Оценка возможностей и разработка мероприятий по освоению на ТЛС5000 ОАО «ММК» новых позиций проката для сварных труб из перспективных стале

 

(3.64)

 

Для вынужденной конвекции по формуле [43]

(3.65)

где b – определяющий размер, меньшая сторона – ширина полосы, м;

- скорость движения полосы, м/с.

 

Для нахождения коэффициента теплопередачи  при парообразовании определим количество тепла на подогрев воды до температуры 373 К и скрытую энергию парообразования

 

(3.66)

где

- удельная теплоемкость воды, равная 4200 Дж/(кг К); - массы воды при нагреве, кг.

(3.67)

где r_п - скрытая теплота парообразования воды, равная 2250 Дж/кг.

 

Теплоту, которую полоса отдаст при  нагреве воды и превращение ее в пар, можно найти по формуле

 

(3.68)

где

- площадь поверхности металла, м².

 

Очевидно, что потеря теплоты металла  равна сумме теплоты на нагрев воды и парообразования. При совместном решении уравнений (6),(7) и (8) найдем коэффициент теплоотдачи при парообразовании

(3.69)

где

- доля воды, переходящая в пар, в среднем принимают =0,1.

 

Массу воды, выливаемую на полосу можно  выразить через расход воды

 

(3.70)

где - расход воды на душирование полосы, м³/ч; - удельная плотность воды, равная 1000 кг/м³.

 

Для того что бы более точно рассчитать температуру при охлаждении, необходимо учитывать что с изменением температуры изменяются такие параметры как удельный вес стали, теплоемкость, теплопроводность. Насколько важно использовать переменные значения теплофизических коэффициентов, а не усредненные, видно на следующем примере для стали марки 08кп, таблица 3.10.

 

Таблица 3.10 - Значения теплофизических коэффициентов для стали 08кп

Температура, оС	500-550	700-750	850-900	1000	1100
с, ккал/(кг оС)	0,169	0,246	0,203	0,16	0,16
, кг/м3	7690	7620	7600	7550	7495

Для расчета значений теплофизических коэффициентов, в литературе [44] рекомендуется использовать следующие формулы:

 

ρ = А- 0,025 С

(3.71)

где ρ – удельный вес стали  г/см³;

А= 7,871 – 0,032 t

C – содержание углерода в стали,%;

t – температура стали, ^оС.

 

с = 0,112 + 5·10-5t + 1·10-7t2

(3.72)

где с – удельная теплоемкость стали, Дж/(кг К);

t – температура стали,  ^оС.

 

Исходя из известной температуры  конца прокатки t_кп=819,4 ^оС, рассчитали потери тепла конвекцией Х и излучением при транспортировке листа от клети до установки ускоренного охлаждения при суммарной длине рольгангов и машины предварительной правки, через которую раскат в нашем случае проходит без совершения самой операции правки, 60м и средней скорости транспортировки 3м/с:

 

(3.73)

 

где   -  температура воздуха, °С;

- коэффициент конвективного  теплообмена с воздухом, Вт/(м² К).

 

Рассчитаем падение температуры  после охлаждения первой секцией  установки ускоренного охлаждения в соответствие выше представленной моделью.

Поскольку полоса движется по отводящему рольгангу со скоростью 3м/с, то имеет место вынужденная конвекция, для которой значение коэффициента теплоотдачи может быть определено по формуле (3.65):

 ккал/м² ч ^оС

 сек

 ^оС

 ^оС

  ^оС

 ^оС

  ^оС

 

Определим значения теплофизических  коэффициентов при данной температуре  стали:

ρ=7,817-0,032·797,4-0,025·0,05=7,615 г/см³=7615кг/ м³

с=0,112 + 5·10^-5·797,7 + 1·10^-7·(797,7)²=0,22 Дж/(кг К)

Найдем коэффициент теплопередачи:

Теплопроводностью

Конвекцией

Парообразованием

Тогда обобщенный коэффициент теплопередачи  равен

Найдем коэффициент симметричности условий охлаждения исходя из того, что соотношение расхода воды верхних и нижних коллекторов составляет один к трем:

В этом случае с учетом рассчитанного  коэффициента теплоотдачи коэффициент  массивности равен:

Рассчитаем падение температуры  после охлаждения водой первой секцией:

^оС

Потери тепла от излучения составят

 ^оС

Тогда температура после прохождения  первой секции будет равна:

 ^оС

Для дальнейшего расчета была разработана  программа, в основе которой лежит выше приведенная модель охлаждения. В программе учтены технические параметры системы охлаждения, применяемой на ТЛС 5000 ОАО «ММК», с возможностью изменения расхода воды по секциям с целью получения заданной температуры конца охлаждения.

С использованием данной программы  были получены несколько вариантов охлаждения полосы, со скоростями прохождения системы ускоренного охлаждения 0,5м/с, 0,7м/с и 1м/с. Заданные параметры для расчета представлены на рисунке 13, значения выбранных расходов по секциям на рисунке 14. Полученные результаты расчетов по охлаждению полосы представлены на рисунках 15-16.

а

б

в

Рисунок 13 – Ввод данных для расчета охлаждения полосы, с различными скоростями прохождения установки: а) 0,5м/с; б) 0,7 м/с; в) 1 м/с.

а

б

в

Рисунок 14 – Результаты изменения температуры при выбранных расходах с различными скоростями прохождения установки: а) 0,5м/с; б) 0,7 м/с; в) 1 м/с.

а

б

в

Рисунок 15 – Графики изменения температуры при выбранных расходах воды с различными скоростями прохождения установки: а) 0,5м/с; б) 0,7 м/с; в) 1м/с.

а

б

в

Рисунок 16 – Графики изменения скорости охлаждения полосы при выбранных расходах воды по секциям с различными скоростями прохождения установки: а) 0,5м/с; б) 0,7 м/с; в) 1 м/с.

Исходя из выше представленных расчетов, графиков температурных и скоростных режимов охлаждения, делаем вывод, что наиболее подходящим для получения бейнитной структуры стали категории прочности Х100 является вариант со скоростью прохождения участка охлаждения 0,7м/с. При этом общие расходы воды на участках: спрейерного охлаждения составляет 6400м³/ч, ламинарного охлаждения 2450м³/ч. Именно при таком режиме охлаждения достигаются необходимые скорости охлаждения на участках: спрейерного охлаждения составляет 22^оС/с, ламинарного охлаждения начальный участок 15^оС/с, конечный участок 4^оС/с.

Выводы

Анализируя режим контролируемой прокатки, полученный в результате данного расчета, можно сделать  следующие выводы:

1) выбранная схема прокатки продольная  с протяжкой и разбивкой ширины с применением эджеров обеспечивает минимальные значения расхода в торцевую (800мм) и боковую обрезь (100 мм), а также наивысшее качество боковой кромки;

2) базисное сопротивление металла  деформации для стали с указанным  химическим составом составляет 81,41 МПа;

3) технология контролируемой прокатки  реализуется за 15 проходов с обеспечением  междеформационной паузы продолжительностью 100с после восьмого прохода  и суммарным относительным обжатием 92,7%;

4) процесс прокатки на этапах  протяжки и разбивки ширины осуществляется с постоянной скоростью 1,5-2,0 м/с;

в остальных проходах прокатка производится с ускорением и замедлением при  максимальной скорости прокатки 3,4 м/с;

5) технология высокотемпературной  контролируемой прокатки осуществляется с обеспечением:

• температуры нагрева слябов под  прокатку 1150°С;

• температуры конца первой стадии (черновой прокатки) 1040-1050°С;

• температуры начала второй стадии (чистовой прокатки) 930-940°С;

• температуры конца прокатки 810-820°С;

• температуры начала охлаждения 790-800°С;

• температуры конца охлаждения 430-440°С;

6) обеспечивается значительный запас по усилию прокатки, в первом чистовом проходе достигается наибольшее значение 93,77 МН;

7) наибольшее значение крутящего момента составило 13,15 МН∙м, что не превышает максимально допустимых значений (предельное значение 19,4 МН∙м);

8) с учетом рассчитанного значения расходного коэффициента при прокатке  листа указанного типоразмера 1,085 и коэффициента использования стана 0,75, производительность стана составит 113,83 т/ч;

9) с учетом предложенной модели  охлаждения разработан программный  продукт позволяющий выбрать, такой режим работы секций ускоренного охлаждения, при котором обеспечивается требуемая интенсивность охлаждения листа;

10) с использованием разработанного программного продукта получена схема охлаждения листа категории прочности Х100 и определена наиболее подходящая, для этого режима, скорость движения листа, которая равна 0,7м/с.

11) необходимая скорость охлаждения 22^оС/с при начальной температуре охлаждения 798^оС/с на участке спрейерного охлаждения обеспечивается при общем расходе воды 6400м³/ч и скорости движения листа 0,7м/с.

12) конечная температура охлаждения 438°С обеспечивается на участке  ламинарного охлаждения при общем расходе воды 2450м³/ч

 

 

4. Безопасность жизнедеятельности

1. Анализ потенциальных опасных и вредных производственных факторов

Управление технологическим процессом  толстолистового стана 5000 осуществляется операторами, находящимися на постах управления. Необходимо создание безопасных, безвредных и комфортных условий труда на рабочем месте оператора, а так же создание оптимальных микроклима-тических условий.

Показатели микроклимата должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей средой и поддержание оптимального или допустимого теплового состояния организма (СанПиН 2.2.4.548-96).

Показателями, характеризующими микроклимат, являются:

1. температура воздуха;
2. относительная влажность воздуха;
3. скорость движения воздуха;
4. интенсивность теплого излучения.

1. Оптимальные условия микроклимата

Оптимальные микроклиматические условия  установлены по критериям оптимального теплового и функционального  состояния человека. Они обеспе-чивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.

Учитывается температура поверхностей ограждающих конструкций (стены, потолок, пол), устройств (экраны и т. п.), а также технологического оборудования или ограждающих его устройств.

Оптимальные величины показателей  микроклимата необходимо соблюдать  на рабочих местах производственных помещений, на которых выполняются работы операторского типа, связанные с нервно-эмоциональным напряжением (в кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и др.). Перечень других рабочих мест и видов работ, при которых должны обеспечиваться оптимальные величины микроклимата определяются Санитарными правилами по отдельным отраслям промышленности и другими документами, согласованными с органами Государственного санитарно-эпидемиологического надзора в установленном порядке.

Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать  величинам (СанПиН 2.2.4.548-96), приведенным в таблице 4.1, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.

Перепады температуры воздуха  по высоте и по горизонтали, а также изменения температуры воздуха в течение смены при обеспечении оптимальных величин микроклимата на рабочих местах не должны превышать 2°С и выходить за пределы величин, указанных в таблице 4.1 для отдельных категорий работ.