Дипломный проект по реконструкции кольцевой печи цеха Т-2 ОАО «СинТЗ».

Реферат

Пояснительная записка содержит страниц, рисунков, таблиц, литературных источников.

КОЛЬЦЕВАЯ ПЕЧЬ, РЕКОНСТРУКЦИЯ, ГОРЕЛКА, ФУТЕРОВКА, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, НАГРЕВ МЕТАЛЛА.

Настоящий дипломный проект посвящен реконструкции кольцевой печи цеха Т-2 ОАО «СинТЗ».

Для улучшения тепловой работы предлагается замена топливосжигающих устройств и замена устаревшей футеровки печи современными огнеупорными и теплоизоляционными материалами.

В дипломной работе выполнены расчеты горения топлива, нагрева металла, теплового баланса.

Произведенные в дипломной работе расчеты подтверждают обоснованность предложенных методов.

В дипломной работе представлены главы, посвященные автоматизации, экономической эффективности, безопасности и экологичности проекта.

Введение

ОАО “Синарский трубный завод ”- одно из крупнейших специализированных предприятий России по производству стальных нержавеющих и чугунных труб.

Завод основан в 1934 году в городе КаменскУральском (Свердловская область). Неоднократно подвергался реконструкции с организацией новых производств и коренным усовершенствованием существующих.

Синарский трубный завод производит полный сортаментный ряд трубной продукции для нефтедобывающей предприятий, а также трубы для химической промышленности, энергетики, машиностроения, строительства и жилищнокомунального хозяйства.

Сегодня, современная производственная и технологическая базы позволяют изготавливать трубы различного назначения и сортамента. Качество выпускаемой продукции не только отвечает всем требованиям Российских стандартов, но и отмечено зарубежным сертификатами Американского института нефти (API) и Германского сертификационного центра (TVV).

В 2002 году Синарский завод вошел в состав Трубной металлургической компании (ТМК) – одного из ведущих мировых холдингов по производству стальных и чугунных труб, который объединяет под своим управлением четыре крупнейших российских трубных завода.

Продукция, выпускаемая заводом, очень перспективна. Уникальность его состоит в том, что это единственное в стране предприятие, которое производит полный спектр нарезных труб, используемых для комплектации нефтяных и газодобывающих скважин.

Сегодня на предприятии сконцентрировано самое современное в Европе оборудование по производству насоснокомпрессорных труб. С точки зрения загрузки мощностей Синарский трубный называют самым передовым заводом в отрасли.

Структура предприятия состоит из следующих цехов и подразделений:

Труболитейный цех;

Трубопрокатный цех №1;

Механолитейный цех;

Трубоволочильный цех №2 (постоянное освоение новых видов продукции: нержавеющие, котельные, капиллярные, «морские», и др.);

Труболитейный цех №2;

Трубоволочильный цех №3;

Трубопрокатный цех №2 (производство обсадных и бурильных труб, отделка гладких труб, производство предохранительных деталей);

Трубопрокатный цех №3;

Центральная заводская лаборатория (ЦЗЛ);

Медикосанитарная часть;

Цех по производству труб нефтяного сортамента;

Газовый цех;

Теплоэнергоцентраль (ТЭЦ);

Ремонтно-литейный цех;

Цех конрольноизмерительных приборов и автоматики (цех КИП иА);

Энергоцех и др.

Прокатное производство представлено заготовочным станом “ТПА140” , “ТПА80” и “ТПА60”.

25 декабря 1975 года стан “ТПА140” был принят в эксплуатацию в составе цеха № Т-2. Цех предназначен для производства труб нефтяного сортамента: бурильных, обсадных, насоснокомпрессорных труб и труб общего назначения.

Печное хозяйство цеха № Т-2 состоит из кольцевой нагревательной печи, предназначенной для нагрева трубной заготовки перед прошивкой и двух проходных роликовых печей предназначенных под отпуск и закалку.

В2007 году в цехе № Т-2 с целью увеличения производительности оборудования, улучшения качества продукции и расширения сортамента планируется реконструкция трубного производства, включающая в себя :

Установку трехвалкового непрерывного стана;

Строительство второй производственной линии;

Реконструкцию кольцевой печи.

Анализ кольцевой печи показал, что печь является “узким” местом в составе “ТПА140”, т.к.не позволяет увеличить производительность стана, не удовлетворяет требованиям технологии, не отвечает требованиям безопасности и экологии.

Целью данного дипломного проекта является реконструкция кольцевой печи, с целью уменьшения процента брака при нагреве, а также снижения расхода топлива.

Для совершенствования тепловой работы печи предлагаются следующие мероприятия:

Применение современных огнеупорных и теплоизоляционных материалов для футеровки печи.

Смена газомазутных горелок на скоростные горелки.

Общая характеристика трубного производства

Развитие трубного производства

Продукция металлургической промышленности (прокат, трубы, метизы и другие изделия из металла) является основным конструкционным материалом. Доля черных металлов (по массе) во всем потреблении конструкционных материалов составляет более 96 %.

Стальные трубы занимают значительное место в металлопродукции, потребность в них непрерывно возрастает, в связи с этим производство увеличивается быстрыми темпами.

Широкое использование труб обусловлено возможностью транспортировки по ним различных продуктов и прекрасными механическими свойствами трубчатых конструктивных элементов, которые при сравнительно небольшой массе обладают значительным запасом прочности и большим сопротивлением изгибу и скручиванию. Это позволяет применять трубы взамен других профилей металлоизделий в машиностроении, энергетике, строительстве.

Наибольшим спросом на мировом рынке пользуются трубы для магистральных нефте и газопроводов, для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, для морской нефтеразведки. Устойчивость спроса на трубы поддерживается непрерывными поисками новых месторождений нефти и газа на суше и в море, а также расширением добычи на старых месторождениях. Кроме того, многие старые трубопроводы требуют замены.

Однако темпы роста трубного производства несколько замедлились по сравнению с достигнутыми. В сортаменте продукции трубной промышленности основных стран производителей труб в мире более существенную роль играют экономичные виды труб- с защитными покрытиями, с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами, тонкостенные, профильные.

Ужесточение рабочих параметров использования труб в отраслях топливно-энергетического комплекса- увеличение глубины скважин, давления в трубопроводах, коррозионные условия при освоении глубоководных и шельфовых месторождений оказывает существенное влияние на изменения размерного и марочного сортамента выпускаемых труб.

Для российской трубной промышленности характерно следующее: устойчивые темпы развития, широкий сортамент выпускаемой продукции, большая степень универсальности технологии производства, обеспечивающая возможность изготовления одних и тех же видов труб на разном оборудовании по различным технологическим схемам.

В деле дальнейшего развития трубного производства большое значение имеет повышение качества продукции, требующее улучшения потребительских свойств исходной заготовки, совершенствования технологии и организации производства, улучшение средств и системы контроля качества. Применяемые в трубном производстве технологические процессы должны обеспечивать высокие технические, эксплуатационные и потребительские свойства труб, надежность и долговечность труб путем обработки стали для труб антикоррозийными покрытиями, высокую степень стандартизации.

Виды стальных труб и их применение

По группам способа производства трубы делят на бесшовные, сварные, паяные, литые.

Бесшовные трубы подразделяют на горячекатаные, холоднотянутые, холоднокатаные, прессованные.

Сварные трубы подразделяют на электросварные, газоэлектросварные и сваренные печной сваркой.

Каждому из названных способов соответствует определенный состав основного и вспомогательного оборудования.

По виду применяемого материала трубы подразделяются на неметаллические (пластмассовые, цементные) и металлические из черных и цветных металлов, биметаллические, с покрытиями). Трубы различаются и по способу соединения друг с другом. Соединения бывают сварные, фланцевые и резьбовые (муфтовые, безмуфтовые, ниппельные). По профилю трубы могут быть круглыми, овальными, прямоугольными, ребристыми, ступенчатыми, коническими, со стенкой переменной величины и т. д. В зависимости от отношения наружного диаметра к толщине стенки различают следующие виды труб: толстостенные (D/S=79), нормальные (D/S=920), тонкостенные (D/S=2040), особотонкостенные (D/S>50).

По размеру наружного диаметра трубы разделяют на следующие группы: капиллярные (0,34,8 мм), малых размеров (5102 мм), средних размеров (102426 мм) и больших размеров (>426 мм). Возможна и другая классификация труб по диаметру (<70 мм, 70170, 170-500, 5001600 и > 1600 мм).

По назначению различают следующие основные группы труб.

1.2.1.Трубы для нефтяной и газовой промышленности

Основными видами стальных труб, применяемых при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин являются бурильные, обсадные и насоснокомпрессорные.

Бурильные трубы применяют для бурения разведочных и эксплуатационных скважин и изготавливают диаметром 33,563,5 с толщиной стенки 5-6 мм для разведочных и диаметром 60168 с толщиной стенки 711 мм для эксплуатационных скважин.

Обсадные трубы применяют для предохранения стенок нефтяных и газовых скважин от разрушения, попадания воды в скважины, а также для разделения друг от друга газоносных и нефтеносных пластов и изготавливают диаметром 34219 с толщиной стенки 3,58 мм для разведочных скважин и диаметром 114426 с толщиной стенки 612 мм для эксплуатационных скважин.

Насосно-компрессорные трубы диаметром 48,3114,3 с толщиной стенки 4-7 мм применяют для эксплуатации буровых скважин при добыче нефти (подача сжатого воздуха в скважины, откачка нефти).

1.2.2. Трубы для трубопроводов

В трубопроводном транспорте применяют трубы для транспортировки нефти, бензина, газа, пара, воды, воздуха, масел, кислот, инертных материалов (песка, щебня), сыпучих строительных материалов (цемента, шамотного порошка и др.) и даже угля.

Эти трубы подразделяются на следующие виды: водогазопроводные (газовые)-диаметр 10,2165 с толщиной стенки 2,255,5 мм - работают под давлением не более 2,5 МПа и соединяются муфтами; их изготовляют в основном печной сваркой; нефтепроводные - диаметр 114426, толщина стенки - 4,520 мм - предназначены для монтажа коммуникаций внутрипромысловых, сборных и нагнетательных трубопроводов; для магистральных трубопроводов - диаметр >4261420, толщина стенки 514 мм - предназначены для транспортирования продукта от места его добычи или производства к району потребления; изготовляют преимущественно сварными.

1.2.3. Трубы для строительства

Стальные трубы широкого сортамента применяются в промышленном и жилищно-гражданском строительстве (изготовление колонн, каркасов зданий, перекрытий, строительных лесов, монтаж кабельных сетей, электропроводок, перил, лестничных столбов, ограждений балконов, оконных карнизов, спортивных сооружений и др.).

1.2.4. Трубы для машиностроения

Эти трубы подразделяют на:

а) котельные - диаметром 57÷152 с толщиной стенки 1,5÷25 мм - применяются в котлах различных конструкций в качестве кипятильных, пароперегревательных, жаровых и дымогарных, изготовляются бесшовными;

б) крекинговые- диаметром 19÷219 с толщиной стенки 1,5÷25 мм - применяются для перекачки горячих нефтепродуктов под давлением (до 10 МПа), а также для изготовления нагревательных элементов трубчатых печей, изготовляются из углеродистой и легированной стали и поставляются с гладко обрезанными концами;

в) конструкционные применяются для изготовления различных деталей машин. К ним относятся трубы подшипниковые, для автотракторостроения, авиации, атомной, медицинской промышленности и др. Изготовляются сварными и бесшовными.

1.2.5. Трубы для сосудов и баллонов

Применяются для изготовления различных баллонов и сосудов, работающих под давлением от 0,1 до 40 МПа. Размеры труб должны соответствовать обычным размерам баллонов: диаметр 70465, толщина стенки 2,334 мм.

Исходные материалы для производства труб

В настоящее время сталь, предназначенную для производства труб, относят к категории качественной. От рядовых сталей она отличается более низким содержанием вредных примесей - фосфора и серы.

Повышенное качество трубной стали должно обеспечиваться и низким содержанием растворенных в ней газов: азота, кислорода, водорода. Кроме контроля на содержание химических элементов, некоторые трубные марки стали дополнительно подвергают специальным испытаниям (на механические свойства), а также проводят контроль макро и микроструктуры.

Выплавляют сталь для труб в мартеновских печах, конвертерах и дуговых электропечах.

Исходным материалом для производства бесшовных труб обычно является спокойная сталь, для сварных труб одинаково используют спокойную, полуспокойную и кипящую сталь.

Преимущества кипящей стали: меньше размер первичной усадочной раковины; полное отсутствие вторичной усадочной раковины; меньше неметаллических включений; лучше качество поверхности; выше пластичность металла; прочность металла ниже, а вязкость выше; ниже стоимость производства.

Недостатки кипящей стали: выше концентрация примесей; больше подкорковых пузырей и труднее управлять процессом их образования; более интенсивное старение металла и меньше устойчивость к коррозии.

Преимущества спокойной стали: меньше концентрация вредных примесей; отсутствие подкорковых пузырей.

Недостатки спокойной стали: больше размеры первичной усадочной раковины; значительна вторичная усадочная раковина; хуже качество поверхности; меньше вязкость металла; дороже производство.

Для изготовления бесшовных труб кипящую и полуспокойную сталь используют только для труб менее ответственного назначения именно из-за высокой концентрации примесей и значительного количества подкорковых пузырей.

Стали с повышенным содержанием углерода используют для изготовления труб большого диаметра, которые применяются в нефтедобывающей промышленности в качестве обсадных и бурильных труб, а также других труб ответственного назначения. Стали с более низким содержанием углерода используют для производства паропроводных котельных и других труб.

Качество исходного металла во многом определяет качество готовых труб, так как пороки, имеющиеся на слитках или заготовках, как правило, сохраняются и на готовых трубах. Наружные пороки могут привести к образованию трещин, разрывов и плен на трубах. За последние годы в мировой практике освоено производство труб из непрерывнолитых заготовок круглого, квадратного, прямоугольного и многогранного сечений, которые используются либо непосредственно на трубопрокатных агрегатax, либо в необходимых случаях предварительно подвергаются прокатке.

Непрерывнолитые заготовки являются более дешевыми и обладают значительно лучшим качеством, чем слитки, получаемые традиционными способами разливки. Использование непрерывной разливки обеспечивает наименьшие затраты на производство заготовок диаметром 150400 мм. При этом из-за сложности переналадки установок непрерывной разливки трубопрокатный агрегат должен обеспечить выполнение всей производственной программы для использования одного-двух размеров заготовки. Именно в силу последнего фактора и из-за наличия большого количества относительно старых трубопрокатных агрегатов до последнего времени в практике трубного производства наибольшее применение находят круглые или квадратные катаные и кованые заготовки.

Для производства труб ответственного назначения с хорошей внутренней поверхностью используют как кованую заготовку, так и заготовку, полученную электрошлаковым переплавом, при котором количество загрязнений неметаллическими включениями сводятся к минимуму. Кованую заготовку применяют также для производства бесшовных труб больших диаметров. Предварительно деформированная заготовка имеет меньше дефектов, чем слитки, так как слитки перед прокаткой на трубозаготовочных станах ремонтируются, и раскат обрезается.

Поверхностные дефекты трубной заготовки по своему происхождению разделяются на сталеплавильные (трещины, волосовины, рванины, неметаллические включения, завороты, плены), дефекты вследствие нагрева (перегрев и вкаты коксика) и прокатные (закаты, «лампасы», брак по профилю поперечного сечения трубной заготовки - толстые, тонкие, овальные). Обычно удельный вес дефектов прокатного происхождения составляет 2030 % общего количества дефектов.[1]

Металл для труб должен быть по возможности дешевым, его качество должно быть высоким, обеспечивающим минимальные отходы. Известно, что качество исходного металла во многом предопределяет качество готовых труб, так как большинство не удаленных дефектов заготовки сохраняется и на готовых трубах. Кроме этого, дефекты заготовки способствуют образованию дополнительных пороков при прокатке труб и значительному увеличению объема работ по ремонту готовой продукции. Поэтому отсутствие пороков на исходной заготовке уделяют большое внимание.

Слитки перед прокаткой центруют, а для производства труб ответственного назначения сверлят, чтобы удалить усадочную раковину.

Катаные и кованые заготовки, используемые для изготовления труб ответственного назначения, подвергают сплошной обдирке на бесцентровотокарных станках. Широко применяют также механизированную огневую зачистку катаной и кованой заготовки. Обычно огневую зачистку и сплошную обдирку заготовки выполняют в прокатных цехах, изготавливающих заготовку. Для выявления мелких поверхностных дефектов, увидеть которые мешает слой окалины, заготовку перед ремонтом травят в различных кислотах. Мелкие дефекты удаляют пневматическими зубилами и шлифовкой наждачными камнями на глубину до 3 % от диаметра заготовки. Грани и переходные радиусы квадратных заготовок шлифуют наждачными камнями.

Для производства труб из высоколегированных труднопрошиваемых сталей и сплавов, а также биметаллических труб некоторых видов в качестве исходной заготовки используют центробежнолитые гильзы. Перед подачей на трубопрокатную установку наружную и внутреннюю поверхности гильз подвергают обдирке и контролю. Перед подачей на прокат заготовку разрезают на мерные длины.

Классификация и технологическая характеристика способов производства и обработки труб

Способы производства труб характеризуют технологию изготовления черновой трубы из заготовки. Способы обработки труб включают операции или группы операций, которым подвергается черновая труба при превращении ее в готовую, передаваемую заказчику. Одному и тому же способу производства труб могут соответствовать разные способы их обработки (в значительной степени зависят от назначения труб) и наоборот. От правильно выбранных способов производства и обработки труб в значительной степени зависят технико-экономические показатели.

По группам способов производства, как уже указывалось, различают два обобщенных вида труб: бесшовные и сварные. Бесшовные трубы получают методами горячей и холодной деформации из сплошной или полой заготовки, Сварные трубы изготавливают разными методами сварки кромок изогнутого листа. Сварные трубы могут подвергаться дальнейшей горячей или холодной деформации.

В зависимости от свойств металла заготовки, размеров и требований к качеству труб горячую деформацию осуществляют несколькими способами, каждому из которых присущи свои технологические преимущества и недостатки. Однако независимо от применяемого способа схема производства горячедеформированных бесшовных труб включает следующие основные технологические операции: нагрев заготовки, получение полой гильзы (прошивка), подогрев гильзы (при необходимости), получение трубы промежуточных размеров (раскатка гильзы в трубу), подогрев трубы (при необходимости), окончательное формирование диаметра и толщины стенки трубы.

Виды производства горячедеформированных бесшовных труб можно классифицировать по трем главным отличительным особенностям:

1) по способу получения гильзы: прошивка в косовалковом стане, прошивка на прессе, сочетание прошивки на прессе и раскатки в косовалковом стане, прессвалковая прошивка;

2) по способу раскатки гильзы в трубу: продольная прокатка на неподвижной короткой оправке (автоматические станы); периодическая прокатка на длинной плавающей конической оправке с порционной подачей металла в валки (пилигримовые станы); продольная прокатка на длинной цилиндрической плавающей, удерживаемой или частично удерживаемой оправке в многоклетевом стане (непрерывные станы); винтовая прокатка на длинной плавающей оправке в косовалковом стане (раскатные станы); проталкивание стаканов при помощи дорна через ряд уменьшающихся в диаметре роликовых обойм или калибров-колец (реечные станы); выдавливание металла в кольцевую щель, образуемую матричным кольцом и стационарно установленной оправкой (трубопрофильные прессы);

3) по способу окончательного формирования диаметра и толщины стенки готовой трубы: прокатка в калибровочном, редукционном или редукционно-растяжном станах; сочетание обкатки трубы в раскатном косовалковом стане с прокаткой в калибровочном или редукционном станах; сочетание прокатки в редукционно-растяжном стане с обкаткой в косовалковом раскатном стане и прокаткой в калибровочном стане; прокатка на станах-расширителях.

Первый и третий отличительные признаки теоретически могут сочетаться с любым из способов раскатки гильзы в трубу, и поэтому они в большей степени характеризуют не способ производства, а технологические особенности и возможности конкретной трубопрокатной установки.

Наиболее полно процесс производства бесшовных труб характеризуется вторым отличительным признаком - способом раскатки гильзы в трубу, по которому трубопрокатные цехи и агрегаты получают соответствующее название. В практике находят применение трубопрокатные агрегаты с непрерывным станом, с автоматическим станом, с пилигримовым станом, с трехвалковым раскатным станом, с реечным станом, с трубопрофильным прессом.

В зависимости от назначения труб, характеристики и размеров исходного материала сварные трубы получают несколькими способами, каждому из которых присущи свои технологические преимущества и недостатки. Способы производства сварных труб можно классифицировать по двум основным отличительным особенностям:

1) по температуре формуемого металла: формовка холодного листа (все виды современных трубоэлектросварочных агрегатов); формовка горячего листа (агрегаты непрерывной печной сварки труб)

2) по способу получения окончательных размеров готовых труб: получение окончательных размеров готовых труб на калибровочных клетях формовочносварочных агрегатах; получение на трубосварочных агрегатах ограниченного числа размеров труб- заготовок и окончательное формирование диаметра и толщины стенки на редукционно-растяжных станах горячего или холодного редуцирования.

Способы производства сварных труб классифицируются также по характеру протекания процесса (непрерывный и дискретный), числу и направлению швов на трубах (одношовные и двухшовные, прямошовные и спиральношовные), способу формовки листа в трубную заготовку (валковая, прессовая, в машинах валковооправочного или полувтулочного типов), способу сварки (печная, дуговая под слоем флюса, электросварка сопротивлением, индукционная сварка, сварка токами высокой частоты, электросварка в среде инертных газов, электронно-лучевая сварка труб, сварка постоянным током, плазменная и ультразвуковая сварка) и количеству слоев металла в трубе (однослойные, двухслойные и многослойные).

Холоднодеформированные трубы различают по способу изготовления заготовки для холодного передела (бесшовные, сварные), способу изготовления готовых труб (холоднокатаные, холоднотянутые), размерам (тонкостенные, особотонкостенные, капиллярные, большого диаметра и др.), форме (круглые, ребристые, профильные), материалу (из углеродистой и нержавеющей сталей, сплавов и др.), качеству поверхности (безрисочные, электрополированные и др.), состоянию металла труб (термообработанные, наклепанные и др.), назначению (для судостроения, для подшипников, для котлов высокого давления и др.).

Процессы изготовления холоднодеформированных труб, как правило, многоцикличные. Каждый цикл характеризуется определенным видом деформации (прокатка, волочение, редуцирование) и необходимой за ней последовательностью отделочных операций, включая термическую, химическую и механическую обработку.

В процессе превращения черновой трубы в готовую используют различные способы обработки труб (термическую, химическую, нанесение технологических смазок, механическую обработку, правку, калибровку и др.).

Испытание и инспекция труб включает комплекс операций по проверке соответствия качества и геометрических размеров труб техническим требованиям стандартов и технических условий. К этой группе относятся операции испытания труб гидравлическим и пневматическим давлением, позволяющие выявить нарушения сплошности металла, прочности сварных и герметичности резьбовых соединений, осмотр и изменение геометрических размеров труб на стеллажах, контроль качества и геометрических размеров труб приборами неразрушающего контроля, а также взвешивание труб.

Для предотвращения потерь металла от коррозии при использовании труб в химической, газовой и нефтяной промышленности, в строительстве и других отраслях на трубы наносят различные защитные покрытия. Металлические покрытия наносят на трубы диаметром до 530 мм, неметаллические - на трубы диаметром до 2520 мм.

К специальным видам обработки относятся специфические операции, направленные на изготовление труб специальных видов. Это приварка замков, навивка и приварка ребер, снятие грата после сварки и др. К этим видам обработки можно отнести и операции по изготовлению и навертке соединительных и предохранительных фитингов нарезных труб. Для осуществления этих технологических операций используют специализированное оборудование и автоматические линии.

Рассмотренные технологические характеристики способов производства и обработки труб в значительной степени предопределяют состав оборудования и технико-экономические показатели трубных цехов.

Технология производства горячедеформированных труб

1.6.1. Нагрев металла

Независимо от способа производства горячедеформированных труб, подготовленная заготовка проходит операцию нагрева.

Правильный выбор режима нагрева металла в значительной мере определяет качество готовых труб и в то же время обеспечивает работу всего оборудования при наименьших нагрузках и с меньшим расходом энергии. Продолжительность нагрева заготовки определяется физико-механическими свойствами нагреваемого металла и условиями теплопередачи, зависящими от свойств этого металла, конструкции печи и расположения заготовки в рабочем пространстве печи. Допускаемая скорость нагрева металла ограничивается напряжениями, возникающими в нем вследствие перепада температур по сечению нагреваемого слитка или заготовки. Для легированной и высоколегированной сталей эти напряжения обычно опасны в первый период нагрева до 500—550 °С. Для низколегированной стали этот температурный интервал не опасен. Удельная продолжительность нагрева составляет 10—12 мин на 1 см диаметра слитка и ограничивается тепловой мощностью и конструкцией печи.

Для уменьшения усилий деформации температуру нагрева всегда желательно иметь наиболее высокой. Однако слишком высокая температура нагрева может привести к перегреву, вызывающему рост зерна, снижающему пластичность стали, или даже к оплавлению и окислению границ зерен (пережогу) и полной потере пластических свойств стали. Поэтому температура нагрева углеродистой стали должна быть обязательно на 150200 °С ниже линии температур начала плавления на диаграмме состояния железо - углерод. Следовательно, температура нагрева стали с увеличением содержания в ней углерода должна снижаться.

Для легированных и высоколегированных марок стали, более чувствительных к перегреву и пережогу, температурный интервал нагрева необходимо устанавливать более точно, обязательно учитывая разогрев металла в процессе прошивки на 3050 °С. Температуру нагрева этих сталей устанавливают на 2040 °С ниже области температур максимальной пластичности, определенной методом горячего скручивания образцов металла при лабораторных испытаниях.

Температура прошивки большинства сталей должна находиться в пределах 1150—1270 °С. Неравномерность нагрева слитков и заготовок по сечению и длине является важным фактором.

Осуществление нагрева труб в современных печах в безокислительной или восстановительной среде позволяет исключить получение окалины и, как следствие, исключить брак труб, связанный с прокаткой заготовки и полупродукта с окалиной, а также травление металла. Все это позволяет экономить минимум 1-3 % металла от массы заготовки за каждый технологический цикл нагрева и травления. В современных цехах нагрев исходной заготовки осуществляют в газовых (кольцевых, карусельных, секционных и с шагающими балками) и индукционных печах. Для подогрева гильз и труб используют газовые печи с шагающими балками, секционные, карусельные и кольцевые, а также индукционные печи. Конструкции и тепловая работа этих печей будут рассмотрены подробнее во второй главе.

Технологические расчеты

4.1. Общие положения расчета методических печей.

Методическая печь как тепловой агрегат отличается сложностью протекающих в её рабочем пространстве процессов движения газов и внешнего теплообмена.

Основной расчет теплопередачи дает возможность найти необходимые размеры рабочего пространства, производительность печи, а также теплотехнические характеристики нагрева

Для методических печей основные технологические требования состоят в обеспечении нагрева до заданной температуры и заданного перепада температур по сечению металла.

Для расчета теплопередачи к металлу в печах непрерывного изменения температуры и тепловой мощности по длине печи представляют как изменение этих величин во времени по мере продвижения металла через печь. При этом расчет будет справедлив только при стационарном режиме работы печи, когда температура и тепловая мощность в каждом сечении печи остаются неизменными во времени.

При изменении параметров нагреваемого металла или производительности печи в печах непрерывного действия протекают нестационарные процессы, после чего печь переходит на работу в новом стационарном режиме. Этот режим может отличаться от предыдущего как распределением теплоты, так и распределением температур по длине печи, однако он по-прежнему остается неизменным во времени.

Нестационарные режимы, ухудшающие работу печи, снижают средние показатели. Это надо учитывать, если печь должна работать при часто меняющемся сортаменте нагреваемого металла и переменной производительности.

Для принятой физической модели температурное поле в металле определяется решением уравнение теплопроводности Фурье при заданных начальных, и граничных условиях, соответствующих условиям нагрева или охлаждения.

Решение уравнения теплопроводности принципиально различно для так называемых термически тонких и массивных тел. Тонкими считают такие тела, у которых перепад температур в процессе нагрева или охлаждения настолько мал, что им можно пренебречь. Таким образом, можно считать, что тонкое тело нагревается равномерно по сечению. В массивных телах перепад температур по сечению достаточно велик и его необходимо учитывать при расчете.

Граничные условия, принимаемые при расчете теплообмена в рабочем пространстве печи, могут быть заданы тремя способами: граничные условия первого рода, когда задано распределение температур по поверхности металла в пространстве и во времени; граничные условия второго рода, когда задан тепловой поток как функция времени; граничные условия третьего рода, когда задана температура средства нагрева или охлаждения и закон теплообмена между ним и поверхностью металла.

При расчете печи её разбивают на расчетные участки, имея ввиду, что границы участков обязательно должны совпадать с границами теплотехнических зон. Для повышения точности теплотехнические зоны можно разбивать на несколько расчетных участков, при этом желательно совмещать такие участки с зонами отопления.

При определении числа расчетных участков надо учитывать, что на участках с постоянной температурой расчет дает более точные результаты, чем на участках с линейно изменяющейся температурой. При этом при таком расчете конечное температурное состояние металла на предыдущем участке будет начальным для последующего участка. Если конечное температурное состояние металла является неравномерным, то для расчета последующего участка температуру считают распределенной по параболическому закону.

Усреднение теплофизических свойств можно производить по участкам.

В расчетах пренебрегают влиянием химических процессов, а тела, участвующие в теплообмене считают серыми и диффузными.

При выборе исходных данных руководствуются соображениями:

Печь рассчитывается на сортамент металла, при прокатке которого производительность стана является максимальной.

Если стан имеет одинаковую производительность при прокатке заготовок различной толщины и марок сталей, то для расчета печи выбираются заготовки максимальной толщины из сталей с минимальным коэффициентом теплопроводности.

Расчетная производительность печи должна на 1015 % превышать максимальную производительность стана.

Параметры нагрева металла выбираются с учетом марки нагреваемой стали, размеров заготовок, прокатываемого профиля и т.д.

Выбор топлива определяется технико-экономическими соображениями, учитывающими состояние топливного баланса завода.

Выбор температур подогрева воздуха и газа определяется видом сжигаемого топлива, типом выбранного рекуператора, а также технико-экономическими соображениями, учитывающими стоимость топлива, сооружения и эксплуатации рекуператоров и пр.

Постановка задачи реконструкции кольцевой печи цеха т-2 оао «синтз»

Замена оборудования на производственной линии цеха №Т2 требует перехода на больший диаметр нагреваемой заготовки (со 156 мм на 190 мм). Существующие условия нагрева в кольцевой печи не способны качественно нагреть более массивные заготовки. Темп выдачи заготовки, определяемый работой прошивного стана, не зависящий от диаметра заготовки остается прежним. Требуется увеличить тепловую нагрузку печи, не увеличивая время пребывания заготовок в рабочем пространстве печи и температуру рабочего пространства. Увеличение скорости нагрева при сохранении прежней скорости вращения подины возможно только за счет усиления интенсивности теплообмена. Улучшение теплообмена возможно путем увеличения конвективной составляющей, за счет ускорения движения продуктов сгорания в рабочем пространстве печи.

В настоящее время для отопления печи применяются газомазутные горелки, из которых вынута мазутная форсунка, т.к. в качестве топлива используется только природный газ. Существующая конструкция не удовлетворяет требованиям автоматики, безопасности, а также экологическим требованиям. Кроме того, горелка не соответствует ГОСТам.

В дипломном проекте предложена замена устаревших газомазутных горелок на горелки ТЕСКА серии ГСС, обеспечивающие скорости движения продуктов сгорания до 150 м/с, что позволит поднять процентное отношение конвективной составляющей к суммарному тепловому потоку с 1520% до 3540%. Горелки ГСС позволят избавиться от химического недожога и обеспечить требуемую скорость нагрева. При этом масса и габариты новой горелки значительно меньше, по сравнению со старой, снижается стоимость обслуживания, расходы топлива и угар металла.

С целью снижения потерь теплоты в окружающее пространство и увеличения срока эксплуатации печи без капремонта, рекомендуется заменить старую футеровку печи, выполненную огнеупорными и теплоизоляционными материалами: шамот, шамотный легковесный кирпич, диатом, муллитокорундовая масса (МК90), изоляционный кирпич, асбокартон, на плотный огнеупорный бетон и мулитокремнеземистый рулонный материал.

Применение огнеупорного бетона позволит избавится от таких существующих проблем, как заваливание внутренней стенки внутреннего кольца, образование огневых пятен, проваливание футеровки в момент укладки заготовок на подину печи, что приводит к образованию лунок и к появлению “близнецов”(при переходе на нагрев заготовок меньшего диаметра, заготовки скатываются в лунки).

Материалы и изделия из огнеупорного волокна являются прогрессивными материалами не содержащими асбест, обеспечивающими ресурсосбережение.

Использование изоляции из волокнистого материала позволит:

снизить трудовые затраты на монтаж в 2-3 раза;

сократить массу печи в 912 раз;

снизить количество тепла, аккумулируемого кладкой;

уменьшить общий расход топлива в печи.

Горелка теска® серии гсс

В последнее время наиболее эффективными горелками стали являться скоростные горелки с воздухоохлаждаемой камерой сгорания. Подобные горелки позволяют полностью отказаться от выносных топок и создавать новые, более экономичные конструкции печей.

В горелке осуществлен эффективный способ сжигания природного газа, основанный на многоструйном распределении газа и воздуха и по стадийном смешивании и сжигании горючей смеси по длине камеры сгорания горелки. благодаря этому горелки ТЕСКА серии ГСС, разработанные научно-производственным предприятием «Техстройкерамика» (г.Екатеринбург) работают в широком диапазоне тепловых нагрузок и значений коэффициента избытка воздуха с возможностью регулирования теплотехнических и газодинамических характеристик факела.

Широкие функциональные возможности горелки ТЕСКА серии ГСС позволяют использовать её в самых сложных системах отопления. Одной из отличительных особенностей горелки ГСС является наличие в ней подвижного стабилизатора, позволяющего обеспечить устойчивое горение на средне- и низкотемпературных режимах без срыва пламени и погасания горелки.

Технология скоростного нагрева

Технология ТЕСКА® основана на оптимизации процессов нагрева за счет распределения тепловых потоков в печи с заданными параметрами по температуре, скорости и объему распределенного теплоносителя.

Реализация технологии ТЕСКА® осуществляется за счет применения автоматических горелок ГСС с регулируемыми параметрами факела.

Горелки ГСС позволяют реализовывать различные нагревы / термообработки : импульсный, аналоговый, комбинированный, режим качающейся струи, пульсирующий. Заданный режим выбирается в зависимости от технических требований агрегата.

Применение горелок ГСС в системах отопления позволяет интенсифицировать процессы нагрева с высокой степенью температурной равномерности и улучшить технико-экономические показатели печи.

Технические особенности горелок ГСС ТЕСКА®

В горелке ГСС применены новые технические решения, позволяющие :

1. Увеличить тепловое напряжение факела в сравнении с отечественными и зарубежными горелками за счет сжигания топлива с высоким коэффициентом активации (К~0,95).

2. Интенсифицировать процессы нагрева за счет изменения теплоэнергетических характеристик факела (температуры, скорости и объема теплоносителя ).

Технические решения, реализуемые в горелках ГСС ТЕСКА®

1. В горелке предусмотрено 2 узла смесеобразования : для образования основной и запальной смеси. Однородный состав смеси достигается за счет добавления потоков газа и воздуха, искусственной турбулизации потоков, ступенчатом смешивании по длине камеры сгорания.

2. Эффективное сжигание газа за счет:

-подогрева газа и воздуха в корпусе горелки;

-каскадного сжигания топлива по длине камеры сгорания горелки;

-рекуперации продуктов сгорания в корпусе горелки.

3. Работа горелки в широком диапазоне изменения тепловой мощности и коэффициента избытка воздуха, что позволяет регулировать температуру, скорость и объем продуктов сгорания (факела) на выходе из горелки.

4. Осуществление полного сгорания топлива в горелке без дополнительных дожигающих устройств (горелочных камней, огнеупорных насадок, топок и т.д.).

5. Снижение вредных выбросов по (СО, NОх) в 2,5 раза ниже норм РФ за счет :

-каскадного сжигания топлива по длине камеры сгорания;

-рециркуляции продуктов сгорания в корпусе горелки.

Безопасность и экологичность проекта

Введение

Ежегодно фиксируются тысячи случаев гибели или травмирования людей в период производственной деятельности. Во избежание несчастных случаев на производстве необходимо своевременно идентифицировать опасность и принять меры для её предотвращения.

Безопасность труда- это такое состояние условий труда, при котором исключено воздействие на персонал различных вредных или опасных производственных факторов[27]. Составной частью безопасности жизнедеятельности является охрана труда, которая направлена на обеспечение такого состояния условий труда, при которых полностью исключается воздействие на работающих опасных и вредных производственных факторов. Охрана труда – это сложный комплекс технических, санитарно-гигиенических и правовых мероприятий направленных на оздоровление труда и безопасность трудящихся. Основные положения закреплены в конституции и федеральном законе “Об основах охраны труда в РФ от 17.07.99. номер 181ФЗ а также издаваемых в соответствии с ними законодательных и иных нормативных актов РФ и республик в составе РФ в том числе и Трудовой кодекс РФ (федеральный закон от 30.12.2001 номер 197ФЗ).Повышение технического уровня предприятия, уменьшение доли ручного и тяжёлого труда, повышение уровня оснащённости производства средствами пожарной безопасности, производственной санитарии, в конечном счете, приводят к улучшению условий труда.

Под условиями труда понимается совокупность факторов производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе труда. Из требований ст.СЭВ 172879 “Процессы производственные”, следует, что производственная среда создающая здоровые и работоспособные условия труда, главным образом обеспечиваются, режимом труда и отдыха, эстетическим оформлением рабочего места и профессиональным отбором трудящихся. Улучшение условий труда, повышение его безопасности влияют на результат производства: производительность труда, качество и себестоимость выпускаемой продукции. Производительность труда увеличивается вследствие сохранения здоровья и работоспособности человека, экономий живого труда путём повышения уровня использования рабочего времени, продление периода активной трудовой деятельности человека, уменьшение числа аварий.

Любая деятельность потенциально опасна. И эту опасность можно существенно снизить благодаря уменьшению количества обслуживающего персонала, дистанционного контроля управления технологическим процессом, а также организации производства в соответствии ССБТ стандартам требований и норм производственному оборудованию ГОСТ 12.2. и к производственному процессу ГОСТ 12.3.

Цель данного дипломного проекта- улучшение тепловой работы печи путем модернизации системы отопления, автоматизация процесса нагрева заготовок, т. е. полный автоматический контроль и управление тепловым режимом печи.

За процессом нагрева заготовок в печи следит нагревальщик, именно от его своевременных и правильных действий зависит и оптимальный режим работы печи, и качество нагрева, поэтому очень важно обеспечить комфортные условия работы нагревальщика.

Выводы

Организация труда соответствует правилам эксплуатации оборудования.

Система противопожарных мероприятий, сигнализация, а также наличие подручных средств пожаротушения создают надежную защиту от пожаров. Для обеспечения эвакуации персонала во время пожарной или радиационной опасности, разработан план эвакуации персонала из цеха.

Во избежание взрывов печи при прекращении подачи воздуха, автоматика печи предусматривает аварийное отключение подачи газа в печь. Можно сказать, что для предотвращения такой серьёзной ситуации приняты все меры.

В целях защиты работающих в трубопрокатном цехе №2 от поражения электрическим током применяются следующие меры: ограждение и изоляция токоведущих частей, защитное заземление, применение токов пониженного напряжения, регулярные проверки электрооборудования и его изоляции.

Вентиляция и кондиционирование в помещениях соответствуют требованиям.

Микроклимат соответствует нормативам.

Выполнен анализ возможности возникновения чрезвычайных ситуаций и приведены рекомендации о действиях при возникновении ЧС. Защита рабочих от последствий чрезвычайных ситуаций достаточно надежна, однако необходимо проводить инструктаж работающих о действиях при чрезвычайных ситуациях и моделирующие учения.

Действующие производство в целом удовлетворяет нормам безопасности труда. Однако есть такие вредные факторы, по которым существует превышение нормативных величин. Для уменьшения вредных факторов необходимо использовать индивидуальные средства защиты, автоматизировать и механизировать ручной труд.

Заключение

В данной дипломной работе предложен способ улучшения тепловой работы кольцевой печи цеха Т-2 ОАО «СинТЗ».

Рекомендуется заменить топливосжигающие устройства и заменить футеровку печи.

В данной работе были произведены расчет горения топлива, теплового баланса, расчет нагрева металла.

В целом, проводимая реконструкция даст следующие положительные результаты:

снижение расхода газа;

увеличение КПД печи;

повышение качества готовой продукции, уменьшение доли брака,

улучшение экологической обстановки.

Дипломная работа рассмотрена с точки зрения экономической эффективности, безопасности и экологичности.