CC BY
31
Телин Николай Владимирович - доктор технических наук, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии Вологодского государственного технического университета. Тел.: 8 (8172) 72-47-70 (1-94); e-mail: telm_nv@mail.ru
Голубев Михаил Сергеевич - кандидат технических наук, ОАО «Северсталь».
Telin, Nickoiay Vladimirovich - Doctor of Science (Technology), Professor, Department of Safety and Industrial Ecology, Vologda State Technical University.
Tel.: 8 (8172) 72-47-70 (1-94); e-mail: telin_nv@mail.ru
Golubev, Michael Sergeevich - Candidate of Science (Technology), Severstal PLC.
УДК 621.981.635: 536.21
H.B. Телин
НОРМИРОВАНИЕ РАСХОДА ВОДЫ НА ВНУТРЕННЕЕ ОХЛАЖДЕНИЕ РОЛИКОВ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
N. V. Telin
RATIONING OF WATER CONSUMPTION FOR INTERNAL COOLING OF ROLLERS
IN METALLURGICAL MACHINES
Предложена методология определения расхода воды на внутреннее охлаждение роликов металлургических машин, учитывающая величину, характер тепловой нагрузки и степень очистки охлаждающей жидкости. Получено соотношение для определения степени очистки воды, обеспечивающей выбор срока службы роликов до плановой очистки поверхности охлаждения от слоя отложений, а также получены зависимости продолжительности срока службы роликов MHJ13 от интенсивности накипеобразования и допустимого перепада температур по толщине бочки ролика.
Жидкость, расход, нормирование, ролики, отложения, срок службы.
The methodology of defining water consumption for internal cooling of rollers in metallurgical machines taking into account the size, character of thermal load and degree of cooling liquid clearing is suggested. The ratio for defining of the degree of water cleaning providing the choice of rollers service life before planned clearing of the cooled surface out of the layer of scale deposits is received, as well as the dependences of rollers service life duration in continuous casting machines on the intensity of scale formation and admissible temperature drops along the roller thickness flanks.
Liquid, consumption, rationing, rollers, scale deposits, service life.
Современные металлургические машины относятся к агрегатам, характеризующимся значительными удельными расходами воды на охлаждение оборудования. Например, расход воды на один ролик машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) составляет 2,5 м3/ч [2]. Задача снижения расхода охлаждающей воды в металлургических машинах решается путем создания замкнутых систем водопользования. Однако создание и эффективное использование таких систем (замкнутого и оборотного водоснабжения) в условиях действующего производства сдерживается в основном недостаточно обоснованными жесткими нормативными требованиями к расходу и степени очистки повторно используемой воды.
Проблема выбора степени очистки и расхода
охлаждающей жидкости, обеспечивающей надежность работы ролика и машины в целом, возникает не только на стадиях проектирования, но и в процессе их эксплуатации [1], [3]. С уменьшением расхода возможно снижение уровня воды в канале, интенсивности охлаждения и повышение температуры охлаждающей жидкости на выходе из ролика. Снижение уровня воды в канале также приводит к колебаниям температуры на поверхности канала и повышению ее среднего значения до уровня, превышающего температуру кипения воды [4]. Следствием таких изменений температуры является появление отложений накипи на поверхности канала, которые ухудшают условия охлаждения и ведут к перегреву роликов. Повышение температуры поверхности канала и температуры
охлаждающей жидкости на выходе из ролика приводит к градиенту температуры по длине канала и повышению температуры на наружной поверхности ролика. В настоящей работе предпринята попытка выработать единый подход к решению вопроса нормирования расхода воды на внутреннее охлаждение роликов металлургических машин.
В процессе движения охлаждающей воды внутри канала ролика ее температура увеличивается. При расчете системы охлаждения роликов металлургических машин возникает необходимость определения интенсивности нагрева воды по длине канала ролика. Задача определения нагрева охлаждающей жидкости по длине канала ролика формулируется следующим образом. Во внутреннем канале ролика (рис. 1) длиной Ь, диаметром й\ и смоченным периметром ¥ протекает жидкость с удельной теплоемкостью с и массовым расходом в.
Теплообмен между поверхностью канала и жидкостью учитывается путем задания локального коэффициента теплоотдачи а, который может зависеть от координаты, расхода жидкости, температуры поверхности и температуры жидкости. Температура жидкости на входе в ролик постоянна по поперечному сечению и равна Гжх . На поверхности канала ролика задано либо распределение по длине канала температуры Тс(х), либо плотность теплового потока д(х). Процесс движения воды в канале установившийся. Требуется определить распределение температуры в жидкости по длине канала ролика.
Стационарное распределение среднерасходной температуры Тж(х) воды, движущейся в направлении оси х по длине канала ролика с температурой стенки Тс (х), описывается уравнением
с-С^ = а(х)-Р(Тс-Тж), 0 <х<1, (1)
с граничным условием
(2)
Если известны зависимости Тс(х) и а(х), то решение системы (1) - (2) имеет вид
Гж(х) = ехр[-/(х)]{Гж8Х +
+ rcW • ехр[/(х)]А}, (3)
о c-G
Xra(x)-F где f(x) = -ах.
о C'G
При Тс = const и a- const получим
ад = Гс-(Гс-Гжвх)ехр(-^х).
c-G
Если известна зависимость q(x) = a(x)-F(Tc -Тж) для плотности теплового потока, передаваемого от стенки канала в воду, то распределение средне-расходной температуры воды по длине канала определяется по формуле
c-G I
В частности, при q = const температура воды изменяется по линейному закону
Тж(х) = Т™+^х.
c-G
\ \ \ \
X \ tc
f вых ж -ч— G ¿ж
L
Рис. 1. Принципиальная схема взаимодействия ролика с охлаждающей жидкостью: 1 - бочка ролика; 2 - канал охлаждения
Для снижения расхода воды отдельные ролики могут быть соединены последовательно. В конце системы, состоящей из N роликов (х = N ■ I), температура охлаждающей воды на выходе из последнего ролика равна
= (4)
с-С
При заданных ограничениях на расход и максимальную величину нагрева воды в отдельном ролике и величину нагрева воды в системе роликов из соотношений (3), (4) можно определить количество роликов, которые можно соединить последовательно. Рекомендации по выбору величины оптимального диаметра охлаждающего канала ролика, исходя из условий перепада температур по толщине бочки и уровня нагрева охлаждающей жидкости, приведены в работе [3].
В соответствии с «Правилами технической эксплуатации механического оборудования машин непрерывного литья заготовок» [1] температура воды на выходе из ролика не должна превышать 100 °С. Однако при выборе допустимого нагрева воды 7^оп следует учитывать процесс накипеоб-разования в канале роликов. Растворимость соединений кальция и магния в воде в пределах температуры /ж = 20 - 60 °С изменяется не очень существенно. В связи с этим температура охлаждающей воды, покидающей ролик, не должна превышать 50 - 60 °С. В реальных условиях следует стремиться к тому, чтобы нагрев воды в одном ролике не превышал 20 - 25 К. Это требование выполняется выбором сечения внутреннего канала ролика и средней скорости проточной охлаждающей воды.
В процессе работы роликов при использовании жесткой воды на поверхности канала охлаждения образуются отложения, характеризующиеся большой плотностью, твердостью, значительным сцеплением с поверхностью охлаждения и имеющие низкий коэффициент теплопроводности. Возникшие отложения вызывают перегрев бочки ролика, что неизбежно приводит к сокращению срока их службы. Процесс роста отложения является функцией времени, начинается с нуля и является далее некоторой линейной зависимостью. При расчёте теплового состояния роликов обычно термическое сопротивление отложений принимается постоянным (чаще равным нулю), при этом не принимается во внимание тот факт, что в начальный момент времени поверхности чистые и работают в условиях, резко отличающихся от условий конеч-
ного периода эксплуатации. С применением химически очищенной воды для охлаждения роликов интенсивность накипеобразования на поверхности охлаждения уменьшается, а срок службы ролика до чистки увеличивается. Поэтому для определения срока службы роликов при организации их охлаждения важно уметь оценивать тепловое состояние роликов с учетом степени очистки охлаждающей жидкости.
Степень очистки воды характеризуется интенсивностью накипеобразования. В работе [2] получена зависимость продолжительности работы ролика хр с внутренним охлаждением до текущего
ремонта от интенсивности накипеобразования а на поверхности канала охлаждения:
где а - интенсивность накипеобразования; R\ -радиус канала охлаждения ролика; R2 - наружный радиус ролика; Ъ = const, зависящая от теплофизи-ческих свойств накипи, материала ролика и перепада температур по толщине бочки.
Полученное расчетное соотношение использовано для определения степени очистки охлаждающей жидкости, обеспечивающей оптимальный срок службы роликов металлургических машин до плановой очистки поверхности охлаждения от слоя отложений. В результате вычислений получены зависимости срока службы роликов MHJI3 от интенсивности накипеобразования и допустимого перепада температур по толщине бочки ролика. На рис. 2 показана зависимость продолжительности работы роликов до очистки поверхности охлаждения от интенсивности накипеобразования. Из рисунка видно, что с увеличением интенсивности накипеобразования срок службы ролика до очистки уменьшается.
Для проведения расчетов были приняты следующие величины параметров: Ri = 0,19 м; R\ = = 0,045 м; X = 40 Вт/(м • К); Ъ = 0,01; 0,025 и 0,05. Расчеты выполнены для трех значений превышения перепада температур по толщине бочки ролика конечного периода эксплуатации относительно перепада температур по толщине бочки ролика в начальный период: 20 % (кривая 1), 50 % (кривая 2) и 100 % (кривая 3). Поэтому для снижения температуры наружной поверхности ролика, увеличивающейся в результате образования отложений, необходимо своевременно увеличивать интенсивность теплообмена. Расчеты выполнены
применительно к роликам обжимающих сегментов МНЛЗ.
Интерактивность накипеобразования, г/м2 • ч
Рис. 2. Зависимость продолжительности работы ролика от интенсивности накипеобразования:
Предложенная методология позволяет определять расход воды на внутреннее охлаждение роликов с учетом величины и характера тепловой нагрузки и степени очистки воды и может служить основой для нормирования расхода воды на внутреннее охлаждение роликов металлургических машин.
Список литературы
1. Буланов, Л.В. Рациональное охлаждение роликов МНЛЗ / Л.В. Буланов, В.Е. Волегова // Сталь. - 2001. -№2. -С. 16- 18.
2. Правила технической эксплуатации механического оборудования машин непрерывного литья заготовок. - М.: Металлургия, 1991.
3. Телгш, Н.В. Организация внутреннего охлаждения роликов металлургических машин / Н.В. Телин // Безопасность труда в промышленности. - 2004. - № 12. - С. 26 -28.
4. Телин, Н.В. Расчет температуры внутренней поверхности ролика МНЛЗ / Н.В. Телин, Н.И. Шестаков // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. -2005.-№5.-С. 49-51.
Телин Николай Владимирович - доктор технических наук, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии Вологодского государственного технического университета. Тел.: 8 (8172) 72-47-70 (1-94); e-mail: telm_nv@mail.ru
Telin, Nickolay Vladimirovich - Doctor of Science (Technology), Professor, Department of Safety and Industrial Ecology, Vologda State Technical University.
Tel.: 8 (8172) 72-47-70 (1-94); e-mail: telin_nv@mail.ru
УДК 621.181
H.H. Синицын, А.К. Кудрявцева, В.А. Кушков, А.Н. Нохрин ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРЕВА УГОЛЬНОГО ШЛАМА
N.N. Sinitsin, А.К. Kudryavtseva, V.A. Kushkov, A.N. Nohrin EXPERIMENTAL RESEARCH OF COAL SLIME WARMING-UP
В статье представлена экспериментальная установка по исследованию прогрева угольного шлама с учетом выхода влаги и летучих веществ, приведены результаты прогрева плотного слоя угольного шлама, выполненного в виде цилиндра.
Угольный шлам, прогрев, плотный слой, экспериментальная установка, результаты эксперимента.
The paper presents an experimental installation for studying coal slime warming-up taking into consideration moisture and volatile substances emission, as well as the results of warming-up of dense layer of coal slime of cylindrical form.
Coal slime, warming-up, dense layer, experimental installation, experiment results.
