Технічні науки / Металургія

Усенко Ю.І., Іванов В.І., Скачков В.О., Каюков Ю.М., Моісейко Ю.В.

ВДОСКОНАЛЕННЯ ОРГАНІЗАЦІЇ НАГРІВАННЯ ПАКЕТІВ Сталевих ПруткІв У ГАЗОВИХ КОВПАКОВИХ ПЕЧАХ

Національна металургійна академія України,

Запорізька державна інженерна академія

 

Головною умовою одержання заданого рівня механічних характеристик сталевого прокату, що калібрують, є точне дотримання режиму його відпалювання у термічних печах.

На ВАТ «Дніпроспецсталь» сталеві прутки в пакетах відпалюють у захисній атмосфері ПСО-09 газових ковпакових печей з прямокутним муфелем. Печі опалюють сумішшю коксового та доменного газів, що спалюють в інжекційних пальниках низького тиску типу Н 28/11, розміщених в нижній частині подовжніх стінок стенду. Рух захисної атмосфери під муфелем печей здійснюють за допомогою циркуляційних вентиляторів відцентрового типу. Відведення продуктів горіння з-під ковпака печей виконують через канали, що розташовано в нижній частині торцевих стінок стендів.

Досвід теплової роботи печей даного типу показує, що нагрівання пакетів сталевих прутков, завантажених у три вертикальні стопи (з п'яти пакетів) з горизонтальними прокладками, характеризується ярко вираженою нерівномірністю. Окрім того, пальники вказаного типорозміру не забезпечують якісного спалювання суміші газів з повітрям за умов значних коливань її калорійності, що супроводжується виділенням сажі у факелі й утворенням полум'я, що коптить.

Для поліпшення циркуляції газу в завантаженні пакетів сталевих прутків змінили схему їх розміщення на стенді:  з середньої стопи вилучили два нижні пакети, а її загальну масу зберегли збільшенням висоти бічних стоп. Подальші експерименти дозволили встановити, що за рахунок інтенсивного обмивання різних ділянок нижньої частини завантаження пакетів потоками захисного газу має місце суттєве підвищення швидкості їх нагрівання порівняно з нагріванням у завантаженні пакетів з трьома вертикальними стопами.

Також встановлено, що найбільш прийнятними є інжекційні пальники типу Н 21/6, які забезпечують підвищення тиску суміші газів перед вихідним перерізом від 3 до 12 кПа.

Під час випробування пальників зазначеного типорозміру на ковпакових печах спостерігали стійкіше горіння, що забезпечує відсутність відривання та проскакування полум'я у всьому діапазоні змінювання витрати газу. Проте експериментами на холодній аеродинамічній моделі зафіксовано нерівномірне обмивання потоками газу різних ділянок пакетів сталевих прутків.

Для додаткового підведення теплоти до торцевих ділянок пакетів сталевих прутков у центрі торцевих стінок стенду печі було запропоновано додатково розмістити по два пальники [1] та направити їх на муфель за траєкторіями, що симетрично розходяться у бік периферії його торцевих стінок, а пальники, встановлені уздовж подовжніх стінок стенду, для усунення місцевого перегрівання розташувати під кутом до подовжньої осі печі.

Як показали випробування на вогняному стенді, за розміщенням пальників, встановлених уздовж подовжніх стінок стенду, під незмінним кутом нахилу до подовжньої осі печі, має місце різний рівень температури на окремих ділянках поверхні муфеля:  найвищий на кутах периферійної частини його подовжніх стінок і найнижчий - у центральній частині даних стінок.

У зв'язку з цим виконували розділення траєкторій руху струменів продуктів горіння, що витікають із сопел пальників, розташованих уздовж подовжніх стінок стенду, зовнішньою бічною поверхнею муфеля, шляхом установки пальників під різним кутом нахилу до подовжньої осі печі, який збільшується в напрямі від її поперечної осі до периферії бічних стінок нагрівального ковпака [2]. Значення кута нахилу ai пальників до подовжньої осі печі розраховували з використанням формули:

 ,                                                      (1)

де   - відстань від осі i-го та крайнього периферійного пальника до центральної осі печі відповідно, м;  a - кут нахилу осі крайнього периферійного пальника до подовжньої осі печі, а = 27-30 °.

Таке розділення траєкторій руху струменів продуктів горіння, що витікають із сопел пальників, розташованих уздовж подовжніх стінок стенду, дозволяє забезпечити на зовнішній бічній поверхні муфеля течію газів окремими потоками, що не змішуються.

Після переведення однієї з газових ковпакових печей ВАТ «Дніпроспецсталь» на роботу за розробленою схемою руху потоків продуктів горіння було проведено балансові теплотехнічні випробування, що дозволили зафіксувати значно кращі результати порівняно з базовою ковпаковою піччю.

Тепловий баланс ковпакової газової печі до (I) та після (II)

реалізації запропонованих заходів

Статті теплового

балансу

Варіант I

Варіант II

кВт

%

кВт

%

Прихід теплоти

 

Хімічна теплота спалювання палива

339,6

99,22

302,4

99,18

Фізична теплота палива

   2,7

0,78

   2,5

0,82

Разом

342,3

100,0

304,9

100,0

Витрата теплоти

 

- на нагрівання пакетів

114,2

33,37

114,2

37,46

- на нагрівання муфеля, вентиляторів і захисної атмосфери

 51,7

15,11

51,7

16,96

- втрати теплоти з димовими газами, що відходять

139,5

40,76

110,2

36,15

- втрати теплоти теплопро-відністю через футерівку печі

36,9

10,76

28,8

9,43

Разом

342,3

100,0

304,9

100,0

Так, величина термічного коефіцієнта корисної дії печі зростає від 33,6 до 40,2%, а втрати теплоти з димовими газами, що відходять, знижуються від 40,8 до 36,2%. При цьому суттєво підвищується рівномірність нагрівання завантаження пакетів (різниця температур між відповідними точками за висотою стопи складає 20-40 °С, значення максимального перепаду температури за перерізом стопи пакетів не перевищує 30 °С) і значно (на 5-6%) скорочується витрата суміші газів.

Література:

1. А.с. № 1546503 (СССР) Колпаковая печь / И.П.Тандура, В.И.Иванов, Ю.И.Усенко и др. - Опубл. 1990. - Бюл. № 8.

2. А.с. № 1695106 (СССР) Газовая колпаковая печь / Ю.И.Усенко, В.И.Иванов, В.А.Скачков и др. - Опубл. 1991. - Бюл. № 44.