научная статья по теме ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ СОРТОВОЙ ПРОКАТКЕ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ СОРТОВОЙ ПРОКАТКЕ»



НАУКА, ТЕХНИКА, ПРОИЗВОДСТВО Энергосбережение

УДК 621.771.25.04.001.5

ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ СОРТОВОЙ ПРОКАТКЕ

© М.Жучков, Л.В.Кулаков, А.П.Лохматов, Д.Г.Паламарь, В.А.Шеремет, А.В.Кекух, М.А.Бабенко, В.К.Спиняков

Институт черной металлургии HAH Украины, КГГМК "Криворожсталь"

К факторам, определяющим конкурентоспособность, материало- и энергоемкость продукции, относятся технический и технологический уровень производства.

В современных условиях поддержание конкурентоспособности продукции черной металлургии Украины путем повышения технического уровня производства проблематично, потому поиск других путей снижения затрат на производство является актуальной задачей. При анализе показателей работы металлургических предприятий, а также при определении путей их модернизации особое внимание следует уделять вопросам экономии энергии. Это связано не только с опережающим ростом ее стоимости (темпы роста цен на электроэнергию в 1,5-1,6 раза выше темпов роста цен на металлопродукцию), но и с экологическими проблемами.

На зарубежных металлургических предприятиях полного цикла в последнее время путем повышения технического и технологического уровня производства удалось снизить расход энергии на производство готового сортового проката с 31,7 до 20,0 ГДж/т. И тем не менее он более чем в двое превышает аналогичный показатель для мини-заводов, работающих на металлоломе.

При производстве проката на современных мелкосортных станах для нагрева заготовок перед прокаткой требуется топливная энергия в количестве 1,30-1,65 ГДж/т готового проката, а на саму прокатку -электроэнергия (с учетом неизбежных потерь) в количестве 0,15-0,40 ГДж. С учетом потерь при выработке электроэнергии расход первичной энергии на производство готового проката оценивается 0,45-1,20 ГДж/т [1, 2]. Таким образом, даже при пересчете на первичную энергию в прокатном производстве преобладают затраты энергии, связанные с нагревом исходных заготовок.

К основным мероприятиям по энергосбережению в прокатных цехах относятся повышение температуры посада заготовок, увеличение кпд нагревательных печей и снижение температуры нагрева заготовок [3]. Так, при температуре посада заготовок выше 650 °С удельный расход энергии на нагрев снижается более чем на 50% по сравнению с холодным посадом, а при посаде заготовок при температуре выше 980 °С - на 70-80%. Повышение кпд нагревательных печей (средний кпд современных нагревательных печей составляет 55-65%) на каждые 5% приводит к снижению удель-

ного расхода энергии на нагрев заготовок на 4,8% [3].

Особое значение имеет снижение температуры нагрева заготовок перед прокаткой. Так, при снижении температуры нагрева на 100 °С удельный расход топлива уменьшается на 9,0-10,0%. При этом на участке нагрева заготовок обычно не требуется проведение дополнительных технических или организационных мероприятий.

При выборе температуры нагрева заготовок перед прокаткой следует стремиться к получению мелкозернистой структуры металла и требуемых механических свойств проката. Нагрев должен обеспечить также растворение включений при отсутствии избыточного роста размеров зерен. Кроме того, снижение температуры нагрева неизбежно приводит к росту усилий и моментов прокатки, увеличивает износ прокатного инструмента (валков и привалковой арматуры), а также приводит к дополнительному нагружению приводных электродвигателей - т.е. к повышению механических и электрических нагрузок на основное технологическое оборудование прокатного стана в целом.

В Институте черной металлургии HAH Украины разработана теплофизическая модель процесса непрерывной сортовой прокатки [4]. Эта модель, адаптированная для условий различных непрерывных мелкосортных станов, позволяет исследовать влияние технологических факторов на составляющие теплового баланса прокатываемой полосы и учитывает, кроме прочего, конструктивно-структурный состав его основного технологического оборудования. Использование этой модели позволяет выполнить анализ технологии прокатки (температурно-скоростных и деформационных параметров) с учетом конструктивно-структурного состава технологического оборудования стана, оценить уровень энергозатрат и сформулировать научно обоснованные предложения по оптимизации технологии с учетом энергопотребления. Такой комплекс работ был выполнен на непрерывном мелкосортном стане 250-3 (двухниточный, 15 горизонтальных и 8 вертикальных рабочих клетей) комбината "Криворожсталь" при анализе основных параметров технологии производства арматурных профилей № 10 и 12.

На стане катают заготовки номинальным сечением 80x80 мм, поставляемые обжимными цехами. Заготовки из углеродистых и низколегированных сталей нагревают в методических толкательных печах до температуры прокатки.

Скорость прокатки,

На стане 250-3 арматурные профили № 10 и 12 прокатывают с использованием технологии продольного разделения раската в потоке стана (прокатка-разделение). В черновой группе прокатку ведут в две нитки, далее каждый из раскатов направляется в две чистовые группы стана, в которых осуществляется их дальнейшая деформация, т.е. в чистовых группах процесс идет в одну нитку. В валках 11 (19) клетей осуществляется подготовка раската к продольному разделению, а в 13 (21) клетях происходит продольное разделение раската и последующая прокатка в две нитки.

В условиях стана 250-3 комбината "Криворожсталь" не представляется возможным существенно повысить температуру горячего посада, его долю и кпд нагревательной печи. Только снижение температуры нагрева заготовок перед прокаткой может не привести к снижению общих энергозатрат на производство, но существенно ужесточит условия работы оборудования прокатного стана.

Совершенствование существующего температурно-скоростного режима прокатки предполагает выбрать минимизацию затрат энергии на прокатку при обеспечении параметров работы оборудования в пределах допустимых отклонений от их проектных значений или малого их отличия от фактических параметров во время прокатки по действующей технологии.

Аналитические исследования, выполненные с использованием разработанной модели, адаптированной к условиям мелкосортного стана 250-3, экспериментальные исследования прокатки характерного сортамента стана (арматурные профили № 10 и 12) позволили выделить области температур нагрева исходных заготовок и скоростей прокатки с увеличенным и уменьшенным (по сравнению с существующим) удельным расходом энергии.

Согласно действующей на стане технологии прокатки арматурных профилей № 10 и 12, нагрев исходных заготовок из стали ЗТРпс осуществляется до тем-

ператур, обеспечивающих получение раската на выходе из первой клети температурой 1140-1160 °С. С учетом этого в исследованиях в качестве базовой была принята температура нагрева заготовок 1160 °С для обоих рассматриваемых типоразмеров арматурного проката, а диапазон ее изменения составлял 1060-1200 °С. Среднестатистическая скорость прокатки арматурных профилей № 10 и 12 составляет 11,5 и 9,7 °м/с соответственно. При исследовании зависимости расхода энергии от скорости прокатки ее изменяли от 8 до 13 м/с (табл. 1, рис. 1).

Установлено, что при производстве рассматривав-

Таблица 1. Удельный расход энергии на прокатку арматурных профилей на мелкосортном стане 250-3 комбината "Криворожсталь"

Удельный расход энергии на прокатку, кВт ч/т, при температуре нагрева _исходных заготовок, °С_

м/с 1060 1080 I 1100 ! 1120 I 1140 1160 1180 1200

Арматурный профиль № 10

9 65,60 63,98 62,41 60,89 59,42 57,99 56,60 55,26

10 64,88 63,25 61,66 60,12 58,62 57,18 55,77 54,41

11 64,32 62,67 61,06 59,51 58,00 56,53 55,11 53,73

12 63,90 62,23 60,60 59,03 57,51 56,02 54,59 53,19

13 63,56 61,88 60,24 58,65 57,11 55,62 54,17 52,76

Арматурный профиль № 12

8 41,04 39,89 38,78 37,71 36,67 35,67 34,70 33,76

9 40,75 39,59 38,47 37,38 36,33 35,32 34,33 33,38

10 40,55 39,38 38,25 37,15 36,09 35,06 34,07 33,11

11 40,42 39,24 38,09 36,99 35,92 34,88 33,88 32,91

12 40,34 39,15 38,00 36,88 35,80 34,76 33,75 32,77

мых профилей с ростом скорости прокатки в чистовой клети стана и температуры нагрева исходных заготовок удельный расход энергии на прокатку уменьшается. В исследованном диапазоне температур нагрева исходных заготовок удельный расход энергии изменяется в зависимости от температуры практически по линейному закону. Такой характер ее изменения при неизменном распределении деформации металла в рабочей линии стана объясняется закономерностями изменения производительности стана и сопротивления металла деформации в рабочих клетях в зависимости от скорости прокатки и температуры прокатываемого металла (рис. 2).

Одновременно со скоростью изменяется и темпе-

т

ь ш к

То, с

66 ,- -г

64 ■

62 ■

г 60-

1-

ш 58 ■

£

< 56

54 /

52

Т0,иС

Рис. 1. Зависимость удельного расхода энергии на прокатку (А) арматурных профилей № 10 (а) и № 12(6) от температуры нагрева исходных заготовок (Та) и скорости прокатки (V) в последней чистовой клети

-•гсйгятая

Таблица 2. Температура металла на выходе каждой рабочей клети стана 250-3 комбината "Криворожсталь" при прокатке арматурного профиля № 12 с различными скоростями в последней чистовой клети при температуре нагрева исходных заготовок 1160 °С

ратурный режим прокатки в каждой рабочей клети даже при неизменной температуре нагрева исходных заготовок. При этом температура в очаге деформации каждой рабочей клети непрерывного сортового стана с ростом скорости прокатки возрастает, что должно приводить к уменьшению сопротивления деформации прокатываемого металла. Значение этого сопротивления металла в очаге деформации каждой рабочей клети определяется совместным влиянием температуры и скорости деформации.

В табл. 2 в качестве примера приведены результаты расчета температуры на выходе каждой рабочей клети стана 250-3 при различных скоростях прокатки арматурного профиля № 12 в последней чистовой клети (температура нагрева исходных заготовок, согласно действующей на комбинате технологии, 1160 °С).

Установлено, что при увеличении скорости прокатки с 8 до 12

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком