Дәріс 1. Металлургиялық пештер (агрегаттар)

Жоспар:

1. Металлургиялық пештердің жіктелуі мен тағайындалуы.

2. Шахталық пештер.

3. Құбырлы пештер.

4. Подты (шағылысу) пештері.

5. Конвертерлер.

6. Рекуператорлар мен регенераторлар.

Металл өндірісіне қатысты көптеген үрдістер (өнім мен құймаларды күйдіру, пісіру, балқыту қыздыру) жоғары (1500-2000⁰С) немесе өлшемді температураларда (500-900⁰С) жүзеге асады. Материалдарды қыздыру керекті температураға дейін жеткізу арнайы аппараттарда пештермен жүзеге асады.

Пештің жұмыс кеңістігі қоршаган ортадан жан-жағынан отқа төзетін материалдармен оқшауланған.

Металды қабыкша мен отқа төзімді төсеме аралығында жылу оқшаулағыш матерал қабатын орналастырады, бұл өз кезегінде қоршаған ортада үлкен жылулық жоғалымдарын алдын алады. Жұмыс кеңістігінде қажетті жылу бөліну үшін пеш өңделіп жатқан материалды (кен, металл) тиеу және шығаруға арналған құрылғылармен, отынды жағушы немесе басқада құрылғылармен жабдықталған. Қалыпты жұмысты ауытқуды болдырмау мақсатында пештің кейбір металдық құрылымдар немесе отқа төзімді футеровка сумен салқындатылады.

Құрылғымен танысуды жеңілдету және әр түрлі пештермен үлкен көлемде жұмыс жасау үшін оларды классификациялау қажет. Пештердің келесідей топтары бар:

А. Жұмыс кеңестігінің түрі бойынша:

- шахталы- жұмыс кеңістігі тігінен жоғары созылған;

- табанды, шағылыстырғыш – жұмыс кеңістігі көлденең жазық бойынша созылған;

- құбырлы айналмалы – үрдістер ұзын цилиндрлік кеңістігінде өтеді;

- камералы.

Б. Қолданылатын энергия түрі бойынша:

- отынды – материалды өңдеу үшін қажетті жылу қатты, сұйық немесе газ тәрізді отынның жану есебінен бөлінеді;

- электрлік – жылу электр энергиясының түрлену нәтижесінде бөлінеді.

В. Жылу беруді ұйымдастыру шарты бойынша:

- жылу генератор – пештері, мұнда жылу өңделіп жатқан материалдың көлемінде генерацияланады, бөлінеді (конверторлар индукциялы пештер);

-жылу алмастырғыш – пештері, мұнда қыздырылып жатқан материалға қызу сырттан беріледі (қыздырғыш және күйдіру пештер);

-аралыс типти пеш (домналы).

Г. Белгіленуі бойынша:

-қыздыру (қатты және т.б металды қыздыруға арналған термиялық күйдіргіш, кептіргіш);

-балқыту – қатты шихта материалдарын сұйық өнім балқымаға айналдыруға арналған ;

- жылу алмастырғыш – пештен шығатын газбен кететін жылуды аккумуляциялауға және оны алда қолдануға арналған. (регуператорлар, регенераторлар).

Шахталы пештет. Бұл процесс әдетте үздіксіз, токқа қарама-қарсы негізделген: өзіндік ауырлығы бойынша шихта жоғарыдан төменге қарай беріледі яғни құрамы кен материалдары отын және флюстан тұрады. Төменнен жоғарыға қарай шихта кусоктарын қыздыру үшін ыстық газ беріледі. Пештің астыңғы бөлігінде негізгі төменгі бөлігінен фурма арқылы температурасы 1200⁰ С дейін ыстық газ үріледі. Кей жағдайларда пешке ілінетін ауаның атмосферасында қатты отты түйіршіктерінің көрік алдында жану нәтижесинде ыстық газдар пештің ішінде пайда болады. Егер ыстық газбен үруді қолдансақ, жанып жатқан өнімнің температурасы 2500⁰ С дейін барады. 5-20 м биіктіктегі қабатта шикіқұрамның түйірщік аралық каналдары бойынша ұзақ жол жүретін газдар шикіқұрамға жылудың негізгі бөлігін беріп, 100-400 С қатысты төменгі температурада пештен шығады, бұл шахталы пеште жылудың қолдану коэффициенттінің жоғарлауына мүмкіншілік береді.

Шахталы пештің үздіксіз режиминде жоғарыдан перидты түрде порциямен кен материалдарын және отынды тиейди, ал шахталы пештің төменінен үздіксіз немесе перодты түрде қайта өңделетін өнім: балқыма, химиялық және термиялық өңделген кен түйіршіктері және т.б матералдар. Жеке жағдайда үрдісте түзілетін элемент немесе қосылыстар пештен шығатын газдар арқылы тазартылады.

Шахталы пештердің бірден-бір кемшіліктері бұл жоғары газодинамикалық кедергілерге ие қабатты ұнтақ тәріздес материалдардың қайта өңдеу мүмкіншілігінің болмауы. Әрбір нақты үрдіске шикіқұрам түйіршіктерінің оптималды өлшемі 5-100 м дейін таңдалады.

Шахталы пештің жұмысы мен құрылымы туралы 2.7.1 және 2.7.3 бөлімдерінде анықтап айтылған. Шахталы пешке қарағанда айналмалы құбырлы пештер түйіршікті материалдармен қоса ұнтақ тәрізді аққыш материалдарды да өңдейді. Айналмалы құбырлы пеш (2.43) ішінен отқа төзімді кірпіштермен қапталған диаметрі 3-5 м болатын ұзын цилиндр (30-150 м дейін). Пештің болатты қабығында роликті тірегішке бекітілген екі немесе бірнеше сақиналы бандаждарға ие. Пештің айналуы тісті берілістердің көмегімен жүзеге асады (пештігі тісті винец пен редуктор білігіндегі тісті цестерня). Айналу жылдамдығы 1-3 айн/мин. Пештің жүктегішінің артқы бөлігінде сұйық, газ тәрізді немесе шаң көмірлі отынды жағатын топка орналасқан. Ыстық газдардың жалыны аққыш материалдардың үстінгі бетінен өтіп пештің артқы жүктегіш бөлімі арқылы шығады. Аққыш материал үстінгі жағынан жалынмен, пештің қабырғалары және төменгі бөліктен қыздырылған қаптағыш арқылы қыздырылады. Пештің бір басынан келесі басына материалдың орын ауыстыруын қамтамасыз ету үшін айналу осьі көлденең бойынша 2-3 бұрышқа еңкейтіледі. Пеште материалдың қозғалыс мөлшері бойынша оның қыздырылуы 500-1000⁰ С дейін жеткізіледі. Пештің шығару бөліміне жақын бөлігінде материалдың температурасы 1300⁰ С құрайды.

Сурет 2.43.айналмалы құбырлы пеш:

1 – пеш корпусы

2 - поподач;

3 – тісті винец;

4 - роликти тірегіш;

5 - топка;

6 - пештің берілісі;

Айналғыш пештер темір кенін метализациялау, магнезит пен извеснякты күйдіру, глинозем кальциняцин, нефелин мен бокситті пісіру және т.б үшін қолданылады. Айналмалы пештің кемшіліктеріне шахталы пештермен салыстырғанда, аса төмен жылуды қолдану дәрежесімен жоғары дәрежеде шаңның әкетілуі жатады.

Табанды пештер кенді балқыту мен металды балқыманы өңдеу үшін қолданылады. Табанды пештің типті пеші мартен пеші болып табылады. (сурет 2.96 221 б). Сонымен қатар табанды пештерге мыс крнцентраттарын балқытуға арналған пештер жатады.(сурет 2.116 253б). Пештің порцты қабырғаларында газ (немесе мазут) және ауа беруге арналған каналдар бар. Жану барысында металдың бетіне бағытталған жалын түзіледі. Жану өнімдері пештің қарама-қарсы жағындағы каналдар арқылы шығады. Пешке қатты, ұнтақ тәріздес материалдарды және сұйық металды жүктеу жақты терезе немесе күмбездегі саңылаулар арқылы жүзеге асады. Белгілі бір уақытта барлық қажетті үрдістерден кейін металды балқыма қажетті химиялық құрамға ие болады, және оның пештің түбінде орналасқан табан, отқа төзімді қабырғадағы ледка сақылаулар арқылы жүзеге асады.

Мұнымен қоса табанды пештерді шағылыстыр депта атайды, өйткені металл жылудың орасан зор бөлігін (80 дейін) жалынмен отқа төзімді төсеніштен шағылысқан сәулелі энергия түрінде алады. Бұған қоса шағылыстырғыш пеш типіне методикалық пештерді жатқызады, бқл пештер қысыммен өңдеу алдында металдық дайындамарды қыздыру үшін қолданылады. Табанды балқытқыш пештерден методикалықтың айырмашылығы бұл дайынмалардың пештің бір басынан екіншісіне ауысуы жүретін бір тұтас отқа төзімді табанның орнына металды сумен суытылатын білікпен жабдықталған. (сурет 3.28 338 б). Балқытуға арналған агрегат конвертор болып табылады, мұнда сұйық балқыманы оттегі немесе ауа ағынымен үрлеу арқылы қышқылдану нәтижесинде металдан кейбір элементтен бөліп алу жүреді. Конвертерларде штейннан мысты (сурет 2.122 261 б) және шойыннан болаттың (сурет 2.98 224 б) негізгі мөлшерін алады. Кейбір металлургиялық агрегаттарда шыгарылатын газдар мен жоғалатын жылу шығынын азайту үшін оларды арнайы жылу алмастырғыш –рекупиратор немесе регенераторлар арқылы өткізеді. Рекуператор – үздіксіз жұмыс жасайтын жылу алмастырғыш. Ол түтінді ыстық газдардың ағыны өтетін герметикалық ағынға ие. Бұл ағын ауа немесе салқын газ қозғалатын камерада, перпендикулярлы бағытта өтетін, паралельді металды құбырларды тазалайды. Осындай қиылыспалы жылу алмасу нәтижесінде (құбыр қабырғасы арқылы) түтінді газдар өзінің жылуының үлкен бөлігін газ тектес отын немесе ауа ағынына береді. Аккумуляцияланған жылу металлургиялық агрегатқа қайта оралады, нәтижесінже жану температурасы жоғарылайды және отын үнемделеді. Рекупираторға берілетін түтінді газдардың максималды температурасы жылу алмастырғыштардың металды элементтерінің ыстыққа төзімділігімен шектеледі.

Аса қыздырылған газдардың 1700 С дейін жылуды аккумуляциялау үшін периодты жұмыс жасайтын регенераторлар қолданылады. Олардың жұмыс жасау принципі келесідей. Отқа төзімді кірпішпен қаланған және тығыздалмаған отқа төзімді төсеніш толтырылған камера арқылы ыстық түтінді газдар өтеді. Жылудың көп бөлігі төсенішті қыздыруға кетеді және төменгі температурада камерадан шығады. Төзеніш қызғаннан кейін яғни бірнеше ондық минуттан кейін (шығарылатын газдардың температуралырын жоғарылауын көрсетеді) түтінді газдарды жіберуді тоқтатып, оларды қыздыратын басқа регенераторға бағыттайды. Кейін кері бағытта салқын ауа жіберіледі нәтижесінде регенератордың ыстық төсенішінен жылу кемиді. Қыздырылған ауа 1200-1300⁰ С жетуі мүмкін. Белгілі бір уақытта қыздырылған ауаның температурасы қалыптан төмендегенде қайтадан регенетордың жұмыс кезегін өзгертеді: бірінші қыздыруға өзгертіледі (түтінді газды өткізу арқылы, ал салқын ауаны екінші регенератор арқылы өткізеді).

Регенераторды мартен немесе коксты пештерде орнатады. Осы тектес құрылғыларда домна пештерде берілетін ауаны қыздырады.

Негізгі әдебиет