Спосіб нагрівання зливків у нагрівальному колодязі

Спосіб нагрівання зливків у нагрівальному колодязі, що включає підйом температури в колодязі при ПОСТІЙНІЙ тепловій потужності, витримку при температурі томління зі зменшенням подачі палива, зміну теплоти згоряння палива шляхом регулювання співвідношення витрат газів у газовій суміші в залежності від температури посаду зливків, який відрізняється тим, що теплоту згоряння змішаного газу знижують ступенево у порівнянні з регламентною на 1-3 % на кожні 10°С перевищення верхньої границі оцінки температури посаду зливків 900°С Винахід належить до області металургійної теплотехніки і може бути використаний в нагрівальних колодязях при нагріванні зливків перед обробкою тиском на металургійних заводах Відомий спосіб нагрівання зливків гарячого посаду, що включає нагрівання до температури томління і витримку при цій температурі, причому температуру томління зливків встановлюють за їх температурою на посаді /авторське свідоцтво СРСР №1488332 МКИС2Ю 9/70/ Недоліком способу є низька якість нагрівання зливків по перетину, значна різниця температур виданих у прокат зливків, що веде до перевантажень на стані до поломки валків, а також підвищений вигар металу Відомий також спосіб нагрівання зливків у нагрівальному колодязі, реалізований при опаленні нагрівальних колодязів природнодоменним чи коксодоменним газом Спосіб включає підйом температури в колодязі при ПОСТІЙНІЙ тепловій потужності і витримку при температурі томління зі зменшенням подачі палива При цьому в період підйому температури при ЗМІНІ витрат доменного газу обернено пропорційно змінюють витрату природного газу в співвідношенні 8 1, а при подачі доменного і коксового газу - у співвідношенні 4 1 / авторське свідоцтво СРСР № 910806 МКИ 3219/70/ обумовлено довільною зміною співвідношення витрат високо-і низькокалорійного газів на спалювання без урахування теплового стану посаджених у колодязь зливків Вплив факелу з високою калориметричною температурою горіння, що утворюється при великій частці висококалорійного газу в суміші, на поверхню зливків гарячого посаду призводить до їхнього перегріву й оплавлення, а невиправдано висока частка доменного газу в суміші при нагріванні зливків з низькою початковою температурою викликає зниження теплової потужності і тепловіддачі на метал і, як наслідок, веде до зменшення продуктивності і перевитраті палива Недоліком способу є низька якість нагрівання зливків і підвищена питома витрата палива, що Найбільш близьким за технічною сутністю й ефектом, що досягається, до заявленого способу, є спосіб нагрівання зливків у нагрівальному колодязі, що включає підйом температури в колодязі при ПОСТІЙНІЙ тепловій потужності, витримку при температурі томління зі зменшенням подачі палива, зміну теплоти згоряння палива шляхом регулювання співвідношення витрат газів у двохкомпонентній газовій суміші в залежності від температури посаду зливків, причому співвідношення витрат природного і доменного газів визначають із залежності а=/0,3-0,4/(1-ТпТм), де Тп -температура зливків на посаді, °С, Тм - необхідна температура нагрівання зливків, °С, 00 ^ о (О (Патент Російської Федерації № 2013453 МКИ 321Д 9/70) Недоліками відомого способу є підвищений вигар металу і втрати з окалиною, великі питомі витрати палива на нагрівання зливків гарячого посаду, брак при прокатці цих зливків Це пояснюється наступним Область застосування залежності для вибору співвідношення витрат газів у газовій суміші за температурою посаду зливків вичерпується сумішами природного і доменного газів, і вона не може бути використана для інших сумішей Однак, переважна більшість колодязів опалюється коксодоменним газом Природний газ, через свою високу вартість, застосовують лише, як резервне (підживлююче) паливо Регламентну теплоту згоряння газової суміші установлюють, виходячи з забезпечення заданої за технологією чи проектною продуктивністю колодязів Через більш низьку, ніж у природного газу, теплоту згоряння коксового газу для забезпечення необхідної теплової потужності колодязів його частка в суміші з доменним у 1,8 2 рази більша, ніж природного газу В той же час калориметрична температура горіння коксового газу вище калориметричної температури горіння и природного газу Тому температура горіння коксодоменної суміші регламентної теплоти згоряння на 100-120°С вище, ніж у природнодоменної суміші Це обумовлює більш інтенсивний (на 25-30%) променевий тепловий потік до поверхні зливків, розташованих поблизу факела Такий тепловий вплив на поверхню зливків з температурою 900°С і вище на посаді приводить до їхнього швидкого перегріву й оплавлення і, як наслідок, браку при прокатці цього металу Нагрівання садки характеризується підвищеною нерівномірністю, у міру віддалення від зони максимального тепловиділення факела тепловіддача на зливки знижується Для забезпечення необхідних за технологією температур нагрівання цих зливків подовжують тривалість нагрівання, що веде до підвищення питомих витрат палива на нагрівання Основним горючим компонентом коксового газу є водень, вміст якого перевищує 50%, і при його спалюванні утворюється до 25% водяного пару Крім того, у продуктах горіння коксового газу міститься деяка КІЛЬКІСТЬ дюксиду сірки Як відомо, окислення металу являє собою дифузійний процес, визначальний вплив на який справляє температура газової атмосфери і наявність у ній компонентів-окислювачів В умовах високих температур високий окислювальний вплив на метал, окрім кисню надлишкового повітря, справляють водяні пари, а дюксид сірки збільшує вигар металу в 10 разів швидше вільного кисню Дія на зливки гарячого посаду з температурою 900°С й вище високотемпературних продуктів горіння коксодоменної суміші при наявності в їхньому складі кількостей компонентів-окислювачів призводить до різкого посилення процесу окалиноутворення і підвищеного вигару металу Задачами, на рішення яких спрямований даний винахід, є зміна технології нагрівання зливків гарячого посаду з температурою 900°С й вище 60489 шляхом раціонального вибору теплоти згоряння змішаного газу в залежності від їхньої температури на посаді, що дозволяє зменшити втрати металу від вигару та окалиноутворення, скоротити питому витрату палива, знизити брак при прокатці Технічний результат досягається тим, що в способі нагрівання зливків у нагрівальному колодязі, що включає підйом температури в колодязі при ПОСТІЙНІЙ тепловій потужності, витримку при температурі томління зі зменшенням подачі палива, зміну теплоти згоряння палива шляхом регулювання співвідношення витрат газів у газовій суміші в залежності від температури посаду зливків, ВІДПОВІДНО з винаходом теплоту згоряння змішаного газу знижують східчасте на 1-3% у порівнянні з регламентною при перевищенні до 10°С температури посаду зливків 900°С Між сукупністю істотних відмінностей винаходу і технічним результатом, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок, тому що саме східчасте зниження теплоти згоряння змішаного газу на 1-3 % у порівнянні з регламентною при перевищенні до 10°С температури посаду зливків 900°С і на кожні наступні 10°С підвищення температури посаду дозволило запобігти тепловому вигару на поверхню зливків з температурою посаду вище 900°С за рахунок зниження калориметричної температури горіння палива до рівнів, що забезпечують одночасно максимально припустимі швидкості нагрівання зливків при різних температурах їх на посаді та попередження перегріву й оплавлення цих зливків, зниження браку при їхній прокатці Зі збільшенням частки низькокалорійного /доменного/ газу в змішаному паливі зниженої теплоти згоряння зросла КІЛЬКІСТЬ І ШВИДКІСТЬ руху продуктів згоряння в колодязі, інтенсифікувалися процеси тепломасопереносу і підвищилася рівномірність нагрівання Через зниження градієнта температур у робочому обсязі скоротився загальний час нагрівання садки, підвищилася продуктивність колодязя і знизилися питомі витрати палива Скорочення подачі коксового газу в суміш супроводжується зменшенням КІЛЬКОСТІ водяної пари і дюксиду сірки в продуктах згоряння, що в комплексі зі зниженням їхньої температури дозволило різко знизити швидкість окалиноутворення, зменшити втрати металу з окалиною і вигаром Сутність винаходу пояснюється графічними матеріалами, де зображена на мал 1 залежність теплоти згоряння змішаного газу (в % від регламентної) від температури посаду зливків Спосіб здійснюється таким чином Перед посадом зливків у нагрівальний колодязь визначають температуру металу на посаді За існуючою методикою визначення температури посаду зливків здійснюють за заводськими інструкціями, виходячи з часу розливання, часу стриперування і графіка просування складу з даним типом виливниць і J маркою сталі від розливки до відділення нагрівальних колодязів, чи безпосередніми вимірами температури поверхні зливків пірометром За температури зливків на посаді нижче 900°С метал нагрівають з регламентною теплотою зго 60489 ряння змішаного газу За температури посаду вище 900°С нагрів здійснюють зізниженою теплотою згоряння змішаного газу якщо температура зливків на посаді до 910°С, то теплоту згоряння встановлюють на рівні 97-99% від регламентної, на кожні наступні 10°С підвищення температури посаду додатково зменшують її на 1-3% Наприклад, для температур посаду 940-950°С величина зниження теплоти згоряння змішаного газу складає 5-15% у порівнянні з регламентною По таблицям і графікам технологічної інструкції ВІДПОВІДНО до обраної теплоти згоряння знаходять необхідне співвідношення витрат газів у газовій суміші Після посаду і закриття кришки колодязя встановлюють і підтримують необхідну теплоту згоряння палива шляхом регулювання співвідношення витрат газів у газовій суміші, виконують підйом температури до контрольної з постійною витратою змішаного газу і повітря на спалювання Потім роблять витримку при температурі томління протягом заданого часу з поступовим зниженням подачі палива По закінченні томління нагрітий метал видають у прокат Зниження теплоти згоряння змішаного газу у порівнняні з регламентною, менш, ніж на 1% на кожні 10° С перевищення верхньої границі оцінки температури посаду зливків 900° С не викликає помітного позитивного впливу на якість нагрівання, процеси тепло масообміну й окалиноутворення в колодязі в порівнянні з прототипом КІЛЬКІСТЬ оплавлених та перегрітих зливків, а також брак при прокатці залишаються на базовому рівні не досягається зниження вигару металу і втрат його з окалиною, а також питомих витрат палива на нагрівання Зі зниженням теплоти згоряння змішаного газу у порівнянні з регламентною більш ніж на 3% на кожні 10° С перевіщення верхньої границі оцінки температури посаду зливків 900° С, знижується теплова потужність колодязя, через що не вдається нагріти метал за заданий за технологією час, що викликає простої стану в очікуванні нагрітого металу Вимушене подовження періоду нагрівання зливків у колодязі веде до перевитрати палива, додаткового росту окалини і вигару металу, що супроводжується зменшенням поверхневого шару зливка, розкриттям підкіркових міхурів і браком по рванинам при прокатці такого металу Східчастий характер зміни теплоти згоряння змішаного газу від температури зливків гарячого посаду через кожні 10°С обумовлений точністю визначення цієї температури, що досягається існуючими методами і технічними засобами, погрішності яких укладаються в діапазон 10°С Дослідно-промислові іспити способу виконують у відділенні нагрівальних колодязів цеху Блюмінг-2 металургійного комбінату "Криворіжсталь" У колодязях з верхнім пальником здійснюють нагрівання зливків киплячої, напівспокійної і спокійної сталі перед прокаткою на стані 1300 Кінцеву температуру і тривалість нагрівання визначають за технологічною інструкцією в залежності від марки сталі, маси і температури зливків на посаді Опалення колодязів виконують коксодоменною сумішшю з регламентною теплотою згоряння 7120 кДж/м3 (1700 ккал/м3) Повітря на горіння підігрівають до 450-550°С в керамічному рекуператорі Після прибуття плавки з 16 зливків сталі Зтрпс масою 8,5 т кожний у відділення нагрівальних колодязів за графіком просування складів визначають температуру посаду металу 930°С, знаходять необхідний % зниження теплоти згоряння відносно регламентної (2+2+2)=6% і необхідну теплоту згоряння змішаного газу 7120 • 100-6/100=6695 кДж/м3 (1600ккал/м3) За таблицями 1,2,3 технологічної інструкції встановлюють задане співвідношення витрат коксового і доменного газів у суміші для одержання теплоти згоряння суміші 6695 кДж/м3 Виконують посад зливків у колодязь № 5, закривають його кришку, виконують підйом температури до контрольної 1300°С при постійних витратах змішаного газу з теплотою згоряння 6695 кДж/м3 і повітря на горіння, витримку при температурі томління 1300°С з поступовим зниженням витрат газу і повітря, після чого зливки видають у прокат Витрату палива за період нагрівання знаходять планіметруванням діаграми щитового витратоміра змішаного газу, якість нагрівання зливків оцінюють шляхом виміру температури головної і донної частини розкатів після останнього пропуску на стані 1300 і порізу на 1250-т ножицях за допомогою оптичного пірометра, відбір проб окалини зі зливків роблять після їхньої видачі з колодязя, наявність і характер оплавлення зливків визначають візуально, фіксують КІЛЬКІСТЬ відпрацьованих заготовок з дефектами поверхні розкату Питома витрата палива на нагрівання склала 30,4 кгутл", втрати металу з окалиною 1,131 кгл", температура головної частини розкату 12201230°С, донної 1180-1190°С, оплавлення зливків не спостерігалося, браку при прокатці нагрітих зливків не зафіксовано Порівняльне нагрівання 16 зливків аналогічної плавки за базовою технологією проводять у колодязі №3 з ідентичними теплотехнічними характеристиками при регламентній теплоті згоряння змішаного газу 7120 кДж/м3 (1700 ккал/м3) Питома витрата палива на нагрівання склала 35,1 кгутл", втрати металу з окалиною 1,524 кгл", температура головної частини розкату 1230-1240°С, донної 1160-1170°С, видано в прокат з колодязя 4 зливки з дуже оплавленою головною частиною від пальникового торця, відбраковані по рванинам 3 прокатані заготовки Результати нагрівання зливків з іншими температурами посаду при різному ступені зниження теплоти згоряння в порівнянні з регламентною приведені в табл 1-3 Порівняльний аналіз даних цих таблиць показує, що використання запропонованого способу нагрівання зливків у нагрівальному колодязі при нагріванні зливків з температурою на посаді вище 900°С у порівнянні з прототипом дозволяє одержати якісне нагрівання металу, запобігти оплавленню і перегріванню зливків, знизити питому витрату палива на 13-15%, втрати металу з окалиною на 25-26%, брак прокату на 50-55% 60489 Таблиця №1 Результати нагріву садки по 16 зливкам садки ЗТРнс масою 8,5 т кожний з температурою посаду-900-910° С (нагріви 1-6) і 920-930° С (нагріви 7-12) % зниження теплоти зго№№ ряння на 10°С нагрівів температури посаду 1 0,9 2 1,0 3 2,0 4 3,0 Теплота Середня темпеЗагальний згоряння ратура розкату, °С % знижензмішаного ня теплоти головна донна газу, згоряння частина частина КДЖ/м 0,9 7060 1230 1165 1,0 7050 1229 1168 2,0 6980 1222 1190 3,0 6910 1217 1170 Питома Витрата з витрата окалиною палива кг/г кгп ТЛ" 35,8 35,7 31,0 35,8 1,556 1,543 1,158 1,538 5 3,1 3,1 6900 1215 1157 36,0 0,9 1,0 2,0 2,7 3,0 6,0 7120 6930 6910 6695 1232 1235 1230 1224 1167 1165 1178 1188 35,9 35,0 34,9 30,4 1,556 1,526 1,519 1,131 10 3,0 9,0 6480 1220 1172 34,8 3,1 9,3 6430 7120 1217 1236 1156 1164 35,3 35,1 1,525 1,524 2 2 1 2 1,521 11 12 ЗЛИВКІВ Брак при прокатці Примітка заготовок 1,560 6 7 8 9 Видано оплавлених зворот на догрів 3 недокатів 3 2 2 2 4 3 1 зворот на догрів 2 недокатів 2 6 3 4 Таблиця № 2 Результати нагріву садки по 12 зливків сталі Ікп масою 12,5 т кожний з температурою посаду 930-940° С (нагріви 1-6) вище 950° С (нагріви 7-12) % зниження теплоти зго№№ рання на 10°С нагрівів температури посаду 1 0,9 2 1,0 3 2,0 4 3,0 5 3,1 6 7 0,9 8 1,0 9 2,0 10 3,0 11 3,1 12 Середня темпеЗагальний Теплота ратура розкату, % знижен- згорання °С ня теплоти змішанного головна донна згорання газу, кДж/м частина частина 3,6 6865 1233 1165 4,0 6835 1230 1178 8,0 6550 1225 1197 12,0 6265 1220 1175 12,4 6235 1220 1170 7120 1232 1162 5,4 6740 1235 1160 6,0 6695 1234 1170 12,0 6265 1226 1195 18,0 5840 1225 1170 18,6 5795 1221 1160 7120 1237 1165 Питома Втрата з витрата окалиною, палива, Кг/т кгп Т/г 35,7 35,5 30,9 35 4 35,6 35,7 34,2 33,7 29,7 34,0 34,8 34,3 1,508 1,489 1,123 1,502 1,513 1,509 1,476 1,410 1,097 1,405 1,481 1,475 Видано оплавлених ЗЛИВКІВ Брак при прокатці Примітка заготовок 3 3 1 2 4 4 2 2 4 3 4 2 6 5 2 6 Таблиця №3 Результати нагріву садки по 12 зливків сталі 40Х масою 12,5 т кожний з температурою посаду 910-920° С (нагріви 1-6) і 940 - 950° С (нагріви 7-12) % зниження теплоти зго№№ рання на 10°С нагрівів температури посаду 1 0,9 2 1,0 3 2,0 4 3,0 Середня темпеЗагальний Теплота % знижен- згорання ратура розкату °С ня теплоти змішанного головна донна згорання газу, кДж/м частина частина Питома Втрата з витрата окалиною, палива, Кг/т кгп Т/г Видано оплавлених ЗЛИВКІВ Брак при прокатці заготовок 1,8 2,0 4,0 6,0 6995 6980 6835 6695 1232 1230 1223 1219 1164 1173 1189 1171 36,4 36,1 31,5 36,2 1,541 1,482 1,149 1,503 2 Примітка 2 2 2 5 3,1 6,2 6680 1216 1157 36,8 1,544 6 7 8 0,9 1,0 4,5 5,0 7120 6800 6765 1234 1235 1232 1165 1164 1174 36,4 34,9 34,8 1,542 1,495 1,478 2 3 1 2 4 1 зворот на догрівання 4 недокатів 60489 10 Продовження табл №3 % зниження теплоти зго№№ рання на 10°С нагрівів температури посаду 9 2,0 10 ЗО 11 3,1 12 Середня темпеЗагальний Теплота ратура розкату °С % знижен- згорання ня теплоти змішанного головна донна згорання газу, кДж/м частина частина 10,0 15,0 15,5 Комп'ютерна верстка М Клюкш 6410 6050 6015 7120 1224 1223 1221 1234 1196 1172 1165 1163 Питома Втрата з витрата окалиною, палива, Кг/т кгп Т/г 30,2 34,6 35,1 35,0 1,113 1,490 1,519 1,496 Підписне Видано оплавлених ЗЛИВКІВ 5 Брак при прокатці заготовок Примітка 3 2 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119