр. введение . 6 1. АналитиЧеский обзор литературы 8 1.1. Общая характеристика колпаковых печей для светлого отжига полосы ОАО «ММК»... ... 8 1.2.Методы охлаждения металла в колпаковых печах.. 16 2. ЭкспериментальнаЯ Часть... 34 2.1. Методика исследований .. 34 1. Описание исследуемого объекта. 34 2. Адаптация математической модели тепловой работы колпаковой печи . 39 3. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. 45 3.1.Анализ потенциально опасных и вредных факторов, сопутствующих работе с компьютером. .. 45 3. Санитарно-гигиеническая и противопожарная характеристики помещения машинного зала. 46 4. Разработка мер защиты от выявленных опасных и вредных факторов . 50 5. Расчет искусственного освещения... 50 6. Защита от излучения мониторов. 51 7. Защита от опасного уровня напряжения в электрической цепи 51 3.4. Утилизация компьютеров... . 54 4. ТеоретиЧескаЯ Часть ... 55 8. Изучение влияния вида атмосферы и типа колец на длительность периода охлаждения .. 55 9. Анализ результатов исследования устройства струйного охлаждения садки . 62 Экономика и организациЯ производства... 66 11. Расчет затрат на выполнение НИР 66 12. Расчет экономической эффективности внедрения результатов НИР в производство. ... 67 1. Себестоимость продукции. 69 2. Штаты.. ... 72 3. Расчет заработной платы... 72 ВЫВОДЫ .. 80 Список использованныХ ИСТОЧНИКОВ. 81 ВВЕДЕНИЕ Настоящая дипломная работа предполагает решение следующей проблемы: улучшение охлаждения садки колпаковой печи и включает рассмотрение основных факторов, влияющих на скорость охлаждения и качество получаемого, в конечном счете, готового материала. В связи с этим, имеет смысл изучить влияние изменения, усовершенствования или возможного комбинирования наиболее важных факторов в период охлаждения садки в цикле термообработки металла в колпаковой печи. Дипломная работа выполнялась на математической модели отжига в колпаковой печи, разработанной на кафедре «Теплофизики и Экологии металлургического производства» Московского Государственного института стали и сплавов (Технологического Университета) профессором кафедры Мастрюковым Б.С. и доцентом Гусевым Е.В., по данным экспериментов в ЛПЦ-5 (листопрокатный цех - 5) ММК (Магнитогорского металлургического комбината). Термообработка холоднокатаного листа является важнейшей операцией четвертого передела и выполняется в двух видах агрегатов: протяжных и колпаковых печах. Протяжные печи имеют ряд преимуществ перед колпаковыми; высокая производительность, более однородные свойства по длине полосы, лучшая поверхность и планшетность готового листа. Однако эти агрегаты дороги в эксплуатации, требуют очень высоких капитальных затрат и практически предназначены для реализации только одного вида технологического процесса. В России и странах СНГ более 70 % холоднокатаного листа проходят ТО (термообработку) в колпаковых печах, которые, таким образом, являются в настоящее время основным агрегатом, определяющим эффективность (удельные затраты энергоносителей и качества листа) работы листопрокатных цехов. АО «ММК» имеет в своем составе три цеха холодного проката с отделениями колпаковых печей для термообработки рулонов по азотной технологии отжига: 1. ЛПЦ-3 - 53 трехстопных стенда с годовым производством до 600 тысяч тонн; 2. ЛПЦ-5 - 300 одностопных стендов с годовым производством до 1 миллиона 500 тысяч тонн; 3. ЛПЦ-8 - 108 одностопных стендов с годовым производством 300 тысяч тонн. ОАО «Магнитогорский калибровочный завод» имеет также 108 одностопных колпаковых печей с азотной технологией отжига ленты. Указанные выше печи пущены в период 1956-1970 г.г., морально и физически устарели, а главное, их продукция начинает не удовлетворять по потребительским свойствам заказчиков. Кроме того, высокие удельные затраты тепла, низкая производительность, большие затраты на ремонт и обслуживание требуют введения новых улучшенных технологий, каковой является водородно- азотная технология отжига. Задачей дипломной работы является изучение эффективных возможных методов охлаждения и определения с помощью математической модели основных направлений модернизации существующих колпаковых печей: внедрение колпаков струйного охлаждения, влияние радиационно-конвективных колец и переход на водородную технологию отжига металла. 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Общая характеристика колпаковых печей для светлого отжига полосы ОАО «ММК» Основная область применения колпаковых печей - светлая термическая обработка рулонов стальной полосы. Колпаковые печи классифицируют по количеству стоп (из листов, рулонов, бунтов) металла, которые располагают на одном стенде и накрывают одним колпаком: одно-, двух-, трехстопные, многостопные. Основным типом печей является одностопная печь для отжига рулонов полосы. Под муфелем размещают несколько рулонов по высоте. Циркуляционный вентилятор подает защитный газ снизу в зазор между муфелем и рулонами. Для доступа защитного газа к торцевым поверхностям рулонов между ними устанавливают конвекторные кольца, в которых имеются каналы переменного сечения. Через эти каналы защитный газ попадает во внутренние полости рулонов, омывает их и возвращается в циркуляционный вентилятор. Исследования таких печей показали, что в наихудших условиях нагрева и охлажения находится нижний рулон, поэтому все расчеты теплообмена производят применительно к нижнему рулону. В колпаковых печах садку, установленную на стенде и закрытую муфелем, подвергают светлой термической обработке, включающей периоды нагрева, выдержки и охлаждения. В периоды нагрева и выдержки на стенд устанавливается нагревательный колпак, в котором имеются горелки. Под муфель подают защитный газ с принудительной циркуляцией для ускорения и повышения равномерности нагрева. После окончания периодов нагрева и выдержки нагревательный колпак снимают и переносят на следующий стенд, а садка под муфелем начинает охлаждаться. Для ускорения охлаждения применяют различные средства: поливку муфеля водой, обдувку муфеля воздухом под колпаком ускоренного охлаждения, охлаждение защитного газа в водяных холодильниках. При нагреве металла в колпаковой печи тепло к наружной поверхности садки передается излучением от муфеля и конвекцией от защитного газа, а к наружной поверхности муфеля излучением и конвекцией от продуктов сгорания и излучением от кладки нагревательного колпака. При охлаждении, наоборот, тепло от садки передается конвекцией к защитному газу и излучением к муфелю, а от муфеля в окружающую среду. В основном колпаковые печи применяются в тех случаях, когда продолжительность цикла термообработки очень велика, и служит для массовой термообработки (ТО), поэтому в печном отделении располагают большое число печей (стендов), иногда несколько сот штук. Наиболее продолжительным в цикле термообработки является период охлаждения, который в 2-3 раза превышает период нагрева и выдержки. Поэтому один нагревательный колпак обслуживает несколько стендов /1/. ОАО «ММК» в настоящее время включает 3 цеха холодного проката, в которых установлены колпаковые печи для отжига плотносмотанных рулонов: ЛПЦ- 3 - 159 (53 трехстопных стенда); ЛПЦ-5 - 300 стендов; ЛПЦ-8 - 108 стендов. Кроме этого планируется новый современный цех ЛПЦ-11 (стан 2000), включающий в свой состав колпаковые печи нового типа фирмы «ЛОИ ЭССЕН», реализующие водородную технологию. Ниже в табл. 1 представлены основные характеристики КП (колпаковой печи) ЛПЦ-3 и ЛПЦ-5, так как эти печи построены достаточно давно (ЛПЦ-3 - 1956 г., ЛПЦ-5 - 1970 г.), морально устарели и в значительной степени физически изношены. Из табл. 1 следует, что КП ЛПЦ-3 и ЛПЦ-5 характеризуются высокими удельными затратами тепла, низкой производительностью (это особенно относится к КП ЛПЦ-5), значительным перепадом температур по отдельным рулонам и по садке в целом. Таблица 1 Характеристика действующего парка отделений отжига ММК № Наименование Цех п/п ЛПЦ-3 ЛПЦ-5 1 2 3 4 1 Тип печи трехстопная одностопная 2 Число стендов, шт. 53 (159 стоп) 300 3 Число нагревательных колпаков, шт.21 120 4 Год ввода в эксплуатацию 1956 1970 Продолжение табл. 1 1 2 3 4 5 Характеристика рулонов: диаметр (наружный/внутренний), мм 1800/500 1900/800 0,2-0,63 0,45-3,5 толщина, мм 620-920 1250-2350 ширина, мм 14/13 30/22,7 масса (максимальная/средняя), т 6 Масса садки 170/156 100/69,8 (максимальная/средняя), т 7 Производительность отделения 600/445 1355/1534 (проектная/фактическая), тыс. (1983 г) (1984 г) т./год 8 Производительность стенда, т/ч 1,65 0,61 9 Мощность электродвигателя циркуляционного вентилятора, кВт 13 14 10 Тип конвекторных колец конвективные (высота 70 мм) 11 Способ охлаждения: муфеля с садкойестественная конвекция, циркули- рулонов под муфелем рующая защитная атмосфера (без водяного холодильника) 12 Режим отжига: температура нагрева 580-660 680-720 (по стендовой термопаре), 0С (660 по термопа- ре, температура охлаждения под зачеканенной муфелем, 0С в верхний 120-160 рулон) 150-180 13 Время, ч: отжига 90-96 120-160 нагрев+выдержка 36-38 50-60 охлаждения 55-57 65-75 14 Топливо природный газ 15 Расход топлива на печь, куб.м/ч 160 140 16 Расход защитного газа на печь, (максимальный), куб.м/ч 30 30 7 Расход воды на стенд, куб.м/ч 2,5 1,13 Продолжение табл. 1 1 2 3 4 18 Удельные расходы энергоносителей: условное топливо, кг.у.т./т 34-36 50-54 защитный газ, куб.м/т 18 18 электроэнергия, кВт.ч/т 23 26,5 технически чистая вода куб.м/т 2,56 3,0 Учитывая, что КП еще значительное время будут оставаться основным средством для получения отожженного холоднокатаного листа в России и тот факт, что создана современная водородная технология отжига, которая резко повышает конкурентоспособность КП к агрегатам непрерывного отжига, а также возросшие исключительно жесткие требования к снижению удельных затрат энергоносителей, техническое перевооружение отделений КП ЛПЦ-3 и ЛПЦ-5 приобретает первостепенное значение. Большинство азотных колпаковых печей РФ (Российской Федерации) и стран СНГ (Содружество Независимых Государств) физически изношены и морально устарели. Переоснащение этого громадного парка (около 2400 стендов) требует создания более гибкой технологии отжига: водородно-азотной. Работа КП на водородной основе обеспечивает получение уникальных по качеству поверхности свойств готового листа при низких удельных затратах энергии и защитного газа в сочетании с высокой интенсивностью процесса. /9/. Печи с водородной технологий отжига выпускаются рядом успешно осваивающих наш рынок зарубежных фирм, в их числе «Эбнер» (Австрия) и «ЛОИ» (Германия). В России водородные колпаковые печи (без циркуляции атмосферы), разработанные Харьковским отделением ВНИИЭТО, работают на НЛМК при получении электротехнических сталей /2/. Сооружение головного образца одностопной колпаковой печи отечественной конструкции в цехе жести Магнитогорского металлургического комбината позволит отработать конструктивные решения узлов и систем печи, автоматизированной системы управления температурным и газовым режимами и автоматики безопасности и решить следующие задачи: Увеличить производительность печи; Улучшить качество металла; Обеспечить возможность проведения гарантированного отжига рулонов по заданным параметрам на требуемое качество металла; Улучшить технико-экономические показатели работы печи. Впервые сооружаемая одностопная двухстендовая колпаковая печь представляет собой азотно-водородную печь, конструкция которой позволяет проводить отжиг стопы рулонов жести по комбинированной технологии, а именно, как по азотной, так и по водородной. Печь проектировалась с учетом возможности реконструкции парка колпаковых печей ЛПЦ-3 ММК. Для этого предусмотрена установка двухстендовой одностопной печи вместо действующих трехстопных печей /3/. Печи используются для рекристаллизационного отжига рулонов холоднокатаной стальной полосы в атмосферах азотного или водородного защитного газа. Рулоны массой 15 т из углеродистой стали обыкновенного качества, качественной углеродистой, полиграфической или кинескопной сталей с размерами полосы шириной 600-1000 мм и толщиной от 0,2 до 0,8 мм при наружном диаметре 1860 мм (500 мм - внутренний) подвергаются отжигу при температуре 620-710 0С в зависимости от марки металла /14/. Печь включает: 2 стенда, нагревательный колпак, 2 муфеля, колпак ускоренного охлаждения, 2 комплекта радиационно-конвективных конвекторных колец, АСУ ТП (автоматизированные систему управления технологическим процессом), в том числе и микропроцессор. В табл. 2 приведены основные технические характеристики печи (расход топлива, приведенный к нормальным условиям). Таблица 2 Техническая характеристика одностопной азотно-водородной колпаковой печи Наименование Величина 1 2 Назначение печи Рекристализационный отжиг рулонов в атмосфере азотного или водородного защитного газа Продолжение табл. 2 1 2 Температура отжига, 0С 620-710 Гарант. перепад при 100-1200С 5-10 Размеры садки, мм: диаметр 1860 высота 4000 Масса (максимальная), т 60 Производительность стенда, т/ч: - азотная технология 1,0-1,15 - водородная технология 1,2-1,40 Тепловая мощность нагревательного колпака, кВт 910 Система отопления печи Инжекционно-атмосферные горелки, установленные в двух уровнях по высоте Топливо - природный газ природный газ - теплотворная способность, 34,12 (0,21 Дж/м3 65 - давление, кПа 96 - расход, куб.м/ч защитный газ водородный азотный (диссоц. аммиак) - состав, % 75 Н2; 25N2, 5 Н2, 95 N2, |