8. Движение газов в печах

Важнейшими процессами, протекающими в рабочем прост­ранстве металлургических печей, являются процессы тепло­обмена. От них зависят все (или почти все) основные каче­ственные и количественные показатели работы печей. Ра­бота и конструкция печи должны выполняться так, чтобы в ее рабочем пространстве обеспечивался наиболее рацио­нальный режим теплообмена. Достижению этого должны быть подчинены такие процессы, как процессы сжигания топлива, движения газа и т. п.

Процессы движения газов теснейшим образом связаны с процессами теплообмена. От них зависят интенсивность и равномерность нагрева металла, стойкость футеровки пе­чи. Неправильная организация движения раскаленных га­зов в рабочем пространстве печи может служить причиной не только ухудшения работы печи, но и выхода ее из строя.

В современных печах в качестве источника тепловой энергии в подавляющем большинстве случаев используется топливо или электрическая энергия. Среди топливных печей наибольшее распространение получили пламенные печи, в которых для сжигания газа или мазута применяется факельный (пламенный) метод. В пламенных печах характер движения газов в рабочем пространстве печи теснейшим образом связан с теплообменом, конструкцией и на­значением печи. Он определяется в основном следующими обстоятельствами: расположением горелок (форсунок) и дымоотводящих каналов; динамическим воздействием струй, создаваемых горелками и форсунками; режимом давления в печи.

В обеспечении равномерности нагрева важная роль при­надлежит интенсивности движения газа, его циркуляции. Это особенно важно в средне- и низкотемпературных печах. 3 высокотемпературных печах (1473—1873 К) преобладает теплообмен излучением, в среднетемпературных (1073— В 4 73 К) излучение соизмеримо с конвекцией, в низкотемпературных (до 1073 К) преобладает конвекция. Посколь­ку теплопередача конвекцией тем больше, чем выше ско­рость движения газов, постольку интенсификация движения газов в печах последних двух групп имеет важное значение. Для обеспечения циркуляции газов используют способность газовых струй создавать разрежение у своих истоков. С ис­пользованием этой особенности работают, в частности, тер­мические печи с подподовыми топками. Струя, создаваемая горелкой, подсасывает продукты сгорания из рабочего объема и создает тем самым циркуляцию газов.

В

32

некоторых случаях при светлой термообработке и тер­мохимической обработке ме­талла необходима интенсивная циркуляция специальной ат­мосферы, в которой нагревает­ся металл. Подобная циркуля­ция обеспечивается примене­нием специальных вентилято­ров, рабочее колесо которых вынесено непосредственно в печь. Интенсивная циркуляция специальной атмосферы повы­шает равномерность и скорость нагрева и обеспечивает значительное увеличение производительности печи.

Однако в некоторых печах соответствующее движение газов обеспечивает не только теплотехнические, но и чис­то технологические цели. Примером может служить марте­новская печь, для работы которой большое значение имеет настильность (касание поверхности ванны) факела. При настильности интенсифицируется конвективный теплообмен и сопутствующий ему массообмен между факелом и ван­ной.

Для нормальной эксплуатации печи скорость выхода топлива и воздуха из горелки должна выбираться на осно­вании данных по струям и быть такой, чтобы пламя не било в противоположную стенку. Горелки на противополож­ных стенках должны быть установлены в шахматном поряд­ке. Не следует устанавливать горелки вблизи окон печи во избежание подсоса в печь холодного воздуха. В некоторых случаях, например в торцах выдачи методических печей, подсос холодного воздуха в печь через окно выдачи (пунктирная стрелка) не только снижает температу­ру печи и вызывает перерасход топлива, но и приводит к образованию настылей окалины на поду печи, что вызыва­ет перебои в ее работе.

Давление в рабочем пространстве печи определяется в основном двумя факторами: воздействием струй и влиянием дымовой трубы (дымососа). Рациональным режимом дав­ления в рабочем пространстве печей является такой, при: котором в печи поддерживается небольшое избыточное дав­ление. Это относится как к топливным, так и к электричес­ким печам. Если печи работают с муфелированием метал­ла, то под муфелем также поддерживается небольшое избы­точное давление. Все это делается для того, чтобы избежать попадания в печь холодного воздуха, который резко ухуд­шает работу печи, так как, снижая температуру, вызывает перерасход топлива, приводит в нагревательных печах к. излишнему окислению металла.

Работа дымовой трубы осуществляется так, чтобы на уровне пода печи поддерживалось нулевое давление. Выше уровня пода будет избыточное давление, ниже — разреже­ние. Разрежение нужно для того, чтобы дымовые газы отса­сывались из печи через дымоотводы (борова), входное се­чение которых обычно и располагается на уровне пода печи.

В процессе эксплуатации печи необходимо иметь воз­можность влиять на давление в печи и на разрежение в ее боровах. Для этой цели используют специальное устройст­во, называемое шибером. Шибер представляет собой искус­ственное местное сопротивление, величину которого можно регулировать подъемом или опусканием шиберной заслон­ки. При стремлении понизить давление в печи шибер надо открывать, при желании повысить давление, наоборот, при­крывать.

Современные печи — это высокомеханизированные, ав­томатизированные агрегаты. Во многих печах давление в рабочем пространстве поддерживается на нужном уровне автоматически при помощи регулятора давления, который управляет механизмом подъема и опускания шибера.

Правильный выбор режима давления в печи необходим, кроме того, как для увеличения долговечности службы ар­матуры и оборудования печи, так и для улучшения условий эксплуатации печи обслуживающим персоналом.

Иногда, стремясь избежать подсоса холодного воздуха в печь, поддерживают излишне высокое давление. Это при­водит к чрезмерному выбиванию раскаленных газов из пе­чи и, как следствие, к преждевременному выходу из строя арматуры печи и элементов ее оборудования.

Только в отдельных случаях (например, при заправке подин мартеновских печей), связанных с условиями рабо­ты обслуживающего персонала в непосредственной близо­сти от печи, целесообразно поддерживать разрежение по всей высоте печи, полностью исключающее выбивание га­зов.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте уравнение Бернулли?

2. В результате чего происходит потеря давления?

3. Что называется коэффициентом сужения струи?

4. Какие факторы влияют на расход газа?

5. Что называется естественным движением газа?

6. Что называется вынужденным движением газа?

7. Что называется факелом?

8. Какие бывают струйные течения?

9. Принцип работы дымососов?