ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА В КОЛОДЦАХ, МЕТОДИЧЕСКИХ И ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧАХ. ГОРЯЧИЙ П
Прокатное производство по затратам энергии на получение готовой продукции з занимает второе место (после доменного производства). При этом 95% затрат приходится на долю газа и электроэнергии. На нагрев заготовок под прокатку в печах приходится 60%, а непосредственно на прокатку — 40% энергозатрат. В качестве топлива для нагревательных печей используется природный газ — 40%, коксовый газ — 30%, доменный газ — 25%, и 5% мазут.
§1. МЕТОДЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ СЛИТКОВ В КОЛОДЦАХ
Нагревательные колодцы в прокатном производстве используются для нагрева слитков под прокатку на блюмингах и толстолистовых станах (ТЛС).
В связи с переходом на использование непрывнолитой заготовки слитковый передел постепенно убирают с заводов и количество нагревательных колодцев пребывающих в эксплуатации сокращается. Однако нагревательные колодцы все равно будут использоваться при производстве проката из специальных марок сталей и плит на толстолистовых станах.
Существуют колодцы рекуперативные, регенеративные и электрические.
Колодцы регенаративного типа являются устаревшей конструкцией. В них осуществляется нагрев дымовыми газами регенеративной насадки, после чего происходит перенаправление потоков и через насадку проходит уже газ и воздух для горения, затем, когда насадка остынет, снова происходит перекидка клапанов и насадка опять нагревается дымовыми газами, а газ и воздух нагреваются уже через другую предварительно нагретую насадку.
Колодцы рекуперативного типа более современны. В них тепло от дымовых газов передается газу и воздуху для горения в трубчатых рекуператорах.
Расход газа в колодцах рекуперативного типа составляет 22…36 кг у.т./т, а в колодцах регенеративного типа — 28…42 кг у.т./т.
Основные методы энергосбережения при нагреве слитков в нагревательных колодцах:
— посад слитков в колодцы с максимально возможной температурой;
— максимально возможное использование горячего и теплого посада слитков в колодец;
— нагрев слитков с повышенным теплосодержанием (с жидкой сердцевиной). По этой технологии слиток вынимается из изложницы, когда сердцевина находится еще в жидком состоянии и помещается в колодец при для завершения процесса кристаллизации и последующего подогрева. Такая технология позволяет на 50…70% уменьшить расход топлива и потери стали с угаром. Особенностью теплового состояния слитка перед его прокаткой является более высокая температура оси по сравнению с температурой поверхности, что благоприятно сказывается на условиях прокатки;
— импульсный нагрев слитков. Для импульсного нагрева слитков используют стандартные горелочные устройства, но с измененными расходными характеристиками. Газ подают в колодец периодически, продолжительность одного импульсного включения 9…13 мин., количество циклов подачи топлива в случае горячего посада 8…14, при холодном 18…20. При этом расход газа снижается на 13…16% а продолжительность нагрева на 15% [4].
§2. Горячий посад металла и прямая прокатка
Горячий посад (ГП) непрерывнолитых и горячекатаных слябов и заготовок в методические печи стана и прямая прокатка (ПП) являются эффективными мероприятиями, которые обеспечивают снижение расхода топлива на нагрев металла под прокатку.
В общем случае горячим посадом считается посад металла с температурой более 600 °С, теплый 300...600 °С, холодный меньше 300 °С.
Прокатка металла транзитом от обжимных заготовочных станов, или непосредственно от МНЛЗ с небольшим подогревом (или без него) в проходных печах называется прямой прокаткой. Данное технологическое мероприятие уменьшает расход топлива на 15...60% относительно расхода при холодном посаде (ХП).
На рис.1. приведен расход энергии в МДж/т при различных технологических схемах производства от жидкой стали до широкополосного проката. Цифрами обозначен удельный расход энергии в МДж/т на предыдущей операции. Справа даны данные о суммарном расходе энергии и экономии энергии по сравнению с холодным посадом.
Рис. 1. Сравнительный расход энергии при различных схемах прокатки
Таким образом затраты энергии при холодном посаде фактически в 2 раза больше чем при использовании схемы прямой прокатки. А использование МНЛЗ вместо слиткового передела позволяет сократить расход энергоресурсов на 20…40% при аналогичных схемах прокатки.
§3. Экономия энергоресурсов при нагреве металла в методических печах
Нагрев слябов и заготовок под прокатку в основном производят в методических печах (рис. 2). В трехзонной печи различают зоны подогрева, сварочную и томильную. В современных методических печах может быть от 5 до 7 зон нагрева.
Существуют методические печи с глиссажными трубами, с шагающими балками и шагающим подом. Для подогрева металла в случае использование прямой прокатки и на ЛПА применяют роликовые проходные печи.
В среднем в современной методической печи распределение теплоты от сгорания топлива происходит следующим образом: на нагрев заготовок расходуется 58 % тепла, на охлаждающую воду/пар – 12%, через стенки печи теряется 11 %, и 19 % выносится с отходящими газами.
Рис. 2. Схема трехзонной методической печи:1 – нагреваемый металл; 2 – окно выдачи заготовок; 3 – горелки; 4 – дымоход; 5 –толкатель; 6 – томильная зона; 7- сварочная зона; 8 – зона подогрева
Для снижения расхода газа в методических печах используются следующие методы:
- повышение доли горячего посада заготовок;
- установка камер предварительного подогрева заготовок отходящими газами, которая позволяет сократить расход газа до 15%;
- увеличение длины неотапливаемой зоны печи и соответственно более эффективное использование теплоты отходящих газов;
- совершенствование горелок для обеспечения более полного сжигания топлива;
- повышение температуры подогрева воздуха продуктами горения до 700° С, которое позволяет при увеличении температуры нагрева воздуха на 100°С экономить 4...5 кг у.т./т;
- использование ВЭР;
- использование доменного газа и регулирование процентного состава смеси в зависимости от загрузки печи;
- установка газокислородных, в том числе беспламенных горелок, которые уменьшают расход топлива на 25…40 % (за счет того, что исключается нагрев азота в воздухе, который используется в обычных горелках), увеличивают производительность печи и ее нагревательную способность, а также снижают окалинообразование и выброс вредных веществ;
- применение систем автоматизации;
- применение легковесных термоизоляционных материалов (волокнистых огнеупоров) для изоляции подовых труб и балок;
- применение систем испарительного охлаждения, которые позволяют утилизировать тепло из системы охлаждения печи;
- применение технологии низкотемпературного нагрева под прокатку.
§4. Индукционный нагрев металла
Индукционный нагрев металла (рис. 3) заключается в помещении (при небольших размерах заготовки) или прохождении (при длинномерном прокате) последнего через индуктор который генерирует сильное магнитное поле, в котором происходит очень быстрый нагрев металла.
Сами индукторы имеют высокий КПД а также обеспечивают быстрый и равномерный нагрев, однако имеют ограничения по технологическим параметрам, мощности и высокую стоимость.
Индукционный нагрев заготовок используется часто при ковке и штамповке изделий.
Применение индукционного нагрева металла под прокатку приводит к снижению затрат на нагрев металла в 1,4 раза. Также использование индукционного нагрева за счет быстроты процесса позволяет существенно уменьшить окалинообразование и соответственно повысить коэффициент выхода годного и качество поверхности проката.
Рис. 3. Индукционный нагрев металла (а) и длинномерных заготовок (б)
Однако использование только индукционный нагрев для слябов и заготовок, является дорогим и сложным процессом, поэтому обычно индукционные нагреватели используют только для подогрева проката.
В этом случае прокат может нагреваться в методических печах до более низких температур (ниже на 100…300 °С обычной температуры нагрева под прокатку), затем прокатываться в обжимной/черновой группе стана и далее подогреваться в индукционном подогревателе до более высоких температур. Возможен индукционный подогрев и непосредственно после методической печи перед задачей в прокатный стан. Индукционные подогреватели также часто устанавливают в литейно-прокатных агрегатах, где он играет роль не только подогревателя а и обеспечивает выравнивание температуры по сечению сляба.
Наиболее часто индукционный подогрев применяется при производстве полосового проката, однако имеется положительный опыт и для сортопрокатного производства.
§5. Снижение расхода энергии в печах для термообработки
Применение термической обработки проката во многих случаях является обязательной операций, поскольку она обеспечивает требуемый уровень механических свойств.
Термическая обработка проката производится как непосредственно в технологической линии стана (ускоренное охлаждение) так и в отдельных агрегатах (отжиг, закалка). Термообработка может быть как с прокатного так и с отдельного нагрева.
Основные методы снижения расхода энергии в термических печах следующие:
- использование тепла прокатного передела. Закалка с прокатного нагрева позволяет не только экономить топливо, но и получать прокат из рядовых марок сталей с механическими характеристиками, которые свойственны легированным;
- горячий посад толстых листов печи для нормализации;
- сокращение длительности и температуры нагрева, применение более простых режимов;
- совершенствование конструкции термических печей с целью повышения КПД;
- рекуператоры для использования теплоты отходящих газов колпаковых печей, могут снизить расход топлива на 16...20%.
