Материал: Проектирование печи с шагающими балками для нагрева металла перед прокаткой

Давление газа перед печью           3,0 бар

Давление газа перед горелкой      0,7 бар

Давление газа перед печью           300 бар

Давление газа перед горелкой      350 бар

Температура подогрева воздуха до 450 ºС

Количество горелок, всего - 102

В верхних зонах (сводовые)         - 96

В нижних зонах (боковые) - 6

Способ подачи воздуха к сжигательным устройствам при помощи вентиляторов

Способ удаления уходящих из рабочего пространства печи продуктов сгорания дымососом в дымовую трубу.

Утилизация тепла продуктов сгорания через рекуператор.

Способ охлаждения элементов печи: балки - испарительное;

остальные элементы - водяное

Минимальный удельный расход тепла при 100 % изоляции подовых балок - 325 ккал/ кг

Максимальный расход газа                                      7300 м³/ч

Максимальный расход воздуха горения                  70000 м³/ч

Максимальный объём продуктов сгорания    81560 м³/ч

Максимальный расход воды                                     150 м³/ч

Максимальный расход сжатого воздуха при давлении 7 бар - 80 м³/ч

Полная загрузка печи при шаге 200 мм и длине заготовки 12000 мм - 206 т (147 шт)

4. Описание конструкции отдельных узлов и работы печи

Подвижный под служит для перемещения заготовок по длине печи к выгрузке. Этот под делится на две части: шагающие балки (1 и 2 зона) и шагающий под (3,4,5,6,7 зоны).

Шагающие балки в 1 и 2 зонах конструктивно выполнены так, что позволяют дымовым газам из 3- 7 зон перейти из рабочего пространства печи над металлом в пространство под металлом 1 и 2 зоны и далее - в дымовой канал. Шагающие балки - водоохлаждаемые, теплоизолированные огнеупорной набивкой и изоляционным волокном. Вода подается на балки от двух насосов (один резервный) типа 125LS500ANL, Q = 150 м³/ч, H= 80 м, n = 1480 об/мин, N = 50 кВт, двигатель - KMER280S4ACP, n =1480 об/мин, N = 75 кВт. Нагретая вода в шагающих балках используется в общей системе утилизации тепла завода для подогрева сетевой воды отопления.

Шагающий под по всей своей длине имеет специальные песочные затворы, предотвращающие проникновение дымовых газов в щели между движущимися частями шагающего пода и неподвижными элементами пода печи. Шагающий под также водоохлаждаемый и теплоизолированный. Контур воды - разомкнутый. Тепло подогретой воды не утилизируется.

Подача заготовок в печь, перемещение их в печи и выгрузка производится автоматической системой механизмов.

Зона загрузки состоит из:

внутреннего рольганга;

механической блокировки для обеспечения точного определенного размещения заготовок;

толкателя (выравнивающего устройства).

Зона выгрузки состоит из:

внутреннего рольганга;

выталкивателя для перемещения заготовок с пода печи на внутренний рольганг.

Заготовка, находящаяся в зоне загрузки на рольганге вне печи, поступает в печь посредством перемещения обеих рольгангов: наружного и внутреннего.

Блокировка, установленная в конце внутреннего рольганга, останавливает его движение и обеспечивает правильное расположение заготовок по отношению к внутренним стенкам печи.

Подвижные балки забирают заготовки с рольганга и все находящиеся внутри печи заготовки перемещают на один шаг. Это позволяет освободить первую позицию зоны выгрузки, чтобы загрузить следующую заготовку, и в тоже время перемещает одну заготовку для выгрузки. Отсюда разгрузочное устройство поднимает последнюю заготовку и устанавливает ее на рольганг выгрузки. Перемещаясь по рольгангу зоны выгрузки и рольгангу, находящемуся вне печи, заготовка из печи поступает в клетки прокатного стана.

Нагрев металла осуществляется:

в нижних зонах с боковым подогревом(1,2 зоны) длиннофакельными горелками типа FR 7-6шт

в верхних сводовых зонах(3-7 зоны) плоскопламенными горелками типа BFM 96шт

Сжигание топлива производится при коэффициенте избытка воздуха равным 1,0-1,1

Избыточное давление в печи должно поддерживаться в пределах 2-5 Па.

Качество сжигания газа контролируется визуально по цвету и виду пламени (факела) следующим образом:

бледно-зелёное расплывчатое пламя с зеленовато-жёлтыми прожилками свидетельствует о нормальном горении газа;

бесцветное прозрачное пламя свидетельствует о большом избытке воздуха;

пламя синего цвета, красного и густо-зелёного цветов, а также пламя со следами копоти свидетельствует о недостатке воздуха.

Распределение газа и воздуха по зонам печи и горелкам производится вручную при помощи кранов и дросселей, установленных на газопроводе и воздухопроводе перед горелками.

Регулирование расхода газа и воздуха производится автоматически, в зависимости от заданной температуры.

Воздух для горения подаётся подогретым в рекуператоре до температуры не выше 450ºС.

Таблица 1. Температурный режим печи по зонам

Рис.2 Схема нагревательной печи

5. Расчёт горения топлива

В пламенных печах факел является единственным теплогенерующим компонентом, от характеристик которого зависят такие важнейшие показатели работы печи как температура рабочего пространства печи, общая интенсивность и степень развития теплообменных процессов как в печи в целом, так и в отдельных зонах рабочего пространства.

Очевидно, что такое многообразие важнейших факторов определяющих работу печи делает выбор топлива очень ответственной задачей, решаться, которая должна с учетом технологического назначения печи, условий ее эксплуатации, а также техник - экономических соображений, из которых главными являются возможности выделения того или иного топлива на печь в соответствии с топливным балансом предприятия.

Следует подчеркнуть, что только на металлургических комбинатах с полным циклом имеются достаточно широкие возможности для выбора топлива, так как на них имеются доменный, коксовый и природный газы, смешивая которые можно получить газообразное топливо с самой различной теплотой сгорания. На металлургических заводах с неполным циклом используется топливо двух видов: природный газ или мазут. В этих случаях выбор видов топлива предопределен и решающим и становятся соображения, связанные с рациональным его использованием, с выбором таких методов его сжигания топлива, которые обеспечивают минимальный его расход. Для нагрева заготовок в нагревательной печи применяем природный газ

Природный газ сжигают в воздухе с коэффициентом расхода воздуха n=1

Рабочий состав топлива %,

ПГ (природный газ)

СН₄=93.2%; C₂H₆=0.7%; C₃H₈=0.6 %; C₄H₁₀=0.6%; N₂=4.9%

Находим расход кислорода на горение газа заданного состава при коэффициенте расхода воздуха n=1

При сжигании газа в обычном воздухе коэффициент расхода воздуха равен n=1

Коэффициент объёмных содержание N₂ и O₂ в (К=3,762)

Тогда расход воздуха равен

VВ=(1+k) ∙ Vо2

VВ=9,429

Находим объёмы компонентов продуктов сгорания:

VCO₂=0,01∙ (СН₄+2∙ C₂H₆+3∙ C₃H₈+4∙ C₄H₁₀)

VH₂O=0,01∙ (0,5∙(СН₄+6∙ C₂H₆+8∙ C₃H₈+10∙ C₄H₁₀)

V’о2=(n -1) ∙ Vо2

VN₂’=0,01∙N₂+n∙ k∙ Vо2

Объём продуктов сгорания

VПС= VCO₂+ VH₂O + V’о2+ VN2’

Процентный состав продуктов сгорания, %

; ;

СО₂ = 9,477; О₂= 0; N₂= 71,923

Н₂О=18,6

Плотность каждого компонента продуктов сгорания находим, разделив молекулярную массу на объём, занимаемый одним килограмм молем компонента (22,4м).

; ; ;  

Правильность расчёта проверяем составлением материального баланса:

Поступило, кг

Газ

mr = 1

Воздух

mB= ρB∙VB

mB=12,07

Всего

m’ = mr∙ mB

m’ =13,07

Получено, кг

mCO₂=VCO₂ ∙ρCO₂

mCO₂=1,946

mH₂O=VH₂O ∙ρH₂O

mH₂O=1,570

mO₂’=V’O₂ ∙ρO₂

mO₂’=0

mN2’=VN2’ ∙ρN2

mN₂’=9,373

Всего

m’’= mCO₂+ mH₂O+ mO₂’+ mN₂’

m’’=12,889 кг

Расхождение, определённое погрешностью расчёта, составляет

m’- m’’= 0,181 кг

Плотность продуктов сгорания можно найти, разделив их массу на объем

Находим низшую температуру сгорания газа

QHp=358∙CH₄+555∙C₂H₆+913∙C₃H₈+1185∙C₄H₁₀

Истинную энтальпию находим по формуле

io =3,358∙10³

Зададим температуру tk=2100 C, при которой значение энтальпии продуктов сгорания возьмём из приложения

Общая энтальпия продуктов сгорания

Поскольку ik> io =1

Примем t"=2000 °C

Тогда

Общая энтальпия продуктов сгорания

Теперь находим калориметрическую температуру горения природного газа заданного состава

,

tк=2,020∙10³

6. Расчёт нагрева заготовки

Перед прокаткой заготовку следует нагреть для повышения пластичности стали, уменьшения сопротивления деформированию и улучшения внутренней структуры и характеристик металла, что должно облегчить прокатку. Это значит, что сталь необходимо нагреть до температурной области аустенита с однофазной структурой твёрдого раствора и обеспечить еще более высокую температуру в течение достаточного времени для равномерного разделения структуры и для растворения карбонизации, создавая тем самым структуру, обладающую высокой пластичностью, низким сопротивлением деформированию и хорошей технологичностью. В принципе, для уменьшения сопротивления деформированию и для повышения пластичности требуется значительно более высокая температура.

Однако, высокая температура и неправильная система нагревания могут привести к образованию дефектов, например, к избыточному окислению, обезуглероживанию, перегреву, пережогу и т.п., снижая тем самым качество стали вплоть до отбраковки. Исходя из всего этого, температура нагревания заготовки должна подбираться с учетом характеристик каждого типа стали и технологии обработки, а также должна обеспечивать хорошее качество и высокую производительность.

При нагревании заготовки следует соблюдать три основных требования:

1.   Точное соблюдение температурного режима для обеспечения оптимальной обработки в наиболее приемлемом температурном диапазоне.

2.      Равномерное нагревание как вдоль, так и поперек.

.        Небольшой угар при горении, не допускающий выделения при нагревании вредных химических компонентов (декарбонизация или рекарбюризация), обеспечивая хорошие эксплуатационные свойства стального изделия.