Технічні науки / енергетика
УДК 621.873
Усенко Ю.І., Іванов В.І.,
Сапов В.Ф., Моісейко Ю.В.
Запорізька державна інженерна
академія
про РОЗПОДІЛ ВСТАНОВЛЕНОЇ
ПОТУЖНОСТІ
у КОВПАКОВИХ Електропечах
На рівномірність нагрівання
стопи стосів (або рулонів) сталевого прокату в робочому обсязі ковпакової
електропечі суттєво впливає розподіл встановленої потужності за висотою
нагрівального ковпака.
Для забезпечення
рівномірного підйому температури на зовнішній бічній поверхні стопи рулонів
сталевого прокату в роботі [1] запропоновано електротеплову модель електропечі зазначеного
типу, що дозволяє здійснювати раціональний перерозподіл її встановленої
потужності.
Досліджували можливість
застосування даної моделі для ковпакових електропечей типу СГЗ з рівномірним
розподілом потужності (180 кВт) у двох зонах за висотою нагрівального ковпака під
час рекристалізаційного відпалювання стосів сталевого дроту марки БСтОМ.
Практика експлуатації
печей даного типу свідчить про наявність значної нерівномірності розподілу
температури за висотою бічної поверхні кладки нагрівального ковпака через суттєве
відставання температури в його нижній зоні. В зв’язку з цим нижній стос стопи сталевого
дроту нагрівається значно повільніше, ніж верхній стос: різниця температури між їх подібними точками
сягає значення 140…160 °С. Як слідство, суттєво
зростає тривалість періоду нагрівання стосів дроту в даних печах, а, отже, й
підвищуються витрати електроенергії.
Дослідженням з використанням
розробленої моделі встановлено, що для реалізації нагрівання поверхневих шарів стосів
дроту з мінімальною за висотою стопи нерівномірністю у електропечі типу СГЗ необхідно
встановлену потужність нижньої зони ковпака збільшити до 95,0 кВт і розподілити
її між i-ми поясами нагрівачів опору відповідно до рекомендацій роботи [2]:
(1)
де Р, Рi - відповідно потужність нижньої зони
нагрівального ковпака та i-го поясу нагрівачів опору відповідно, кВт; di - відносна висота
розміщення i-го поясу нагрівачів опору,
di = hi/H; hi - відстань від
подовжньої осі i-го поясу нагрівачів опору нижньої зони до низу ковпака,
м; Н - висота першої зони ковпака, м.
При цьому потужність
верхньої зони нагрівального ковпака необхідно зменшити до 75 кВт без здійснення
її перерозподілу між окремими поясами нагрівачів опору.
Як показали
результати промислових випробувань електропечі з модернізованим нагрівальним
ковпаком, зафіксовано суттєве вирівнювання поля температури за висотою її
робочого обсягу. Так, значення максимального перепаду температури за висотою
стопи зменшується:
- для зовнішніх
витків стосів дроту від 80…90 °С (базовий варіант
через 14,5 годин нагрівання) до 50…60 °С;
- для внутрішніх
витків стосів дроту від 100…110 °С (базовий
варіант) до 30…40 °С, - за одночасним
зростанням середньої температури стосів стопи від 530 до 640 °С.
Результатами
балансових випробувань, проведених за відомою методикою [3] (див. таблицю),
встановлено зростання корисно використованої теплової енергії (від 42,1 до 45,3%)
під час відпалювання дроту в печі з модернізованим ковпаком. Одночасно має
місце зниження втрат теплової енергії на нагрівання стенду (від 9,3 до 8,9%), а
також через футерівку печі та за тепловим коротким замиканням (від 31,0 до 28,6%).
Після реалізації
на ряду нагрівальних ковпаків електропечей типу СГЗ ВАТ «Запорізький
сталепрокатний завод» запропонованого перерозподілу встановленої потужності
зафіксували суттєве підвищення однорідності якості термічної обробки всього
сортаменту дроту марки БСтОМ.
Тепловий
баланс ковпакової електропечі під час відпалювання за існуючим (I) і розробленим
(II) розподілом потужності
|
Статті балансу |
Розподіл
І |
Розподіл
ІІ |
|
Прихід
теплоти, Мдж/м3 |
||
|
Теплота від
нагрівачів опору |
2582,0 |
2506,5 |
|
Витрата
теплоти, Мдж/м3 |
||
|
- нагрівання стопи
стосів |
1088,5 |
1136,6 |
|
- нагрівання
муфеля та захисного газу |
232,8 |
207,9 |
|
- нагрівання
стенду |
240,5 |
230,4 |
|
- акумуляція
футерівкою |
166,7 |
164,2 |
|
- втрати через
футерівку та на короткі теплові замикання |
802,9 |
716,9 |
|
- втрати на
випромінювання під час перенесення гарячого ковпака |
50,6 |
50,5 |
|
Разом |
2582,0 |
2506,5 |
Подальше вдосконалення теплової роботи ковпакової
електропечі типу СГЗ необхідно здійснювати як у напрямі раціонального
розміщення нагрівачів опору у внутрішній порожнині стопи стосів (рулонів) сталевого
прокату, так і підвищення ступеня використання обсягу її робочого простору.
Література:
1.
Усенко Ю.И., Горшков Ю.Ф., Иванов В.И. Электротепловое моделирование внешнего
теплообмена в колпаковой электропечи // Известия Вузов. Черная металлургия. - 1992.
- № 4. - С.81-82.
2.
Патент України № 15311. Ковпакова електропіч / Ю.І.Усенко, В.І.Іванов,
В.П.Грицай та інші / Промислова власність. - 1997. - № 3.
3. Каплан В.Г., Спивак Э.И. Методика испытаний нагревательных печей в черной металлургии. - М.: Металлургия, 1970. - 462 с.