鋁或銅加工廠壓延車間自然通風量的確定方法

鋁或銅加工廠壓延車間自然通風量的確定方法

宋丹輝

(中色科技股份有限公司, 河南 洛陽471039)

摘要：通過分析國內銅、鋁加工廠壓延車間的工藝流程,給出了國內銅、鋁加工廠壓延車間內部散熱量的計算方法,進而較精確地確定出壓延車間夏季自然通風量,為銅、鋁加工廠壓延車間自然通風的設計提供了參考.

關鍵詞：銅或鋁加工; 壓延車間; 自然通風

收稿日期：2014-05-30

作者簡介：宋丹輝(1984—),男,助理工程師,主要從事制冷空調和流體機械方面的研究. E-mail:gaochengcheng@126.com

中圖分類號：TU 834

文獻標志碼：A

Abstract：In this paper the method was determined to calculate the heat discharge capacity in rolling workshop of aluminum(copper) processing plants.Based on this method the volume flow rate of natural ventilation was obtained,which provides reference for the design and improvement of the natural ventilation system in the rolling workshop of aluminum(copper) processing plants.

On the Calculation of the Natural Ventilation in Rolling Workshop of Aluminium(Copper) Processing PlantsSONG Danhui

(China Nonferrous Metals Processing Technology Co., Ltd., Luoyang 471039,China)

Key words： aluminum(copper) processing; rolling workshop; natural ventilation

0引言

鋁或銅加工廠的壓延車間是將鋁或銅扁鑄錠經熱軋機和冷軋機軋制成板、帶、條材或箔材的生產車間.也有的壓延車間是用線坯軋機軋制線坯盤條,供線材車間生產線材.壓延車間由鑄錠堆場、鑄錠加熱爐、熱軋和冷軋機列、主控室、酸(堿)洗槽組、退火爐、拋光、剪切和精整機列、潤滑油和乳液地下室、軋輥磨床間、軸承清洗間、電磁站、儀表室、變壓器室、車間機修站、工具備件庫、成品庫等部分組成.鋁合金生產還包括鹽浴(空氣)淬火爐、時效爐和涂油機等部分.鋁或銅加工廠的壓延車間生產流程如圖1所示.

Fig.1Rolling production flowchart

鋁或銅加工廠車間內散發余熱和乳液蒸汽以及有害氣體的區域需設有組織自然通風.自然通風是利用自然能源而不依靠空調設備來維持室內適宜環境的一種通風方式.自然通風不需要消耗機械動力,是一種經濟的通風方式.對于壓延車間這種產生大量余熱的車間,利用自然通風可以達到較大的通風換氣量,起到消除室內余熱,沖淡工作區有害物濃度并最終改善車間環境的目的.壓延車間內散發余熱和乳液蒸汽以及有害氣體的區域主要有鑄錠加熱爐、熱軋機、冷軋機、熱處理爐、酸洗間、退火后的銅合金板材、卷材和鋁合金卷材自然冷卻場等處.銅壓延車間不同區域散熱量見表1[3].

表1銅壓延車間不同區域散熱量

Tab.1Heat release in copper rolling workshop

自然通風的原理是利用室內外溫差所造成的熱壓或室外風力所造成的風壓來實現通風換氣的.但是由于風壓受室外風速和風向的影響較大,不能作為一個穩定因素來考慮.為了保證自然通風的設計效果,根據《民用建筑采暖通風與空氣調節設計規范》(GB 50736—2012)[1]的規定,在實際計算時僅考慮熱壓的作用,自然通風的通風量G可由下式確定[2]:

(1)

式中:Q為散至室內全部顯熱;cp為空氣比熱;tp為排風溫度;twf為夏季通風室外計算溫度;m為散熱量有效系數.

由式(1)可知,要確定壓延車間的自然通風量G,關鍵是確定壓延車間內部的全部散熱量.

1壓延車間內部散熱量的確定

由鋁或銅加工廠壓延車間的生產工藝流程可知,壓延車間內部散熱量Q主要包括熱軋工藝部分散熱量Qrz和冷軋工藝部分散熱量Qrz.

1.1　熱軋工藝部分散熱量的確定

一般情況下,熱軋工藝部分散熱量Qrz主要包括:鑄錠加熱爐爐體的散熱量Q1;鑄錠加熱爐爐門的散熱量Q2;鑄錠熱軋時的散熱量Q3;熱軋后金屬制品的自然冷卻散熱量Q4.

煤氣(重油)鑄錠加熱爐爐體部分的散熱量Q1可由式(2)～(3)得出:

Q1=hfF(tb-tn)

(2)

(3)

式中:hf為熱表面散熱系數[3];F為爐體外表面積,m2;h為對流換熱系數[3],垂直壁面h=2.56,水平壁面h=3.27;tb為爐體外壁壁面溫度;tn為室內溫度;c為輻射系數[3],刷油的金屬表面為c=4.67,設備保溫層表面c=5.25,砌磚體表面c=5.48.

鑄錠加熱爐爐門的散熱量Q2可由式(4)得出:

(4)

式中:Fo為爐口面積;tln為爐內溫度;n為每小時內爐門開啟時間;ψ為輻射有效系數[3].

對于電阻加熱爐全部(包括爐體、爐門和漏煙或漏氣)的散熱量可由式(5)確定:

Q1+Q2=Nk

(5)

式中:Nk為工業爐的空載功率.

鑄錠熱軋時的散熱量應為金屬在加工過程中冷卻時的總散熱量與被冷卻介質(乳液和軋機排煙)帶出車間熱量之差.其散熱量可由式(6)得出:

(6)

式中:M為設備加工金屬平均重量;Ml為乳液平均流量;Mg為軋機排煙風量;cs為金屬的固態比熱;cl為乳液比熱;cg為軋機排煙比熱;Δt軋制開始與結束時金屬的溫差;Δtl為乳液冷卻金屬時的溫升,一般取10℃;Δtg為軋機排煙的溫升,約為1～3℃.

熱軋后制品的自然冷卻散熱量主要指經熱軋機加工后的料卷在冷卻過程中散發的熱量.核算夏季的最大散熱量時,按穩態考慮,其散熱量可由式(7)得出:

(7)

式中:t0為熱加工后金屬的起始溫度;tn為室內溫度.

則熱軋部分的總散熱量為:

Qrz=Q1+Q2+Q3+Q4

(8)

1.2　冷軋工藝部分散熱量的確定

冷軋工藝部分散熱量Qlz主要包括:冷軋后的金屬制品自然冷卻時的散熱量Q5;退火爐爐體的散熱量Q6;退火爐爐門的散熱量Q7;車間內機械設備(精整設備)的散熱量Q8.

冷軋后的制品自然冷卻時的散熱量Q5主要指經冷軋機加工后的料卷冷卻時的散熱量.如果核算夏季的最大散熱量時,按穩態考慮,其散熱量可參照熱軋后制品的自然冷卻散熱量的計算方法得出.退火爐爐體散熱量Q6和爐門散熱量Q7亦可參照鑄錠加熱爐爐體和爐門部分的散熱量的計算方法得出.

車間內機械設備(主要指拉矯、剪切等放置于車間內部的精整設備)的散熱量Q8可由式(9)[2]得出:

Q8=n1n2n3N/η

(9)

式中:n1為同時使用系數,即同時使用的安裝功率與總安裝功率之比,一般為0.5～1.0;n2為安裝系數,即最大實耗功率與安裝功率之比,一般為0.7～0.9;n3為負荷系數,即小時平均實耗功率與最大實耗功率之比,一般為0.4～0.5;N為電動設備的總安裝功率.

則冷軋部分的總散熱量為:

Qrz=Q5+Q6+Q7+Q8

(10)

壓延車間總散熱量:

Q=Qrz+Qlz

(11)

得到壓延車間總散熱量,即可較精確地算出夏季鋁或銅加工廠壓延車間所需的自然通風量.

2案例分析

以廣東某鋁加工廠壓延車間為例,該車間熱軋和冷軋工藝流程中各環節的散熱量見表2.

可以看出該壓延車間總散熱量為22 515 kW,夏季所需自然通風量為672.4 萬m3/h.通過設計回訪和跟蹤調查,該壓延車間的自然通風情況良好,完全達到了設計的預期目的.表明如前所述,先確定鋁或銅加工廠壓延車間的內部散熱量,進而確定自然通風量的方法是可靠的.

表2　廣東某鋁加工廠壓延車間散熱及自然通風量統計

3結論

通過分析國內鋁或銅加工廠壓延車間的工藝流程,將整個工藝流程分為熱軋工藝和冷軋工藝兩部分,逐一計算熱軋和冷軋工藝流程中各環節的散熱量,并最終得出了國內鋁或銅加工廠壓延車間內部散熱量的計算方法,進而較精確地確定出壓延車間夏季自然通風量.結合實際的設計案例,論證了該方法的可靠性,為鋁或銅加工廠壓延車間的自然通風設計提供參考.

參考文獻:

[1]GB 50736—2012.民用建筑采暖通風與空氣調節設計規范[S].

[2]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2009.

[3]《重有色冶金企業采暖通風設計參考資料》編寫組.重有色冶金企業采暖通風設計參考資料[M].北京:冶金工業出版社,1978.