WEB-ресурс научно-практических конференций

К.т.н. Усенко Ю.И., к.т.н. Радченко Ю.Н., Иванов В.И., Мосейко Ю.В. Национальная металлургическая академия Украины ;

Запорожская государственная инженерная академия, Украина

ЭНЕРГОСБЕРЕЖение при ОТЖИГЕ БУНТОВ

ПРОВОЛОКИ В КОЛПАКОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ТИПА СГЗ

При отжиге проволоки марки БСтОМ в двухзонных колпаковых электропечах типа СГЗ подъем температуры внутренних витков для всех бунтов ограничивается температурным перепадом по сечению стопы, величина которого в конце периода нагрева остается значительной (70…80 ° С).

С целью разработки рационального режима отжига данной марки проволоки проводили анализ формирования полей температуры в нагреваемых бунтах.

Вначале выполняли математическое моделирование исследуемого процесса путем решения осесимметричной одномерной задачи нестационарной теплопроводности для полого цилиндра при соответствующих краевых условиях. Вследствие нелинейности задачи ее решение на ПЭВМ осуществляли конечно-разностным методом в итерационном цикле с автоматическим выбором шага по времени. В алгоритме расчета предусматривали наблюдение за кривой изменения температуры в каждом узле сеточной области и выполнение контроля завершения нагрева металла путем сопоставления полученного значения перепада температуры по сечению бунтов в конце данного периода с его допустимой по условиям технологии величиной.

Далее выполняли идентификацию предложенной модели по результатам промышленных экспериментов. Сопоставление результатов расчета распределения температуры в различных бунтах стопы с ранее полученными результатами ее физического измерения в производственных условиях подтверждает соответствие теоретических кривых, определяющих ход процесса нагрева металла в печи данного типа, экспериментальным данным: величина расхождения для различных этапов нагрева не превышает 8…10 ° С или 1,2…1,8% измеряемой величины.

В процессе последующих расчетных исследований выполняли поиск рациональных температурно-временных параметров процесса отжига бунтов проволоки марки БСтОМ, при реализации которых обеспечивается, наряду с высоким качеством ее термической обработки, достаточно высокая скорость нагрева.

При вычислениях задавали величину среднемассовой температуры проволоки в начале и конце процесса отжига, а варьировали значения командных (максимальных) температур в зонах нагревательного колпака, а также длительность периодов нагрева и выдержки под отключенным колпаком стопы бунтов отжигаемой проволоки различных геометрических размеров. Результаты расчетов также позволили оценить длительность пребывания бунтов исследуемой проволоки в интервале отжигаемости и установить его временные границы.

Проведенными экспериментами на модели определено время нагрева, необходимое для скоростного подъема температуры металла при сохранении уровня качественных показателей проволоки. При этом установлено, что наиболее предпочтительным является температурно-временной режим обработки проволоки, предусматривающий нагрев металла в течение 8,9 ч при температуре 850 и 820 ° С соответственно в первой и второй зонах колпака печи, а также последующую выдержку под отключенным колпаком в течение 2,3 ч.

Для оценки влияния предлагаемого режима на равномерность нагрева исследуемой стальной проволоки на одной из электропечей типа СГЗ проводили сопоставительные эксперименты. Скорость нагрева проволоки в осевом и радиальном направлениях стопы контролировали при помощи гибких датчиков экранированного термопарного кабеля типа КТМС-ХА.

Как показали результаты исследований максимум температурного перепада между отдельными точками наружной и внутренней боковой поверхности верхнего и нижнего бунтов по высоте стопы в конце периода нагрева понижается до 60 ° С. Минимального значения данный перепад достигал после завершения периода выдержки проволоки и был меньше, чем при отжиге по существующему режиму. Максимальная неравномерность между сходными точками в конце периода нагрева составляла 35 ° С, а после выдержки под отключенным колпаком – 25 ° С. Длительность периода выдержки под отключенным нагревательным колпаком не оказывает влияния на производительность электропечи, так как в этот период на ее другом стенде размещали очередную стопу бунтов проволоки и другой нагревательный колпак. Нагрев всех бунтов характеризуется достаточным уровнем скорости подъема температуры, и они в течение 6,5…7,0ч находятся в интервале отжигаемости. Общая продолжительность периода нагрева проволоки при отжиге по данному режиму была на 3,5ч меньше, чем при отжиге по существующему режиму.

Сопоставление расходных статей тепловых балансов свидетельствует о том, что при отжиге проволоки марки БСтОМ по разработанному режиму расход теплоты на 4,5…6,5% меньше, чем при отжиге по существующей технологии, что обеспечивает увеличение коэффициента полезного действия печи на 3,2…4,3%. Одновременно наблюдается снижение потерь тепловой энергии на нагрев стенда (от 9,5 до 8,7%), а также через футеровку печи и при тепловых коротких замыканиях (от 31,1 до 28,2%).

Результаты проведенных испытаний показали простоту реализации предложенного режима отжига проволоки, что позволяет рекомендовать его для применения на действующих колпаковых электропечах типа СГЗ.

После внедрения указанного режима отжига на колпаковых электропечах указанного типа зафиксировано заданное качество термической обработки всего сортамента проволоки марки БСтОМ при одновременном повышении производительности данных тепловых агрегатов и снижении удельного расхода электроэнергии.