
- •Лекция № 12-13 Огнеупоры и теплоизоляционные материалы
- •Классификация огнеупоров
- •2. Физические и рабочие свойства огнеупоров.
- •3. Кремнеземистые огнеупорные материалы
- •Алюмосиликатные огнеупорные материалы
- •5. Магнийсодержащие огнеупорные материалы
- •6. Цирконистые огнеупорные материалы
- •7. Углеродсодержащие огнеупорные материалы
- •8. Карбидкремниевые огнеупорные материалы
- •9. Огнеупорные растворы, набивочные массы, обмазки и бетоны.
- •10. Теплоизоляционные материалы.
- •11. Строительные материалы и металлы
- •12. Огнеупорные растворы, набивочные массы, обмазки и бетоны.
- •14. Строительные материалы и металлы. Лекция № 14 Кладка и строительные элементы печей
- •1. Фундаменты печей
- •2. Каркасы печей
- •3. Футеровка печей
- •Лекция № 15-16 Утилизация тепла в металлургических печах
- •1. Теплотехнические основы утилизации тепла дымовых газов
- •2. Устройство и принцип работы рекуперативных теплообменников.
- •3. Устройство и принцип работы регенеративных теплообменников.
- •4. Котлы утилизаторы
- •5. Охлаждение печей
- •6. Очистка дымовых газов
- •Лекция № 17 Классификация и общая характеристика тепловой работы печей. Доменная печь
- •1. Классификация печей по принципу теплогенерации
- •2. Классификация печей по технологическим и конструктивным признакам
- •3. Теплотехнические характеристики работы печей
- •4. Тепловой баланс и затрата топлива
- •3. Устройство и работа доменной печи
- •Лекция № 18 Мартеновские печи и конверторы
- •1. Устройство и работа мартеновской печи
- •2. Устройство и работа конвертора
- •Лекция № 18 Электрические, индукционные, плазменные печи
- •1. Устройство и работа электрической печи
- •2. Устройство и работа индукционной печи
- •3. Устройство и работа плазменной печи
- •Лекция № 19 Техническое обслуживание и ремонт печей
- •1. Пуск и разогрев печи
- •2. Эксплуатация и уход за ними
- •3. Ремонт печей
5. Охлаждение печей
Многие элементы конструкции металлургических печей, работающие в зоне высоких температур, имеют специальное охлаждение. Это предохраняет их от прогара, повышает стойкость кладки, поддерживает температуру в пределах не допускающих разрушение и износ материалов. В некоторых случаях охлаждение способствует созданию гарнисажа, защитного слоя стенки печи.
Охлаждающей средой может быть воздух, вода или пароводяная смесь. Воздушное охлаждение деталей применяется в случае, если плотность теплового потока на стенку детали не превышает 2 кВт/м2. Этот способ применяется, например для охлаждения лещади доменной печи.
Наибольшее распространение имеют водяное проточное охлаждение и замкнутые системы испарительного охлаждения печей.
Водяное (проточное) охлаждение
Водяное охлаждение обеспечивает интенсивный отвод тепла от детали или элемента печи. Значение коэффициента теплоотдачи α зависит от плотности теплового потока, конструкции детали, температуры и скорости охлаждающей воды и ряда других факторов и находится в пределах 102—105 Вт/м2 ∙К. Детали печей не защищенные футеровкой воспринимают тепловые потоки в среднем 200— 800 кВт/м2, а футерованные или покрытые гарнисажем от 5 до 150 кВт/м2.
Особенностью водяного охлаждения является низкий допустимый уровень нагрева воды. При нагреве до 40— 60°С из воды происходит выпадение солей, образование шлама, накипи на стенке. Средний коэффициент теплопроводности накипи 0,3 Вт/(м∙К). Это приводит к росту термического сопротивления стенки и повышению ее температуры. Поэтому воду нагревают только до 35—50 °С или в среднем на 10 °С, что приводит к очень большим ее расходам. Применение оборотного цикла и химической очистки воды хоть и удорожает систему охлаждения, но в целом оказывается целесообразным.
Для охлаждения рам и кессонов мартеновской печи минимальная скорость для предотвращения местного кипения равна 2—5 м/с, для фурм и холодильников доменной печи 0,5—3 м/с, для глиссажных труб методических печей 1—1,2 м/с. Отсюда следует, что в охлаждаемых деталях сложной конфигурации невозможно создать условия, предотвращающие поверхностное кипение и образование накипи. Таким образом водяное охлаждение не устраняет опасности прогара в местах накипи и прорыва воды.
Начиная с 1950 г. на металлургических заводах страны стали переходить с водяного охлаждения на испарительное.
Испарительное охлаждение
При испарительном охлаждении используется в основном скрытая теплота парообразования, которая отводится от охлаждаемой поверхности испаряющейся водой. Коэффициент теплоотдачи к кипящей воде от стенки значительно больше, чем к холодной воде. Это и создает условие для отбора тепла от стенки в количестве необходимом для испарения воды, т. е. 2260 кДж/кг, что в несколько десятков раз больше, чем при водяном охлаждении.
Схема испарительного охлаждения является более прогрессивной и экономически выгодной, несмотря на дополнительные затраты на химическую очистку воды. Она повсеместно вытесняет водяное проточное охлаждение, так как по сравнению с ним позволяет в 60—100 раз сократить расход воды и в 9—10 раз увеличить срок службы деталей. Схема испарительного охлаждения (ИО) также дает возможность использовать тепло получаемого пара. Для испарительного охлаждения применяют умягченную катионированную воду, при которой исключается отложение накипи.
Принципиальная схема контура циркуляции воды и пароводяной смеси в установке ИО подобна схеме котла-утилизатора. В большинстве схем — циркуляция естественная, за счет разности плотности воды и пароводяной смеси. Принудительная, с помощью циркуляционных насосов, циркуляция применяется в случае резких колебаний тепловых нагрузок на охлаждаемые элементы печи или при сложной конфигурации этих элементов. При проектировании и наладке схем ИО выполняются расчеты на прочность стенок охлаждаемых деталей по максимально возможной плотности теплового потока. Расчет контура циркуляции проводят для определения расхода воды, размеров труб и кратности циркуляции, которые обеспечивают устойчивый режим работы схемы. Так как давление в контуре ИО выше 0,5 МПа, расчеты выполняются в соответствии с нормативными методами расчета котельных агрегатов, а сами системы находятся под контролем службы Госгортехнадзора.
Охлаждение мартеновских печей
Интенсификация сталеплавильного производства привела к некоторой модернизации конструкции печей. В настоящее время часть парка мартеновских печей реконструирована на двухванные агрегаты. При этом схемы охлаждения остаются без существенных изменений. В схемы ИО включены элементы печи, находящиеся в наиболее тяжелых температурных условиях: кессоны газовых печей, фурмы и форсунки мазутных печей, пятовые балки главного свода и пережимов, рамы и заслонки завалочных окон, столбики передней стенки, а также перекидные и регулирующие устройства и другие элементы.
Температура стенки охлаждаемых стальных элементов мартеновской печи, при которой обеспечивается ее надежная работа, составляет 400—500°С. Стойкость охлаждаемых деталей в среднем составляет 3—4 кампании печи по своду, т. е. 2—3 года.
Параметры получаемого пара зависят, как правило, от предельных давлений для конструкций охлаждаемых элементов. В основном приняты давления на мартеновских схемах ИО до 1—4 МПа. Все охлаждаемые элементы печей выполняются полой или трубчатой конструкции с толщиной стенки не менее 12 мм из листовой стали марки 15К. Расчеты деталей на прочность и схем охлаждения на устойчивость. циркуляции ведутся с учетом воспринимаемых максимальных плотностей теплового потока.