автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему: Усовершенствованная система оборотного водоснабжения станов горячей прокатки

Автореферат диссертации по теме "Усовершенствованная система оборотного водоснабжения станов горячей прокатки"

ХАРЬКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ 1 «3 0/4

На правах рукописи

НИКУЛИН СЕРГЕЙ Е4ИМ0ВИЧ

■УСОВЕ Р1ПЕНСТВО ВАННАЯ СИСТЕМА ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ СТАНОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

(05„23.04 - водоснабжение, канализация, строительные системы охрани водных ресурсов)

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Диссертация является рукописным трудом. Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском институте по защите окружающей среды и кспользова -нкю вторичных ресурсов "Энергосталь" Министерства промышленности Украины

Научный руководитель: доктор технических наук,

Пантелят Гарри Семенович

Официальные оппоненты: член-корр. КА Украины,

доктор технических наук, профессор

Душкин Станислав Станиславович

кандидат технических наук, доцент

Зпоян Степан Михайлович

Ведущая организация: Украинский государственный

институт по проектированию металлургических заводов СУШЖР0М23)

Защита состоится 'ТУ" ы-е-еХл.? 159^г. в _/4^

часов на заседании Специализированного Совета Д 02.07.01 при Харьковском инженерно-строительном институте по адресу: 31Ой02, г.Харьков-2, ул.Сумская,40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского икженерно

Автореферат разослан " в

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба посылать по адресу: 310002, г.Харьков-2, ул.Сумская,40, ХИСИ, Ученый совет.

Ученый секретарь Специализированного Совета,

канд.техн.наук, доцент Колотило Н.И.

ОЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК.-. РАБОТЫ

Актуальность работы. Черная металлургия Украины является одним из наиболее крупных потребителей воды в народном хозяйстве страны. Несмотря на то, что на металлургических предприятиях Украины широко используется оборотное водоснабжение, доля которого превысила 80 %, количество сточных вод, сбрасываемых в водоемы, еще достаточно велико и превышает 1,8 ;.игрд.м3/год.

Одним из основных источников образования загрязненных сточных вод являются станы горячей прокатки, на долю которых приходится до 40 % сброса всех загрязненных вод в отрасли. Основной причиной сбросов является использование рядом потребителей (гидро-сбивы окалины, контрольно-измерительные приборы и др.) воды из условно "чистых" циклов и сброс отработанной воды в "грязный" цикл, что создавало в последнем дебаланс.

Учитывая, что большинство металлургических предприятий расположено в регионах, имеющих ограниченный дебит источников водоснабжения, единс1генным технически приемлемым и экономически целесообразным решением является создание таких систем оборотного водоснабжения, которые позволяют исключить сброс сточных вод в водоем.

Цель работы заключается в дальнейшем совершенствовании систем оборотного водоснабжения станов горячей прокатки, повышении надежности их эксплуатации в условиях бессточной и безотходной работы, снижении капитальных затрат на строительство и эксплуатационных затрат и разработке на ^той основе рациональной схемы водоснабжения станов горячей прокатки.

Научная новизна работы:

1) уточнены и научно обоснованы тр. бовэ.чия к качеству воды, подаваемой на основные операции прокатки;

2) определены оптимальные технологические параметры для установки упрощенной подготовки к утилизации мелкой замасленой окалины, удаляемой из вторичных отстойников;

3) предложены зависимости для определения индекса ста^'"т1>- . нести оборотной воды, учитывающие влияние концентрации масы. к взвешенных веществ в охлаждающей воде, на процесс образования карбонатных отложений, а также влияние теплотехнических условий эксплуатации форсунок охлаждающих устройств различных операций прокатки на величину температуры -(расчетной) охлаждающей воды.

Практическая значимость работы состоит б следующем:

1) разработана и внедрена в проект отаНа "2500" Коволипе!:-кого металлургического комбината (НЛМК) рациональная усовершенствованная система оборотного водоснабжения стана горячей прокатки. Технические решения по рациональной схомз использованы при реконструкции систем водоснабжения станов "1700/2800" Чере-

.повецкого, "1700" Мариупольского им.Ильича и "2000" Новолипецкого металлургических комбинатов ;

2) разработана и внедрена в производство установка упрощенной подготовки к утилизации мелкой замасленой окалины, содержащейся в Ела'/е вторичных отстойников системы водоснабжения '¡тана "320/250" Московского металлургического завода "Серп и Молот";

3) уточнены и обоснованы требования к качеству воды используемой различными потребителями в условиях работы системы оборотного водоснабжения в беспродувочном режиме. Требования введены в отраслевую нормативную документацию.

Разработанные технический реиения позволили снизить загрязнение водоемов сточными водами металлургических предприятий.

На защиту выносятся:

1) обоснование требований к качеству воды, подаваемой на ос-новныз операции прокатки;

2) установка упрощенной подготовки мелкой замасл'еной опалины к утилизации;

3) результаты исследований по определению индекса стабильности оборотной вода, учитывающего влияние концентрации масел, нефтепродуктов на процесс образования карбонатных отложений и влияние теплотехнических условий эксплуатации форсунок охлаждающих устройств различных операций прокатки стана на величину температуры (расчетной) охлагдащей воды;

4) результаты промышленных исследований по определению скорости зарастания карбонатными отложениями форсунок охлаждающих систем разлитых операций стана горячей прокатки;

5) научное и экспериментальное обоснование рациональной схе-ш оборотного водоснабжения станов горячей прокатки, исключающей сброс сточных вод в водоем.

Апробягтия ра5сты. Результаты работы и основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях: г.Москва'(1966 г.), г.Свердловск (1967 г.), г.Харьков (1990 г.), на ьсесоюзном научно-техническом совещании: г."осква (1989, 1590 г.г.).

Публикации. По теме диссертационно работы опубликовано 12 работ, получено 10 авторских свидетельств на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 233 страницах машинописного текста, вклвчаг список литературы из 137 наименований, 44 таблиц, 27 рисунков и 21 приложение.

Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и приложения.

Во введении обосновала актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна, практическая направленность, положения, защищаемые автором.

Первая глава включает анализ существовавших нормативов (требований) к качеству воды, используемой для основных операций отечественных и зарубежных- станов горячей прокатки. Подробно приведены результаты теоретических, лаборатчрных и промышленных исследований и экспериментов, а также данные эксплуатации бессточной снетеш водоснабжения стана "2000" ЧерМК, а также других отечественных и зарубежных станов.горячей прокатки. Сделан вывод, чю отечественные требования но в полной мере учитывают современные тенденции в части необходимости большей дифференциации качества. води по операциям прокатки металла, не содержат огршшче-1П*Й для компонентов химического состава оборотной воды, злиянцих па работоспособность оборудования, а также для размеров крупных, случайных, в том числе плавающих предметов, и допустимой концентрации гру-бодпепереннх и плавающих масел.

Проведен анализ суцзствующих схем оборотного водоснабжения сгеяов горя-юЯ прокатки. Отмечена перспективность разделения сточных вод идентичных или близких по ж р акт еру загрязнений и-их раздельной очистки на собственны;: сооружениях. Определено, что очистка сточных вод осуществляется в две, три и более ступз-нть

'Лзучзн ©пет приюнеиия методов подготовки к утилизации мелкой замасленой окалтл, улавливаемой на вторичных отстойниках и фг.'.ьтрах тонкой очистки с целью создания безотходной cxci.it оборотного водоснабжения стонов - горячей прокатки. Определены прек-"Т"^ • "^ода смеоеняя колкой, зюяслепоП и крупной окадиич с: " ;тллизаше период и составляет 14-15 °С.

лено, что процесс нагревания воды в пристенном слое практически не влияет-на общий тепловой баланс по стану, однако влияет на условия образования плотных карбонатных отложений, интенсивность образования которых при постоянной щелочности увеличивается с повышением температуры воды. Предложена формула рг-^чета поправочного температурного коэффициента для определения расчетной температуры охлаедакщей воды. Показаны результаты расчетов по определению стабильности воды стана "2000" ЧерМК с применением поправочного коэффициента, учитывающего влияние концентрации взвешенных веществ и масел в оборотной воде, и расчетной величины температуры охлаждающей веды, учитывающей теплотехнические условия эксплуатации форсунок. Результаты расчетов подтверждаются результ -тами промышленных исследований и объясняют причину образования карбонатных отложений даже при невысоких значениях щелочности подлигочной воды.

Изложены результаты статистических исследований по определению влияния те! пературы охлаэдгжцей воды на выход из строя рабочих валков и роликов рольгангов, а тагскв качество проката, выполненные на основании данных соответствующих слукб главного механика стана и ЦЗЛ комбинатов. Определено, что увеличение температуры охлаждающей воды с 28 до 45 °С практически не влияет на количество вкяедаих из строя валков.

Увеличение температуры охлаждающей воды, подаваемой на рабочие черновые и чистовые валки с 28 до 42 °С и на охлаждение проката на отводящем рольганге - с 30 до 65 °С, практически не влияет на качество проката. Увеличение температуры воды, подаваемой на ролики рольгенга с 28 до 45 °С не приводит к увеличению количеств." вышедаизс из строя роликов.

. Представлены теоретические обоснования влияния температуры воды на ее схлеядащую способность. Расчеты базируются на кяассичзоккх законах торкод::пам:геп ярпхзнкгсяию « условиям процесса зенвектоштого теплообмена-, кс?орг:П «уэет гзс?о при сл

лгкден;;!! валков, роликов ti 90 % ддгкы участка ускоренно го ох-ледденпя полосы на огг-эдязем рольганге. Рсосгдотрекы условия ксазягаияетго теялоой.-ена, определяете сермулой Ньэтона-Рнх-vzui для потока тепла d единицу времени

где о& - коэффициент теплообмена, Вт/м2"°К; - температура тела (прокатный лист) °К- температура среды (воды) °К; р - площадь поверхности тела, омываемая водой, м*ч

С учетом усреднение (по поверхности и времени) местных мгновенных значений коэффициента теплообмена формула приобретает вид

- полный тепловой поток за время с , Дж; С - время контакта воды с поверхностно листа, с.

Анализ указанной зависимости показывает, что увеличение температуры воды с 10 до 40 °С при прочих неизменных параметрах приводит к уменьшению времени контакта максимум на 3,3 %, а рост температуры свыше 40 °С приводиг к увеличению времени контакта. Для компенсации уменьшения времени контакта и сохранения величины теплосъема необходимо пропорциональное увеличение расхода охлаждающей воды. С целью проверки теоретических предположений выполнен оценочный расчет теплопотерь для системы охлаждения листа проектируемого стана "2500" НЛМК. При расчете использованы эмпирические зависимости для тепла, отводимого при охлаждении листа единой струей; слоем стекающей.воды; посредством излучения и конвекции воздуха вблизи нижней поверхности полосы, полученных Лабейшем Б.Г. и другими исследователями на стане "2000" ЧерМК для условий конвективного теплообмена. Определено, что при увеличении температуры воды с 30-35 до 40-45 °С уменьшение"величины теплосъема должно составить 6,8-9,3 однако фактически уменьшение величины теплосъема происходит на величину не более 3-4 %, так как этот процесс частично компенсируется увеличением количества тепла при пленочном и пузырьковом кипении, имеющихся на 10-15 % участка охлаждения полосы. Некоторое расхождение полученных результатов с теоретическими расчетами объясняется несовершенством существующих водяных систем охлаждения, не способных, в силу конструктивных недостатков, обеспечить максимальный теплосьем в быстроменяющихся технических условиях прокатки. На основании проведенных исследований сделан вывод, что увеличение температуры охлаждающей воды до 50 и даже 60 °С практически не влияет на величину теплосъема и, следовательно, не можег повлиять на ка-

чество проката, что подтверждаете я статистическими исследованиями.

На основании проведенных исследований сделан вывод, что ограничивающим ¿[актором для температуры охлаждающей воды свыше 40-45 °С является высокая интенсивность образования плотных карбонатных отложений в форсунках охлаждающих систем из-за возрастающей нестабильности воды даже при низких значениях карбонатной жесткости. Увеличение нормативных значений до больших величин возможно при условии создания надежного метода стабилизационной обработки воды.

Проведены промышленные эксперименты по определен!® влияния концентрации и дисперсного состава взвешенных веществ и масел на качество поверхности прокатных валков и условия прокатки (расход электроэнергии). Эксперименты проводили на стане "2000м НЛЫК совместно с Институтом Черных Металлов г.Днепропетровск. На валки подавали отработанную эмульсию с концентрацией взвешенных веществ (окалины) до 500 мг/л крупностью до 40 мки и 3 мг/л свыше 40 мкм, а также концентрацией масел до 14 г/л. Определено, что съем металла с рабочих валгаы при их перешлифовке снизился на 25 %, расход электроэнергии - на 7 %.

В пятой главе предусмотрены требования к качеству воды, разработанные на основании исследований. Основные показатели уточненных требований введены в нормативные документы, действующие с 1987 г. (табл.2).

В нормы введено ограничение величины карбонатной жесткости воды, которая на должна превьрать 4-5 мг-экв/л.

Требования к качеству воды для станов горячей прокатки

Наименование показателей Охлаждение роликов рольгангов, валков, черновых клетей, моталок Охлаждение валиков чистовых клетей Охлаждение проката (подката, полосы, межклетьевое охлаждение) Гидросбив окалины