WWW.OS.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Научные публикации
 

«ОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники» (ОАО «ВНИИМТ») Внедрение современного энерго- и ...»

ОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники» (ОАО «ВНИИМТ»)

Внедрение современного энерго- и ресурсосберегающего

оборудования и экологически чистой технологии

термоупрочнения в производстве рельсовых накладок

Ю.И. Липунов1, К.Ю. Эйсмондт1, М.В. Старцева1

Ю.Г. Ярошенко2, Е.В.Некрасова1, Г.М. Дружинин1, Е.В.Попов1

(1 - ОАО «ВНИИМТ», 2 - УрФУ)

На филиале ОАО "ЕВРАЗ-НТМК" НСМЗ (г.Нижняя Салда) реализуется проект по

запуску производства рельсовых накладок. ОАО «ВНИИМТ», как генеральный подрядчик, проводил комплекс работ по разработке, изготовлению оборудования и вводу в эксплуатацию участка термообработки накладок по новой технологии, предусматривающей нагрев накладок в газовой печи, оснащенной современными экологичными горелочными устройствами, и термоупрочнение с применением экологически чистого охлаждающего агента.

Оборудование участка состоит из двух прессов, нагревательной печи, устройства закалки накладок (УЗН), транспортного оборудования, автономной системы водоснабжения УЗН и оснащено автоматизированной системой управления и КИП.



При выборе типа нагревательной печи и разработке её конструкции учитывались как технологические требования, обеспечивающие проведение последующей закалки, так и требования по энергоемкости, экологичности и угару металла. В этой связи была выбрана конструкция толкательной двухручьевой печи с верхними и нижними зонами отопления и сплошным подом в томильной зоне (рисунок 1). Для сжигания природного газа применены рекуперативные горелочные устройства фирмы "WS" с импульсной системой управления температурно-тепловым режимом печи. Нижнее строение печи (до уровня направляющих, по которым проталкиваются заготовки) зафутеровано огнеупорным шамотным кирпичом. Выше уровня нагреваемого металла применена футеровка из легковесных волокнистых материалов, обеспечивающая минимальные потери через верхнюю часть кожуха стен печи и свод.

Для возможности оперативного управления режимом нагрева заготовок печь разделена на четыре тепловые зоны, каждая из которых оснащена отдельной термопарой, контролирующей температуру в зоне.

Рисунок 1 – Продольный разрез печи.

В отличие от традиционного разделения зон отопления на верхние и нижние, в данном случае зоны отопления включают в себя горелки, расположенные над садкой и под садкой. Исключение составляет томильная зона, в которой отсутствует нижняя зона отопления, так как садка располагается на сплошном поду. Принятая конфигурация температурно-тепловых зон обусловлена тем, что при импульсной системе управления работой горелками, последние включаются поочерёдно (верх-низ) на определённое время для достижения заданной температуры газов по показаниям зонной термопары. Причём, в © ОАО «ВНИИМТ», 2013. 620137, г. Екатеринбург, ул. Студенческая, 16.

Тел.:+7 (343) 374-03-80, факс:+7 (343) 374-29-23, email: aup@vniimt.ru, сайт: www.vniimt.ru ОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники» (ОАО «ВНИИМТ») случае необходимости, автоматизированная система управления тепловой работой печи позволяет обеспечить и одновременную работу верхних и нижних горелок в любой зоне.

Продвижение заготовок осуществлялось по двум неохлаждаемым направляющим квадратного сечения (85х85 мм) в каждом ручье, которые опираются на арки из жаропрочного бетона, перекрывающие нижние зоны отопления.

В период проведения пуско-наладочных работ для настройки теплового режима и определения уровня и равномерности нагрева садки на обоих ручьях печи были проведены промышленные эксперименты: через печь пропускали опытные заготовки с зачеканенными в центральную часть головок и шейки гибкими термопарами, разнесёнными по её длине. Результаты термометрирования заготовки показывают (рисунок 2), что разработанная конструкция печи и выбранный температурно-тепловой режим обеспечивают необходимый уровень и равномерность нагрева заготовок – при температуре поверхности заготовки не выше 900°С градиент температур как по длине, так и по толщине менее ±10°С.

–  –  –

Рисунок 2 – Результаты термометрирования рельсовой накладки в левом ручье проходной нагревательной печи.

Обработка экспериментальных данных показала, что при температуре подогретого в рекуператорах горелок воздуха до 500550°С расход природного газа на нагрев заготовок составляет 23,6 м3/т, при этом удельный расход условного топлива равен 28,65 кг у.т./т. Сжигание природного газа в горелках происходит с коэффициентом расхода воздуха =1,05, количество вредных выбросов равно: CO=0,05%, NOx=184мг/м3, что значительно ниже норм ПДВ.

Определение угара металла проводилось методом взвешивания заготовок (20 шт., по 10 шт. на каждый ручей) перед нагревом и после выдачи из печи. Нагретые в печи заготовки остывали в линии закалки, с них вручную удаляли всю окалину и повторно взвешивали на тех же весах. Обработка результатов эксперимента показала, что угар металла составляет 3,1 г/кг, или 0,3% абсолютных. Эти данные получены при времени нагрева (по техническим условиям работы других механизмов участка) равном = 244 мин.

Если же произвести перерасчет на проектное время нагрева 120 минут по известному выражению, вытекающему из закона Аррениуса [1]:

–  –  –

где h – толщина слоя окалины, мм; K0 – константа, мм2/ч [2, 3]; B – константа, К [2,3]; Tпов – температура на поверхности металла, К, то угар металла в этом случае будет составлять 1,49 г/кг или 0,15% абсолютных.





Нагретые в печи накладки с прошитыми в прессе отверстиями по традиционной технологии подвергают объёмной закалке в баке с маслом, при этом существует необходимость в утилизации масла, процесс является неуправляемым, а условия труда – вредными.

По предложенному в ОАО "ВНИИМТ" способу термоупрочнение накладок производится водяными струями с четырёх сторон при транспортировке накладки в проходном режиме через УЗН. Расход воды на каждую сторону регулируется раздельно, что позволяет управлять процессом и создавать требуемые условия охлаждения для разномассивных элементов.

Для расчета динамики изменения температурного поля по сечению накладки применялось математическое моделирование с использованием ранее разработанного в ОАО "ВНИИМТ" программного обеспечения. В программном модуле решается уравнение теплопроводности с учетом зависимости теплоёмкости материала от температуры при граничных условиях II и III рода. Плотность теплового потока в граничных условиях II рода определялась по экспериментальным зависимостям, полученным на устройствах струйного водяного охлаждения с аналогичными форсунками [4]. На основе математического моделирования определены основные конструктивные характеристики устройства и ориентировочные режимы термообработки. По результатам расчётного моделирования была предложена конструкция, состоящая из двух секций, разделённых воздушным промежутком. В составе каждой секции было предусмотрено несколько контуров охлаждения, поперечный разрез одного контура представлен на рисунке 4.

Каждый контур представляет собой водяную завесу от форсунок специальной конструкции, расположенных на 4 горизонтальных коллекторах. Накладка является разномассивным и несимметричным телом, поэтому параметры форсунок верхних, нижних и боковых коллекторов должны быть различны, и подобраны таким образом, чтобы вода полностью покрывала участки поверхности накладки, а натекание струй происходило в одной вертикальной плоскости перпендикулярно оси рольганга. Также предусматривался раздельный подвод воды на каждый коллектор для того, чтобы, обеспечивая разные условия охлаждения для разномассивных элементов накладки, получить равномерность температурного поля по поверхности и удовлетворить требования ГОСТ по её короблению.

На экспериментальном стенде ВНИИМТ было смонтировано опытное устройство, полностью реализующее все предложенные принципы, и проведено несколько серий экспериментов, отличающихся режимом термообработки и полученной температурой окончания охлаждения. Нагретая до температуры приблизительно до 880-890 оС (что соответствует температуре аустенизации) накладка двигалась по рольгангу, последовательно проходила каждый контур и охлаждалась. На выходе из устройства фиксировалась температура поверхности после выравнивания по сечению, для контроля температуры во время нагрева и охлаждения на поверхность накладки были также заделаны хромель-алюмелевые термопары. Несколько образцов из каждой серии подверглись механическим испытаниям в соответствии с требованиями ГОСТ.

© ОАО «ВНИИМТ», 2013. 620137, г. Екатеринбург, ул. Студенческая, 16. 3 Тел.:+7 (343) 374-03-80, факс:+7 (343) 374-29-23, email: aup@vniimt.ru, сайт: www.vniimt.ru ОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники» (ОАО «ВНИИМТ»)

–  –  –

Рисунок 4 – Схема одного контура из контуров секции устройства регулируемого охлаждения.

Промышленное устройство является аналогом стендового, и в процессе проведения пуско-наладочных работ по отработке технологии производства были определены механические свойства накладок. Данные по механическим свойствам представлены в таблице 1. В результате проведенных исследований уточнены режимы термообработки, при которых механические свойства накладок соответствуют требованиям ГОСТ и не уступают механическим свойствам накладок, подвергнутых закалке в масле. На основе требований ГОСТ при участии ОАО «ВНИИМТ» были разработаны технические условия ТУ 14-2Р-463-2011 на продукцию.

–  –  –

Для реализации данного технологического процесса спроектировано устройство термоупрочнения, определены конструктивные параметры и получены режимы термоупрочнения, при которых достигается требуемый уровень механических свойств.

Была построена нагревательная печь, оснащённая современными экологичными горелками. На участке производства накладок филиала ОАО «ЕВРАЗ-НТМК» НСМЗ внедрено современное экологичное энерго- и ресурсосберегающее оборудование для производства рельсовых накладок.

© ОАО «ВНИИМТ», 2013. 620137, г. Екатеринбург, ул. Студенческая, 16. 4 Тел.:+7 (343) 374-03-80, факс:+7 (343) 374-29-23, email: aup@vniimt.ru, сайт: www.vniimt.ru ОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники» (ОАО «ВНИИМТ») Наши координаты Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники - ВНИИМТ 620137, г. Екатеринбург, ул. Студенческая, д. 16 Центр новых систем охлаждения и технологий термоупрочнения металлов Липунов Юрий Иванович Тел./факс: +7 343 375 29 84, тел: +7 343 374 22 70 term44@cso.vniimt.ru Литература

1. Штиллер В. «Уравнение Аррениуса и неравновесная кинетика». – М.: Мир, 2000. – 176 с.

2. Темлянцев М.В., Михайленко Ю.Е. «Окисление и обезуглероживание стали в процессах нагрева под обработку давлением». – M., Теплотехник, 2006. – 200 с.

3. Кубашевский О., Гопкинс Б. «Окисление металлов и сплавов». М, Металлургия, 1965.

4. К.Ю.Эйсмондт «Разработка и внедрение в производство устройств термоупрочнения проката регулируемым охлаждением на основе анализа процессов теплообмена», автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук:

К.Ю.; институт 05.16.01; 05.16.02/Эйсмондт [Научно-исследовательский металлургической теплотехники, Ур. фед. ун-т им. первого Президента России Б.Н.

Ельцина] - Екатеринбург, 2011г.

© ОАО «ВНИИМТ», 2013. 620137, г. Екатеринбург, ул. Студенческая, 16. 5 Тел.:+7 (343) 374-03-80, факс:+7 (343) 374-29-23, email: aup@vniimt.ru, сайт: www.vniimt.ru



Похожие работы:

«Кафедра физического материаловедения Кафедра Физическое материаловедение создана в 1930 г. До 1933р. она называлась Металловедение и термическая обработка металлов. Ее основателем и первым заведующим был известный ученый металлург проф. И.Е.Брайнин, который работал тогда начальником отдела исследований центральной заводской лаборатории Сталинского (ныне Донецкого) металлургического завода. Первый выпуск инженеров металловедов состоялся в 1939г. и составил 28 человек.В 1940г. кафедру разделили...»

«Обзор мировой металлургической и горнодобывающей отрасли: фокус на российском рынке Российский Горный Клуб 19 февраля 2015 г. Оливер Наджент, отраслевой аналитик по металлургической и горнодобывающей промышленности Bloomberg Intelligence onugent@bloomberg.net Заявление Bloomberg об ограничении ответственности Информационные сервисы BLOOMBERG PROFESSIONAL, BLOOMBERG Data и Bloomberg Intelligence (далее – «Сервисы») принадлежат и распространяются компанией Bloomberg Finance L.P. (далее – «BFLP»)...»

«ISSN 2076-2151. Обработка материалов давлением. 2012. № 4 (33) 136 РАЗДЕЛ III ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ В МЕТАЛЛУРГИИ УДК 621.771.23 Мазур В. Л. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ТОНКОЛИСТОВОЙ ПРОКАТКИ Благодаря усилиям на протяжении многих десятков лет нескольких поколений ученых и производственников основы теории и технологии прокатки разработаны и доведены до широкой аудитории пользователей. Тем не менее развитие общества, его производительных сил обусловливает...»

««МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА». Выпуск 2 (17), 2010 УДК 538.953 Ильченко К.Д. – д.т.н., проф., Национальная металлургическая академия Украины (НМетАУ) Шадрова Т.А. – магистр, НМетАУ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФОРМЫ ДЛЯ ТЕЛ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ Приведен обзор состояния методов исследования теплофизических свойств (теплоемкости, коэффициентов теплои температуропроводности), а также коэффициента теплоотдачи с использованием методов регулярного режима. Отмечено, что метод...»

«ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА ОАО «КОКС» ПО ВНЕДРЕНИЮ НАИЛУЧШИХ ДОСТУПНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Герасимов С.В., начальник отдела по ООС, Р и ЧС, к.х.н. ОАО «Кокс» Черная металлургия традиционно является одной из отраслей промышленности с высокой степенью антропогенного воздействия. Одновременно с этим она является краеугольным камнем развития экономики станы. Поэтому на первый план выходит баланс соблюдения интересов общества и развития производства. В развитых странах дилемму «производство или природа» начали...»





Загрузка...


 
2016 www.os.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Научные публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.