Спосіб нагрівання сортової безперервнолитої заготовки у методичній печі

Реферат: Винахід належить до металургійної промисловості й може бути використаний при нагріванні в методичних печах сортової безперервнолитої заготовки конструкційних і легованих марок сталей, зокрема трубної й переробної заготовки. Спосіб нагрівання сортової безперервнолитої заготовки в методичній печі включає нагрівання садки по зонах печі при температурі, рівній 840950 °С у методичній зоні, 1190-1250 °С у зварювальній зоні та 1180-1260 °С у томильній зоні. При цьому час нагрівання садки печі та питома витрата умовного палива обумовлені певними UA 100051 C2 (12) UA 100051 C2 залежностями. Винахід дозволяє збільшити продуктивність стана, зменшити час нагрівання й вигар металу при запобіганні зварюванню заготовок. UA 100051 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до металургійної промисловості й може бути використаний при нагріванні в методичних печах сортової безперервнолитої заготовки конструкційних і легованих марок сталей, зокрема трубної й переробної заготовки. Нагрівання перед прокаткою сортової заготовки з вуглецевої сталі впливає на якість металу. Перегрів, перепал, недогрів, тріщини від температурних напруг, підвищений вигар приводять до погіршення механічних і експлуатаційних властивостей металу, погіршення якості поверхні й, як наслідок, до зниження сортності й конкурентоспроможності прокату [Разработка технологии нагрева рельсовых заготовок в методической печи с шагающими балками Темлянцев М.В. и др. Сталь, 2006. - № 12. - С. 33-34]. При затвердінні безперервнолитих заготовок по осі утворюються пустоти й пухкості. 3 Середнє значення цих показників залежно від марки сталі змінюється в межах 3,5 см /м до 24,1 3 см /м довжини, що в остаточному підсумку приводить до зменшення густини сталі й, отже, маси заготовок [Влияние структуры кристаллизации и скорости литья на осевую пористость непрерывнолитых заготовок из различных сталей Г.А. Вимер и др. Черные металлы. 1996. С. 55-56]. Найбільш близьким аналогом до пропонованого винаходу є спосіб виробництва сортового прокату з безперервнолитої заготовки [RU 2119394 С1, кл. В21В 1/16, опубл. 27.09.1998 p.], що включає попереднє високотемпературне нагрівання заготовок до 1280-1350 °C і їхню прокатку в обтискній кліті з проміжними кантуваннями для збільшення густини металу, при якій зменшується центральна пористість і знижується розвиток поверхневих дефектів. Відомий спосіб не забезпечує досягнення необхідного технічного результату по наступних причинах: - не враховуються особливості теплофізичних властивостей нагріваної заготовки конкретної марки сталі на температури по зонах у печі, а саме: теплоємність, температуропровідність, густина, що впливають на продуктивність і час нагрівання; - високотемпературне нагрівання заготовок приводить до зварювання заготовок у печі, особливо у зварювальній зоні, де потрібна найбільш висока температура, що збільшує витрату тепла й окалиноутворення; - збільшується тривалість нагрівання заготовок і знижується продуктивність печі за рахунок маси заготовок і, отже, садки печі. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу нагрівання сортової безперервнолитої заготовки, у якому за рахунок зміни технологічних параметрів забезпечується регламентація температури нагрівання по зонах печі залежно від теплофізичних властивостей і фізико-хімічних процесів, що відбуваються в нагріваній заготовці конкретної марки сталі по зонах печі, що приводить до збільшення продуктивності стана, зменшення часу нагрівання й вигару металу при запобіганні зварюванню заготовок. Поставлена задача вирішується тим, що в способі нагрівання сортової безперервнолитої заготовки в методичній печі, що включає нагрівання садки по зонах печі з подачею умовного палива, згідно з винаходом, нагрівання садки по зонах печі ведуть при температурі, рівній 840950 °C у методичній, 1190-1250 °C - зварювальній, 1180-1260 °C - томильній, протягом часу, обумовленого з наступної залежності: ng  G де  - час нагрівання садки, год.; n - кількість заготовок у печі, шт.; g - маса однієї заготовки, кг; G - середня продуктивність стана, т/год., а умовне паливо подають із питомою витратою, обумовленою з наступної залежності: Qp  VT   н 29,3  p де B - питома витрата умовного палива, кг у.п./т; B 50 55 3 Q p - теплота згоряння палива, кДж/м ; н 3/ VT , - витрата палива, м год.;  - час нагрівання садки, год.; p - маса садки металу, кг; 29,3 - теплота згоряння умовного палива, МДж/кг. Вибір режимів нагрівання заготовок у методичній печі залежить від фізичних і фізикохімічних властивостей сталі: хімічного складу, коефіцієнта теплопровідності, густини, 1 UA 100051 C2 5 10 температурних напруг у початковому періоді нагрівання, форми й розміру заготовок, а також часу нагрівання, розподілу тепла по зонах печі й інших показників. Температуру початку й кінця нагрівання визначають по діаграмі стану сплавів залізо-вуглець (Fe-Fe2С) залежно від вмісту вуглецю (С, %) у сталі. Доевтектоїдну сталь нагрівають вище точки АС3 (лінія G-S) на 50-70 °C, температуру кінця нагрівання вибирають нижче лінії NIES на 150200 °C. Так, вуглецева сталь має температуру нагрівання на початку печі в межах 840-950 °C, наприкінці - 1180-1260 °C і по зонах не повинна перевищувати температуру 1260 °C через зварюваність бічних граней заготовок. Приклад. Спосіб здійснювали при нагріванні безперервнолитої і гарячекатаної заготовок у дворядній тризонній методичній печі сортового стана 400. У таблиці 1 представлені вихідні дані й техніко-економічні показники роботи печі стана 400 при виробництві сортової заготовки марки ст.35. Таблиця 1 № п/п 1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7 8. Безперервнолита заготовка Гарячекатана заготовка 2 3 3 Нагрівання природно-коксовою сумішшю 22000 кДж/м 3 Розмір заготовки: b    l  0,150  0,150  150  0,03375 м , де b -ширина,  - висота, l , довжина заготовки, м Довжина печі (корисна): Ln  19,50 м, томильної зони - 6,25м Кількість заготовок в печі: n  2  Ln  2  19,50  260 штук b 0,50 Продуктивність стана: G =10-35 т/ч (залежно від замовлення) 3 Маса однієї заготовки: b    l  0 кг, де 0 - густина сталі, кг/м gn  0,03375  7500  253,12 кг gг  0,03375  7850  264,94 кг 3 3 н  7500 кг/м г  7850 кг/м (Казанцев Е. И. Промышленные печи. М.: Металлургия, 1975. - С.74-75) Садка печі: P  n  g кг Pп  260  253,12  65811,2 кг Pг  260  264,94  68884 ,4 кг Час нагрівання садки:   p год., де G ср - середня продуктивність стана, кг/год. Gср н  65811,2  2,53 ч 26000 г  Видається заготовок у годину: '  9. 68884 ,4  2,65 ч 26000 Gср штук g 26000 26000  103 штук 'г   98 штук 253,12 264,9 Річне виробництво стана Пр  Вф  'g т, де Вф - фактичний час роботи стана, год. 'н  10. 11. Пр  5163  103  0,253  134542 ,6 т Пр  5163  98,0  0,265  134083 ,1 т Економічний ефект від зниження витрати палива Эк  ( Vн  Vг )  Вф  Ц грн/рік, де Vн й Vг витрата суміші палива при нагріванні безперервнолитої і гарячекатаної заготовки 3 3 (м /ч), середньої продуктивності стана 26,0 т/ч, Ц - вартість палива, грн/1000м (у цінах 2010р.) 1350 Ек  (3550  3450 )  5163   697005 грн/рік, 1000 3 де 3450 і 3550 - витрата суміші палива (м /ч) з розрахунку теплових балансів для безперервнолитої і гарячекатаної заготовок. 15 2 UA 100051 C2 Продовження таблиці 1 № п/п 1 Безперервнолита заготовка 2 Гарячекатана заготовка 3 p Питома витрата умовного палива: B  Qн  Vг   кг у.п./т: 29,3  р 12. 22000  3450  2,53 22000  3450  2,65  99,58 кг у.п./т В  102,54 29,3  65811,2 29,3  68884 ,2 Питомий вигар металу в печі з а весь період нагрівання визначається по формулі: 2 a   a  , де a - вигар сталі за 1 рік з 1 м залежно від температури в печі і коефіцієнта витрати повітря n  11 ,  - час нагрівання, ч. , 2 º 2 н  3,0 кг/м при температурі 1220 С г  3,5 кг/м при температурі 1240 °C (Иоффе Х.М. и др. Нагрев металла М:. Металлургия. 1981. - С.143-144). 2 Поверхня нагрівання однієї заготовки, віднесеної до 1 год., м : Fн  1003 , FГ  1003 , де 0,6 - однобічне нагрівання і в томильній зоні, м Загальний вигар заготовок: У  a  F  ' кг В 13. У н  3,0 2,53  1003  103  492,3 кг , У г  3,5 2,65  1057  98  587,3 кг , або 492,3  100  1,89 % 26000 або 587,3  100  2,26 % 26000 У таблиці 2 наведений фактичний тепловий і температурний режими нагрівання сортової 3 заготовки коксо-природною сумішшю Qp  19146 кДж/м печі стана 400. н 5 Таблиця 2 Продуктивність стана т/год. 30 25 20 15 10 10 15 Витрата на піч газу повітря Температура по зонах печі томильна зварювальна методична 210/1250 210/1260 200/1240 200/1250 190/1240 200/1250 180/1230 190/1240 180/1220 190/1230 °З 1200/1250 1210/1260 1200/1250 1210/1260 1190/1220 1200/1250 1190/1220 1190/1240 1190/1210 1190/1230 880/920 900/950 870/920 880/930 870/900 880/900 860/870 870/880 840/860 850/870 3 м /год. 3700 16500 3800 19000 3400 17000 3500 17700 2400 12000 2500 12500 1850 9300 1900 9500 1550 7750 1600 8000 Час нагрівання садки ч 2,19 2,29 2,63 2,75 3,29 3,44 4,38 4,59 6,58 6,88 Чисельник - дані для безперервнолитої заготовки, знаменник - гарячекатаної заготовки. 3 наведеного в таблицях 1 і 2 видно, що при роботі з безперервно литою заготовкою в порівнянні з гарячекатаною: - залежно від продуктивності температура по зонах печі знижується на 20-60 °C; - маса однієї заготовки через зменшення густини сталі знижується на 11,82 кг (264, 94-253,12=11,82 кг); - час видачі садки металу з печі скорочується на 0,12 год. (2,65-2,53=0,12 год.); - вигар металу в печі знижується на 0,37 % (2,26 %-1,89 %=0,37 %); 3 - економічний ефект за рахунок скорочення витрати палива на 100 м /год. (3550-3450=100 3 м /год.) становить 697,005 тис. грн/рік. Значно поліпшується рівномірність нагрівання заготовок, усуваються випадки утворення вході прокатки рванин через перегрів, перепал граней заготовок. Поставлена задача вирішується розробкою теплових і температурних режимів нагрівання заготовок у печі при різній продуктивності стана, зниженням зачищення готового прокату від 3 UA 100051 C2 окалини, браку по тріщинах, скороченням витрати палива на нагрівання металу й скороченням вартості переробки. Таким чином використання заявлюваного способу приводить до збільшення продуктивності стана, зменшення часу нагрівання й вигару металу при запобіганні зварюванню заготовок. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Спосіб нагрівання сортової безперервнолитої заготовки в методичній печі, що включає нагрівання садки по зонах печі з подачею умовного палива, який відрізняється тим, що нагрівання садки по зонах печі ведуть при температурі, рівній 840-950 °С у методичній зоні, 1190-1250 °С у зварювальній зоні та 1180-1260 °С у томильній зоні, причому нагрівання здійснюють протягом часу, обумовленого з наступної залежності: ng ,  G де  - час нагрівання садки, год.; n - кількість заготовок у печі, шт.; g - маса однієї заготовки, кг; G - середня продуктивність стана, т/год., а умовне паливо подають із питомою витратою, обумовленою з наступної залежності: Qp  VT   н 29,3  p де B - питома витрата умовного палива, кг у.п./т; B 20 Qp - теплота згоряння палива, кДж/м3; н 3 25 VT - витрата палива, м /год.;  - час нагрівання садки, год.; p - маса садки металу, кг; 29,3 - теплота згоряння умовного палива, МДж/кг. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4