Расчетные исследования тепловой работы и совершенствование конструкции кольцевой печи ПАО «Челябинский трубопрокатный завод» для улучшения теплотехнических показателей ее работы

Высокую производительность прокатных и трубопрокатных станов, хорошее качество готовой металлопродукции возможно получить путем подогрева металлических заготовок с минимальным окислением и обезуглероживанием в нагревательных печах. Такие условия обеспечивают кольцевые печи, которые широко используют в прокатном производстве труб, железнодорожных колес и бандажей. Качественный нагрев позволяет получить структуру металлоизделий с заданными теплофизическими и рабочими свойствами, а также пластичность, необходимую для последующей механической обработки. В настоящей работе рассмотрены теплотехнические особенности работы кольцевой печи для нагрева трубных заготовок перед прокаткой на ПАО «Челябинский трубопрокатный завод» (ЧТПЗ). Проанализированы проблемы, возникающие при работе теплового агрегата: высокие удельный расход топлива на нагрев заготовок и температуры наружных поверхностей стен и свода; низкая скорость нагрева заготовки; большой объем подсосов воздуха в рабочее пространство печи; конструкция газогорелочных устройств не предусматривает возможности регулирования подачи газа в большом диапазоне нагрузок, вплоть до периодического полного отключения; тепловая энергия отходящих газов практически не используется. Проведен расчет нагрева металла и составлен тепловой баланс кольцевой печи. В ходе анализа результатов расчетных исследований выявлены факторы, снижающие энергоэффективность существующей конструкции печи. Предложены мероприятия по ее модернизации с целью уменьшения расхода топлива и увеличения производительности (применение волокнистых огнеупорных материалов, регенеративных горелочных устройств, не водоохлаждаемых перегородок и др.). Для оценки влияния предложенных мероприятий составлен тепловой баланс печи после проведения реконструкции печных систем и узлов, определены основные показатели тепловой работы печи. При реализации предложенных мероприятий ожидается существенный экономический эффект, улучшение качества нагрева металла при сокращении расхода топлива и увеличение производительности агрегата. В частности, после проведения реконструкции печи ожидается повышение суммарного (на 18,1 %) и теплового (на 31,0 %) КПД печи, а также снижение (на48,3 кгу.т/т) удельного расхода топлива. 

1. Дружинин Г.М., Дистергефт И.М., Леонтьев В.А. и др. Основные направления реконструкции кольцевой печи для нагрева заготовок // Сталь. 2005. № 3. С. 65 – 67.

2. Andreev S.M., Parsunkin B.N. Billet heating control fuel-saving solution in the rolling mill furnace // 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2017 – Proceedings, 19 October 2017, article No. 8076167.

3. Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Бушманова М.В. Оптимизация управления тепловым режимом нагревательных печей // Сталь. 2003. № 9. С. 65 – 67.

4. Parsunkin B.N., Andreev S.M., Nuzhin D.V., Volkov A.V. Information employed in fuel-conserving control of metal heating // Steel in Translation. 2007. Vol. 37. No. 9. P. 792 – 796.

5. Parsunkin B.N., Andreev S.M., Zhadinskii D.Yu. Energy-saving heating of continuous-cast billet // Steel in Translation. 2007. Vol. 37. No. 4. Р. 384 – 387.

6. Parsunkin B.N., Andreev S.M. Requirements in energy-saving metal heating // Steel in Translation. 2002. Vol. 32. No. 2. P. 37 – 41.

7. Parsunkin B.N., Andreev S.M., Logunova O.S., Akhmetov T.U. Energy-saving optimal control over heating of continuous cast billets // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol. 79. No. 9-12. P. 1797 – 1803.

8. Andreev S.M., Bushmanova M.V., Parsunkin B.N. Optimal thermal-load distribution over the zones of a continuous furnace to minimize fuel costs // Electrical-engineering Systems: An Interuniversity Collection. MGTU, Magnitogorsk. 2000. No. 5. P. 301 – 307.

9. Chen D., Lu B., Dai F., Chen G., Yu W. Variations on billet gas consumption intensity of reheating furnace in different production states // Applied Thermal Engineering. 2018. Vol. 129. P. 1058 – 1067.

10. Guangjun C. The problem and energy-saving of reheating furnace // Energy Metall. Indust. 2008. No. 27. P. 32 – 35.

11. Steinboeck A., Wild D., Kugi A. Energy-efficient control of continuous reheating furnaces // IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline). 2013. Vol. 15. No. 1. P. 359 – 364.

12. Lu B., Chen D., Chen G., Yu W. An energy apportionment model for a reheating furnace in a hot rolling mill – A case study // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 112. P. 174 – 183.

13. Dong W., Chen H. Strategy of rolling delay on reheating furnace // Kang T’ieh / Iron and Steel (Peking). 2004. Vol. 39. No. 1. P. 55 – 58.

14. Теплотехнические расчеты металлургических печей / Б.И. Китаев, Б.Ф. Зобнин, В.Ф. Ратников и др.; под общ. ред. А.С. Телегина. – М: Металлургия, 1970. – 528 с.

15. Теплотехнические расчеты металлургических печей. Учеб. пособие для вузов / Б.Ф. Зобнин, М.Д. Казяев, Б.И. Китаев, В.Г. Лисиенко, А.С. Телегин, Ю.Г. Ярошенко. 2-е изд. – М.: Металлургия, 1982. – 360 с.

16. Теплотехнические расчеты металлургических печей. Учебник для вузов / Я.М. Гордон, Б.Ф. Зобнин, М.Д. Казяев и др. 3-е изд. – М.: Металлургия, 1993. – 368 с.

17. Теория и практика теплогенерации. Учебник / Под ред. В.И. Лобанова, С.Н. Гущина. – Екатеринбург: изд. УГТУ-УПИ, 2005. – 379 с.

18. Топливо и расчеты его горения. Учеб. пособие / С.Н. Гущин, Л.А. Зайнуллин, М.Д. Казяев, Б.П. Юрьев, Ю.Г. Ярошенко. – Екатеринбург: изд. УГТУ-УПИ, 2007. – 105 с.

19. Технический отчет по работе «Проведение балансовых испытаний методической печи ТПЦ № 1 для нагрева заготовок из стали 09Г2С». – Екатеринбург: ОАО «Уралэнергочермет», 2014. – 42 с.

20. Расчет нагревательных и термических печей. Справочник / С.Б. Василькова, М.М. Генкина, В.Л. Гусовский и др. – М.: Металлургия, 1983. – 480 с.

21. Дружинин Г.М., Лошкарев Н.Б., Ашихмин А.А., Барташ М.Р., Нелюбин С.А., Коробейников А.В. Эффективность регенеративной системы отопления нагревательной печи // Сталь. 2010. № 3. С. 71 – 75.