Способ нагрева слитков в нагревательном колодце

 

Сущность изобретения: способ нагрева слитков в нагревательном колодце включает подъем температуры в колодце при постоянной тепловой мощности и выдержку при температуре томления с уменьшением подачи топлива. В период нагрева металла соотношение расходов газов в двухкомпонентной газовой смеси определяется по зависимости: a=(0.3-0,4)·(1-T_п/T_м) , гже T_п - температура слитков на посаде, С; T_м - требуемая температура нагрева слитков, С. 2 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к металлургической теплотехнике и может быть использовано в нагревательных колодцах при нагреве слитков перед обработкой давлением на металлургических заводах.

Известен способ нагрева металла в нагревательных колодцах [1] , включающий непрерывное измерение температуры рабочего пространства колодца, определение расчетной температуры нагрева металла посредством вычислительного устройства, регулирование температуры рабочего пространства путем изменения расхода топлива и соотношения топливо - воздух путем изменения расхода воздуха. При этом определяют перепад между температурой рабочего пространства и расчетной температурой нагрева металла, а также среднеинтегральную температуру сечения металла и принимают ее в качестве параметра для регулирования температуры рабочего пространства колодца и соотношения топливо - воздух.

Недостатком способа является низкое качество нагрева металла, оплавление части слитков и недогрев металла из-за недостаточно надежного определения среднеинтегральной температуры металла в период нагрева.

Известен способ нагрева металла, реализуемый при регулировании работы печи для нагрева стальных слитков. Способ включает подачу в нагревательный колодец топлива и воздуха, измерение температуры поверхности слитков и тепловых показателей печи. На основании теплового баланса рассчитывают температуры поверхности и центра слита, сравнивают расчетную температуру сердцевины слитка и измеренную температуру поверхности с требуемой температурой центра и поверхности. В зависимости от результатов сравнения регулируют подачу в печь топлива.

Измерение температуры поверхности металла в процессе нагрева затруднено. Показания пирометра существенно зависят от относительного расположения поверхности слитка и датчика, наличия окалины и ее структуры, состава газовой атмосферы печи. Наряду с погрешностями расчетов температуры сердцевины это обуславливает низкое качество нагрева металла и неэкономичность работы колодца.

Известен способ нагрева слитков в нагревательном колодце, включающий предварительный разогрев колодца, посад слитков и выдержку до достижения ими температуры разогрева колодца, затем ступенчатый нагрев слитков до температуры томления и томление при уменьшающемся расходе топлива. Ступенчатый нагрев до температуры томления осуществляют циклически, длительность каждой ступени нагрева в каждом цикле устанавливают в пределах 1/3-1/2 времени выдержки слитков. На первой ступени первого цикла подают топливо в количестве 0,85-1,0 от минимального расхода топлива при режиме томления. Далее каждый последующий за первым ступенчатый цикл начинают с расхода топлива, равного расходу топлива в предыдущем цикле на второй ступени, а в каждом цикле при переходе со ступени на ступень нагрева расход топлива увеличивают 1,6-2 раза.

Способ специфичен по области применения, его реализация дает существенное повышение выхода годного при нагреве слитков конструкционной стали. При нагреве других сталей повышение качества проката не достигается, а удлинение периода подъема температуры лишь ведет к снижению производительности колодцев и перерасходу топлива.

Известен способ нагрева слитков в нагревательном колодце, реализуемый при регулировании скорости нагрева садки. Способ включает подъем температуры в колодце при постоянном расходе и теплоте сгорания смешанного газа и выдержку при температуре томления с уменьшением теплоты сгорания топлива. При этом в период подъема температуры колодец отапливается смесью коксового и доменного газов с теплотой сгорания 2500 × 4,18 кДж/м³. При достижении температуры печи 1320^оС увеличивают в смеси содержание доменного газа, имеющего низкую теплоту сгорания (800 × 4,18 кДж/м³). В дальнейшем теплоту сгорания топлива в период выдержки изменяют в пределах (1500-2300) × 4,18 кДж/м³ при прежнем объеме газа.

Недостатком способа является низкое качество нагрева металла и повышенный расход топлива. Это обусловлено удлинением факела в период выдержки повышением неравномерности нагрева садки.

Известен способ нагрева слитков в нагревательном колодце, реализуемый в способе отопления нагревательных печей и включающий поддержание заданного давления в трубопроводе газовой смеси путем ввода смеси технического азота и природного газа в соотношении 7: 1 при падении давления доменного газа. При падении давления коксового газа смесь технического азота и природного газа вводят в соотношении 1: 1.

Недостатком способа является повышенный удельный расход топлива на нагрев слитков в связи с вводом в рабочее пространство печи с топливом балласта (азота), что ведет к росту теплопотерь с уходящим из печи дымом.

Аналогичным недостатком обладает и способ нагрева слитков в нагревательных печах, реализуемый в способе отопления и включающий изменение коэффициента соотношения расходов азота и природного газа обратно пропорционально теплотворной способности общей смеси газов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу является способ нагрева слитков в нагревательном колодце, реализуемый при отоплении нагревательных колодцев. Способ включает подъем температуры в колодце при постоянной тепловой мощности и выдержку при температуре томления с уменьшением подачи топлива. При этом в период подъема температуры при изменении расхода доменного газа обратно пропорционально изменяют расход природного газа в соотношении 8: 1, а при подаче доменного и коксового газа - в соотношении 4: 1.

Недостатком способа является низкое качество нагрева слитков и повышенный удельный расход топлива.

Это объясняется следующим. Обратно пропорциональное изменение приращения расходов доменного и природного газов в соотношении 8: 1 при изменении базового расхода доменного газа позволяет обеспечить баланс горючих компонентов топлива и окислителя при измененном расходе воздуха. Однако абсолютная величина соотношения расходов доменного и природного газов при таком регулировании в период подъема температуры изменяется произвольно и не учитывает конкретных условий нагрева. С технологической точки зрения наиболее важным фактором, определяющим выбор базового соотношения расходов доменного и природного газов, является внесенный садкой в рабочее пространство тепловой дефицит. В прототипе отсутствует зависимость между температурой металла на посаде и величиной базового соотношения расходов доменного и природного газов. Это приводит к ситуациям, когда подъем температуры слитков с высокой начальной температурой происходит при подаче больших количеств природного газа и уменьшенном расходе доменного газа. Образуется жесткий факел, воздействие которого на высокотемпературную поверхность садки приводит к перегреву и оплавлению слитков.

Поддержание неоправданно высокого базового соотношения расходов доменного и природного газов при нагреве слитков с низкой начальной температурой вызывает снижение тепловой мощности и уменьшение теплоотдачи на металл. Длительность подъема температуры увеличивается, что приводит к уменьшению производительности и перерасходу топлива.

Целью изобретения является повышение качества нагрева и снижение удельных расходов топлива.

Цель достигается тем, что в известном техническом решении, включающем подъем температуры в колодце при постоянной тепловой мощности и выдержку при температуре томления с уменьшением подачи топлива, соотношение расходов природного и доменного газов при подъеме температуры зависит от теплосодержания посаженных слитков и устанавливается из зависимости: Q = (0,3-0,4)1- где Т_п - температура слитков на посаде, ^оС; Т_м - требуемая температура нагрева слитков, ^оС.

Наличие указанных отличительных от прототипа признаков свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию "Новизна".

Поскольку заявляемая совокупность существенных признаков позволяет достичь поставленную цель, обусловленную отличительными признаками, предлагаемое изобретение соответствует критерию "Положительный эффект" по наличию разницы в результатах при использовании его и прототипа.

Для определения соответствия заявляемого технического решения критерию "Изобретательский уровень" был проведен поиск по научно-технической литературе и патентной документации. Поскольку известных технических решений со сходными признаками, выполняющими заявляемую функцию, не обнаружено, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Изобретательский уровень".

Повышение качества нагрева и снижение удельных расходов топлива обусловлено дифференцированным выбором базового соотношения расходов природного и доменного газов в зависимости от начального теплового состояния слитков.

Подъем температуры слитков горячего посада в щадящем режиме при пониженном расходе природного газа предупреждает оплавление перегрев металла, способствует выравниванию температурного поля в рабочем пространстве и обеспечению требуемой по технологии температуры всех слитков на выдаче.

Подача повышенного количества природного газа при посаде в колодец слитков с низкой начальной температурой обеспечивает форсированный подъем температуры в рабочем пространстве до контрольной, сокращение общей длительности нагрева, повышение производительности и снижение удельного расхода топлива.

Способ осуществляют следующим образом.

При посаде слитков прибывшей плавки в колодец в зависимости от времени, прошедшего от разливки до стрипперования и от стрипперования до посада, по графикам или таблицам определяют температуру металла на посаде Т_п. Измерение Т_п при необходимости может быть выполнено также с помощью пирометра. По технологической конструкции в зависимости от марки стали устанавливают требуемую температуру нагрева слитков Т_м и рассчитывают требуемое (базовое) соотношение расходов природного и доменного газов по зависимости: Q = (0,3-0,4)1- После посада и закрытия крышки колодца осуществляют подачу постоянного количества доменного и природного газов из расчета а м³природного газа на 1 м³ доменного. По достижении контрольной температуры постепенно снижают подачу топлива, осуществляя выдержку в течение заданного времени при температуре томления. По ее окончании производят выдачу нагретых слитков в прокат.

При соотношении а, больше 0,41- наблюдается оплавление и перегрев части садки при нагреве слитков горячего посада.

При соотношении а, меньше 0,31- из-за неоправданного снижения тепловой мощности и увеличения длительности подъема температуры резко снижается производительность колодца, что ведет к повышению удельных расходов топлива.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - график зависимости температуры слитков на посаде Т_n^оС к соотношению расходов природного и доменного газов.

Устройство включает датчики расхода 1 - доменного газа, 2 - природного газа, 3 - воздуха; вторичные приборы расхода 4 - доменного газа, 5 - природного газа, 6 - воздуха; задатчики соотношения расходов 7 - природный газ - доменный газ, 8 - топливо - воздух; блоки 9, 10, 11 умножения, сумматор 12, регуляторы 13, 14, исполнительные механизмы 15, 16, исполнительные органы 17 - расхода природного газа и 18 - расхода воздуха.

Блоки (1, 4, 10, 13, 15, 17) соединены последовательно. Задатчик 7 подключен к блоку 10, а датчик 2 через вторичный прибор 5 - к входу регулятора 13. Блоки (5, 9, 12, 11, 14, 16 и 18) связаны последовательно. Задатчик 8 подключен к входу блока 11, а датчик 3 через вторичный прибор 6 - к входу регулятора 14. Выход вторичного прибора 4 соединен с входом сумматора 12.

Устройство работает следующим образом.

При посаде слитков в колодец по температуре металла на посаде Т_п и требуемой температуре его нагрева Т_м определяют значение a = (0,3-0,4)1- и устанавливают его задатчиком 7. Задатчиком 8 устанавливают требуемый коэффициент расхода воздуха. В блоке 9 умножения устанавливают коэффициент, равный соотношению стехиометрических расходов воздуха на снижение 1 м³ доменного и природного газов.

После посада слитков и закрытия крышки колодца локальной системе стабилизации температуры в рабочем пространстве устанавливают заданную температуру томления. При этом регулятор температуры полностью открывает регулирующий дроссель подачи доменного газа.

Сигнал от датчика 1 расхода доменного газа через вторичный прибор 4 поступает в блок 10 умножения, где он перемножается с сигналом от задатчика 7. На входе регулятора 13 поступают сигналы от датчика 2 расхода природного газа через вторичный прибор 5 и от блока 10 умножения, где они сравниваются. Регулятор 13 отрабатывает управляющее воздействие через исполнительный механизм 15 на исполнительный орган 17 подачи природного газа и приводит в соответствие фактический расход природного газа с требуемым по установленному на задатчике 7 соотношению а.

Одновременно в сумматор 12 поступают сигналы от вторичного прибора 4 расхода доменного газа и вторичного прибора 5 после перемножения в блоке 9 на коэффициент пропорциональности, равный соотношению стехиометрических расходов воздуха на сжигание 1 м³ природного и доменного газов. Суммарный сигнал поступает в блок 11, где перемножается с сигналом от задатчика 8 соотношения топливо - воздух. В регулятор 14 поступает сигнал требуемого расхода воздуха с блока 11 и сигнал фактического расхода воздуха от датчика 3 через вторичный прибор 6. В зависимости от величины и знака разницы этих сигналов регулятор 14 через исполнительный механизм 16 управляет исполнительным органом подачи воздуха до устранения разностного сигнала на входе регулятора 14.

По достижении температуры томления локальная система регулирования снижает подачу доменного газа. При этом уменьшается сигнал от датчика 1, который через вторичный прибор 4 поступает на вход блока 10 умножения. Пропорционально снижению расхода доменного газа уменьшается сигнал заданного расхода природного газа с выхода блока 10. Регулятор 13 через исполнительный механизм 15 прикрывает регулирующий орган 17 подачи природного газа. Регулирование прекращается при достижении баланса сигналов от блока 10 и датчика 2, проходящего через вторичный прибор 5, на входе регулятора 13, т. е. при уменьшении расхода природного газа до величины, соответствующей уменьшенному расходу доменного газа.

Одновременно уменьшаются сигналы от вторичного прибора 4 и вторичного прибора 5 через блок 9 на входах сумматора 12, что ведет к уменьшению суммарного сигнала на входе блока 11 умножения. Сигнал на уменьшение подачи воздуха поступает из блока 11 в регулятор 14, который с помощью исполнительного механизма 16 и исполнительного органа 18 снижает подачу воздуха на сжигание.

П р и м е р. Опытно-промышленные испытания способа выполнялись на нагревательных колодцах NN 15 и 16 с верхней горелкой цеха "Блюминг-3" металлургического комбината "Криворожсталь". Отопление колодцев доменным и природным газом. Расход доменного газа при полностью открытом регулирующем дросселе 3600 м³/ч, теплота сгорания 3,6-3,9 кДж/м³. Минимальный расход природного газа 1044 м³/ч, теплота сгорания 33,7-33,9 кДж/м³.

Производили посад в колодец 10 слитков полуспокойной стали массой 12,5 т каждый. По графикам продвижения составов определяли температуру слитков на посаде Т_п = 470^оС и по технологической инструкции требуемую температуру нагрева металла Т_м = 1250^оС. Рассчитывали базовое соотношение расходов природного и доменного газов a = 0,31 - = 0,22 . После окончания посада и закрытия крышки колодца осуществляли подачу 3600 м³/ч доменного газа и 3600 x 0,22 = 792 м³/ч природного газа, стабилизируя эти расходы до окончания периода подъема температуры в течение 4,5 ч. По достижении температуры томления (1300^оС) стабилизировали температуру в колодце в течение 2 ч 15 мин при постоянном уменьшении подачи топлива.

Температура слитков на выдаче составила 1250-1260^оС, оплавления поверхности металла не наблюдалось, производительность колодца 14,8 т/ч, удельный расход топлива 83,3 кг. у. т. /т.

Параметры нагрева аналогичных садок при различных соотношениях расходов природного и доменного газов по предлагаемому способу и по известному способу приведены в таблице.

На фиг. 2 заштрихована область рабочих соотношений расходов природного и доменного газов, полученная по результатам нагрева плавок полуспокойной стали (масса слитка 12,5 т) и кипящей стали (масса слитка 10,5 т) с различной температурой слитков на посаде.

Сопоставительный анализ данных показывает, что использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет обеспечить кондиционный нагрев металла при различной температуре посада слитков, предотвратить оплавление и возврат слитков из-за недогрева металла, снизить удельный расход топлива на 4-5% .

Формула изобретения

СПОСОБ НАГРЕВА СЛИТКОВ В НАГРЕВАТЕЛЬНОМ КОЛОДЦЕ, включающий подъем температуры в колодце при постоянной тепловой мощности и выдержку при температуре томления с уменьшением подачи топлива, отличающийся тем, что в период нагрева металла соотношения расходов газов в двухкомпонентной газовой смеси определяют в соответствии с температурой посада слитков и изменяют по зависимости.

а = (0,3 - 0,4) (1 - T_п/T_м), где T_п - температура слитков на посаде, ^oС; T_м - требуемая температура нагрева слитков, ^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3