4 Выплавка стали в подовых сталеплавильных агрегатах

Еще в начале 18 века была предложена идея выплавке стали в отражательных печах, которая воплотилась в 1784 году с появлением так называемой пудлинговой печи. Однако, в таких печах сжигание топлива даже с высокой теплотой сгорания при подаче холодного воздуха не могло обеспечить температуру в плавильном пространстве более 1420—1460 °С. При этой температуре только металл, содержащий >1,5 % С, может нахо­диться в жидком состоянии, но для разливки его в слитки нужно иметь более высокую температуру (на 60—80 °С). Недостатком металлургической техники того времени было также низкое качество огнеупорных материалов. В связи с этим до середины 19 века основным способом получения высокоуглеродистой стали в ничтожно малых количествах был тигельный процесс.

Получить сталь в жидком состоянии путем сплавления чугуна и скрапа впервые удалось П. Мартену, использовавшему тепло отходящих из плавильного пространства продуктов сгорания для подогрева газообразного топлива и воздуха, расходуемого для его сжигания (принцип регенерации тепла).

Таким образом, появилась возможность переплава отходов самого металлургиче­ского производства (стальной скрап), которые невозможно перерабатывать в бессемеровских конвертерах (1855г).

В конце пятидесятых годов в СССР и в некоторых других странах появился и был реализован новый метод использования тепла отходящих из плавильного про­странства продуктов сгорания топлива для нагрева скрапа. Так появился новый подовый сталеплавильный агрегат — двухванная печь.

4.1 Принцип работы мартеновской печи

Для того, чтобы выпустить из печи и разлить сталь, в зависимости от химического состава и способа разливки, ее следует нагреть до 1600—1650 °С. Металл может быть нагрет до этой температуры, если продукты сгорания факела имеют еще более высокую (на 100—150 °С) температуру.

Таким образом, температура факела должна быть не менее 1750—1800 °С. Теоретическая температура горения любого топлива определяется урав­нением

t_т = (Qт + Qгф)/Cпс Vпс,

где Qт — теплота сгорания топлива;

Qгф — физическое тепло нагретых воздуха и горючих газов;

Vпс — объем продуктов сгорания;

Cпс — их средняя теплоем­кость.

Из уравнения следует, что повысить теоретическую температуру факела можно при использовании топлива с высокой теплотой сгорания (мазута, природного газа), повышении температуры подогрева воздуха и уменьшении объема продуктов сгорания Последнее достигается обогащением кислородом воздуха для сжигания топлива, что приводит к уменьшению количества балластного азота в продуктах сгорания. Эта идея широко применяется в настоящее время на большинстве отечественных заводов. Содержание кислорода в воздухе увеличивают от 21 до 25—30 %. Роль подогрева воздуха в тепловой работе печи при этом умень­шается, хотя воздушные регенераторы остаются.

4.2 Устройство мартеновской печи

Мартеновская печь состоит из верхнего и нижнего строений (рисунок 7). Верхнее строение печи, расположенное над рабочей площадкой цеха, состоит из рабочего пространства, головок и вертикальных каналов Плавильное (или рабочее) простран­ство ограничено передней стенкой с завалочными (рабочими) окнами, задней стенкой с выпускным отверстием, подом и сводом. В торцах плавильного пространства рас­положены головки, служащие для подвода топлива и воздуха и отвода из плавильного пространства продуктов сгорания. Головки соединяются с нижним строением печи вертикальными каналами. Нижнее строение печи расположено под рабочей площад­кой цеха и состоит из шлаковиков, предназначенных для отделения от дымовых газов частичек уносимых ими из плавильного пространства шлака и пыли, регене­ративных камер и боровов с перекидными клапанами. В регенераторах осуще­ствляется подогрев воздуха до поступления в плавильное пространство Тепло для их нагрева отдают дымовые газы, периодически проходящие через регенераторы Направление движения дымовых газов, воздуха и топлива регулируется поочеред­ным открытием тех или иных перекидных (пусковых) клапанов.

П роходя через предварительно нагре­тую насадку регенератора воздух нагревается до 1000—1200 °С и в нагретом состоянии через «головку» попадает в печь.

В рабочем пространстве печи происходит смешение топлива с воздухом и сгора­ние его с образованием факела пламени, имеющего температуру 1800—1900 °С

Продукты сгорания (дым) с температурой 1650—1700 °С поступают в каналы противоположной головки, затем в вертикальные каналы, в шлаковики и ре­генераторы (с температурой 1500—1550 °С).

П

1 – рабочее пространство; 2 – головки; 3 – вертикальные каналы;

4 – шлаковики; 5 – насадки регенераторов; 6 – борова;

7 – реверсивные и регулирующие клапаны; 8 – котел-утилизатор;

9 – газоочистка; 10 – дымовая труба

Рисунок 7 – Схема мартеновской печи

о исте­чении определенного промежутка времени (5—20 мин) после нагрева насадки регенератора и соответствующего охлаждения противоположной насадки регенератора произ­водится изменение направления движения воздуха на обратное при помощи пере­кидных клапанов. Операцию изменения направления газов с помощью клапанов назы­вают «перекидкой клапанов».

Из рабочего пространства печи дымовые газы выходят с темпера­турой 1680—1750 °С, из шлаковика в регенератор — с температурой 1500—1550 °С. Пройдя насадку регенератора, они охлаждаются до 500—700 °С. Обычно стремятся использовать тепло отходящих газов, направляя их по системе боровов в котел-утилизатор. Если по каким-либо причинам котел-утилизатор не установлен или на­ходится на ремонте, дымовые газы по боровам направляют в трубу.