ФГОУ  СПО «Череповецкий  металлургический колледж»

                                                          Специальность 150106

                                                                                       «Обработка металлов давлением» 
 
 
 
 
 

Проект  тепловой работы методической печи ЛПЦ-1

                                «ОАО Северсталь»  

                                     Пояснительная записка   

                                               КП 150106.20.27 ПЗ 
 
 
 
 
 
 
 
 

Проект проверил: Кокорина О.Л. 

Подпись:  

Проект выполнил: Ланевич С.О. 

Подпись:  
 
 
 
 
 
 

                                                   2010 
 
 
 
 

Содержание  пояснительной записки курсового проекта 
 

Введение.

1. Общая часть.

1. Характеристика  печи.
2. Устройства для сжигания топлива.
3. Утилизация тепла дымовых газов.
2. Специальная часть.

2.1 Расчет горения  горения топлива.

2.2 Расчет времени  нагрева металла.

2.3 Тепловой баланс  печи.

2.4 Технико-экономические  показатели теплово й работы печи.

      Заключение

      Литература 

Графические работы:

1. Методическая печь со сводовым отоплением (формат А1)

Введение 

     Нагревательными печами называют печи, в которых осуществляется нагрев металла перед обработкой давлением (прокаткой, ковкой). Часто прокатку металла ведут последовательно на нескольких станах, чем и объясняется состав парка печей.

      В последнее время производительность вновь строящихся прокатных станов непрерывно увеличивается. Поэтому основными чертами общей тенденции развития печей являются интенсификация нагрева металла (с соблюдением требований, предъявляемых к качеству нагрева) и стремление к максимально возможной механизации и автоматизации работы печей. Повышение интенсификации нагрева позволяет увеличивать производительность печного агрегата и при современной, весьма высокой производительности прокатных станов устанавливать к каждому стану рациональное число печей.

      Наиболее  распространённым является нагрев прямоугольных заготовок, для чего применят печи периодического (садочного) и постоянного (приходные) действия. В печах периодического действия металл загружается в полностью или частично остуженную печь, и затем постепенно нагревается вместе с печью. Такой метод нагрева, когда температура печи меняется во времени, применяют при нагреве крупных слитков, которые надо греть медленно во избежание возникновения чрезмерного температурного перепада. В черной металлургии на периодическом режиме  работают нагревательные колодцы- печи, в которых слиток, стоящий вертикально, нагревается с четырех сторон. Поскольку размеры слитков значительные (толщина обычно около 600 мм, масса около

7 т), подобный  нагрев с четырех сторон обеспечивает  необходимую равномерность и производительность.

      В печах постоянного действия температура  во времени остается неизменной. Вместе с тем температура по длине  рабочего пространства таких печей  может изменяться в соответствии с необходимостью создания целесообразного режима нагрева. Проходные печи постоянного действия - это наиболее распространенные нагревательные печи в черной металлургии. Они очень многообразны как по способу транспортировки заготовки через печь, так и по методам отопления. Это толкательные печи, печи с шагающим и роликовым подом; с торцевым, сводовым, боковым отоплением. В таких печах может осуществляться как постепенный (методический) режим нагрева, так и весьма форсированный камерный режим.

      Наряду  с тепловым и температурным режимом  для работы печей большое значение имеет режим давления в печи. Идеальным был бы такой режим давления в печи, при котором холодный воздух не попадал бы в печь, а дымовые газы не выбивались бы из печи. Для обеспечения оптимального режима давления в нагревательных колодцах стремятся под крышкой поддерживать небольшое избыточное давление, исключающее подсос воздуха в печь и большое выбивание дымовых газов. Однако полностью выдержать такое давление по всей длине печи не удаётся.

     Сегодня ЧерМК «Северсталь» принимает участие в заседании Научно-технического совета при Правительстве Санкт-Петербурга, на котором рассматриваются перспективы развития нанотехнологий.

     К современным металлическим материалам и сталям предъявляются всё более повышенные требования, такие как прочность и ударная вязкость при низких температурах, например, для работы в условиях Крайнего Севера. Необходимы новые потребительские свойства, например, по коррозионной стойкости, эксплуатационной надежности и др. Для выхода на новые потребительские свойства сталей есть предпосылки. Прежде всего – наличие в получаемых сталях фрагментов структур,  
 
 

приближающихся к размерам объемных наночастиц. В перспективе необходимо разработать технологии производства стали с матричной структурой в субмикро- и нанодиапазоне".            Как отметил технический директор, в адрес ЧерМК «Северсталь» в настоящее время поступило более 30 предложений по разработке и освоению нанотехнологий в металлургии и материаловедении от крупнейших научных и образовательных центров РФ. В ближайшее время планируется провести оценку всех предложений по следующим критериям: экономическая перспектива, технологическая возможность их осуществления в условиях меткомбината и степени приоритетности для ЧерМК «Северсталь».  «У компании есть план действий в области нанотехнологий. Прежде всего,  планируется проанализировать российский и зарубежный опыт, текущее положение по основным направлениям работ по нанотехнологиям в металлургии и материаловедении мировых нанотехнологических стран-лидеров. И на основании этого сформировать концепцию по нанотехнологиям с определением зон развития для ЧерМК "Северсталь». Для ее реализации будут проработан ряд принципиально важных вопросов, в частности по требуемому исследовательскому оборудованию, пакету программ для компьютерного моделирования; созданию базы для физического моделирования с целью дальнейшего формирования модели создания наноструктур. Кроме того, предстоит определить партнеров для комплексной работы в области создания наноструктур на ключевых продуктах и подготовить программы совместных действий», – заявил Андрей Луценко (технический директор-главный инженер ЧерМК «Северсталь»). 
 

1 Общая часть 

   1.1 Характеристика протяжной  печи, устройство 

      Назначение  печи - нагрев слябов перед прокаткой. Тип печи - методическая, рекуперативная, шестизонная, со сводовым отоплением верхних зон и боковым нижних зон, двухрядная с торцевым посадом и выдачей металла. 

Основные  размеры печи: 

Кладка  печи по элементам:

Свод печи выполнен из фосонного шамотного кирпича с индивидуальной подвеской, толщина без изоляции – 230 мм.

Стены печи выполнены  из хромомагнезитового кирпича (нижнее зоны) и шамотного класса.

Теплоизоляции – шамотный легковесный кирпичь  ШЛ-1,0

- толщина –  116 мм и муллитокремнеземистый  войлок МКРВ-200;

- толщина –  120 мм.

Толщина боковых  стен с изоляцией:

- верхних зон  – 580 мм;

- нижних зон  – 700 мм.

Подина нижних зон выполнена из хромомагнезитового кирпича, шамотного класса и теплоизоляционного кирпича.

Общая толщина  подины – 518 мм.

Борова печи выполнены круглыми из сварных труб, футерованы шамотным легковесным кирпичом ШЛ-1,0 и изолированы базальтовым  картоном.

1.2 Устройства для  сжигания топлива

      Топливо: природный газ или смесь природного и коксового газов с теплотой сгорания не менее 7500 ккал/м² (31500 кДж/м³).

      Теплота сгорания смеси газов устанавливается  постоянной на смену (сутки) и колебания её должны быть не более «+» или «-»  50 ккал/м³ . Давление газа  перед печью не менее 600 мм вод. ст. (5,9 кПа).

     Тип горелок:

1. Плоскопламенного  типа:

  ГР-750 (1 зона-16 шт. , У зона 8 шт.); и типа ГР-500 (3 зона-4 шт. , 5-зона-8 шт.).

2. Двухпроводные типа «труба в трубе»

  Типа  ДВБ 225/80 (2 и 4 нижние зоны по 4 шт. в каждой) и типа ДВБ 200/65 (4-нижняя  зона-4 шт.).

3. Двухпроводная  горелка типа ГМП-7 (5 зона-2 шт.).

Характеристика  горелок методических печей ЛПЦ-1

  1. Конструкции плоскопламенных горелок в настоящее время весьма многообразны. В горелке, разработанной в институте газа АН УССР, вращательное движение воздуха обеспечивается улиткообразной формой корпуса, по которому попадает воздух (наподобие того, как это делается в турбулентной горелке конструкции Стальпроекта), и специальным направляющим винтом. Иногда такую горелку применяют и без винта.

      Принцип плоскопламенного горения применяют  в отдельных случаях и при  сжигания распыленного жидкого топлива. 

   2. Горелки типа «труба в трубе». Эти горелки (их часто называют двухпроводными) могут работать на различных печах и на различном топливе при небольшом давлении и допускают широкие пределы регулирования. Скорость входа смеси в устья горелки принимают в пределах ω=10÷70 м/с при давлении газа и воздуха от 98 до 4900 Па. Необходимое давление газа и воздуха следует принимать на 35-40 % больше динамического напора газа и воздуха.

     Габариты горелок невелики. Горелки применяют при подогретых газе и воздух; работа горелок не зависит от давления в печи. Смешение топлива с воздухом в двухпроводных горелках плохое, что вызывает образование длинного факела. Поэтому их целесообразно применять в тех случаях, когда тепловыделение от пламени должно быть растянуто по длине рабочего пространства. Подобные горелки пока представляют собой оптимальный вариант для методических печей, отапливаемых природным газом. Применение горелок данного типа стимулируется также относительной простотой их конструкции и малой стоимости.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.3 Утилизация тепла  дымовых газов. 

    Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печи, имеют высокую температуру и поэтому уносят с собой значительное количество тепла. Из рабочего пространства печей дымовые газы уносят с собой тем больше тепла, чем выше температура дымовых газов и чем ниже коэффициент использования тепла в печи. Поэтому целесообразно обеспечивать утилизацию тепла отходящих дымовых газов, которая может быть выполнена принципиально двумя методами: с возвратом части тепла, отобранного у дымовых газов, обратно в печь и без возврата этого тепла в печь. Для осуществления первого метода необходимо тепло, отобранное у дыма, передать идущим в печь газу и воздуху (или только воздуху). Для достижения этой цели широко используется теплообменники рекуперативного и регенеративного типа, применение которых позволяет повысить КПД печного агрегата, увеличить температуру горения и сэкономить топливо.

    Следует прежде всего отметить, что единица тепла, отобранная у дыма и сносимая в печь воздухом или газом (единица физического тепла), оказывается значительно ценнее единицы тепла, полученной в печи в результате сгорания топлива (единицы химического тепла), так как тепло подогретого воздуха (газа) не влечет за собой потерь тепла с дымовыми газами. Ценность единицы физического тепла тем больше, чем ниже коэффициент использования топлива и чем выше температура отходящих дымовых газов.

    Снижение  расхода топлива в результате использования тепла отходящих  дымовых газов обычно дает значительный экономический эффект и является одним из путей снижения стоимости  нагрева металла в промышленных печах.

    Кроме экономии топлива, применение подогрева воздуха (газа) сопровождается увеличением калориметрической температуре горения, что может являться основной целью рекуперации при отоплении печей топливом с низкой температурой сгорания.

    Поскольку утилизация тепла позволяет значительно  экономить топливо, целесообразно стремиться  к максимально возможной, экономически оправданной степени утилизации.  

    Такими  устройствами в ЛПЦ 1 являются рекуператоры и котлы-утилизаторы.  

    Рекуператор.

      Предназначен для нагрева воздуха,  подаваемого в горелки для  сжигания топлива.

    Тип рекуператора - петлевой, трубчатый, металлический, шестисекционный.

    Количество  труб в секции- 63 шт.

    Диаметр труб (наружный)- 76,89 мм.

    Толщина стенки- 4,5 мм.

    Проходное сечение рекуператора по воздуху - 1,36 м²

    Проходное сечение рекуператора по дыму - 7,1 м²

    Общая поверхность нагрева - 900 м²

    Температура дымовых газов перед рекуператором  не более 900⁰ C.

    Температура подогрева воздуха - до 400⁰ C.

    Размеры борова в месте установки: высота- 3693 мм, ширина- 4408 мм.

    Движение  потоков воздух-дым:

    1-й  ряд секций - перекрестно-прямоточное

    2-й  ряд  секций - перекрестно-противоточное.

    Материал  труб - сталь 12XI8HIOT.

    Для подачи воздуха на 5 печах установлено 3 вентилятора марки ВВН-I8: два рабочих и один резервный. 
 
 
 
 
 

    Производительность  вентилятора - 160000 м³/ч.

    Число оборотов электродвигателя - 1500 об/мин.

    Напор, создаваемый вентилятором при температуре  воздуха 20⁰ C и производительности 160000 м³/ч:

    полный, кгс/ м² (Па)- 663 (6630),

    потребляемая  мощность- 420 кВт. 
 

    Котел-утилизатор.

      Предназначен для использования тепла дымовых газов после рекуператора для выработки пара. За каждой печью установлен один котёл-утилизатор.

    Тип котла-утилизатора: печь №5/печь 4 КУ-100/КУ-80-У-1

    Производительность: до 35 т/20 т.

    Давление  вырабатываемого пара , кгс/см² (МПа)-18-45/до 45 (1, 8-4, 5/4, 5).

    Температура перегрева пара – 300-400⁰ C

    За  котлом утилизатором установлен дымосос  типа:

    за  КУ-100 – ДН-26 ;

    за  КУ-80-У-1 – Д-20х2.

    Производительность, м³/ч – 214000/240000

    Напор, мм вод. ст. (Па) – 447/600 (4470/6000)

    Допустимая  температура дымовых газов,  ⁰ C

    Дымовые газы выбрасываются в атмосферу  через дымовую трубу. Высотой печь №5 - 80 м; №1-4 - 100м. Диаметр устья соответственно 3,6 / 4 м, количество труб – печь №5 – 1 шт.; на печи №1-4 – 2 шт.