2 Нагревательные колодцы
Обычно слитки металла, полученные в мартеновском, конвертерном или электросталеплавильном цехах, перед прокаткой на обжимном стане подвергают дополнительному нагреву в нагревательных колодцах, к преимуществам которых можно отнести:
1) возможность устанавливать слитки в вертикальном положении, что обеспечивает более быстрый и равномерный нагрев металла, а также исключает возможность смещения усадочной раковины;
2) удобство транспортировки, загрузки и выгрузки металла при вертикальном положении слитков.
Нагревательные колодцы устанавливают перед обжимными станами (блюмингами и слябингами), на которых обычно прокатывают слитки массой не менее 2-3 т и толщиной свыше 350-400 мм.
К нагревательным колодцам предъявляют требования по обеспечению:
1) достаточно быстрого нагрева металла, обеспечивающего высокую производительность колодцев (общую и удельную);
2) качественного нагрева металла (равномерность нагрева по высоте и сечению слитков без местных оплавлений);
3) эффективной работы воздухо- и газоподогревателей невысокого удельного расхода топлива;
4) возможности надежного автоматического регулирования теплового режима;
5) высоких эксплуатационных качеств (удобство удаления шлака, полное сжигание топлива в пределах рабочего пространства, достаточная герметизация рабочего пространства и теплообменных устройств, достаточная стойкость крышек и других элементов нагревательных колодцев);
6) наиболее простой конструкции и невысоких капитальных затрат на строительство;
7) возможности разместить наибольшее количество металла, приходящегося на 1 м длины здания цеха.
Каждый нагревательный колодец в отдельности называют ячейкой. Несколько ячеек составляют группу. Для группы ячеек предусматривается одна дымовая труба и общее помещение для контрольно-измерительных приборов. Производительность нагревательных колодцев обычно исчисляют на группу в год. По производительности стана и одной группы, можно найти необходимое число групп нагревательных колодцев.
Для нагрева крупных слитков применяют колодцы, потому что при вертикальном расположении слитков в колодце нет опасного смещения усадочной раковины в слитке с незатвердевшей сердцевиной; продукты сгорания омывают большую часть поверхности слитков и почти вся она получает тепло излучением от кладки, что обеспечивает более быстрый и равномерный нагрев металла, чем в печах других типов; слитки сравнительно просто загружать и выдавать (колодцевым краном).
Отделение колодцев (рис. 2.1) является буфером между сталеплавильными агрегатами и обжимным станом. Колодцы обеспечивают непрерывную подачу нагретого металла к стану при поступлении металла плавками и часто через неравные промежутки времени.
Рисунок 2.1 – Продольное расположение отделения нагревательных колодцев с подачей слитков одним слитковозом: 1 - основной пролет; 2 - пристрой; 3 - помещение для уборки шлака и подачи коксика; 4 - проезд; 5 - железнодорожный путь; 6 - путь слитковоза; 7 - площадка для ремонта напольного крана; 8 - дымовая труба; 9 - свободный шаг; 10 - колодцевый кран; 11 - мостовой кран; 12 - напольный кран.
Температура поверхности слитков при посадке в колодцы зависит от времени доставки и формы слитков.
Тепловой и температурный режимы. Современные нагревательные колодцы являются камерными печами периодического действия, работающими по переменному во времени тепловому и температурному режиму. В подавляющем большинстве нагревательных колодцев нагрев металла осуществляется садками, ячейки колодцев после выдачи из них всех нагретых слитков каждый раз вновь загружают новой партией слитков. При выдаче и посадке слитков в результате частого открывания крышек кладка рабочего пространства нагревательных колодцев охлаждается. Это приводит к тому, что при работе колодцев на горячем посаде в начале нагрева температура слитков оказывается выше температуры поверхности кладки и основным потребителем тепла в этот период является кладка колодца.
Рис.
2.2 – Температурный режим и тепловой
баланс нагревательного колодца при
нагреве слитков горячего посада:
1
- температура крышки; 2
- температура
отходящих продуктов сгорания;
3
-температура
поверхности слитка;
4
-
температура середины слитка; а
-
общий расход тепла; б
-
потери тепла с продуктами сгорания; в
- потери
тепла вследствие неполноты сгорания
топлива; г - расход тепла на нагрев
металла; д
- тепло,
поглощаемое кладкой, охлажденной при
открывании
колодца;
е
— потери
через кладку
Расход тепла поддерживают максимальным до тех пор, пока температура той части слитка, которая нагревается наиболее быстро, не достигнет допустимого значения, что указывается импульсной термопарой. Этот период носит название периода нагрева. Вслед за ним наступает период выдержки, в течение которого происходит постепенное уменьшение расхода тепла, так как в течение этого периода температура поверхности слитков остается неизменной и тепло расходуется только на прогрев слитка по сечению. В течение этого периода температура отходящих продуктов сгорания остается приблизительно постоянной.
Тепловую мощность нагревательных колодцев выбирают так, чтобы обеспечить быстрый подъем температуры кладки и поверхности слитков в начале нагрева. При заниженной теплели мощности период нагрева затянется, а период выдержки сократится, но полный цикл нагрева неоправданно затянется. При завышенном максимальном расходе топлива период нагрева сократится, но увеличится неравномерность температуры по сечению слитков и вследствие этого затянется период выдержки.
Оптимальное значение расхода тепла лежит в пределах 2,09-2,93 МДж на 1 т садки.
Рабочая температура в нагревательных колодцах составляет 1350-1400° С. Для обеспечения такой рабочей температуры калориметрическая температура горения топлива должна достигать 2000-2100° С.
Колодцы можно отапливать любым газообразным топливом и мазутом. Однако при отоплении колодцев газом с низкой теплотой сгорания (например, доменным) для обеспечения успешной работы нужно подогревать газ и воздух до 800-900°С.