铝或铜加工厂压延车间自然通风量的确定方法

铝或铜加工厂压延车间自然通风量的确定方法

宋丹辉

(中色科技股份有限公司, 河南 洛阳471039)

摘要：通过分析国内铜、铝加工厂压延车间的工艺流程,给出了国内铜、铝加工厂压延车间内部散热量的计算方法,进而较精确地确定出压延车间夏季自然通风量,为铜、铝加工厂压延车间自然通风的设计提供了参考.

关键词：铜或铝加工; 压延车间; 自然通风

收稿日期：2014-05-30

作者简介：宋丹辉(1984—),男,助理工程师,主要从事制冷空调和流体机械方面的研究. E-mail:gaochengcheng@126.com

中图分类号：TU 834

文献标志码：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

铝或铜加工厂的压延车间是将铝或铜扁铸锭经热轧机和冷轧机轧制成板、带、条材或箔材的生产车间.也有的压延车间是用线坯轧机轧制线坯盘条,供线材车间生产线材.压延车间由铸锭堆场、铸锭加热炉、热轧和冷轧机列、主控室、酸(碱)洗槽组、退火炉、抛光、剪切和精整机列、润滑油和乳液地下室、轧辊磨床间、轴承清洗间、电磁站、仪表室、变压器室、车间机修站、工具备件库、成品库等部分组成.铝合金生产还包括盐浴(空气)淬火炉、时效炉和涂油机等部分.铝或铜加工厂的压延车间生产流程如图1所示.

Fig.1Rolling production flowchart

铝或铜加工厂车间内散发余热和乳液蒸汽以及有害气体的区域需设有组织自然通风.自然通风是利用自然能源而不依靠空调设备来维持室内适宜环境的一种通风方式.自然通风不需要消耗机械动力,是一种经济的通风方式.对于压延车间这种产生大量余热的车间,利用自然通风可以达到较大的通风换气量,起到消除室内余热,冲淡工作区有害物浓度并最终改善车间环境的目的.压延车间内散发余热和乳液蒸汽以及有害气体的区域主要有铸锭加热炉、热轧机、冷轧机、热处理炉、酸洗间、退火后的铜合金板材、卷材和铝合金卷材自然冷却场等处.铜压延车间不同区域散热量见表1[3].

表1铜压延车间不同区域散热量

Tab.1Heat release in copper rolling workshop

自然通风的原理是利用室内外温差所造成的热压或室外风力所造成的风压来实现通风换气的.但是由于风压受室外风速和风向的影响较大,不能作为一个稳定因素来考虑.为了保证自然通风的设计效果,根据《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736—2012)[1]的规定,在实际计算时仅考虑热压的作用,自然通风的通风量G可由下式确定[2]:

(1)

式中:Q为散至室内全部显热;cp为空气比热;tp为排风温度;twf为夏季通风室外计算温度;m为散热量有效系数.

由式(1)可知,要确定压延车间的自然通风量G,关键是确定压延车间内部的全部散热量.

1压延车间内部散热量的确定

由铝或铜加工厂压延车间的生产工艺流程可知,压延车间内部散热量Q主要包括热轧工艺部分散热量Qrz和冷轧工艺部分散热量Qrz.

1.1　热轧工艺部分散热量的确定

一般情况下,热轧工艺部分散热量Qrz主要包括:铸锭加热炉炉体的散热量Q1;铸锭加热炉炉门的散热量Q2;铸锭热轧时的散热量Q3;热轧后金属制品的自然冷却散热量Q4.

煤气(重油)铸锭加热炉炉体部分的散热量Q1可由式(2)～(3)得出:

Q1=hfF(tb-tn)

(2)

(3)

式中:hf为热表面散热系数[3];F为炉体外表面积,m2;h为对流换热系数[3],垂直壁面h=2.56,水平壁面h=3.27;tb为炉体外壁壁面温度;tn为室内温度;c为辐射系数[3],刷油的金属表面为c=4.67,设备保温层表面c=5.25,砌砖体表面c=5.48.

铸锭加热炉炉门的散热量Q2可由式(4)得出:

(4)

式中:Fo为炉口面积;tln为炉内温度;n为每小时内炉门开启时间;ψ为辐射有效系数[3].

对于电阻加热炉全部(包括炉体、炉门和漏烟或漏气)的散热量可由式(5)确定:

Q1+Q2=Nk

(5)

式中:Nk为工业炉的空载功率.

铸锭热轧时的散热量应为金属在加工过程中冷却时的总散热量与被冷却介质(乳液和轧机排烟)带出车间热量之差.其散热量可由式(6)得出:

(6)

式中:M为设备加工金属平均重量;Ml为乳液平均流量;Mg为轧机排烟风量;cs为金属的固态比热;cl为乳液比热;cg为轧机排烟比热;Δt轧制开始与结束时金属的温差;Δtl为乳液冷却金属时的温升,一般取10℃;Δtg为轧机排烟的温升,约为1～3℃.

热轧后制品的自然冷却散热量主要指经热轧机加工后的料卷在冷却过程中散发的热量.核算夏季的最大散热量时,按稳态考虑,其散热量可由式(7)得出:

(7)

式中:t0为热加工后金属的起始温度;tn为室内温度.

则热轧部分的总散热量为:

Qrz=Q1+Q2+Q3+Q4

(8)

1.2　冷轧工艺部分散热量的确定

冷轧工艺部分散热量Qlz主要包括:冷轧后的金属制品自然冷却时的散热量Q5;退火炉炉体的散热量Q6;退火炉炉门的散热量Q7;车间内机械设备(精整设备)的散热量Q8.

冷轧后的制品自然冷却时的散热量Q5主要指经冷轧机加工后的料卷冷却时的散热量.如果核算夏季的最大散热量时,按稳态考虑,其散热量可参照热轧后制品的自然冷却散热量的计算方法得出.退火炉炉体散热量Q6和炉门散热量Q7亦可参照铸锭加热炉炉体和炉门部分的散热量的计算方法得出.

车间内机械设备(主要指拉矫、剪切等放置于车间内部的精整设备)的散热量Q8可由式(9)[2]得出:

Q8=n1n2n3N/η

(9)

式中:n1为同时使用系数,即同时使用的安装功率与总安装功率之比,一般为0.5～1.0;n2为安装系数,即最大实耗功率与安装功率之比,一般为0.7～0.9;n3为负荷系数,即小时平均实耗功率与最大实耗功率之比,一般为0.4～0.5;N为电动设备的总安装功率.

则冷轧部分的总散热量为:

Qrz=Q5+Q6+Q7+Q8

(10)

压延车间总散热量:

Q=Qrz+Qlz

(11)

得到压延车间总散热量,即可较精确地算出夏季铝或铜加工厂压延车间所需的自然通风量.

2案例分析

以广东某铝加工厂压延车间为例,该车间热轧和冷轧工艺流程中各环节的散热量见表2.

可以看出该压延车间总散热量为22 515 kW,夏季所需自然通风量为672.4 万m3/h.通过设计回访和跟踪调查,该压延车间的自然通风情况良好,完全达到了设计的预期目的.表明如前所述,先确定铝或铜加工厂压延车间的内部散热量,进而确定自然通风量的方法是可靠的.

表2　广东某铝加工厂压延车间散热及自然通风量统计

3结论

通过分析国内铝或铜加工厂压延车间的工艺流程,将整个工艺流程分为热轧工艺和冷轧工艺两部分,逐一计算热轧和冷轧工艺流程中各环节的散热量,并最终得出了国内铝或铜加工厂压延车间内部散热量的计算方法,进而较精确地确定出压延车间夏季自然通风量.结合实际的设计案例,论证了该方法的可靠性,为铝或铜加工厂压延车间的自然通风设计提供参考.

参考文献:

[1]GB 50736—2012.民用建筑采暖通风与空气调节设计规范[S].

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[3]《重有色冶金企业采暖通风设计参考资料》编写组.重有色冶金企业采暖通风设计参考资料[M].北京:冶金工业出版社,1978.