Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время 70% национального продукта составляют изделия, изготовленные с применением черных металлов, при этом материальные и энергетические затраты в отечественной металлургии на 20-ЗОЖ вше чем в металлургии развитых стран, федеральная программа технического перевооружения и развития металлургии России к 2000 г. намечает улучшение структуры металлургического производства: увеличение доли холоднокатаного листа в общем объеме производства с 12,4 в 1992 г. до 19.&%; сокращение затрат энергоресурсов на 2,6 млн.т условного топлива; повышение производительности металлургических агрегатов и качества готового листа. Решение этих задач в значительной мере определяются совершенством технологий термической и термохимической обработки и конструкциями металлургических печных агрегатов (МПА). Важность энергосбережения подтверждается и тем. что из-за опережающего роста цен на электроэнергию, газ, уголь и т.п. доля энергозатрат возросла с 26 до 35%. Повышение эффективности процесса получения холоднокатаного листа в значительной степени определяется совершенствованием тепловой работы уже существующих агрегатов. При этом методы и средства исследования и контроля, как инструмент процесса совершенствования агрегата, сами являются объектами этого совершенствования, которое выполняется с целью получения более достоверной информации о теплообменных процессах в МПА.
Эффективность работы нагревательных методических и протяжных печей непрерывного отжига в значительной, мере определяет технико-экономические показатели процесса производства и качество стального листа. Температурные режимы нагрева заготовок и термообработки полосы являются важнейшей характеристикой функционирования печей. Анализ состояния оперативного контроля и управления технологическими параметрами в печах непрерывного действия показал, что управление качеством при отсутствии объективной информации о параметрах процессов в МПА и. особенно, о температуре металла по ходу его обработки, не отвечает современным требованиям. Недостатки существующих средств измерения затрудняют их использование на печных агрегатах непрерывного действия.
Сказанное выше определяет актуальность разработки и реализа-
- 4 -ции усовершенствованных теплотехнических режимов печей на основе создания и развития новых методов и средств теплотехнического исследования и контроля.
Целью работы является:
-
Разработка новых способов контроля температуры движущегося металла, опрг челения его степени черноты, эффективной температуры и степени черноты рабочего пространства печного агрегата.
-
Создание новых устройств оперативной диагностики тепловых и температурных режимов работы протяжных и методических печей.
-
Разработка методики и алгоритмов расчета теплофизических характеристик металла и печи при контактном контроле температуры движущейся стальной полосы.
-
Разработка и реализация в промышленных условиях новых усовершенствованных температурных режимов работы агрегата непрерывного отжига жести и нагревательной методической печи стана 900/680.
Методы проведения работы. Данная работа является продолжением научных разработок отечественных и зарубежных ученых в области создания и развития методологии совершенствования способов и средств исследования параметров процесса тепловой обработки металла. Для достижения поставленных целей использовались методы прикладного вычислительного эксперимента, математического моделирования, экспериментального изучения тепловой работы МПА. Метрологическая оценка результатов промышленных исследований подтвердила адекватность расчетных моделей и измерительных систем.
Научная новизна:
1. Сформулированы и обоснованы новые определения, понятия и их смысловое содержание в области методологии совершенствования МПА, конкретизирована смысловая наполненность понятия информации с точки зрения получения данных температурных измерений в металлургических печах.
Z. Предложены новые способы измерения температуры и радиационных характеристик движущегося металла в протяжных термических и нагревательных методических печах.
3. Разработана и апробирована методика математического моделирования и экспериментального изучения контактного способа контроля температуры движущейся полосы в протяжных печах на основе
применения вероятностно-теплотехнических методов расчета.
-
Получены новые данные о температурных режимах работы башенных печей для производства анизотропных электротехнических сталей и жести: горизонтальных печей для термической и термохимической обработки электротехнических сталей: методических печей стана 900/680 для нагрева заготовок, блюмов и слитков.
-
Разработаны усовершенствованные режимы нагрева металла, обеспечившие внедрение нового процесса обезуглероживающего отжига стальной полосы в башенной печи для термообработки жести; внедрен новый температурный режим нагрева слитков в нагревательной методической печи стана 900/680.
Достоверность результатов базируется на значительном объеме экспериментов, выполненных в промышленных условиях, высоком уровне адекватности разработанных расчетных схем тепловых моделей, адаптированных к условиям теплообмена в промышленном агрегате, метрологической обработке полученных экспериментальных данных с использованием необходимых статистических оценок и процедур.
Практическая значимость работы:
-
Разработаны, апробированы и испытаны в промышленных условиях новые устройства тепловой диагностики и контроля температуры движущейся полосы, радиационных характеристик нагреваемого металла, а также конструктивных элементов печей: двухканалыгое пирометрическое устройство с нормализацией степени черноты контролируемого участка поверхности (А.с.N1702194 СССР от 3.07.1989г.): устройство для измерения температуры движущейся полосы (патент РФ N2010190 от 18.03.1991г.); мультипараметрический сопряженный модуль для получения комплексной информации о температурном состоянии в зоне печи, что позволяет расширить арсенал применяемых при исследовании средств, обеспечивает получение необходимой информации в темпе с процессом, ускоренную и точную наладку усовершенствованных тепловых режимов, повышение качества конечного продукта.
-
Уточнены температурные режимы работы башенных печей производства анизотропных электротехнических сталей и белой жести: горизонтальных печей для термической и термохимической обработки электротехнических сталей; методических печей стана 900/680.
-
На башенной печи N2 АНО НЛМК реализован температурный ре-
жим обезуглероживающего отжига электротехнической стали в толщине 0,65 мм;
-
На методических печах стана 900/680 реализован усовершенствованный режим нагрева за счет удлинения методической зоны и снижения температуры в томильной зоне на .45-60. С для всех групп марок сталей, что г^еспечило снижение расхода газа на 5-7 % при неизменном уровне температур металла на выдаче.
-
Реализован новый усовершенствованный температурный и газовый режим работы агрегата непрерывного отжига жести, обеспечивающий обезуглероживание во влажной азото-водородной атмосфере (5%, остальное - азот) стальной полосы с 0,04-0,06 до 0,008-0,01%, что позволяет сократить количество переделов обезуглероживания металла и совместить его с процессом рекристаллизации в башенной печи (вместо RH- установки), снизить эксплуатационные затраты н расширить сортамент выпускаемой продукции.
Апробаїщя работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены в виде стендовых докладов на Всесоюзной конференции "Научные основы создания энергосберегающей техники и технологий", на Второй международной научно-технической конференции "Новые метода и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики", на Международной конференции "Экология и теплотехника", были доложены на научных семинарах и заседаниях кафедры "Теплофизики и теплоэнергетики металлургического производства" МГИСИС.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работы, получен патент РФ и авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работы состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (166 наименований) и приложений. Объем диссертации: 133 страниц машинописного текста, 78 рисунков, 6 таблицы и 12 приложений.
