Rekonstrukcija koračne peči Cu s tod is v Valjarni žice in profilov
D. Mikec*1, B. Glogovac"2, T. Kolenko*3, D. Finžgar*1, P. Sekloča*1	UDK: 621.783.231.1.004.6:662.614
ASM/SLA: F21b, W20h, 18-72, A11e
S koračno pečjo zaradi zastarele konstrukcije in regulacije nismo mogli slediti vedno ostrejšim zahtevam pri ogrevanju gredic, zato smo se odločili za rekonstrukcijo peči.
V članku je opisana rekonstrukcija peči in topiotno-te h nične preiskave ogrevanja gredic po rekonstrukciji peči.
1.0. UVOD
Koračna peč Custodis s storilnostjo 30 t/h (slika 1) je v Valjarni žice in profilov namenjena za ogrevanje gredic na temperaturo valjanja. Peč je bila projektirana za ogrevanje gredic z dimenzijama 13125 in □ 135 mm, ki se pomikajo skozi peč s pomočjo dveh hidravličnih dvižnih gredi. Gredice z dolžino 1500—1850 mm je mogoče v peč zalagati dvoredno, daljše gredice z dolžino 3500—4000 mm pa enoredno.
Peč je opremljena s sistemom igličastih rekuperator-jev, s katerim je možno pri temperaturi dimnih plinov 800° C predgreti zrak za zgorevanje do temperature 280° C.
Rekuperator je zaščiten pred pregretjem. V primeru prevročih dimnih plinov se s posebnim ventilatorjem vpi-ha hladen zrak, ki zniža temperaturo dimnih plinov na 800° C, tako da ne pride do poškodb rekuperatorja.
2.0. OPIS PEČI
Peč je leta 1968 izdelala firma »Industrie Ofenbau Custodis«. Sprva je bila peč razdeljena na dve regulacijski coni: ogrevno in izenačevalno cono. Kurjena je bila z mazutom in je imela vgrajenih šest tlačnorazpršilnih gorilnikov. Pri zgorevanju mazuta s komprimiranim zrakom je nastal oster plamen z visoko temperaturo, ki je omogočal večjo storilnost peči. Pomanjkljivost peči je bilo izrazito neenakomerno temperaturno polje v peči, ki je povzročalo lokalno zažganost površine gredic.
V letu 1979 je firma »LOI OFAG« peč prilagodila za kurjenje z zemeljskim plinom. Zamenjani so bili vsi gorilniki z visokoimpulznimi gorilniki na zemeljski plin.
Na kurjenje z zemeljskim plinom se je prešlo brez konstrukcijskih sprememb ter brez posodobitve merilne in regulacijske opreme peči. Pri spremembi pretoka plina oziroma zgorevnega zraka sta se v peči pojavila oba ekstremna primera: visoko reduktivna atmosfera pri odpiranju plinske lopute in visoko oksidativna atmosfera pri zapiranju plinske lopute.
mag. Darko Mikec, dipl. ing. met., SŽ — Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, C. železarjev 8 ' Železarna Jesenice "2 SŽ — Metalurški inštitut Ljubljana '3 VTOZD Montanistika, Univerza Ljubljana
Na sliki 2 je prikazan zapis porabe zemeljskega plina in zraka za zgorevanje v ogrevni coni. Sunkovitim spremembam dotoka plina je z veliko časovno zakasnitvijo (3—4 minute) sledila sprememba dotoka zraka za zgorevanje. S pnevmatsko regulacijo v peči ni bilo mogoče zagotoviti homogene pečne atmosfere z nizkim deležem kisika, ki se zahteva zlasti pri ogrevanju zahtevnejših kvalitet jekel.
Zastarela konstrukcija peči in neustrezen sistem regulacije sta ustvarila neenakomerno temperaturno polje in nehomogeno atmosfero v peči, ki je slabo vplivala na kvaliteto ogrevanja gredic. Zaradi slabo ogretih gredic je pogosto prihajalo do težav pri valjanju (slabo oprijemanje in krivljenje valjanca, raztrganine in cepljenje koncev na vmesnih profilih) in številnih napak na valjancu (zažgana in razogljičena površina, obogatenje kristalnih mej z bakrom in nikljem, uvaljana škaja . . .).
3.0. REKONSTRUKCIJA PEČI
Da bi se izognili težavam pri vodenju koračne peči in ogrevanju gredic, smo se v letu 1989 odločili za rekonstrukcijo peči. Rekonstrukcijo peči je izvedla »RO Vatro-stalna OOUR Inženiring Zenica« v sodelovanju s strokovnimi delavci Oddelka regulacijske tehnike in avtomatike Železarne Jesenice.
Na sliki 3 je prikazana koračna peč pred in po rekonstrukciji.
Pri rekonstrukciji peči je bil v celoti zamenjan zgornji del peči. Velike segmentne polkrožne oboke v ogrevni in izenačevalni coni je zamenjal raven strop z vgrajenimi stropnimi gorilniki (slika 4) po celotni dolžini peči, ki omogočajo enakomerno porazdelitev dovedene toplote. Stropni gorilniki so razdeljeni v tri regulacijske cone: predgrevno, ogrevno in izenačevalno cono.
Stropni gorilniki zagotavljajo dobro mešanje plina z zrakom za zgorevanje na gorilnikih in omogočajo popolno zgorevanje z minimalnim pribitkom zraka za zgorevanje oziroma minimalno vsebnostjo kisika v dimnih plinih.
Tabela 1: Tehnični podatki o peči
pred rekonstrukcijo peči			
cona	predgr. ogrevna izenač.		skupaj
število gorilnikov	—	2 4	6
maks. količina plina	m3/h -	1 200 600	1 800
ogrevna površina	m2 -	66,2 34,7	100,7
po rekonstrukciji peči			
cona	predgr. ogrevna izenač.		skupaj
število gorilnikov	12	18 12	42
maks. količina plina	m3/h 550	800 550	1 900
ogrevna površina	m2 26,5	32,9 25,5	84,9
Slika 1:
Vzdolžni prerez peči z dvižnimi gredami Fig. 1:
Longitudinal section of the vvalking beam furnace
Prerez A - A	Detajl A
Slika 2:
Poraba plina in zraka za zgorevanje v ogrevni coni Fig. 2:
Consumption of gas and combustion air in the heating zone
Sočasno s spremembo konstrukcije peči smo zamenjali tudi obzidavo peči.
Staro pnevmatsko regulacijo je zamenjala mikroprocesorska regulacija. Uporabili smo Honeywellov mikroprocesorski regulator TDC 2000, ki je bil rezervni regulator za globinske peči v Valjarni bluming-štekel.
TDC 2000 je osnovni večkanalni mikroprocesorski regulator iz družine TDC (Total Distributed Control). Sestavljen je iz priključnega panela, regulatorja In komandne plošče. Sistem ima 16 analognih vhodov in 8 analognih izhodov z zmogljivostjo osmih regulacijskih zank, kolikor jih je bilo tudi potrebno pri rekonstrukciji peči.
4.0. TOPLOTNOTEHNIČNE MERITVE NA PEČI
Da bi ugotovili dejanske pogoje ogrevanja in optimi-rali temperaturne režime ogrevanja na rekonstruirani peči, smo v sodelovanju z Metalurškim inštitutom opravili vrsto toplotnotehničnih meritev.
Slika 3:
Prečni prerez koračne peči pred in po rekonstrukciji Fig. 3:
Transversal section of the furnace before and after the recon-struction
4.1. Meritve poteka ogrevanja gredice
Z vlečnimi termoelementi NiCr-Ni smo izmerili potek ogrevanja gredice pri prehodu skozi peč (slika 5). Na gredico kvalitete VAC 60 preseka □ 135 mm smo pritrdili dva termoelementa.
Temperature notranjega površja sten peči smo izmerili s sevalnim optičnim pirometrom na značilnih mestih vzdolž peči in vmesne vrednosti interpolirali.
—	O o>
-	w -*J t
n	t£a
350 300 250 200 150 100 50
Prečni prerez stropnega gorilnika Bloom Fig. 4:
Transversal section of the top burner Bloom
Čas (min)
Slika 5:
Temperaturni potek ogrevanja gredice Fig. 5:
Temperature course in heating billets
Za neoporečno pregretost gredice je potrebno zmanjšati temperaturno razliko med temperaturo površja gredice in sredino gredice. Dobra in enakomerna pregretost gredice je predpogoj za doseganje predpisanih tolerančnih mej vroče valjane žice. Po literaturnih podatkih je pri nazivni storilnosti peči dopustna temperaturna razlika 50° C. Izmerjena temperaturna razlika med površjem in sredino gredice je bila 30° C pri storilnosti peči 22 t/h.
4.2. Kontrola zgorevanja in regulacije
Delovanje mikroprocesorske regulacije smo kontrolirali s kisikovo sondo in spremljanjem porabe zemeljskega plina in zraka za zgorevanje.
Iz slike 6 je razvidno, da je z mikroprocesorsko regulacijo možno natančno uravnavati dotok plina in zraka
Slika 6:
Porabe plina in zraka za zgorevanje Fig. 6:
Consumption of gas and of combustion air
brez opaznih časovnih zakasnitev, kar zagotavlja homogeno atmosfero v peči z željeno vsebnostjo kisika v dimnih plinih. Regulacija razmerja zgorevanja natančno deluje tudi v področju majhnih obremenitev peči.
S pomočjo Data Loggerja — instrumenta za avtomatsko akvizicijo podatkov, smo posneli celotno delovanje peči in dobljene podatke kasneje obdelali na računalniku. Instrument omogoča sočasno odčitavanje mA in mV signalov na več kanalih v poljubno kratkih časovnih intervalih. Vsako minuto smo zabeležili naslednje podatke:
—	temperaturo, pretok plina in zraka (v vseh treh regulacijskih conah)
—	temperaturo dimnih plinov (pred in za rekupera-torjem)
—	tlak v peči
4.3. Meritve toplotnih izgub skozi stene peči
Na nerekonstruirani peči smo merili temperature zunanjih sten peči z Landovim pirometrom. Podatki izmerjenih temperatur in izračuni so pokazali, da so bile temperature zunanjih sten'peči previsoke (100—240°C), zato so bile velike toplotne izgube skozi stene peči. Temperature zunanjih sten smo ponovno merili tudi pri rekonstruirani peči z novo obzidavo na več mestih vzdolž peči. Temperature in izgube skozi stene smo merili z merilnim instrumentom Shorttherm, ki omogoča direktno odčitavanje temperature in toplotnega toka oziroma izgub skozi stene v W/m2. Izmerjene temperature so med 80—90° C. Bistvena prednost nove obzidave je možnost pogostejšega ustavljanja peči brez večje nevarnosti poškodb obzidave peči zaradi temperaturnih šokov, na katere je bila zelo občutljiva obzidava s silika opeko.
5.0. SPECIFIČNA PORABA TOPLOTE ZA OGREVANJE VLOŽKA
Na sliki 7 so prikazane povprečne letne specifične porabe energije pri ogrevanju vložka v koračni peči.
Specifična poraba energije je odvisna od več vplivnih faktorjev: deleža slepega kurjenja, števila zastojev na progi, načina dela valjarne, storilnosti peči, stanja reku-peratorja in obzidave peči. . . Vpliv storilnosti peči na specifično porabo zemeljskega plina smo analizirali za obdobje od maja do avgusta 1990 z dnevno analizo ogretih gredic in količino porabljenega plina. Rezultati analize so prikazani na sliki 8.
1987 1988 1989 1990 ener9',e Leto
Slika 7:
Povprečne letne specifične porabe energije na peči Fig. 7:
Mean annual specific energy consumption in the furnace
30
25f
20
15 10 5
* 1000m pl i na / dan
kJ/kg
\
\
. N

• poraba plina/dan - regresija
o spe c poraba energ. — regresija
3000
100
500
200 3 00 4 00 Proizvodnja ( t / d an ) Slika 8:
Vpliv storilnosti koračne peči na specifično porabo zemeljskega plina Fig. 8:
Influence of the output of the vvalking beam furnace on the specific consumption of natural gas
Specifično porabo energije bi lahko še znižali z zamenjavo sedanjega igličastega rekuperatorja s cevnim rekuperatorjem. Pri sistemu igličastih rekuperatorjev so
izgube zraka za zgorevanje relativno velike in rastejo s številom elementov, ki sestavljajo rekuperator. Po podatkih iz literature se pri rekuperatorju, ki je sestavljen iz 80—100 elementov, izgubi do 30% zraka, zato je pri vzdrževanju rekuperatorja potrebno posebej skrbeti za tesnenje rekuperatorja. Prav zaradi slabega tesnenja dimnega kanala in rekuperatorja so temperature pred-gretega zraka prenizke (100—150° C).
6.0. SKLEPI
Koračna peč Custodis je v Valjarni žice in profilov namenjena za ogrevanje gredic na temperaturo valjanja. Zastarela konstrukcija peči in neustrezen sistem regulacije sta bila vzrok za slabo kvaliteto ogrevanja gredic. Zaradi slabo ogretih gredic smo imeli težave pri valjanju in številne napake na izvaljani žici.
Da bi se izognili opisanim težavam, smo v letu 1989 peč rekonstruirali. Rekonstrukcija sedaj omogoča zagotovitev enakomernega temperaturnega polja in homogene atmosfere v peči, ki sta pogoj za ogrevanje zahtevnejših kvalitet jekel.
Rezultati meritev po rekonstrukciji peči so pokazali, da je kvaliteta ogrevanja boljša, povprečna letna specifična poraba energije za ogrevanje pa za 10% nižja. Na specifično porabo energije močno vpliva tudi storilnost peči, ki je odvisna od deleža slepega kurjenja in zastojev na valjavski progi. Pri dnevni storilnosti 300—400 t/dan je dosežena specifična poraba energije 1600 kJ/kg.
Specifično porabo bi lahko še znižali z obnovo dimnega kanala oziroma zamenjavo rekuperatorja za pred-grevanje zraka za zgorevanje.
LITERATURA:
1.	B. Glogovac, K.Hribar, T. Kolenko, D. Finžgar, P. Sekloča, R. Tolar: Možnosti izboljšanja regulacije zgorevanja na po-dajni peči, Poročilo, Metalurški inštitut, september 1984.
2.	B. Glogovac, J. Šranc, V. Rakovec, T. Kolenko, F. Pavlin: Optimizacija režima ogrevanja vložka v podajni peči, Poročilo, Metalurški inštitut, december 1978.
4.	H. Hammer: Konzeption und Betriebserfahrungen mit dem neuen 200-t/h Hubbalkenofen einer MittelbandstraBe. Stahl und Eisen, (102)1989, 1095-1103.
5.	R. Schneider: Erfahrungen beim Bau und Betrieb eines de-ckenbeheitzten 150 t/h-Hubbalkenofen mit Wendenbett einer Feinstrafie, Stahl und Eisen, (97)1977, 627—632.
6.	B. Glogovac, T. Kolenko, M. Hodošček, D. Mikec, D. Finžgar, M. Torkar: Ocena obratovanja koračne peči v žični valjarni, Poročilo, Metalurški inštitut, oktober 1990.
7.	F. Reinitzhuber, G. Jacob, G. Hirschmann, D. Rohner: Fu-hrung von Warmofen mit Mikroprozessoren — dargestellt am Beispiel einer Draht- und FeinstahlstraGe, Stahl und Eisen, (4)1986, 147—153.
ZUSAMMENFASSUNG
Der Hubbalkenofen Custodis im Draht und Profilvvalzvverk ist fur die Ervvarmung von Knuppeln auf die VValztemperatur be-stimmt. Eine veraltete Konstruktion des Ofens und ein nicht entsprechendes Regulationsssystem vvaren die Ursache fur die schlechte Erwarmungsqualitat von Knuppeln. Wegen der schlecht angevvarmten Knuppel hatten wir Schwierigkeiten beim Walzen. Walzfehler am ausgewalzten Draht waren die Fol-gen davon. Um diese Schvvirigkeiten umzugehen haben wir im Jahre 1989 den Ofen rekonstruiert. Der rekonstruierte Ofen si-chert ein gleichmassiges Temperaturfeld und eine homogene Atmosphare im Ofen, vvas eine Bedingung fur die Ervvarmung hohervvertiger Stahlguten ist.
Die Ergebnisse der Messungen nach der Rekonstruktion des Ofens, haben eine bessere Oualitat der Ervvarmung, und eine Verminderung des durchschnittlichen jahrlichen spezifi-schen Energieverbrauches um 10%, fur die Ervvarmung, erge-ben. Auf den spezifischen Energieverbrauch hat die Ofenbelei-stung einen grossen Einfluss, diese ist von dem Anteil der Blindheizung und von den Stillstanden auf der VValzenstrasse abhangig. Bei der Tagesleistung 300—400 t/Tag ist ein spezifi-scher Energieverbrauch von 1600 kJ/kg erreicht worden. Wei-tere Moglichkeiten fur die Vermunderung des spezifischen Energieverbrauches sind durch die Erneuerung des Abgaska-nales bzw. durch den Austausch des Rekuperators gegeben.
SUMMARY
Custodis vvalking beam furnace is used in the wire and section rolling plant to heat billets to the rolling temperature. Old design of the furnace and unsuitable regulation system vvere the reason of low quality billet heating. Because of these prob-lems numerous defects in the rolled wire appeared during rolling.
In order to avoid the described problems the furnace vvas reconstructed in 1989. The reconstructed furnace enables to achieve an uniform temperature field and homogeneous atmo-sphere in the furnace vvhich is the condition in heating more de-manding steel gualities.
Results of measurements after the furnace reconstruction shovved the improved quality of heating, and simultaneously a 10% reduction of specific mean annual energy consumption vvas achieved. Specific energy consumption also highly de-pends on the furnace output vvhich is influenced by the periods of idling and stoppages in rolling line. If daily output is 300—4001 the achieved specific energy consumption is 1600 kJ/kg. Specific energy consumption can be further reduced by the renevval of flue channel or substitution of recuper-ator.
3AKJlfOHEHHE
rienb „KycTOflnc" Ha 3aBO/je no npoKaTKe npoBozioKU m npo-(J)M/iePi npe/jHasHaMeHa a/in HarpeBaHMR 3aroTOBOK Ha TeMnepa-Typy npoKaTKH. 3acTapeBwafl KOHCTpyKLjMR nenu n HeroflHaR cn-CTeMa pery/inpoBKM RBH/iMCb npuHMHOki n/ioxoro KanecTBa Ha-rpesaHun 3ar0T0B0K. kl3-3a n/ioxo HarpeBaHHbix 3ar0T0B0K y Hac npofiBn/iMCb npočneMbi b npoKaTKe, a Taione mic/ieHHbie /je0eKTbi Ha npoKaTaHHoPi npoBonoKe. MTo6bi yKnoHMJiucb onn-caHHbiM npočneMaM m bi b 1989 r. peK0HCTpynp0Ba/in neMb. Pe-K0HCTpynp0BaHHan ne^ib no3BonReT o6ecne4eHne paBHOMepHO-ro TeMnepaiypHoro nonfl n roMereHHyio aTMOC(J)epy b ne^n, hto RB^fleTCR ycnoBneM no HarpeBaHmo c/io>«Hbix MapoK CTa/iM.
Pe3y^bTaTbi n3MepeHnPi nočne peKOHCTpyKijMH ne4M noKa3a-rw /iy4Luee KanecTBO HarpeBaHHR h CHH>«eHMe cpeflHero roflo-Boro cneun0M4ecKoro pacxo^a SHeprnn a/in HarpeBaHHR 3a 10%. Ha cneumJiMHecKufi pacxoa OHeprHH ne^n moluho B/iMReT T3K>Ke npOM3BOflMTe/1bHOCTb neMH, KOTOpaR 3aBHCMT OT flo/lm CBeT/lOtf TOnKM M 3aCTO(ieB Ha npOKaTHOfi /lmhk|m. npn npOH3BO-^MTe/lbHOCTM 300 —400 TOHH B fleHb flOCRTaeTCR CneUMCtJMMe-ckmh pacxoa oHeprnn 1600 Kpt/Kr. CneuMctiHMecKuPi pacxoa 6bi TaK>Ke MorriM CHM>KaTb c peKOHCTpyKL|MePi /iMMOBoro KaHana t. e. CMeHofi peKynepaiopa.