Вращающиеся барабанные печи

1. Технологические особенности работы

Вращающиеся печи – это промышленные печи цилиндрической формы, которые вращаются вокруг продольной оси со скоростью 1-2 об/мин. Длина таких печей может достигать 230м, диаметр – 3-7м. Корпус печи металлический, внутри печь футеруется огнеупорным материалом. Печь устанавливается под углом 1÷3° к горизонту. Вращающиеся печи применяют для спекания шихты в производстве глинозёма, получения цементного клинкера, окислительного или восстановительного обжига, обезвоживания и обезвреживания отложений очистных сооружений, обжига огнеупорного сырья и др.

Общий вид барабанной печи

В печи реализуется противоточная или прямоточная схемы движения материала и газовой среды.

Схема печи показана на рис.

Рис.

В качестве примера рассмотрим барабанную вращающуюся печь для обжига известняка (СаСО₃) и получения извести (СаО).

Процесс обжига состоит из 2х стадий:

І – прогрев до 900°С

ІІ – выдержка при 900-1000°С, что приводит к разложению известняка:

СаСО₃= СаО+СО₂ – 178,2кДж/моль

Известняк подаётся в печь из специального бункера в верхней части печи и постепенно продвигается в зону обжига. Выдача готовой извести производится в нижней части печи, при этом теряется до 15% теплоты, используемой в печи. С целью утилизации тепла извести под печью установлен вращающийся контактный теплообменник для подогрева воздуха, подаваемого на горение.

Примерный тепловой баланс барабанной вращающейся печи приведён в таблице 1.

Таблица 1

Приход тепла	%	Расход тепла	%
С химическим теплом топлива, Qх.т. С физическим теплом воздуха, Qф.в.	92-94 6-8	Эндотермический эффект реакций, Qэнд. Потери тепла с уходящими газами, Qух.г. Потери в окружающую среду, Qокр.ср. На испарение влаги сырья, Qисп. С материалом,	56-58 17-20 12÷15 4-5 2-3

Повышение эффективности работы барабанной печи возможно за счёт утилизации тепла уходящих газов. В первую очередь возможен подогрев газами известняка перед загрузкой в печь.

Возможно уменьшение потерь в окружающую среду за счёт изоляции высокотемпературной зоны печи огнеупорной войлочной изоляцией.

Печи по обжигу клинкера

Вращающиеся барабанные печи длиной до 150м применяются также для обжига цементного клинкера и глинозёма. Сварной стальной корпус внутри футеруется огнеупорным материалом. Корпус в нескольких местах охвачен бандажами, которые опираются на опорные рамки.

Печь вращается, при помощи венцовой шестерни, электродвигателем через редуктор. Тепло от продуктов сгорания передаётся материалу и футеровке печи. Благодаря вращению печи материал непрерывно перемешивается и перемещается в нижнюю часть, при этом тепло от футеровки также передаётся материалу.

При подаче в печь мокрого сырья (шлама) в зоне подсушки материала обжига навешивают цепные завесы. Шлам в начале цепной зоны налипает на цепи, что значительно увеличивает поверхность сушки и нагрева сырья. Цепи быстро нагреваются, а погружаясь в материал отдают тепло, т.е. шлам греется снаружи газами, а изнутри цепями.

Первый участок – участок удаления капельной влаги составляет до 30% длины печи. Конечная температура на участке до 400°С.

Второй участок – участок удаления связанной влаги, который также составляет да 30% длины печи. Конечная температура на участке до 800°С.

Третий участок – участок разложения карбонатов с выделением СО₂, который составляет до 20% длины печи. Конечная температура на участке до 1100°С.

Четвёртый участок – участок окончательного обжига клинкера, который составляет до 15% длины печи. Конечная температура на участке до 1750°С.

Пятый участок – участок остывания, который составляет до 5% длины печи.

Однако после выгрузки клинкер обладает значительным запасом тепла (до 16% тепла печи). Поэтому он направляется во вращающийся теплообменник, где клинкер, остывая до 180÷200°С, нагревает воздух, подаваемый в печь.

Тепловой баланс печи по обжигу клинкера несколько отличается от теплового баланса печи по обжигу известняка, в первую очередь за счёт большей разности во влажности исходного сырья.

Таблица 2

Приход тепла	%	Расход тепла	%
Химическое тепло топлива, Qх.т. Физическое тепло воздуха, Qф.в.	88-90 10÷12	Тепло на испарение влаги сырья, Qисп.вл. Эндотермический процесс клинкерообразования, Qэнд. Потери тепла с уходящими газами, Qух.г. Потери от химического недожога, Qх.н. Потери в окружающую среду, Qокр.ср. Потери с клинкером,	35÷38 25÷28 14÷17 3÷4 14-16 2-3

Повышение эффективности работы этой печи возможно за счёт уменьшения влажности исходного сырья, утилизации тепла уходящих газов, особенно водяных паров, уменьшения потерь в окружающую среду за счёт изоляции высокотемпературных зон печи.

Коксовые печи

Коксование – процесс высокотемпературного нагрева углеводородов без доступа воздуха.

В Украине – стране с мощной металлургической базой, ежегодно производится более 18 млн.т. кокса. Этот кокс в основном используется в доменном производстве, при выплавке чугуна. Отходы кокса (коксик) используется в кузнечном производстве, в машинах по обогащению руд и т.д.

Для получения высококачественного кокса, используется смесь нескольких сортов углей с малой зольностью: газовые, жирные, спекающиеся и т.д.

Кокс получают путем нагрева этих углей до 1000˚С, в течении 14-16 часов в специальных камерах коксования, щелевидного типа.

При нагреве из углей выделяются летучие вещества (эфиры, бензолы, водород, углеводороды, смолы, ароматические углеводороды, аммиак и т.д.). Смесь этих газов называются – прямой коксовый газ, который удаляется из печи с максимальной температурой до 800˚С.

Прямой коксовый газ направляется на очистку, после чего обработанный коксовый газ направляется в газосборник.

Побочные продукты коксования, добываемые из прямого коксового газа, являются ценным химическим сырьем, которое используется в различных отраслях промышленности.

Очищенный коксовый газ – высококалорийное топливо с теплотворной способностью 17-18,5 Мдж/м³. Этот газ имеет следующий средний состав: , , , , до , до 4% С_nH_m.

Для уменьшения балластных и вредных примесей угли, перед коксованием, обогащают на специальных обогатительных фабриках, с целью уменьшения зольности до 7-8%.

При коксовании одной тонны коксующихся углей в среднем получают 700-750 кг кокса, 300-320 м³ прямого коксового газа, до 35 кг смол, до 11 кг бензолов, до 3 кг сульфата аммония и т. д.

Сера и зола углей остается в коксе, несколько ухудшая его качество. Теплотворная способность кокса 31-33 Мдж/м³. Кокс, по сравнению с углями, имеет большую механическую прочность, и высокую пористость, что обеспечивает большую реакционную способность при восстановительных процессах в доменной печи.

Принцип действия коксовой печи

Шихта, состоящая из смеси углей, с помощью углезагрузочного вагона подается в камеру коксования через верхние загрузочные окна.

Время коксования 14-16 часов. Выдача кокса производится по циклическому графику.

Кокс выгружается из печи со средней температурой около 1000˚С и при контакте с воздухом начинается процесс горения. Для уменьшения температуры кокса после выгрузки из печи (тушения кокса) ниже 250˚С, когда исключается самовозгорание, применяют два способа тушения:

- мокрое тушение, когда вагон с раскаленным коксом подается в тушильную башню, где расположена оросительная система, отстойники и вытяжная труба. Вода подается на поверхность раскаленного кокса, вызывая на его поверхности явление теплового удара. Часть кокса при этом растрескивается и осыпается. Потушенный кокс выгружается, подсушивается за счет внутреннего тепла и подается на сортировку.

- при сухом способе тушения, раскаленный кокс выгружается в специальный вагон, который подается в приемный бункер установки сухого тушения кокса (УСТК). Тушение кокса производится циркулирующим инертным газом, который подается в нижнюю часть камеры тушения. Раскаленные газы с температурой до 800˚С поступают в котел-утилизатор, откуда с температурой около 200˚С направляются на газоочистку и снова в камеру тушения. УСТК рассчитывается на обслуживание одной коксовой батареи.

Коксовая батарея включает в себя 60-70 камер коксования. Камера коксования представляет собой узкую щель 45-55 см шириной, до 7 м высотой и до 19 м длиной.

Рис __. Разрез коксовой батареи и схема движения газов

__________-

________

Кладка камер коксования производится из динаса. Топливо сжигается в простенках между камерами коксования. В качестве топлива может использоваться доменный газ, коксовый газ или их смесь.

В нижней части коксовой батареи размещены регенераторы для подогрева воздуха и топлива. При использовании, в качестве топлива, коксового газа подогрев топлива не проводится. Переключение регенераторов с режима нагрева насадки в режим дутья осуществляется каждые 15-20 минут с помощью перекидных клапанов.

Шихта загружается в печь специальным вагоном через верхние люки (3-4 шт).

В зависимости от конструкции отопительного простенка, коксовые печи бывают:

- с перекидными клапанами (ПК);

- с парными вертикалами (ПВР) в отопительных простенках и с рециркуляцией продуктов сгорания.

Печи с перекидными клапанами дают существенную неравномерность по высоте камеры коксования, большее время коксования и повышенный удельный расход топлива.

В печах типа ПВР, каждый отопительный простенок разделяется на парные каналы (вертикалы) с рециркуляцией продуктов сгорания через рециркуляционные окна, внизу под камерой коксования. Рециркуляция осуществляется за счет инжектирующего действия газовоздушных струй и разности плотностей продуктов сгорания в смежных вертикальных каналах. В рециркуляции принимает участие до 40% продуктов сгорания. Рециркуляция продуктов сгорания несколько снижает температуру в зоне горения, но в тоже время зона горения растягивается, что снижает неравномерность обогрева простенков по высоте до 50-70˚С.

Тепловой баланс

Примерный тепловой баланс коксовой печи при отоплении доменным газом приведен в табл __

Таблица __

Приход	%	Расход	%
Химическое тепло топлива, Qx.т	52-53	Физическое тепло уносимое коксом, Q''м	37-38
Физическое тепло топлива, Qф.т	22-23	Физическое тепло уносимое коксовым газом Qкокс.т.	33-34
Физическое тепло воздуха, Qф.в	25-26	Потери тепла с уходящими газами, Qух.г..	21-22
Физическое тепло шихты, Q'м	1	Потери тепла через кладку, Qкл	7-8
		Прочие потери (химический недожог, механический недожог, аккумуляция тепла кладкой и т.д.) Qх.н. ,Qм.н , Qакк.	1-2

В современных коксовых печах коэффициент использования топлива составляет 80-85%. Удельный расход тепла (топлива) на коксование зависит от влажности шихты, теплового режима и типа топлива. При отоплении коксовым газом удельные затраты тепла на 12-14% ниже, чем при сжигании доменного газа.

Повышение эффективности процесса коксования.

Повышение эффективности работы коксовых печей в первую очередь связано с утилизацией тепла раскаленного кокса, в установках сухого тушения кокса (УСТК). При тушении кокса водой все тепло кокса теряется, загрязняется атмосфера, ухудшается качество кокса и до 5% его крошится и идет в отсев.

В УСТК (Рис__) тепло кокса утилизируется с целью получения пара энергетических параметров Р₁=40-45 бар, t₁ = 450 ºC. Паропроизводительность котла утилизатора УСТК зависит от производительности коксовой батареи и достигает 20-50 т/ч.

Рис__ Схема установки для использования физической теплоты раскаленного кокса

1 – камера сухого тушения кокса; 2 – газоход с инерционной решеткой очистки циркулирующих газов; 3 – котел утилизатор в виде конвективной шихты; 4 – циклоны для сухой очистки газов; 5 – тягодутьевая установка.

Камера сухого тушения кокса футеруется огнеупорными материалами. Из камеры тушения газы выходят с температурой 800˚С и охлаждаются в утилизаторе до 180-200˚С.

Основные мероприятия по повышению эффективности работы коксовой печи:

1. Утилизация тепла прямого коксового газа, ( в настоящее время не ведется в связи с наличием в газе смолистых и особо ценных химических веществ).

2. Применение тепловой изоляции позволяет снизить потери тепла кладкой до 6-7% от общих затрат тепла. Потери тепла кладкой, как правило, не превышают 10% затрат тепла на коксование.

3. Более полное использование теплоты продуктов сгорания путем совершенствования конструкции насадки регенераторов с целью увеличения удельной поверхности нагрева.

4. Утилизация физического тепла кокса в УСТК.

5. В настоящее время прорабатывается вопрос использования способа коксования для утилизации мусора крупных городов.

Доменные печи

Предназначены для получения чугуна из шихты, путем восстановления железа из окислов. В состав шихты входит: железная и марганцовая руда, кокс, флюсы, известняк (доломит). Перед загрузкой в доменную печь шихта просеивается, с удалением мелких фракций. Общая схема доменного производства показана на рис.­­____

Топливом для доменной плавки служит кокс, который выполняет также функции восстановителя железа из окислов и облегчает прохождение газового потока через шихту доменной печи.

Флюсом называют добавки к шихте, необходимые для понижения температуры плавления пустой породы, золы кокса и придания шлаку, требуемых технологией выплавки чугуна физико-химических свойств. В качестве флюса чаще всего используют известняк, доломит и их смесь, которые содержат оксиды кальция и магния.

Для повышения технико-экономических показателей доменной плавки исходные материалы шихты подвергают специальной подготовке. Кокс подвергают сортировке и отсеивают мелкие фракции; железную руду дробят, сортируют, обогащают и обжигают, частично удаляя пустую породу и вредные примеси. Перед обжигом в железный концентрат добавляют марганцевую руду и флюсы. После обжига получают кусковой материал агломерат или окатыши, которые также просеивают. При агломерации происходит частичное восстановление железа из окислов.

Доменный процесс представляют собой совокупность механических, физических и физико-химических процессов, протекающих в доменной печи. В результате процессов, протекающих в доменной печи, из шихты получают чугун, шлак и доменный (колошниковый) газ.

В доменных печах можно также получить ферросилиций и ферромарганец, которые используются в сталеплавильном производстве как присадки соответствующих элементов.

Продольный разрез доменной печи показан на рис. 2.

Рабочее пространство доменных печей круглого поперечного сечения, конусообразной формы, объемом от 1000 до 5000 м³.

Конструкция доменных печей и скорость физико-химических процессов в ней существенно зависит от работы воздухо-дутьевой системы печи. В доменную печь воздух дутья подается под избыточным давлением до 350 кПа и с температурой до 1250ºС. С повышением давления дутьевого воздуха и температуры дутья повышается скорость восстановительных реакций в доменной печи и повышается ее производительность. При этом мощность паротурбинных установок привода воздуходувок может достигать 30 МВт.

Учитывая высокое избыточное давление в рабочем пространстве печи, обмуровка печи помещается в сплошной металлический кожух, состоящий из ряда цилиндрических и конических поясов с максимальной толщиной металла в зоне лещади и горна до 40 мм выполненного из малоуглеродистой или низколегированной стали.

Огнеупорная кладка уменьшает тепловые потери и предохраняет кожух от воздействия высоких температур, агрессивного воздействия продуктов плавки и двигающейся шихты. Материал кладки огнеупоров выбирается в зависимости от температурного уровня и условий эксплуатации. Верхняя часть( колошник ), зоны заплечиков, распара и шахта печи испытывают воздействие ударных нагрузок при засыпке материалов и истирающему (абразивному) износу от движущейся шихты. Эта часть печи футеруется шамотным огнеупором класса А и Б.

Зоны лещади и горна наиболее ответственные участки доменной печи.

Нижнюю часть лещади выкладывают графитизированными блоками толщиной до 1,8 м и высокоглиноземистым или магнезиальным кирпичом толщиной до 3,5 м, которые непосредственно контактирует с расплавом чугуна. Зона горна футеруется графитовыми блоками, шамотным и высокоглиноземистым огнеупором.

Наиболее теплонапряженные участки (распар, заплечики, горн) оборудованы системой испарительного охлаждения, что позволяет значительно увеличить срок службы обмуровки печи, который достигает 4-х лет непрерывной эксплуатации.

Процесс восстановления железной руды идет с постепенным переходом окислов от высших ступеней к низшим.

Fe₂O₃ Fe₃O₄ FeO Fe

В качестве восстановителя железа выступает кокс, оксид углерода СО и водород. Однако восстановленное железо частично поглощает избыточный углерод (науглераживается) и в виде чугуна стекает в горн доменной печи, где постепенно накапливается. В составе чугуна содержится до 4% углерода и 1,5-2% других примесей: кремния, серы, фосфора и т.д. . Расплавленные примеси, зола кокса вместе с флюсами, образуют жидкотекучий шлак, который скапливается в горне над поверхностью чугуна. Из горна чугун и шлак периодически выпускают через чугунные и шлаковые летки.

В процессе доменной плавки образуется значительное количество доменного (колошникового) газа, до 2500÷2800 м³ на 1 т чугуна. Состав этого газа зависит от условий плавки и дутья, но в среднем газ имеет следующий состав: 28÷32% CO; 10÷14% CO₂; 55÷59% N₂; 0,4÷0,6% CH₄; 1,5÷2,5% H₂.

Доменный газ – ценное энергетическое сырье, которое используется как топливо, в нагревательных печах, коксовых батареях, в доменных воздухонагревателях, на ТЭЦ металлургических комбинатов. Газ используется после очистки от колошниковой пыли, количество которой достигает 20÷60 г/м³газа. Пыль после прессования направляется на агломерацию, как один из компонентов агломерационной шихты. Колошниковая пыль содержит до 55% окислов железа и до 10% коксовой пыли. Колошниковую пыль используют также, как наполнитель, при получении асфальта.

Для оценки мероприятий по снижению удельного расхода кокса и повышению производительности доменных печей рассмотрим примерный тепловой баланс плавки.

Приход тепла		Расход тепла
Процесс	%	Процесс	%
Окисление: углерода кокса водорода природного газа	58-62	Эндотермические реакции диссоциации	60-64
	7-9
	2-3	Потери: с чугуном со шлаком с газом	9-10
Экзотермические реакции	5-7		8-9
			8-9
Физическое тепло воздуха дутья	20-22	В окружающую среду и с охлаждающей водой	8-12

В целом доменная печь высокотехнологичный эффективный тепловой агрегат. Потери в окружающую среду невелики. В процессе эксплуатации происходит частичное разрушение и износ огнеупоров, что приводит к увеличению потерь в окружающую среду и с охлаждающей водой.

В доменных печах получают литейный и передельный чугун.

Литейный чугун, в виде заготовок фасонного литья, отправляется в основном на машиностроительные предприятия, где в процессе переплавки его доводят до нужного химического состава и получают готовые изделия.

Передельный чугун направляется в сталеплавильные агрегаты (конвертеры, мартеновские печи) где получают готовую сталь. Требования к качеству литейного чугуна значительно выше.

Тепло передельного чугуна используется в сталеплавильном процессе, поэтому его нельзя считать потерянным в балансе металлургического комбината. При получении готовых изделий из шлака (шлаковаты, пеношлаковых и плотных литых изделий), можно считать это тепло полезно используемым. При реализации гранулированного шлака или использовании его как добавки к некоторым видам цементов, можно полностью компенсировать тепловые потери со шлаком.

В настоящее время ведутся работы по утилизации энергии колошникового газа, который выходит с температурой 250÷280ºС и избыточным давлением до 0,2 МПа. Энергия газа после газоочистки может использоваться в газовой турбине.

Повышение производительности доменной печи тесно связано с методами интенсификации доменного процесса:

• совершенствование способов подготовки и улучшение качества исходных материалов, использование обогащенной руды, агломерата, высококачественных флюсов и кокса в оптимальных соотношениях;

• высокотемпературный нагрев дутья, температура которого, может достигать, 1300ºС, позволяет снизить расход кокса, а следовательно и расход и температуру колошникового газа, увеличить производительность печи, уменьшается при этом несколько расход шлака, но повышается температура чугуна и шлака;

• увлажнение дутья до 35г/м³ повышает производительность на 10÷12% и снижает расход кокса и количество дутья до 6%. Это происходит за счет диссоциации водяных паров на водород и кислород в высокотемпературной зоне

Увеличение количества восстановленных газов Н₂ и СО и приводит к повышению производительности печи;

• обогащение дутья кислородом до 26% дает положительный эффект при выполнении мероприятий снижающих максимальную температуру в зоне горна (увлажнение дутья и подача природного газа);

• вдувание в горн углеводородсодержащих добавок включает: подачу природного или коксового газа до 10% от расхода кокса, вдувание угольной или коксовой пыли, а также мазута или нефти. В последние годы используется совместная подача в горн пыли и газообразного топлива, что позволяет снизить до 10% расход кокса и до 16% увеличить производительность печи. В европейских странах в высокотемпературную зону подают нефть.

Использование комбинированного дутья, увлажненного воздуха, обогащенного кислородом совместно с газообразным топливом и пылью получило наибольшее распространение на Украине и дает большой эффект. Одна доменная печь может давать более 2,5 млн. т. чугуна в год

Мартеновские печи.

История развития.

Мартеновские печи – сталеплавильные печи ванного, регенеративного типа.

Первая печь такого типа была построена П. Мартеном (Франция) в 1864 году. Идея мартеновской регенеративной печи принадлежит Ф. Сименсу (Германия).

В настоящее время новые мартеновские печи не строятся, а старые постепенно выводятся из эксплуатации. В 50-х годах XX-го столетия в мире до 80% стали выплавлялось в мартеновских печах, а в настоящее время, не более 3%. Начиная с 60-х годов ХХ века, происходит постепенное вытеснение мартеновского способа плавки, кислородно-конверторным способом, которым получают более 60% процентов мирового производства стали и электродуговым способом (более 30%).

Рис.__ Устройство мартеновской печи: 1 - завалочное окно; 2 - сталевыпускное отверстие; 3 - рабочее пространство; 4 - свод; 5 - отверстие для спуска шлака; 6 - подина; 7 - головка; 8 - вертикальные каналы; 9 - шлаковик; 10 - боров; 11 - насадка регенераторов; 12 - регенераторы; 13 - передняя стенка; 14 - задняя стенка; 15 - рабочая площадка.

Принцип действия

Мартеновские печи энергоемкие и имеют большие габариты (садка печи составляет 600-900т). Достоинством мартеновских печей можно считать возможность перерабатывать большое количество металлического лома и чушкового передельного чугуна на метзаводах не имеющих доменных печей и в регионах с избытком металлического лома. Но на таких заводах, как правило, печи отапливаются природным газом и мазутом, что значительно повышает себестоимость стали по сравнению с печами, садкой которых является жидкий чугун, так как современные цены на топливо очень высокие.

В мартеновских печах работающих на природном газе и мазуте – газовые регенераторы отсутствуют. При сжигании коксо-доменного газа происходит его подогрев в регенераторах (как и воздуха) до 1100-1150˚С. Температура уходящих газов за регенераторами 400-800˚С, поэтому для утилизации тепла уходящих газов устанавливаются котлы утилизаторы. Время плавки зависит от способа плавки и емкости печи и колеблется от 4 до 6 часов.

Способ мартеновской плавки зависит от состава шихты используемой во время процесса. Различают два основных способа выплавки стали в мартеновских печах:

1. Скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) более чем на 50%, чушкового передельного чугуна 25-45% и флюсов; данный процесс применяется на заводах, не имеющих доменных печей.

2. Скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из стального лома 40-50 %, жидкого чугуна, обогащенной железной руды и флюсов.

В зависимости от состава флюсов и материалов огнеупоров процесс плавки может быть основным или кислым.

В печах с кислой футеровкой (используется динас кварц и кварцевый песок) при плавке стали образуется кислый шлак, который почти не содержит окиси кальция, но зато имеет повышенное содержание кремнезема .

При ведении кислой мартеновской плавки затруднено удаление из расплава серы и фосфора, поэтому изначально шихта используется более чистая (цена выше) и процесс плавки длится дольше, чем при основном.

В результате плавки в кислой среде получают сталь высокого качества, которая используется при изготовлении особо ответственных изделий:

- крупных коленчатых валов;

- роторов турбин;

- стволов артиллерийских орудий;

Металл таких изделий должен иметь высокие изотропные и прочностные свойства.

Более 95% мартеновской стали получают путем основной выплавки (скрап-процесс и скрап-рудный процесс).

В качестве огнеупоров, в основном мартеновском процессе, используются магнезиальные огнеупоры (основа ), а в шлаке преобладают основные окислы , . Для этого в шихту добавляют доломит, известняк, плавиковый шпат и др., которые обеспечивают протекание окислительных реакций и удаление вредных примесей из расплава, в том числе фосфора и серы.

Рис. 2 Схема мартеновской печи:

Загрузка шихты осуществляется через загрузочные окна, после чего в печь подается топливо и подогретый в регенераторах воздух. Шихта подогревается до температуры 800-850˚С после чего в печь (в специальных миксерах) подается жидкий чугун. Количество металлического лома и чугуна может колебаться в различных диапазонах в зависимости от разновидности процесса плавки. После заливки чугуна, через свод, вводятся кислородные фурмы, через которые подается технический кислород непосредственно в расплав.

Подача кислорода резко повышает температуру расплава и ускоряет удаление из расплава углерода, серы и фосфора. В дальнейшем высокая температура плавки поддерживается за счет сжигания топлива (природный газ, коксовый и доменный газы, смеси газов, мазут) в потоке подогретого воздуха. Избыток кислорода в продуктах сгорания ускоряет процесс окисления элементов шихты, сокращает время плавки.

В завершающем периоде плавки проводят раскисление и легирование расплава, т. е. доведение расплава до заданного химического состава.

Выпуск металла из печи производят через специальные отверстия в задней стенке печи в сталеразливочный ковш, который подается к изложницам или на установку непрерывной разливки стали. Доводку стали иногда проводят в ковше, добавляя в него определенные флюсы и легирующие добавки.

Тепловой баланс мартеновской печи.

Наиболее полное представление о тепловых процессах, происходящих в печи, дает анализ теплового баланса.

В качестве примера рассмотрим тепловой баланс мартеновской печи садкой 190т.

Таблица.___ Примерный тепловой баланс мартеновской печи работающей на коксо-доменной смеси:

Приход тепла		Расход тепла
Наименование приходных статей	величина	Наименование расходных статей	величина
	%			%
С жидким чугуном	8-10	С расплавом стали	17-18
Тепло экзотермических реакций	13-14	С расплавом шлака	3-4
Химическое тепло топлива	48-50	Эндотермические реакции в печи	12-13
Физическое тепло топлива	9-11	Потери тепла с уходящими газами	47-50
Физическое тепло воздуха	18-20	С охлаждающей водой	8-10
		Потери через кладку и излучение через окна	5-6
		Потери тепла с выбиваемыми газами	4-5

Анализируя тепловой баланс мартеновской печи необходимо отметить, что количество тепла, поступающее в печь от сжигания топлива, составляет только половину от необходимого тепла. Существенный вклад в приход тепла вносят экзотермические реакции выгорания примесей и окисления самого металла, особенно в период продувки ванны кислородом. Значительное количество тепла (до 30%) вносится с подогретыми в регенераторах газом и воздухом, остальное тепло поступает с жидкими чугунами. Тепло вносимое со скрапом и флюсами, можно не учитывать, т.к. оно составляет доли процентов, от общего количества вносимого в печь тепла.

В расходной составляющей теплового баланса- тепло теряемое с расплавом стали. Это относительно небольшая величина потерь и уменьшить эти потери невозможно. Возможна частичная утилизация тепла стали в изложницах.

Количество шлака, а соответственно и потери тепла с расплавом шлака, в мартеновских плавках, не велико, около 3%.

Значительное количество тепла отводится из печи с продуктами сгорания (до 50%), однако часть этого тепла аккумулируется кладкой регенераторов и возвращается в печь с физическим теплом воздуха и газа (до 30%).

Эндотермические реакции в печи поглощают существенное количество тепла (более 10%), это тепло расходуется на разложение железной руды, известняка, испарение влаги, диссоциацию продуктов сгорания и топлива. Эти потери неизбежны при ведении высокотемпературной плавки.

Ряд потерь существенно зависит от хода процесса плавки и срока эксплуатации печи. Это потери с охлаждающей водой, с излучением через окна, потери через кладку и потери с выбиваемыми газами.

В процессе эксплуатации печи происходит частичное разрушение кладки печи. При этом ухудшается изоляция водоохлаждаемых элементов, в стенах появляются микротрещины, что существенно увеличивает потери с охлаждающей водой и выбиваемыми газами. Утончение кладки увеличивает потери в окружающую среду, потери излучением через окна практически неизменны в процессе эксплуатации.

Однако через окна (гляделки завалочных окон) выбивается часть высокотемпературных газов. Мартеновские печи работают под небольшим избыточным давлением (максимально 40-45Па). Однако на уровне завалочных окон должна проходить нулевая линия давления. Только в этом случае потери с выбиваемыми газами будут минимальные. Уменьшение давления приводит к подсосу холодного воздуха в рабочую зону печи, понижению температуры и как следствие повышению расхода топлива.

Значительное влияние на тепловой баланс печи оказывают потери через кладку (до 10% от тепла топлива).

Повышение эффективности мартеновских печей.

Поскольку температура кладки находится на уровне начала размягчения огнеупоров, наложение тепловой изоляции отрицательно повлияет на стойкость огнеупоров и прочность печи. С учетом свойств огнеупоров необходимо внедрять мероприятия способствующие увеличению срока службы кладки и свода печи. Основным является внедрение системы испарительного охлаждения стен и свода печи. По мере разрушения кладки растут потери тепла, которые воспринимаются водоохлаждаемыми элементами, с выработкой большого количества пара. Принудительное охлаждение кладки снижает темпы её разрушения и срок службы кладки печи увеличивается в 2-2,5 раза, что существенно снижает затраты на выплавку стали.

На эффективность плавки влияет также работа регенераторов, поскольку каждые 10-15минут они переключаются из режима нагрева насадки в режим дутья. Для каждого периода работы печи есть свое оптимальное время переброски клапанов. В период завалки до 15 минут, в период плавки до 10минут.

На скорость плавки существенно влияет интенсивность кислородной продувки расплава, что позволяет сократить время плавки примерно в 2 раза. При этом следует учитывать: стоимость кислородного дутья, увеличение запыленности продуктов сгорания до 30 г/м³, увеличение угара железа в расплаве с образованием пылевидных оксидов. Мартеновская пыль содержит более 70% окислов железа.

Практика показала, что с повышением емкости печи, удельный расход тепла на тонну стали снижается

При массе 100т. q = 6,15 мДж/кг;

При массе 300т. q = 4,75 мДж/кг;

При массе 600т. q = 4,1 мДж/кг;

Коэффициент использования тепла мартеновских печей 30-34%, в зависимости от емкости печи.