АННОТАЦИЯ
Дипломная работа посвящена проблеме исследования влияния систем охлаждения садки на эффективность работы колпаковой печи на Магнитогорском металлургическом комбинате в листопрокатном цехе (ЛПЦ-5) с целью повышения производительности, улучшения экологических и экономических характеристик.
Сокращение удельных энергозатрат обеспечивается за счет введения в эксплуатацию охлаждающих колпаков струйного и импульсного охлаждения.
В современных условиях, в связи со сложной экономической ситуацией в нашей стране, колпаковые печи не всегда выигрышно выглядят на фоне, например термических печей непрерывного действия, так как очень велик временной цикл процесса отжига в данных агрегатах. Для более быстрого протекания процесса охлаждения садки разработаны и исследованы новые устройства. Их внедрение позволит:
1. Уменьшить расход охлаждающей воды для охлаждения электродвигателя.
2. Сократить расход защитной атмосферы и электроэнергии в период охлаждения садки.
3. Повысить производительность печи за счет сокращения длительности периода охлаждения на 15-30 %.
В дипломной работе выполнен расчет технико-экономического эффекта от внедрения разработанных мероприятий.
Предложены меры, обеспечивающие безопасность жизнедеятельности оператора, выполняющего математическое моделирование с помощью персонального компьютера.
Дипломная работ изложена на 82 стр., содержит 13 рис., 31 табл., 24 ссылки.
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
введение............................................................................................................. 6
1. АналитиЧеский обзор литературы.................................................... 8
1.1. Общая характеристика колпаковых печей для светлого отжига
полосы ОАО «ММК».................................................................................. 8
1.2.Методы охлаждения металла в колпаковых печах.............................. 16
2. ЭкспериментальнаЯ Часть................................................................... 34
2.1. Методика исследований...................................................................... 34
2.1.1. Описание исследуемого объекта..................................................... 34
2.1.2. Адаптация математической модели тепловой работы колпаковой
печи............................................................................................................. 39
3. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ................................................. 45
3.1.Анализ потенциально опасных и вредных факторов, сопутствующих
работе с компьютером............................................................................... 45
3.2. Санитарно-гигиеническая и противопожарная характеристики
помещения машинного зала..................................................................... 46
3.3. Разработка мер защиты от выявленных опасных и вредных
факторов..................................................................................................... 50
3.3.1. Расчет искусственного освещения................................................... 50
3.3.2. Защита от излучения мониторов..................................................... 51
3.3.3. Защита от опасного уровня напряжения в электрической
цепи............................................................................................................ 51
3.4. Утилизация компьютеров.................................................................... 54
4. ТеоретиЧескаЯ Часть ............................................................................... 55
4.1. Изучение влияния вида атмосферы и типа колец на длительность
периода охлаждения.................................................................................. 55
4.2. Анализ результатов исследования устройства струйного
охлаждения садки..................................................................................... 62
5. Экономика и организациЯ производства................................... 66
5.1. Расчет затрат на выполнение НИР.................................................... 66
5.2. Расчет экономической эффективности внедрения результатов НИР
в производство........................................................................................ 67
5.2.1. Себестоимость продукции............................................................. 69
5.2.2. Штаты............................................................................................. 72
5.2.3. Расчет заработной платы............................................................... 72
ВЫВОДЫ.......................................................................................................... 80
Список использованныХ ИСТОЧНИКОВ......................................... 81
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая дипломная работа предполагает решение следующей проблемы: улучшение охлаждения садки колпаковой печи и включает рассмотрение основных факторов, влияющих на скорость охлаждения и качество получаемого, в конечном счете, готового материала. В связи с этим, имеет смысл изучить влияние изменения, усовершенствования или возможного комбинирования наиболее важных факторов в период охлаждения садки в цикле термообработки металла в колпаковой печи.
Дипломная работа выполнялась на математической модели отжига в колпаковой печи, разработанной на кафедре «Теплофизики и Экологии металлургического производства» Московского Государственного института стали и сплавов (Технологического Университета) профессором кафедры Мастрюковым Б.С. и доцентом Гусевым Е.В., по данным экспериментов в ЛПЦ-5 (листопрокатный цех - 5) ММК (Магнитогорского металлургического комбината).
Термообработка холоднокатаного листа является важнейшей операцией четвертого передела и выполняется в двух видах агрегатов: протяжных и колпаковых печах. Протяжные печи имеют ряд преимуществ перед колпаковыми; высокая производительность, более однородные свойства по длине полосы, лучшая поверхность и планшетность готового листа. Однако эти агрегаты дороги в эксплуатации, требуют очень высоких капитальных затрат и практически предназначены для реализации только одного вида технологического процесса. В России и странах СНГ более 70 % холоднокатаного листа проходят ТО (термообработку) в колпаковых печах, которые, таким образом, являются в настоящее время основным агрегатом, определяющим эффективность (удельные затраты энергоносителей и качества листа) работы листопрокатных цехов.
АО «ММК» имеет в своем составе три цеха холодного проката с отделениями колпаковых печей для термообработки рулонов по азотной технологии отжига:
1. ЛПЦ-3 - 53 трехстопных стенда с годовым производством до 600 тысяч тонн;
2. ЛПЦ-5 - 300 одностопных стендов с годовым производством до 1 миллиона 500 тысяч тонн;
3. ЛПЦ-8 - 108 одностопных стендов с годовым производством 300 тысяч тонн.
ОАО «Магнитогорский калибровочный завод» имеет также 108 одностопных колпаковых печей с азотной технологией отжига ленты.
Указанные выше печи пущены в период 1956-1970 г.г., морально и физически устарели, а главное, их продукция начинает не удовлетворять по потребительским свойствам заказчиков. Кроме того, высокие удельные затраты тепла, низкая производительность, большие затраты на ремонт и обслуживание требуют введения новых улучшенных технологий, каковой является водородно-азотная технология отжига.
Задачей дипломной работы является изучение эффективных возможных методов охлаждения и определения с помощью математической модели основных направлений модернизации существующих колпаковых печей: внедрение колпаков струйного охлаждения, влияние радиационно-конвективных колец и переход на водородную технологию отжига металла.
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Общая характеристика колпаковых печей для светлого отжига полосы
ОАО «ММК»
Основная область применения колпаковых печей - светлая термическая обработка рулонов стальной полосы. Колпаковые печи классифицируют по количеству стоп (из листов, рулонов, бунтов) металла, которые располагают на одном стенде и накрывают одним колпаком: одно-, двух-, трехстопные, многостопные. Основным типом печей является одностопная печь для отжига рулонов полосы. Под муфелем размещают несколько рулонов по высоте. Циркуляционный вентилятор подает защитный газ снизу в зазор между муфелем и рулонами. Для доступа защитного газа к торцевым поверхностям рулонов между ними устанавливают конвекторные кольца, в которых имеются каналы переменного сечения. Через эти каналы защитный газ попадает во внутренние полости рулонов, омывает их и возвращается в циркуляционный вентилятор. Исследования таких печей показали, что в наихудших условиях нагрева и охлажения находится нижний рулон, поэтому все расчеты теплообмена производят применительно к нижнему рулону. В колпаковых печах садку, установленную на стенде и закрытую муфелем, подвергают светлой термической обработке, включающей периоды нагрева, выдержки и охлаждения. В периоды нагрева и выдержки на стенд устанавливается нагревательный колпак, в котором имеются горелки. Под муфель подают защитный газ с принудительной циркуляцией для ускорения и повышения равномерности нагрева. После окончания периодов нагрева и выдержки нагревательный колпак снимают и переносят на следующий стенд, а садка под муфелем начинает охлаждаться. Для ускорения охлаждения применяют различные средства: поливку муфеля водой, обдувку муфеля воздухом под колпаком ускоренного охлаждения, охлаждение защитного газа в водяных холодильниках. При нагреве металла в колпаковой печи тепло к наружной поверхности садки передается излучением от муфеля и конвекцией от защитного газа, а к наружной поверхности муфеля излучением и конвекцией от продуктов сгорания и излучением от кладки нагревательного колпака. При охлаждении, наоборот, тепло от садки передается конвекцией к защитному газу и излучением к муфелю, а от муфеля в окружающую среду.
В основном колпаковые печи применяются в тех случаях, когда продолжительность цикла термообработки очень велика, и служит для массовой термообработки (ТО), поэтому в печном отделении располагают большое число печей (стендов), иногда несколько сот штук. Наиболее продолжительным в цикле термообработки является период охлаждения, который в 2-3 раза превышает период нагрева и выдержки. Поэтому один нагревательный колпак обслуживает несколько стендов /1/.
ОАО «ММК» в настоящее время включает 3 цеха холодного проката, в которых установлены колпаковые печи для отжига плотносмотанных рулонов: ЛПЦ-3 - 159 (53 трехстопных стенда); ЛПЦ-5 - 300 стендов; ЛПЦ-8 - 108 стендов. Кроме этого планируется новый современный цех ЛПЦ-11 (стан 2000), включающий в свой состав колпаковые печи нового типа фирмы «ЛОИ ЭССЕН», реализующие водородную технологию.