Теплосохраняющие установки на промежуточном рольганге

Потери тепла  раскатом за время пребывания на промежуточном  рольганге достигают 60% от общих  тепловых потерь полосой за время  прокатки. Один из путей снижения этих потерь- использование экранов различного типа.

В СССР главным  образом двумя организациями (Донниичерметом и Московским Институтом Стали и Сплавов) велись интенсивные работы по реализации различного типа экранирующих установок на ШСГП ОАО «Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича», ОАО «Северсталь», ОАО «ИСПАТ-Кармет», ОАО НЛМК.

Выполненные исследования показали, что применение предложенного  комплекса размещения экранов позволит снизить расход топлива в нагревательных печах до 5% от его общего расхода, уменьшить тепловые потери на промежуточном рольганге до 40%, создать более благоприятные условия для прокатки полос из слябов увеличенной массы и снизить излучение тепла в окружающую среду на участках экранирования до 5-10% по сравнению с работой стана без экранирования, что облегчает условия обслуживания оборудования.

Теплоизоляционные экранирующие установки рольганга  полосового стана горячей прокатки могут базироваться на теплоотражательном и теплоаккумулирующем эффектах.

В свою очередь  теплоаккумулирующие делятся на активные, пассивные и с термическими панелями вторичного излучения. В обоих случаях теплоизоляционная установка состоит из ряда идентичных секций, установленных на рольганге. 
Известна секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки, базирующаяся на теплоаккумулирующем эффекте. 
Недостатками известной секции теплоизоляционного экрана являются: 
- во-первых, инерционность в работе (необходимо прохождение под секцией нескольких штук горячих полос, чтобы секция вышла на стационарный тепловой режим и стала высокоэффективно экранировать металл); 
- во-вторых, продолжительность теплового взаимодействия горячего металла с секцией экрана на различных участках рольганга полосового стана горячей прокатки существенно различна и колеблется от десятков до сотен секунд. В результате там, где продолжительность этого взаимодействия незначительна, эффект применения этих секций экранов весьма низок; 
- в-третьих, в этих теплоизоляционных экранах используют дорогостоящие жаростойкие материалы. 

Известны секции теплоизоляционного экрана рольганга  полосового стана горячей прокатки, базирующиеся на теплоотражательном эффекте. Основными их достоинствами являются безынерционность в работе и относительно низкая стоимость. 
Известна секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки, содержащая несущую раму с закрепленными на ней теплоотражательными листами, выполненными из алюминия или его сплавов. 
Недостатком известной секции теплоизоляционного экрана является низкая его работоспособность, особенно проявляющаяся на участках длительного теплового взаимодействия секции и горячего металла (например, в районе рольганга перед летучими ножницами). Последнее предопределяет необходимость установки теплоотражателей на значительном расстоянии от экранируемого металла (800 - 850 мм от рольганга), что существенно снижает эффект экранирования. 
Известна секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки, содержащая несущую раму с закрепленными на ней сменными кассетами, состоящими из корпуса и сменного теплоотражательного элемента, закрепленного на корпусе с образованием между ними зазора, и трубой для подвода теплоносителя к этому зазору .

   Теплосохраняюшие установки (ТСУ) на рольгангах широкополосных станов горячей прокатки могут быть основаны на теплоотражательном (ТОЭ) и теплоаккумулирующем (ТАЭ) эффектах. ТАЭ инерционны. и эффект экранирования при их применении зависит от числа последовательно прошедших подкатов. ТОЭ практически безынерционны. При уменьшении расстояния между экранами и прокатываемым металлом эффект экранирования возрастает в обоих случаях, но появляется проблема сохранения поверхности экранов от разрушения.

   Конструкция ТСУ может считаться удачной, и ее эксплуатация на широкополосном стане успешной, если обеспечены следующие  три условия:

   работоспособность всех элементов ТСУ (особенно экранирующих поверхностей) в течение длительного времени;

   низкая  инерционность ТСУ в процессе выхода на стационарный тепловой режим;

   высокая степень сохранения тепла горячим  раскатом в процессе прохождения участка рольганга с ТСУ.

   В МИСиС работы по созданию ТСУ были начаты в 1973 г. и в 1975 г., на широкополосном стане горячей прокатки 1700 «ИСПАТ» (Казахстан) в течение полугода эксплуатировалась ТСУ, базирующаяся на ТОЭ. Эта ТСУ отвечала только второму из отмеченных условий: она была практически безынерционной.

Однако  из-за низкой стоимости энергоносителей в СССР выполненные работы не нашли спроса в промышленности и исследования по созданию высокоэффективной ТСУ перешли в стадию теоретических разработок .

   В 1990 г. работы над созданием ТСУ  возобновились, и к 1993 г. были сформулированы основные положения высокоэффективной ТСУ, базирующейся на ТАЭ. При создании новой ТСУ учли информацию об уже разработанной фирмой Encomech установке с «энкопанелями» и данные о параметрах ее эксплуатации, полученные фирмой Davy МсКее. Система энкопанелей работает на тринадцати станах девяти зарубежных стран.

      Впервые  эта система была установлена  на полунепрерывном стане 2030 завода фирмы «British Steel» в Лекенби (Великобритания).

      Система Энкопанель представляет собой тоннель, состоящий из верхней, нижней и боковой панелей. Общий вид системы показан на рис.1

      Каждая  из панелей двухслойная. Первый слой представляет собой тонкую пластину из жаростойкой стали с высокой  поглощательной и испускательной способностью, второй слой- теплоизоляцияю. При стабильном процессе прокатки рабочая поверхность панелей после прохождения 3-5 раскатов приобретает температуру, близкую температуре раскатов. Между панелью и раскатом устанавливается тепловое равновесие и потери тепла раскатом существенно снижаются. Верхние панели состоят из секций (на рис.1 часть секций поднята, часть- опущена), которые поднимаются с помощью специальных поверхностей независимо друг от друга. Высота установки верхних панелей над уровнем рольганга 250-300 мм (чем ниже установлены панели, тем выше их эффективность). При длине промежуточного рольганга 90 м длина тоннеля составляет 60 м. При толщине подката 26 мм температура его на входе в чистовую группу клетей повышается на 60-70°С по сравнению с температурой полос,  поступивших в чистовую группу клетей  без применения Энкопанелей.

Рис.1. Общий вид  экранирующего устройства Энкопанель.

   Общая характеристика эксплуатируемых систем экранирования представлена в табл. 1.

   Таблица 1.Общая характеристика систем экранирования  с трёхслойными экранирующими панелями (металл-теплоизолятор-металл).

  Основными факторами, определяющими технологическую эффективность, а следовательно, и технико- экономические результаты эксплуатации систем экранирования. являются равновесная температура мембраны (температура теплового равновесия) и разность между ней и температурой раската, время достижения равновесной температуры. Современные системы экранирования, использующие принцип "вторичного излучения, обеспечивают равновесную температуру мембраны центрального экранирующего блока на уровне 750 - 1000 °С

  При достижении приведенных значений температур предельная технологическая эффективность системы экранирования с учетом тепловых потерь через ролики рольганга составляет 50-70%. Равновесная температура достигается при прохождении четвертого раската после длительной паузы .

  Сотрудниками ДонНИИчермета, МарМК им. Ильича, НКМЗ, НПФ "Донэкоресурс" были выполнены разработки отечественного опытно промышленного образца системы экранирования модульного типа.

   Каждый  модуль включает панели верхнего экранирования из блоков аккумуляторов-излучателей (БАИ)- ролик рольганга с водоохлаждаемой шейкой; межроликовую плиту ячеистой БАИ нижнего экранирования- БАИ бокового экранирования; механизм крепления и перемещения БАИ верхнего и бокового экранирования.

   Панель  верхнего экранирования каждого  модуля состоит из 18 БАИ, расположенных тремя рядами относительно длины ролика. Размер блока 550 х 590 х 95 мм. Блок трехкамерный с теплоизоляционной вставкой (рис. 2). Основными рабочими элементами блоков БАИ, определяющими их технические характеристики, являются мембрана и несущий каркас, которые выполнены составными с перфорацией. 

Рис.2.1-мембрана, 2- теплоизолятор МКРР-110, 3-теплоизолятор (базальтовая вата), 4-крышка наружная, 5-теплоизоляционная вата, 6-перегородка.

Мембрана  — двухсекционная, асимметричная, выполнена из ленты толщиной 0,4 - 0,5 мм, сталь ХН38ВТ. Расстояние от раската до мембраны 300 мм. Результаты моделирования теплового взаимодействия раскат — экран показали, что уменьшение толщины мембраны с 0,5 до 0,15 мм повышает ее равновесную температуру на 50-70°С и увеличивает снижение температуры мембраны за время пауз между раскатами более чем на 100 °С. Это обстоятельство заставляет весьма осторожно относиться к рекомендациям об уменьшении толщины мембраны до 0,4 - 0,5 мм.

   Основное  требование к ролику рольганга заключается в том, что на наружную поверхность ролика не должна подаваться вода. Это условие обеспечивается при ее подаче непосредственно на шейку ролика. Для увеличения теплосъема на ней размещен дисковый радиатор.

   Межроликовая плита состоит из шести ячеек размером 210 x550 x80 мм и теплоизоляционной вставки размером 202 х 545 х 45 мм. Блоки аккумуляторов-излучателей (БАИ) бокового экранирования являются однокамерными, трехслойными, их размер 590 х 350 х 40 мм.

Режим работы системы экранирования непрерывный. При работе стана система находится в рабочем положении. Прохождение головного участка раската обеспечивается активной проводкой. В положении "обслуживание" экраны находятся только при длительных остановках.

   Для оценки технологической эффективности  системы экранирования исследовали тепловое состояние мембран блоков, подшипников роликов рольганга и элементов конструкции системы подъема. Исследование проводили на двух модулях рольганга стана 1700 с системой экранирования обшей длиной 7000 мм. Модули были установлены за 15 м до ножниц чистовой группы (рис. 3). 

Рис.3. Типовые диаграммы изменения температуры мембраны (tм) при экранировании раскатов шириной 1070 (а) и 1250 мм (б) при температуре раската за клетью 4А 1090 и 900-1000 С: I, II, III-измерение температуры в точках , удалённых от оси прокатки на 130, 450 и 700 мм.

   Температуру измеряли термопарами, изготовленными из термоэлектродного кабеля КТМС 2х0,75 (градуировка ХА-68) и установленными в вертикальные каналы диам. 5 мм в крышках подшипниковых опор и корпусах блоков экранирования, что обеспечило постоянный контакт рабочего спая с мембраной.

   Температуру мембран ЩЗ измеряли в шести точках по ширине рольганга на блоках, установленных над плитовым настилом между роликами. Координаты точек симметричны относительно оси прокатки и составляют 130, 450 и 700 мм. Для получения минимальных оценок второй модуль перевели в нерабочее положение.

   Измерение температуры наружного кольца подшипника выполняли для ролика, расположенного в центральной зоне модуля, и ролика, работающего за пределами зоны экранирования. Температуру измеряли с приводной и неприводной сторон подшипников. Кроме того, фиксировали температуру раската (tn) на выходе из клети 4А (по заводскому прибору), ширину раската (В), время нахождения раската в зоне экранирования, время пауз и температуру воздуха возле вторичных приборов.

   Равновесная температура мембраны рассматривается как функция температуры раската на выходе из последней черновой клети, доли пауз в цикле тепловой нагрузки блока экранирования и ширины раската. Долю пауз определяли как 

 где  - время паузы-; -время пребывания раската в зоне экрана.

   Максимальное  значение равновесной температуры  мембран центрального блока экранирования  при прокатке полос шириной 1070 и 1250 мм составляет 940 и 900 °С при условии, если доля пауз в цикле тепловой нагрузки экранирующего модуля 5 не будет превышать 20 а температура поверхности раската на выходе из клети 4А составит 1100 и 1050 °С соответственно; при увеличении 6 до 80 % температура мембраны уменьшается до 820 770 °С; увеличение ширины полосы приводит к повышению температуры мембраны на 5 - 30 ®С и зависит от температуры раската н доли паузы;