WEB-ресурс научно-практических конференций

Усенко Ю.І., Іванов В.І., Радченко Ю.М., Болюк С.В.

Національна металургійна академія України, Запорізька державна інженерна академія

ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧА ТЕХНОЛОГІЯ ВІДПАЛЮВАННЯ СТАЛЕВОГО ДРОТУ У БУНТАХ

Необхідною умовою одержання заданого комплексу фізико-механічних властивостей сталевого дроту є точність реалізації технологічного режиму її відпалювання із забезпеченням однакового рівня температури для різних ділянок металу, що обробляють.

За умов ВАТ «Запорізький сталепрокатний завод» дріт марки БСтОМ у вигляді стосу, що складається з трьох щільно намотаних бунтів, завантажують на стенди ковпакових електропечей типу СГЗ циліндрової форми та піддають відпалюванню за стандартним режимом: нагрівання за максимального теплового навантаження печі до температури 750 ?С та охолоджування під відключеним нагрівальним ковпаком до температури 150 ?С. Печі характеризуються рівномірним розміщенням встановленої потужності (180 кВт) за висотою нагрівального ковпака, що обігрівають зсередини зигзагоподібними нагрівачами опори стрічкового типу, які утворюють дві зони регулювання температури.

Практико ю експлуатації зазначених печей встановлена наявність несталого значного перепаду температури на зовнішній бічній поверхні бунтів за висотою стосу наприкінці періоду нагрівання, щовказує на нераціональне використання потужності нагрівального ковапака .

У зв’язку з цим завданням досліджень є виявлення оптимального розміщення джерел теплової енергії в робочому просторі печей даного типу, підвищення якості відпалювання бунтів дроту марки БСтОМ , тобто скорочення непродуктивних витрат теплоти в електропечах типу СГЗ, а також розробка раціональних температурно-часових параметрів процесу відпалювання зазначених бунтів дроту.

Дослідження на електротепловій моделі печі зазначеного типу дозволили встановити, що рівномірність підведення теплоти до зовнішньої бічної поверхні металу за висотою стосу бунтів сягається під час перерозподілу встановленої потужності нагрівального ковпака електропечі шляхом збільшення її (до 92 кВт) в його першій (нижній) зоні та зменшення (до 75 кВт) в другій (верхній) зоні, а раціональне розміщення потужності нагрівачів опору за висотою першої зони ковпака підпорядковується рівнянню:

, (1)

де P _i - потужність i- го нагрівача першої зони, кВт; d _i - відносна висота розміщення i- го нагрівача, d _i = h _i /H _I ; h _i - відстань від подовжньої осі i- го нагрівача до низу ковпака, м; H _I , P _I - висота, м, і потужність, кВт, першої зони ковпака відповідно.

Результати промислових випробувань електропечі типу СГЗ з модернізованим ковпаком показали, що запропонований розподіл потужності за його висотою максимально наближається до раціонального варіанту: зафіксовано суттєве вирівнювання температурного поля в її робочому просторі, а, як наслідок, і в стопі бунтів дроту, що відпалюють. Проте швидкість підйому температури внутрішніх витків дроту всіх бунтів обмежується наявністю суттєвого температурного перепаду за перерізом стопи, величина якого наприкінці періоду нагрівання залишається достатньо значним (70-80 ?С).

Під час обчислювального експерименту з використанням ПЕОМ здійснювали визначення раціональних температурно-часових параметрів відпалювання бунтів дроту марки БСтОМ . Задавали середньомасову температуру дроту на початку та наприкінці процесу відпалювання, а варіювали значення командних (максимальних) температур у зонах нагрівального ковпака, а також тривалість періодів нагрівання та витримки під відключеним ковпаком на окремих стадіях відпалювання стосу бунтів. При цьому оцінювали як значення перепаду температури за перерізом бунтів, так і величину питомих витрат теплової енергії на проведення даного процесу.

У результаті експериментів на моделі встановлено, що найбільш сприятливим є двохступінчатий температурно-часовий режим відпалювання дроту, що передбачає нагрівання металу за температури 850 ° С у першій зоні та за температури 820 ° С – у другій зоні, а також подальшу ізотермічну витримку протягом 2,3 години.

У контрольних серіях відпалювання бунти дроту однакових розмірів і рівної маси з металу однієї плавки поділили на дві частини: одну частину відпалювали за існуючим режимом, а іншу - за запропонованим режимом. Швидкість нагрівання дроту контролювали за допомогою гнучких датчиків термопарного кабелю типу КТМС-ХА, робочі спаї яких фіксували до зовнішнього, внутрішнього та серединного витків верхнього, середнього та нижнього бунтів з подальшою реєстрацією на потенціометрі серії КСП.

Під час відпалювання дроту марки БСтОМ за запропонованим режимом максимум перепаду температур між окремими точками зовнішньої і внутрішньої бічної поверхні бунтів за висотою стопи після витримки під відключеним ковпаком не перевищувало 55 ?С, а між подібними точками бунтів стопи знижувався до 15 ?С, що менше, ніж під час відпалювання за існуючою технологією.

Енергетичну ефективність застосування розроблених заходів оцінювали шляхом складання теплових балансів ковпакової електропечі до і після її модернізації. Зіставлення витратних статей теплових балансів свідчить, що під час відпалювання дроту марки БСтОМ за розробленим режимом витрата теплоти на 4,5…6,5% менша, ніж під час відпалювання за існуючою технологією, що забезпечує збільшення коефіцієнта корисної дії печі на 3,2…4,2%. Одночасно спостерігається зниження втрат теплової енергії на нагрівання стенду (від 9,5 до 8,7%), а також через футерівку печі та під час теплових коротких замикань (від 31,1 до 28,2%).

Техніко-економічні показники теплової роботи ковпакової електропечі до і після реалізації заходів щодо раціонального використання теплової енергії нагрівачів подано у таблиці.

Техніко-економічні показники ковпакової електропечі типу СГЗ до (режим I) і після (II) реалізації запропонованих заходів

Надані результати свідчать про наявні переваги реалізації розроблених заходів з погляду енергоспоживання: зафіксовано зниження на 12,7% питомої витрати електроенергії на нагрівання металу, а також скорочення на 21,4% тривалості процесу відпалювання.

Аналіз якісних показників дроту після відпалювання в ковпаковій електропечі за запропонованим режимом зафіксував не тільки необхідний рівень його пластичних і механічних показників властивостей, але й наявність більшої однорідності зерна за перерізом досліджуваних шліфів.