Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


ДОСТИЖЕНИЯ В ПРИМЕНЕНИЙ ТЕХНИКИ ОТЖИГА В КОЛПАКОВЫХ ПЕЧАХ

Рассмотрено состояние и перспективы развития колпаковых печей, работающих В Н PHтехнологии. Проведено сопоставление технологий отжига металла в колпаковых печах при использовании водородной и азотоводородной среды, а также сравнение колпаковых и проходных печей.

В настоящее время во всем мире работает более 15000 колпаковых печей для отжига холоднокатаной полосы, большую часть из которых составляют печи с азотоводородной защитной атмосферой (100 % N2 или 95 % N2 + 5% Hj), поставленные фирмой "Сталь проект’1 (Москва) (более 3000 стендов) и фирмой "Маттиас Людвиг" или его дочерней фирмой "Людвиг Офаг Индгауз" ("LOI Essen") (более 4500 стендов).

С внедрением новой высококонвективной водородной технологии в начале 80х годов началась новая эпоха термической обработки холоднокатаной' полосы. Сегодня во всем мире работают уже более 1500 высококонвективных водородных колпаковых печей, из них фирма "LOI Essen" поставила приблизительно 800 колпаковых печей типа НРН (рис. 1). В настоящее время эта фирма имеет заказы в России на приблизительно 150 стендов, из _вих уже 24 находятся в эксплутации. Работоспособность и высокий уровень техники безопасности нового типа печей признаны во всем мире. Все ведущие цехи холодной прокатки

По сравнению с азотоводородной смесью чистый водород обладает в 6,5 раз большей теплопроводностью и более высокой восстановительной способностью. Вследствие этого в водородных колпаковых печах в два раза выше коэффициент теплопередачи, что способствует повышению поизводительности печей и обеспечивает существенно лучшее качество и чистоту поверхности отжигаемого металла.

Технология НРН не только повышает производительность процесса, но и улучшает механические свойства отжигаемого металла. Такие технологические показатели как предел прочности и предел текучести для отожженной по НРНтехнологии холоднокатаной полосы ниже и, что еще важнее, меньше по разбросу (рис. 2) вследствие более равномерного распределения температуры. Чистота поверхности полосы, отожженной в среде водорода, лучше, чем при остальных методах отжига прежде всего при температурах менее 700 °С. На рис. 3 представлены определенные по методу "Ford Power Wash" содержания углерода для разных защитных газов. При применении чистого водорода и при соответствующей очистке полосы до отжига можно достичь чистоты поверхности меньше 3 мг/м2. Такая высокая чистота приводит к более высокой коррозионной стойкости для листов с покрытием и лакированных


Перевооружение существующих азотных печей на новую технологию НРН NLOI Essen" занимается также перевооружением существующих азотных печей на новую НРНтехнологию. Ряд таких проектов, как например на "Thissen Stahl AG" были успешно реализованы. Достоинство такого оборудования состоит в относительно низких капитальных вложениях. Однако эти печи не являются новыми агрегатами и невозможно достичь такой высокой производительности, как у новых печей. Необходимым условием переоборудования является наличие эластичного резинового уплотнения муфеля.

Сравнение колпаковых печей с печами непрерывного отжига

Внедрение новой НРНтехнологии отжига в значительной степени скомпенсировало недостатки азотных колпаковых печей. НРН технология является хорошей альтернативой технологии непрерывного отжига.

Качество отожженного металла в обоих случаях сопоставимо, но в зависимости от требуемых качественных показателей целесообразно применять ту или иную технологию.

Например, для достижения высокой твердости требуется быстрое охлаждение металла в течение нескольких секунд. В этом случае целесообразно использовать проходные печи. Материалы для глубокой вытяжки с низкими и равномерно распределенными пределами прочности и текучести— в колпаковых печах.

Вследствие разных технологий отжига в обеих печах требуется как правило различная технология получения металла, начиная со сталеплавильного цеха до ЦХП.

Можно исходить из того, что в будущем в больших цехах холодной прокатки с большим сортаментом продукции будут установлены и колпаковые и проходные печи. Исследования [3] показали, что при одинаковой производительности у колпаковых печей не только капитальные затраты, но и расходы на эксплуатацию и на техническое обслуживание существенно ниже, чем у проходных (таблица 1). В то же время при использовании колпаковых печей возрастают расходы на обслуживающий персонал и на материал, но эти два фактора не оказывают решающего влияния. Заводские расходы для получения холоднокатаной полосы при отжиге в водородных колпаковых печах приблизительно на 25% ниже, чем у проходных печей.

Новые достижения в области отжига по НРНтехнологии НРНтехнология отжига постоянно развивается и улучшается. Для того чтобы соответствовать интересам покупателей, ЛОИ вместе с заказчиком ищет наилучшее, специфическое конструктивное решение. Так, например предлагается: печь с байпасным охлаждением или печь с водноспрейерным охлаждением; отдельные рекуператоры для каждой горелки или центральный рекуператор; ручное или автоматическое соединение; газоплотный стенд с незакрепленным покрытием

или газоплотный стенд с приваренным покрытием; двухскоростной стендовый вентилятор или двигатель с преобразователем частоты; автономное для каждого стенда управление с помощью вставного МСблока или управление с помощью "SPS"; с центральным управляющим компьютером или без него; со статистическим контролем процесса или без него; с оптимизацией производственного процесса или без него; с автоматическим контролем горелки или без него; с самостоятельным изготовлением части оборудования заказчиком или без этого.

Важнейшим критерием при проектировании установки является достижение оптимальной производительности с наилучшим качеством отжига при строгом соблюдении техники безопасности. В табл. 2 представлены типичные величины производительности и расходов для некоторых типов печей. Важным критерием для чистоты поверхности ленты является степень влажности в подмуфельном пространстве, которая может являться показателем газоплот ности системы. Новая НРНтехнология отжига гарантирует при всех своих системных вариантах оптимальную, т.е. в конце выдержки очень низкую точку росы. На рис. 6 представлена экспериментальная кривая изменения точки росы для колпаковой печи типа НРН с газоплотным стендом с незакрепленным покрытием и с бейпасным охлаждением. Колебания точки росы, особенно в диапазоне температуры регулирования (600—700 °С) объясняется восстановлением остатков оксидов с образованием водяного пара.

Некоторые из разработок последних лет кратко представлены ниже.

Новая конструкция конвекторных колец

Новая конструкция, на которую был получен патент, включает несколько "турбулиза торов" в газовых каналах. Они расположены таким образом, что теплопередача от циркулирующего защитного газа на торцы рулонов существенно улучшается. С применением улучшенной конструкции конвекторных колец производительность печей повысилась примерно на 5 %.



Дожигание водорода

При отжиге рулонов, прокатанных с маслом, как, впрочем, и с эмульсией, образуется большое количество масляных паров. Эти пары дожигают по технологии, разработанной ЛОИ с помощью специальной комбинированной горелки, отжигающей не только отопительный газ, но и пары масла, выносимые водородом при продувке. Этот способ утилизации позволяет удовлетворять всем органичениям. Сжигание поступающего в продувки водорода позволяет также использовать тепло его сгорания.

Замена атмосферы

Согласно разработанной технологии замены атмосферы подмуфельного пространства, свежий газ подается в виде высокоскоростной струи со скоростью 80 м/с в пространство между рулонами и муфелем. На противоположной. стороне стенда находится отверстие для вывода смеси газов из подмуфельного пространства. При расходе 130 м3/ч замена атмосферы продолжается приблизительно 11 мин. Достоинство такой технологии состоит в том, что в случае выхода из строя стендового вентилятора замена водородной атмосферы на азот продолжается только несколько минут, что повышает степень безопасности агрегата.

Новая технология продувки

До сих пор подвод защитного газа проводится по заранее заданным количественным и временным условиям. Новая разработанная и запатентованная ЛОИ технология продувки предусматривает постоянный контроль количества продутого газа, а подвод защитного (водородного) газа отключают, если удельный вес продутого газа остается постоянным в течение некоторого времени.

Альтернативное применение преобразователя частоты

Автономное для каждого стенда управление с помощью вставного МСблока

Разработанная LOI/LVE система автоматизации базируется на использовании автономных для каждого стенда блоках управления, связанных между собой с помощью локальной сети и объединенных в общую систему управления с центральным управляющим компьютером. Единственной задачей автономного стендового управления является контроль и управление одной (своей) колпаковой печью. МС блок разбивает весь процесс отжига на 150 операций. Таким образом он управляет, например, проверкой на герметичность клапанов и всей печной системы, процессом нагрева и охлаждения и продувкой N2 и Н2. Автоматически контролируется соблюдение всех факторов безопасности, таких как давление подмуфельного пространства, остаточное содержание 02 в подмуфельном пространстве, минимальные расходы азота и водорода и т.д. МСблок сохраняет в памяти всю программу отжига, а также все измеренные величины и данные всего процесса отжига. Это позволяет продолжить процесс отжига со всеми в начале отжига заданными величинами в случае возможной неисправности связи с центральным управляющим компьютером.

Система "Pro View9 центрального управляющего компьютера

Над автономными стендовыми МСблоками предусмотрен верхний уровен управления в виде высококачественного персонального компьютера. Оснащенный несколькими экранами и принтерами, он обеспечивает в любое время точную информацию состояния всего отделения печей. Программное оебспечение "Pro View" для этого компьютера гарантирует наличие всех необходимых для эксплуатации установки данных, как, например, мгновенное состояние всех печей, протоколы отжига с данными о рулонах, температур, времени, расходов и сигналов о неполадках. Коммуникация то с помощью преобразователя частоты двигателя, который позволяет работать с максимально возможным числом оборотов, можно от Важную роль при определении производи казаться от двухскоростного двигателя. Мак тельности отделения колпаковых печей играет симальное число оборотов вентиляторного ко организация процесса производства, которая леса ограничивается материалостойкостью ко зависит, помимо печного оборудования, также леса при высоких температурах. Однако в от отжигаемого металла и от таких факто каждом конкретном случае (особенно при от ров, как внутрицеховой транспорт, сроки по жиге широкой полосы), необходимо проверить ставки, ремонтный цикл и т.д. С целью повы целесообразность (выгодно или нет?) приме шения производительности, а также для со нения преобразователя частоты. блюдения сроков поставки металла заказчики больше и больше применяют компьютерные системы оптимизации производства. Одним примером шляется разработанный LOI/LVE система "Pro Opt". Система состоит из модулей, которые выполняют следующие функции: расчет оптимальной стопы рулонов из присутствующих на складе рулонов; предварительный расчет требуемого времени для нагрева и охлаждения; планирование ввода металла и производственного оборудования с учетом времени поставки и получения максимальноой производительности; расчет нагрева и охлаждения в системе "Online" с целью узнавания отклонений от заданного режима и для устранения неполадок.

Шансы и перспективы колпаковых пеней

Если в конце 70х годов специалисты еще были убеждены, что у колпаковых печей нет перспективы и будущее принадлежит проходным печам, то после разработки новой водородновысококонвективной технологии необходимо было производить ревизию. Новая НРН техника для многих отделений термических печей является хорошей альтернативой. С 1988 г. в Германии не было построено ни одной проходной печи (наверно и в связи с высокими капиталовложениями), но внедрено более 250 водородных высокопроизводительных колпаковых печей. В настоящее время необходимо учитывать, что подобный скачок в качестве и в производительности, как при переходе от HNXтехнологии на НРНтехнологию, больше нельзя ожидать по следующим причинам: теплопроводность защитного газа Н2 нельзя повысить; более высокая производительность циркуляции чем 65000 мУч, неэффективна. Более высокие производительности приводят к относительно большим затратам по отношению к ожидаемому сокращению цикла отжига; дальнейшая оптимизация аэродинамики может открывать резервы в размере не больше 10%; оба способа охлаждения — байпасное и водноспрейерное работают в близости оптимума с учетом соотношения необходимых затрат и ожидаемого эффекта. Ввод второго контура циркуляции бейпасного охлаждения для дополнительной очистки защитного газа может привести кеще лучшим качествам поверхности ленты.

Лучшие шансы и перспективы в дальнейшем развитии техники колпаковых печей авторы видят в следующих отраслях: улучшение качества отжига с помощью новых технологий продувки защитного газа и совершенствования температурного режима; развитие новых технологий для новых материалов; термохимическая обработка материала путем управления продувкой защитными газами; использование вакуумной техники; постоянный контроль за качеством вплоть до полностью автоматизированной компьютерной системы проверки и контроля качества; обмеривание рулонов и стопы из нескольких рулонов вплоть до полностью автоматизированной системы обмеривания; полная автоматизация и оптимизация всех потоков оборудования и производства, включая производственные потоки до и после отделения колпаковых печей.

После реализации всех вышеперечисленных мер возможно повышение производительности колпаковой печи приблизительно на 10—20%. Производительности для 100т садки широкой полосы в районе 3,0 т/ч остаются иллюзией и в XXI в.

Более высокие производительности можно достичь, если развивать технику садочных печей' для термообработки ленты по совсем новым направлениям.

В результате чрезвычайно быстрого развития новых материалов и новой техники для прокатки не представляется невозможным, что в XXI в. можно будет обходиться и без колпаковых печей. Но для этого требуется много фантазии.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994

Экспертиза

на главную