Введение к работе
Актуальность исследования. В новых условиях экономического хозяйствования стратегической задачей развития различных отраслей промышленного производства является повышение надёжности работы теплоиспользующего оборудования. Специфика работы теплоиспользующего оборудования (высокие температуры, агрессивные среды) предполагает использование защитных облицовок — футеровок. Футеровки из огнеупорных материалов широко применяются в теплоэнергетике (котельные агрегаты), металлургии (печи, ковши), химической промышленности и др.
Сталеплавильное производство является крупнейшим потребителем огнеупоров: при выплавке и разливке стали, расходуется 40% общего количества производимых огнеупорных изделий, в том числе наиболее качественных на основе оксидов магния и алюминия. Футеровка металлургических агрегатов в значительной степени определяет стоимость, долговечность и энергопотребление печного агрегата. Так как производство огнеупоров связано с большим расходом материальных, энергетических и трудовых ресурсов, не является экологически чистым, проблема снижения расхода огнеупоров при выплавке стали, экономии топлива и энергетических ресурсов является чрезвычайно актуальной.
В последние годы всё больше внимания уделяется разработке технологий и способов сушки и разогрева футеровок различного оборудования. Во многих случаях проделываемая работа находит реальное применение на производстве и приводит к положительным показателям. При этом индивидуальные условия работы оборудования на данном предприятии, множество применяемых огнеупорных материалов, специфика реализуемых процессов не позволяют получить обобщённые критерии стойкости. Таким образом, проблема заключается в необходимости расчёта рационального режима для данного оборудования и условий его работы в конкретном случае.
Следовательно, сокращение удельного расхода огнеупоров в металлургии и экономия топлива - актуальная задача, решение которой невозможно без изучения механизма термического разрушения кладки теплоиспользующих установок.
Цель работы - исследование методов ведения процесса разогрева стале-разливочных ковшей, рационализация процесса разогрева с позиции возникающих термических напряжений в футеровке агрегата и разработка способов контроля температуры футеровки в процессе нагрева.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать математическую модель теготонапряжённого состояния футеровок теплоиспользующих установок.
-
Разработать методику расчета термических напряжений, возникающих в футеровке теплоиспользующих установок при их разогреве.
-
Разработать рациональные графики разогрева сталеразливочных ковшей после капитального и промежуточного ремонта (при разогреве футеровки с изменившимися теплофизическими свойствами) при использовании которых воз-
никающие термические напряжения не превышают предел прочности для используемых огнеупорных материалов.
4. Провести экспериментальные исследования воздействия пропитки огнеупорных материалов металлом на изменение их теплофизических свойств;
5; Определить технико-экономическую эффективность предложенных технических решений.
Методы проведения исследований. В исследованиях были использованы: математическое моделирование теплонапряжённого состояния футеровки теплоиспольэующих установок; экспериментальное исследование теплофизических свойств огнеупорных материалов в лабораторных условиях, а также применение ресурсов ЭВМ для рационализации графиков разогрева оборудования.
Новизна научных исследований заключается в следующем:
проведены теплотехнические исследования тепловой работы действующих ковшей;
разработана математическая модель теплонапряжённого состояния футеровки теплоиспользующих установок;
разработана методика определения термических напряжений в футеровке теплоиспользующих установок при их сушке и разогреве;
построены графики сушки и разогрева при минимальных энергетических и временных затратах;
разработан способ определения температуры футеровки в процессе её разогрева;
получены уточнённые данные об изменении теплофизических свойств огнеупоров под воздействием агрессивной среды и высоких температур.
Достоверность научных результатов работы обоснована применением фундаментальных законов физики и тешіомассобмена, доказана результатами сравнения теоретических расчётов с результатами метрологических измерений.
Значение научных результатов для теории и практики. Математическая модель и её программная реализация, а также методики определения термических напряжений в футеровке теплоиспользующих установок могут быть использованы при оценке надёжности и долговечности последних в условиях реальной эксплуатации, при проведении разных видов ремонта футеровки.
Апробация работы'. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной конференции «III Сатпаевские чтения» (г. Павлодар); международной научно-практической конференции «Металлургия и энергетика Прииртышья» (г. Павлодар); восьмой Всероссийской конференции молодых учёных «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (г. Новосибирск); первой международной научно-технической конференции «Энергетика, Экология,. Энергосбережение» (г. Усть — Каменогорск); «Научно - технический прогресс в металлургии» (г. Темиртау); пятой международной конференции «Энергетика и электротехника. Светотехника» (г. Екатеринбург); международной научно - практической конференции «Наука и образование в XXI веке: динамика развития в евразийском пространстве». Тезисы докладов опубликованы в сборниках конференций.
Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем.
выполнен сравнительный анализ существующих теоретических и эмпирических режимов разогрева 25-тонных сталеразливочных ковшей, показаны их возможности и эффективность, обоснована необходимость разработки более совершенных, научно — обоснованных методов;
разработана методика определения термических напряжений в футеровке теплоиспользующих установок при их разогреве;
получены графики существующего процесса разогрева сталеразливочного ковша после капитального и текущего ремонтов, показано, что значения возникающих термических напряжений превышают предел прочности для используемых огнеупорных материалов;
предложена математическая модель, позволяющая по результатам теоретических расчётов и экспериментальных измерений строить графики разогрева теплоиспользующих установок при соблюдении эксплуатационных ограничений по пределу прочности, затратам времени и минимуму расходу топлива;
разработаны и запатентованы способы определения теплофизических параметров материалов и способ определения температуры футеровки в процессе её разогрева;
разработана программа для ЭВМ, позволяющая строить уточнённые графики сушки и разогрева теплоиспользующих установок с учётом теплофизических свойств огнеупоров.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем — 153 страницы, 33 рисунка, б таблиц и семь приложений. Список литературы включает 116 наименований.
