METAL 2004
Hradec nad Moravicí
TECHNOLOGIE OHREVU PÁNVÍ NA VOD A JEJÍ PRÍNOSY TECHNOLOGY OF HEATING OF VOD LADLES AND ITS BENEFITS Milan Cieslar a Jirí Dokoupilb a) TRINECKÉ ŽELEZÁRNY, a.s., Prumyslová 1000, 739 70 Trinec – Staré Mesto, CR,
[email protected] b) TRINECKÉ ŽELEZÁRNY, a.s., Prumyslová 1000, 739 70 Trinec – Staré Mesto, CR,
[email protected] Abstrakt Úvod, duvody vývoje nového zarízení pro vypracování technologie ohrevu pánví VOD kyslíkopalivovým horákem, etapy realizace zarízení pro ohrev pracovních vyzdívek pánví VOD, stanovení merné entalpie vyzdívky pánve VOD, vypracování technologie ohrevu, ocekávané prínosy. Introduction, reasons of development of new facility for work-up of VOD ladle heating technology on base of oxy- fuel burner, phase of realization of facility for heating of working lining of VOD ladles, determination of specific enthalpy of VOD ladle lining, work out of heating technology, expected benefits. 1. ÚVOD Licí pánev se pri svém obehu dostává z tepelne technického hlediska do nekolika situací: odpich, preprava a mimopecní zpracování oceli, lití s víkem ci bez víka, chladnutí prázdné zakryté ci nezakryté pánve a ohrev. V techto situacích zustává obecne ruzne dlouho, pricemž vyzdívka pánve teplo s promenlivou intenzitou získává nebo ztrácí, prípadne získává i ztrácí zároven. To má za následek, že prakticky vzápetí po uvedení pánve do provozu není na zacátku ohrevu nikdo schopen urcit, jak je vyzdívka studená nebo teplá a stanovit tudíž dobu potrebnou k jejímu ohrevu. Prícina spocívá vtom, že jedinou fyzikální velicinu, související s tepelným stavem pánví, kterou je možno na zacátku ohrevu v provozních podmínkách merit, je teplota vnitrního povrchu zdiva, která však tepelný stav vyzdívky pánve nevyjadruje, trebaže je na nem do urcité míry závislá. Parametrem, vyjadrujícím tepelný stav vyzdívky pánve, je hodnota její merné entalpie. Požadovaná hodnota merné entalpie vyzdívky pánve (MEVP) na konci ohrevu je proto duležitý parametr, který je treba pro danou vyzdívku stanovit a zároven navrhnout opatrení, jak zajistit, aby této hodnoty bylo dosahováno. To v podstate znamená, že je treba vypracovat technologii ohrevu vyzdívky licí pánve. Požadované hodnoty MEVP na konci ohrevu se pro konkrétní typy vyzdívek vzájemne liší a liší se i doby ohrevu, potrebné pro jejich dosažení, pri jinak shodných vstupních podmínkách. 2. DUVODY VÝVOJE ZARÍZENÍ KYSLÍKOPALIVOVÝM HORÁKEM
PRO
SVISLÝ
OHREV
PÁNVÍ
??V soucasné dobe je pro svislý ohrev pánví používán vzduchový vysokorychlostní horák o výkonu 500kW. ??Horák je provozován bez automatické regulace ohrevu. ??Z duvodu castých poruch byl proveden monitoring tohoto ohrevu s následujícím záverem: 1
METAL 2004
Hradec nad Moravicí
??Horák je témer nefunkcní. ??Velmi nízký príkon vzduchu z duvodu nízké funkcnosti ventilátoru. ??Spalovací pomery nelze nastavit. 3. ETAPY REALIZACE ZARÍZENÍ PRO OHREV PRACOVNÍCH VYZDÍVEK PÁNVÍ VOD Jednotlivé etapy realizace jsou znázorneny na obrázku 1.
Obr. 1 Schéma zarízení pro ohrev pracovních vyzdívek pánví VOD Z obrázku jsou patrny jednotlivé etapy realizace zarízení: ??Zhotovení rozvodu kyslíku a zemního plynu ??Zhotovení automatické regulace ohrevu pánví VOD ??Vystýlka víka horáku ??Vlastní instalace kyslíkopalivového horáku ??Vypracování technologie ohrevu vyzdívek pánví VOD Zhotovení automatické regulace ohrevu pánví VOD Projekt automatické regulace reší následující funkce: -
nastavení požadované teploty
-
vizualizace a registrace teploty
-
rízení teploty v pánvi
-
vypnutí horáku pri poruchovém stavu
- vizualizace provozních a poruchových stavu Výsledným rešením je rídící systém ohrevu pánví na elektroocelárne TŽ, a.s. Vystýlka víka horáku Hlavním cílem bylo navržení a overení optimální konstrukce vyzdívky víka ohrevu. 2
METAL 2004
Hradec nad Moravicí
V úvahu pricházely 2 druhy vyzdívky: a) vláknitá vyzdívka b) monolitická žárobetonová vyzdívka Pri návrhu druhu vyzdívky níže uvedené výhody hovorily ve prospech vláknité vyzdívky: -
nepomerne nižší hmotnost oproti monolitické vyzdívce hmotnost vláknité vyzdívky víka
- 270 kg
hmotnost monolitické vyzdívky víka
- 2070 kg
-
lepší izolacní vla stnosti vláknitých materiálu
-
zlepšení presnosti vedení ohrevu
-
jednoduchá montáž vcetne oprav
- nižší náklady na porízení i opravy Z výše uvedených výhod byla realizována vyzdívka z vláknitých materiálu, která je zachycena na obrázku 2.
Obr. 2. Vystýlka víka horáku 4. STANOVENÍ MERNÉ ENTALPIE VYZDÍVKY PÁNVE VOD Jako parametr tepelného stavu vyzdívky pánve je uvažována její merná entalpie. Tuto velicinu nelze vsoucasnosti prímo merit, její hodnoty je nutno vypocítat. K výpoctu slouží matematické modely provozních situací, v nichž se pánve nacházejí. Modely jsou z matematického a fyzikálního hlediska pomerne složité. Pro svou funkci potrebují znát pocátecní a okrajové podmínky procesu a soucasne takové tepelne technické závislosti, které umožní jejich sladení se skutecnosti. Získání pocátecních a okrajových podmínek je nutno provést experimentálne, merením teplotních polí vyzdívky pánve pri jejím obehu v elektroocelárne. Po sladení experimentálního a modelového rešení lze provést radu 3
METAL 2004
Hradec nad Moravicí
simulacních výpoctu pomocí situacních modelu tak, aby jejich vyhodnocením a analýzou bylo možno stanovit optimální hodnotu MEVP na konci ohrevu a vypracovat technologii ohrevu pánví. Ke stanovení závislosti MEVP na case je treba znát prubeh teplotních polí ve vyzdívce po celou dobu sledování jejich obehu v elektroocelárne. Výpocet merné entalpie vyzdívky pánve vychází z vypoctených teplot po prurezu vyzdívky pomocí matematického modelu daného tepelne-technického procesu pro konkrétní pocátecní a okrajové podmínky. Duvody promerení tepelne technických velicin pri obehu pánve: 1. Stanovení okrajových podmínek pro simulaci tepelne technických procesu pri obehu pánví 2. Získání teplotních závislostí, které umožní overení sestavených matematických modelu 3. Monitoring tepelného namáhání vyzdívky pánví, jemuž jsou v ruzných provozních situacích vystaveny 4. Posouzení dosahované kvality obehu pánví s využitím nove instalovaného kyslíkopalivového horáku. Nove instalovaný kyslíko-palivový horák má z pohledu rychlosti nábehu teploty spalin v pracovním prostoru pánve na žádanou teplotu (1150°C) výborné parametry. Pri následném ohrevu pánve, chladnoucí 203 minuty po ukoncení lití, byla doba nábehu na žádanou teplotu 50 minut, pro chladnutí 865 minut od ukoncení lití (prakticky studená pánev) pak 75 minut. S urcitou nadsázkou je možno ríci, že zejména u teplých pánví se prakticky jedná o ohrev vyzdívky pri konstantní teplote spalin v jejich pracovním prostoru. Dusledkem je velmi dynamický nárust MEVP v prubehu ohrevu. Za techto okolností se stírá rozdíl mezi minimální a optimální hodnotou MEVP na konci ohrevu. Optimální (minimální) hodnota MEVP byla stanovena na 980 MJ.t-1 vyzdívky a pro tuto mernou entalpii vyzdívky byla vypracována technologie ohrevu. 5. VYPRACOVÁNÍ TECHNOLOGIE OHREVU Stanovit optimální a minimální hodnoty merné entalpie vyzdívky pánví, jakožto parametru jejich tepelného stavu na zacátku odpichu oceli z EOP do pánve a navrhnout, jak tepelný stav žádoucím zpusobem ovlivnovat, znamená vypracovat technologii ohrevu vyzdívek pánví VOD. Technologie ohrevu byla vypracována pro vyzdívku, jejíž tlouštka pracovní vrstvy sten ciní 80 mm. Základem byla krivka závislosti MEVP na dobe ochlazování pánve po odlití 2 tavby (viz. analytická a dokumentacní cást) získaná kombinací experimentálního a teoretického rešení. Výjimkou byl pouze ohrev nove vyzdené pánve, jehož nábehová krivka je uvedena na obr. 3. Ukázalo se, že pri dodržení této krivky pri celkové dobe ohrevu 1140 min. bude dosaženo min. hodnoty MEVP tj. 980 MJ.t-1 vyzdívky a pánev muže být uvedena do provozu. Vostatních prípadech byl postup takový, že na základe matematických simulací teplotních polí pri chladnutí pánví byla urcována jejich MEVP. Z techto výsledku byl potom s pomocí zmerených, prípadne odhadnutých, nábehových krivek teploty spalin na žádanou teplotu stanoven prubeh merných entalpií vyzdívky pri ohrevu. Na základe takto získaných údaju byly vyhodnoceny doby potrebné k ohrevu vyzdívky na 980 MJ.t-1 v závislosti na dobe chladnutí prázdnýc h pánví po odlití.
4
METAL 2004
Hradec nad Moravicí
1200
1000
Teplota (°C)
800
600
teplota (°C)
400
200
0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Doba ohrevu (hod.)
Obr. 3 Krivka ohrevu nove vyzdené pánve 6. OCEKÁVANÉ PRÍNOSY ??Zkrácení doby predehrevu ??Úspora paliva ??Snížení množství spalin ??Snížení nároku na údržbu ??Teplejší dna pánví ??Snížení odpichové teploty
7. ZÁVER Bylo vyvinuto zarízení ohrevu pánví VOD kyslíkopalivovým horákem v elektroocelárné TŽ. Soucástí bylo zhotovení rozvodu zemního plynu a kyslíku. Je zhotovena automatická regulace ohrevu pánve VOD. Dále byla vyvinuta vyzdívka víka. Je vypracována technologie ohrevu. Navržená technologie však nereší problematiku ohrevu komplexne. Týká se pouze jedné varianty ohrevu bazické vyzdívky pánve, netýká se šamotových pánví, kde podmínky ohrevu jsou jiné. Stávající technologie ohrevu rovnež vychází pouze z jedné kombinace doby trvání mimopecního zpracování oceli a doby lití. Komplexní rešení predpokládá výpocet MEVP na konci lití pro provozne zajímavé kombinace dob mimopecního zpracování a lití oceli. Pomocí matematických simulací se stanoví prubehy prubehy MEVP pri ochlazování pánví v závislosti na case pro všechny tyto pocátecní hodnoty. Pro ruzné hodnoty MEVP na konci chladnutí prázdných pánví (na zacátku ohrevu) se stanoví doby, potrebné pro ohrátí pánví. LITERATURA ?1? STARON, J, TOMŠU, F, Žárovzdorné ma teriály 5
