книги из ГПНТБ / Федоров А.П. Экономика энергетики чугунолитейного производства лекции

Снижение тепловых потерь за счет улучшения тепловой изоляций

Наглядным примером, какое значение имеет качество теп­ ловой изоляции для термических печей, могут служить элек­ тропечи отжига, установленные в литейном цехе ковкого чу­ гуна.

На Горьковском автозаводе были проведены испытания

2-х печей электроотжига одной с теплоизоляцией из легковес­

ного кирпича, другой с изоляцией из шамотного кирпича (таблица 20).

Для сравнения взяты расходы электроэнергии при нагре­ ве металла до конечной его температуры 945°С.

Таблица 20

Как видно из таблицы, такая большая разница в расходе электроэнергии на тонну нагретого металла до 945°С (420 и

280 квтч/тн) зависит исключительно от качества изоляционных материалов обмуровки печи. Кроме экономии электроэнергии, доходящей до 33%, сокращается цикл отжига на 19 часов,

что дает возможность сократить количество печей в работе и

производственные площади цеха.

39

Увеличение производительности электропечей для термообработки

Мероприятия, снижающие тепловые потери, повышают к.п.д. печи, способствуя тем самым и увеличению ее произво­ дительности.

Мощность электрических печей, как правило, значительно выше мощности, необходимой по их номинальной производи­

тельности, и установленная на печах автоматика для поддер­ жания температуры печи на данной величине периодически

отключает печь от сети. Продолжительность отключения со­ ставляет иногда 50% от общей продолжительности работы печи. Следовательно, увеличение производительности печи в данном случае может дать значительный эффект. В качестве примеров увеличения производительности печей можно при­ вести следующие: расширение ленты, транспортирующей де­

тали и печное пространство; применение уплотненной уклад­ ки деталей, понижение свода печи; увеличение мощности пе­ чи путем замены нагревательных элементов.

Уплотненная укладка деталей в литейном цехе ковкого чугуна Московского автозавода дала большой эффект при отжиге их в электроотжигательных печах. Здесь был внедрен новый метод укладки деталей на вагонетку отжигательных

печей.

Если раньше крупные детали укладывались отдельно, то по предложенному методу все промежутки между ними стали заполнять мелкими деталями. В результате вес садки на ва­ гонетку увеличился на 60%, соответственно увеличилась и

производительность печей. Это мероприятие позволило со­

кратить расход электроэнергии на 1.000.000 квтч/год и сни­

зить соответственно удельные расходы на 40 квтч/т. Значи­ тельная экономия электроэнергии может быть получена за счет повышения производительности электропечей путем увеличения их мощности заменой нагревательных элементов.

Интенсификация отжига ковкого чугуна методом модифицирования

Характерной особенностью производства ковкого чугуна является длительный отжиг отливок при высоких температу­ рах, что связано с большим расходом энергии и топлива.

Среди способов интенсификации отжига за последнее вре­ мя в практике литейного производства находит применение модифицирование, сущность которой состоит в следующем:

При раздаче чугуна из миксера вагранки в ковш вводят модификатор, например, первичный или вторичный алюминий,

40

в результате чего при отжиге литья значительно снижается цикл отжига, что ведет к значительной экономии энергии, при этом качество литья не ухудшается.

При прежнем режиме отжига температура металла повы­ шалась до 970°С, затем при этой температуре металл выдер­ живался в печи в течение 13 часов, имея при этом максималь­ ные тепловые потери.

Режим отжига модифицированного чугуна производится по измененному температурному графику. Садка нагревается до температуры 350—410°С при выдержке 7—8 часов. При этой температуре за счет малых тепловых потерь имеется возможность сократить выдержку при температуре 970°С с 13 часов до 5 часов.

Вторая стадия отжига практически ведется без подвода энергии и только в отдельных случаях приходится подводить необходимое количество энергии, порядка 30% от прежнего

расхода для выдерживания температурного графика.

Внедрение модификации ковкого чугуна позволило сокра­ тить цикл отжига отливок с 80 до 60 часов и снизить расход электроэнергии в первой стадии на 12%, а во второй на 70% или на 70—80 квтч на тонну литья.

7. Влияние рационализации энергопотребления на структуру

энергобаланса и величину энергетических затрат в себестоимости тонны годного литья

Рационализация производственных процессов, внедрение новой прогрессивной технологии, совершенствование сущест­ вующих технологических процессов, улучшение организации чугунолитейного производства — все это, как уже отмечалось выше, органически связано с энергетикой процессов и спо­ собствует в значительной степени рационализации энергопот­ ребления производственных процессов, приводя, как правило,

к снижению уровня удельных расходов энергии и топлива.

Ниже в таблице 21 приведен перечень мероприятий по ра­ ционализации энергопотребления, которые могут быть внедре­ ны (а некоторые из перечисленных уже внедряются) в прак­ тике чугунолитейного производства.

С учетом этих мероприятий в таблице 22 представлены

сравнительные сводные энергобалансы чугунолитейного про­ изводства Московского и Горьковского автозаводов.

41

Таблица 21

42

Продолжение табл. 21

9.Сушка песка и глины отходящими газами ва­

Сопоставляя сводные энергобалансы чугунолитейных це­ хов этих заводов, можно видеть, что помимо экономии пер­ вичного топлива, достигающей 10—20% суммарного его рас­

хода, рационализацией энергопотребления обеспечиваются также и некоторые качественные сдвиги в структуре энерго­

баланса и в первую очередь в направлении электрификации

сводного энергобаланса. Однако внедрение мероприятий по рационализации энергопотребления в чугунолитейном произ­

водстве, обеспечивая снижение удельных расходов энергии и топлива на тонну годного литья, способствует тем самым и

снижению энергетических затрат в себестоимости тонны год­

ного. литья, о чем свидетельствуют данные таблицы 23.

Учитывая, что на Московском автозаводе энергетические затраты в себестоимости тонны годного литья составляют примерно 90—130 рублей, то только за счет внедрения ряда мероприятий (таблица 21) по рационализации энергопотреб­ ления снижение этих энергетических затрат может составить 10—17%, что при выпуске 100.000 тонн годного литья соста­ вит экономию 1,2—1,4 млн. рублей.

*Мероприятие внедрено в 1957 году.

**Мероприятие внедрено в конце 1956 года,

43

Таблица 23

Снижение энергетических затрат себестоимости тонны годного литья за счет рационализации энергопотребления (на примере Московского автозавода)

IV. ЭКОНОМИКА ВЫБОРА ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

ЧУГУНОЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1. Энерготехнологические особенности применения газа и электроэнергии в основных технологических процессах

Основными задачами, стоящими в области дальнейшего развития энергетики чугунолитейного производства, яв­ ляются:

1)дальнейшая электрификация силовых процессов и

2)изменение методов энергоснабжения технологического

энергопотребления на основе внедрения электротехнологии или газификации технологических процессов.

Необходимость электрификации силовых процессов чугу­ нолитейного производства, как и вообще силовых процессов в промышленности является бесспорной, поскольку сравни­ тельные преимущества электропривода по отношению к дру­ гим возможным методам механизации процесса лроизводст-

45

ва общеизвестны и определяют несомненные преимущества

электроэнергии в этой области.*

Что же касается вопросов изменения методов энергоснаб­ жения технологического энергопотребления, то при всех пре­ имуществах электрификации технологических процессов эф­ фективность ее должна быть подкреплена соответствующим

технико-экономическим расчетом, что в особой степени спра­ ведливо при сравнении вариантов электрификации и гази­ фикации. При этом следует иметь в виду, что эти расчеты

должны быть проведены с обязательным учетом районного фактора, так как технико-экономические характеристики по­ лучения газа и условия производства электроэнергии в от­

дельных районах оказывают решающее влияние на показате­ ли сравнительной эффективности газификации и электри­ фикации.

Рассмотрим основные энерготехнологические особенности применения газа и электроэнергии в средне- и высокотемпе­

ратурных процессах чугунолитейного производства.

Среднетемпературные процессы

1) Сушка стержней. Процесс сушки стержней зависит от

их размера и состава смеси и поэтому производится в стерж­ невых сушилах периодического или непрерывного действия.

Выше уже отмечалось, что в литейных цехах массового и крупносерийного производства применяются непрерывно дей­

ствующие (конвейерные) сушила. В настоящее время в СССР

получили наибольшее распространение и успешно работают вертикальные и горизонтальные непрерывно действующие сушила и специальные сушила смешанного типа, в вертикаль­ ной секции которых стержни проходят сушку, а в горизон­

тальной секции загружаются и выгружаются.

Непрерывно действующие сушила отапливают преимуще­ ственно жидким или газообразным топливом. Удельный рас­ ход топлива на тонну стержней составляет 30—40 кг (или 20—25 кг на,тонну годного литья), при температуре рабочего пространства печей 150—180°.

Следует отметить, что в технологии литейного производ­ ства процесс сушки литейных стержней является крайне про­ должительной и несовершенной операцией. В описанных выше

* В данном случае не имеется в виду сжатый воздух; который яв­ ляется вторичной энергией, получающейся путем затрат электроэнергии и также вытесняемой непосредственным применением электроэнергии.

46

сушилах процесс сушки литейных стержней осуществляется за счет горячего топочного газа, омывающего .поверхности стержней. Глубинный прогрев стержней происходит за счет теплопроводности. В связи с тем, что литейные стержни яв­

ляются плохими проводниками тепла, их прогрев осущест­ вляется крайне медленно. Вследствие этого основным недо­ статком камерного способа сушки является большая дли­

тельность процесса, которая в зависимости от размеров се­ чения стержней может достигать от 2-х до 30 часов. Увели­ чение температуры рабочего пространства до 200:—250°С при­ водит к сокращению времени сушки, но в то же время вызы­ вает повышение удельных расходов топлива и увеличение процента брака за счет перегрева и обгорания наружных слоев стержней. Указанные недостатки требуют замены ка­ мерного способа сушки более быстрым и качественным спо­

собом.

Методом, исключающим эти недостатки и дающим воз­

можность организовать конвейерный способ сушки, является высокочастотная сушка стержней, получающая все большее распространение как в зарубежной практике литейного про­ изводства, так и в практике отечественного литейного произ­

водства.

По своим электрическим свойствам стержневая смесь от­

носится к группе полупроводников, и нагрев ее производится в электрическом поле высокой частоты. По своей природе процесс нагрева в электрическом поле высокой частоты отли­ чается от всех видов нагрева от внешнего источника тепла, подчиняющихся законам теплопроводности. Теплопроводность материала, как известно, не влияет на скорость нагрева в электрическом поле.

Высокочастотный нагрев характерен следующими особен­

ностями:

1) подъем температуры одинаков по всему объему мате­ риала, если структурное строение материала однородное;

2) скорость нагрева, а следовательно, и сушки в сотни раз превышает скорость сушки при обычных методах нагрева;

3)не происходит образование наружной корки, препят­ ствующей дальнейшему испарению;

4)отсутствует холостой ход установки, так как нагрев и расход энергии прекращается одновременно с прекращением

подачи высокочастотной энергии;

5) становится возможным организация поточного метода нагрева в силу скоростного характера процесса;

47

6) создается высокая культура производства в связи с лё-' реходом на полную электрификацию процесса нагрева.

Удельный расход электроэнергии на сушку 1 кг песчано- глинисто-сульфитной или песчано-масляной смеси составляет

0,13 квтч и на 1 кг испаренной влаги 2,87 квтч.

Кроме того, следует учесть, что основное количество элек­ троэнергии (60%) расходуется на нагрев и испарение влаги,

которая вводится в стержневую смесь в количестве до 5% и

более не только для получения формуемости ее, но и для соз­ дания надлежащей теплопроводности, ускоряющей процесс

сушки в камерных печах.

Так как фактор теплопроводности при высокочастотном

нагреве не влияет на скорость сушки, то для формуемости смеси достаточно иметь влажность 2—3%. Это обстоятельство

снизит на 20—30% удельный расход электроэнергии, следо­ вательно уменьшит и стоимость сушки, еще больше сократит цикл сушки и увеличит производительность.

Удельный расход электроэнергии на сушку смесей с кре­ пителем МФ-17 составляет 0,1 квтч на 1 кг сырой смеси (или 60—75 квтч на тонну годного литья).

2) Сушка песка и глины. В зависимости от масштабов производства и степени его технологического оснащения суш­

нежирного песка, но непригодны для сушки глины и жирного песка.

Печь работает по принципу противотока. Горячие газы из топки, расположенные снизу, поднимаясь вверх в дымовую трубу, нагревают и сушат песок, постепенно проваливающий­ ся вниз благодаря вращению чугунных дисков, надетых на центральный вращающийся от привода вал.

Горизонтальные огневые барабанные сушила устанавли­ ваются как прямоточные, так и противоточные, т. е. с парал­ лельным и встречным движениями песка и газов.

Удельные расходы топлива для этих печей составляют:

сушка песка—23 кг. усл. топлива/тонну песка-, сушка глины50 кг усл. топлива!тонну глины.

Однако, помимо огневых печей сушку песка и глины мож­ но производить в печах с помощью электрического нагрева.

В практике литейного производства применяют камерные и

48