Тема 5 підвищення одиничної продуктивності агрегатів

Одночасно із проблемою підвищення якості металів, що є головною в розвитку металургії, повинна вирішуватися також проблема підвищення продуктивності праці й зниження питомих капітальних витрат. Один з напрямків, що дає безсумнівний економічний ефект, складається в підвищенні одиничної продуктивності агрегату.

Ріст продуктивності металургійних агрегатів так само, як і в багатьох інших галузях народного господарства, досягається збільшенням розмірів агрегату, інтенсифікацією технологічного процесу й переходом на роботу агрегату по принципово новій технології.

Ці три напрямки підвищення одиничної продуктивності агрегату не є рівноцінними або взаємно замінними. Збільшення розмірів агрегату – кількісна зміна, тобто екстенсивна. Таким напрямком, наприклад в енергетиці, є збільшення потужності генераторів, що доходить зараз до 1,2 млн. кВт, у металургії ріст обсягу доменних печей більше 5000 м³, місткості конвертерів до 350–400 т и т. д. Цей напрямок економічно, як правило, себе виправдує, але розміри агрегатів не можна збільшувати безмежно.

Одинична продуктивність у багатьох випадках більш різко зростає при інтенсифікації самого технологічного процесу або переході на принципово нову технологію.

Ці напрямки підвищення одиничної продуктивності є вже якісною зміною.

Прикладом можуть служити мартенівські печі. Місткість ванн мартенівських печей безупинно зростала, і в п’ятдесятих роках минулого сторіччя почали будуватися мартенівські печі місткістю 600 т. У СРСР на двох заводах були тоді навіть побудовані мартенівські печі місткістю по 900 т. Але потім з'явилися кисневі конвертери, які дали можливість різко інтенсифікувати процес плавки, у зв'язку із чим застосування мартенівських печей виявилося менш ефективним. Наприклад, три конвертери місткістю по 150 т в змозі виплавити стільки ж сталі, скільки виплавляють близько 15 мартенівських печей місткістю по 300 т.

Інтенсифікацію технологічних процесів варто визнати найбільш економічно вигідним напрямком підвищення продуктивності агрегатів. При відновленні металів і їхній плавці – прискорення хімічних реакцій, при литті – підвищення швидкості кристалізації, а при обробці тиском – застосування високих швидкостей деформації.

Розглянемо деякі напрямки інтенсифікації процесів в основних металургійних агрегатах.

У доменних печах – це поліпшення використання корисного обсягу доменної печі, що представляє собою внутрішній простір печі, рахуючи від осі чавунних льоток до конуса засипного апарата в нижнім його положенні. Цей обсяг є однією з головних характеристик печі. Чим більше корисний обсяг печі, тим більше повинна бути і її продуктивність.

Показниками інтенсивності роботи печі можуть бути добовий випуск чавуну в тоннах з 1 м³ корисного обсягу або величина, їй зворотна, – відношення корисного обсягу в кубічних метрах до добової продуктивності в тоннах, називана коефіцієнтом використання корисного об'єму печі (к. в. к. о – м³/т у добу).

Реальними шляхами інтенсифікації роботи доменних печей є: використання печі тільки для відновлення й плавки, а процеси сушіння руди й розкладання гідратів і карбонатів робити поза піччю, підвищення температури дуття до 1350°С, надлишкового тиску газу на колошнику до 2,5–3 атмосфер і вмісту кисню в дутті.

Завдяки проведеним у цьому напрямку заходам знімання чавуну з 1 м³ корисного обсягу доменної печі рік у рік підвищується. На доменній печі обсягом 5000 м³ Криворізького металургійного комбінату випуск чавуну в добу з 1 м³ становить 2,2 т і вище. Ще більш висока питома продуктивність отримана на заводі у Фукуямі (Японія). На печі обсягом 4617 м³ її вдалося довести до 2,57 т/м³ у добу, що відповідає к. в. к. о – 0,39 м³/т у добу.

У кисневих конвертерах – це інтенсифікація процесу, здійснювана в результаті скорочення тривалості продувки й часу виконання допоміжних операцій, включаючи й ремонт футеровки. У сучасних конвертерів, оснащених динамічною системою автоматизації, інтенсивність продувки доведена до 12 м³/(т·хв.), завдяки чому тривалість продувки, наприклад у конвертерів місткістю близько 150 т, скорочується до 10 хв. У Японії існує думка, що інтенсивність може бути доведена навіть до 20 м³/(т·хв.).

Одночасно велике значення має зниження простоїв, викликаних ремонтом футеровки. Щодо цього – заслуговує на увагу досвід Західно-Сибірського металургійного заводу, на якому ремонт футеровки здійснили в гарячому стані між плавками торкретуванням вогнетривкими масами.

У машинах безперервного лиття – це інтенсифікація процесу кристалізації металів і підвищення швидкості виходу з машини нескінченного злитка.

З огляду на те, що швидкість кристалізації залежить не тільки від теплопровідності самого металу, тобто від його природних властивостей, але й від швидкості знімання тепла з поверхні злитка й товщини скоринки злитка, що утворилася, інтенсифікація безперервного лиття здійснюється у двох напрямках.

Перший – можливо більше знімання тепла з поверхні злитка. Найкращі результати дає застосування форсункової системи охолодження водою, а також водяний контактний тепловідвід. Тому, як тільки скоринка злитка стає досить міцною, представляється доцільним з метою прискорення кристалізації обмивати її потужними струменями води.

Другий напрямок – вибір оптимального перетину злитка. Чим менше товщина злитка, тим менше часу на закінчення кристалізації. В зв’язку з тим, що швидкість кристалізації приблизно обернено пропорційна квадрату товщини скоринки злитка, що утворилася, продуктивність машини росте, якщо зменшувати товщину злитка, зберігаючи площу перетину, або, іншими словами, чим більше відношення периметра злитка до його площі перетину, тим вище швидкість кристалізації й тим вище продуктивність машини. Із цього погляду самим невигідним є круглий перетин і найбільш вигідним – тонкий лист або гранули.

Але первинна структура в більшості металів для одержання підвищеної міцності має потребу в наступній досить інтенсивній пластичній деформації, тобто «проробленню тиском». Чим вище коефіцієнт обтиснення при цьому «проробленні», тим властивості металу краще. Особливо це має значення для сталей, схильних до ліквації, наприклад, для таких, як підшипникова й швидкорізальна.

Крім того, лиття дрібних профілів, особливо зі сталі, викликає технологічні труднощі. Для запобігання зайвого окислювання сталі представляється доцільним подавати її в кристалізатор за допомогою спеціальних стаканів нижче рівня металу. З огляду на габарити цього стакану й зручності обслуговування кристалізатора, лиття злитків товщиною менш, ніж 120–150 мм стає скрутним. У той же час практика показала, що зі збільшенням перетину злитка необхідно подовжувати технологічну зону кристалізації. У зв'язку із цим продуктивність машини з вертикальним кристалізатором може лімітуватися не швидкістю повного закінчення кристалізації, а міцністю скоринки злитка проти впливу на неї статичного тиску металу.

Щодо цього, велику роль в інтенсифікації процесів машин безперервного лиття для сталі зіграв перехід від машин вертикального типу до машин криволінійного та особливо радіального типу. Швидкість виходу злитка завдяки цьому вдалося збільшити в середньому в 2–2,5 рази.

За останні роки для сталевих злитків найбільше поширення одержують машини двох основних типів.

1. Для слябів товщиною 200–300 мм і шириною до 1200–2300 мм – одно-струмкові й двох-струмкові.

2. Для блюмів перетином приблизно 300×400 мм – чотирьох-струмкові.

Швидкість виходу злитків перебуває в межах 1,2–2 м/хв., тобто годинна продуктивність при литті слябів становить від 100 до 160 т на 1 м ширини кристалізатора, тобто сляба.

У прокатних станах – це підвищення швидкості прокатки, зниження тривалості пауз між виходом попереднього й входом наступного злитка або заготовки й часу, затрачуваного на зміну прокатних валків. У ряді випадків під інтенсифікацією прокатки також розумілося збільшення обтиснень за прохід і застосування у зв'язку із цим підвищеного кута захоплення. Такого роду інтенсифікація, однак, не в змозі підвищити продуктивність більшості сучасних прокатних станів, зроблених за принципом: для кожного обтиснення або проходу своя пара валків. Для інших станів вона може виявитися не завжди економічно вигідною, тому що в цьому випадку підвищені зусилля при прокатці викликають необхідність відповідного збільшення міцності робочої кліті стана й потужності приводу валків.

Найбільш вигідна інтенсифікація прокатки шляхом підвищення швидкостей. Зусилля при гарячій прокатці з підвищенням швидкості зростають не дуже значно, а при холодній прокатці навіть знижуються, отже, маса устаткування власне стану залишається майже тією ж. Підвищення продуктивності зажадає лише відповідного збільшення потужності електроприводів і пропускної здатності допоміжного устаткування.

Існують два способи підвищення швидкостей прокатки.

Перший – швидкість прокатки в момент захоплення металу й усталеного руху зберігається приблизно однаковою. Такий спосіб знаходить широке застосування для сортових, дротових і трубних станів. При безперервності процесу прокатки й відносно невеликому перетині захоплення металу на високих швидкостях не викликає занадто великих ударних навантажень. Наприклад, у сучасних дротових станів швидкість прокатки доходить до 80 м/сек., але в зв’язку з тим, що заготовка малого перетину, навантаження в момент захоплення не є небезпечним для міцності кліті і її приводу.

Другий спосіб полягає в застосуванні знижених швидкостей у момент захоплення, називаних заправними. Після захоплення валки разом із заготовкою, що перебуває між ними, розганяють до необхідної швидкості. Цей спосіб дає можливість захопити метал на зниженій швидкості не тільки валками, але й моталкою. Він виявився досить ефективним для широкосмугових станів і дав можливість довести швидкість прокатки на цих станах до 30 м/сек. і більше.

На станах, що працюють при цій системі регулювання швидкості, інтенсивність прокатки залежить також і від довжини або від маси заготовки, що прокатується. Чим більше довжина заготовки, тим меншими будуть витрати часу на її заправлення, розгін і гальмування стану. Тому одночасно із застосуванням більш високих швидкостей прокатки необхідно також здійснювати перехід на прокатку більш важкого злитка, сляба або рулону.

Практично зараз представляється доцільним і реальним перехід на прокатку з наступними швидкостями, м/сек.:

Широкострічкові гарячої прокатки..................... 35

Те ж, холодної прокатки п’яти клітьові................ 40

Для холодної прокатки жерсті.............................. 50

Дрібно сортні......................................................... 20–30

Дротові................................................................... 80–100

Подальшим етапом в інтенсифікації прокатки є введення безпаузного або нескінченного режиму. У цьому випадку відпадає необхідність частого зниження швидкості для заправлення смуги, а якщо воно не відбувається, то ударному навантаженню в момент захоплення смуги стан буде піддаватися вкрай рідко. Такий нескінченний режим практично здійснюється або сполученням прокатного стана з машиною для безперервного лиття заготовок, або застосуванням стикового зварювання заготовок перед подачею їх у валки.

У першому випадку цей режим роботи є наслідком самого процесу сполучення безперервного лиття із прокаткою, а в другому – він може бути отриманий при введенні додаткових операцій стикового зварювання й зняття ґрата й відповідного встаткування.

На першому етапі стикове зварювання набуло широкого застосування при виробництві зварених труб, на профілегибочних станах, у травильних агрегатах, у прохідних термічних печах і в агрегатах для нанесення захисних покриттів.

Завдяки стиковому зварюванню відпадає необхідність у заправних операціях при подачі смуги з наступного рулону й, у той же час, забезпечуються умови для повної безперервності й, отже, більшої стійкості технологічного процесу. Сам процес зварювання здебільшого здійснюється стаціонарно встановленими машинами; на час зварювання передбачений запас смуги у вигляді однієї або декількох петель. При зварюванні товстих смуг або заготовок, коли утворення петлі стає утрудненим, застосовуються летучі стико-зварювальні машини, як, наприклад, на трубоспірально-зварювальних станах.

У трубозварювальних станах – це інтенсифікація самого процесу зварювання з метою підвищення швидкості виходу труби, а також при виробництві труб малих діаметрів – застосування в потоці за трубозварювальним станом наступної прокатки – редукування, вихідна швидкість якого не має обмежень.

Прикладом першого напрямку служить так зване радіочастотне або високочастотне зварювання, швидкість якого вище швидкості контактного зварювання опором і на порядок вище швидкості дугового зварювання. Швидкість високочастотного зварювання зараз доведена до 40-60 м/хв. Якщо ще далі інтенсифікувати нагрівання крайок смуги, що зварюються, після її формування в трубу, то швидкість зварювання могла б бути ще вище.

Другий напрямок ефективний при виробництві труб малих діаметрів (менш, ніж 100 мм) з товщиною стінки не менше 1,5–1,75 мм. Підвищення продуктивності станів при виготовленні такого роду труб досягається шляхом збільшення ширини смуги, що зварюється, і наступного редукування труби.

Для того, щоб позбутися збільшення товщини стінки труби при її редукуванні, цей процес необхідно вести із сильним натягом.

Зазначений процес зварювання труби й наступного редукування виявився дуже ефективним при сполученні цих обох процесів в один загальний нескінченний процес. Труба при виході зі зварювального стана без розрізування безупинно надходить у редукційний стан, після чого від нескінченної труби летучими пилками відрізаються труби необхідної довжини.

Великий інтерес представляє досвід застосування цього процесу при виробництві труб методом грубного зварювання на стані. Були досягнуті загальна витяжка труби при її гарячому редукуванні з натягом, рівна 14, і відповідно швидкість виходу труби діаметром 10 мм (3/8") 20 м/сек., що приблизно в 2,5 рази вище, ніж на станах цього призначення вдалося освоїти у світовій практиці.

Одночасно завдяки досягненню великої пластичної деформації звареного шва значно покращилася якість самих труб. Аналогічні результати по збільшенню швидкості виходу труби були отримані й при сполученні процесу нескінченного редукування зі станом для високочастотного зварювання труб.

Нагрівання всієї труби перед редукуванням цілком компенсується підвищенням якості звареного з'єднання, збільшенням швидкості виходу труби й тим, що в цьому випадку відпадає необхідність у додатковому нагріванні труб для нормалізації після їхнього зварювання.

Дата добавления: 2015-10-21