книги из ГПНТБ / Блинов О.М. Основы металлургической теплотехники

к неравномерному прогреву изделий и в некоторых слу­ чаях к оплавлению их поверхности; уменьшение — к увеличенному времени нагрева и непроизводительным

затратам энергии.

Для различных печей зависимость их температуры от времени может быть совершенно различной. Для не­ которых печей температура во времени изменяется не­ значительно, для других — практически от 20° С до максимальной. Печи, температура которых не изменя­ ется во времени, называют печами постоянного дейст­ вия (например, методические печи, печи с роликовым подом, секционные печи скоростного нагрева). Печи, температура которых изменяется во времени, называ­

колодцы и др.).

Температура может изменяться не только во време­ ни, но и по объему и длине печи, причем это изменение также различно для различных печей. Если темпера­ тура приблизительно одинакова по всему их объему, то они называются камерными печами.

Печи, в которых температура изменяется по длине, причем это изменение одинаково для всех точек рабоче­ го пространства, называются методическими. В них тем­ пература хотя и изменяется по длине, но не изменяется в зависимости от времени.

Тепловой режим

Температура печи в первую очередь зависит от того количества тепла, которое попадает в печь. Если печь топливная, то ее температура в первую очередь зависит от количества подаваемого в печь жидкого или газооб­ разного топлива. Если печь электрическая, то ее тем­ пература определяется количеством подаваемой в печь

электрической энергии.

Количество тепла, подаваемое в печь в единицу времени, называется тепловой нагрузкой.

Наибольшее количество тепла, которое может при­ нять печь, называется максимальной тепловой нагрузкой

или тепловой мощностью.

Чтобы обеспечить необходимый температурный ре­ жим, т. е. необходимый график изменения температуры печи во времени, необходимо изменять количество теп­

ла, подаваемого в печь. Изменение тепловой нагрузки в зависимости от времени называется тепловым режи­ мом печи. Тепловой режим может быть представлен графиком зависимости тепловой нагрузки от времени. Печи периодического действия, работающие с перемен­ ной во времени температурой, имеют переменную во времени тепловую нагрузку; печи постоянного действия работают при неизменной во времени тепловой на­ грузке.

Распределение температуры по объему и длине печи зависит от способа подачи топлива. В камерных печах с целью создания равномерной температуры по объему топливо вводят в печь в нескольких местах, т. е. осуще­ ствляется рассредоточенный подвод тепла. В методиче­ ских печах топливо также вводят в печь в нескольких местах по ее длине, причем необходимое изменение тем­ пературы по длине печи осуществляется за счет различ­ ной по длине, но постоянной во времени тепловой на­ грузки.

Производительность печей

Различают общую и удельную производительность. Общая производительность — это количество готовой продукции, которое обрабатывается в печи за единицу времени, (т/ч; т/сутки). Этот параметр характеризует масштабы, размеры агрегата в целом. Удельная произ­ водительность измеряется в кг/(м2-ч), или т/(м2-ч), и показывает количество продукции, обрабатываемое в пе­ чи за единицу времени и приходящееся на 1 м2 пода пе­ чи. Общая производительность печи характеризует ин­ тенсивность работы печи и используется для оценки ка­ чества тепловой работы и сравнения печей различной общей производительности и различной конструкции.

Удельную производительность часто (особенно при­ менительно к нагревательным печам) называют напря­ женностью пода печи. Если производительность отнесе­ на ко всей площади пода, то эту величину называют на­ пряженностью габаритного пода. В печах, как правило, металл покрывает не всю площадь пода (за исключени­ ем плавильных печей). Между концами заготовок и стенками печи, а также между самими заготовками в на­ гревательных печах предусмотрены зазоры. Площадь пода, занятую металлом, в отличие от габаритной назы­

вают активной площадью. Производительность, отнесен­ ную к активной площади пода, называют напряженно­ стью активного пода.

Производительность печей зависит от многих техно­ логических, теплотехнических и конструктивных факто­ ров, таких как характер проплавляемой шихты, началь­ ная температура металла, поступающего в печь, темпера­ тура рабочего пространства и температура уходящих из печи дымовых газов, характер передачи тепла от источ­ ника тепла к обрабатываемому материалу и т. д.

3. Тепловой баланс и расход топлива

Тепловой баланс печи необходимо знать с целью оп­ ределения расхода топлива для вновь проектируемых печей и при анализе тепловой работы печи в целом. Для печей постоянного действия тепловой баланс составляют на единицу времени (обычно на 1 ч), для печей периоди­ ческого действия — на один цикл работы печи.

Тепловой баланс печи состоит из двух частей: прихо­ да тепла и расхода тепла. Каждая из этих частей в свою очередь складывается из ряда статей.

Статьи приходной части теплового баланса

1. Тепло, получаемое в результате сгорания топлива:

фектом, кроме реакций горения топлива. В нагреватель­ ных печах учитывают тепло, выделяющееся при окисле­

где Р — производительность печи, кг/ч; а— величина угара металла, кг/кг металла.

Статьи расходной Части теплового баланса

1. Полезное тепло, необходимое для нагревания и плавления материалов (Qi). Если материалы поступают

в печь холодными, то

Для плавильных печей учитывают скрытую теплоту плавления материалов.

характерна для плавильных печей. К ней относится, на­

Некоторое количество дымовых газов удаляется из рабочего пространства печи в результате выбивания че­ рез окна, щели и др. Поэтому только с известным при­ ближением можно рассматривать Ѵух как полное коли­ чество газов, образующихся при сжигании единицы мас­ сы или единицы объема топлива.

5. Тепло от химической неполноты сгорания топлива ( Q 5 ) . При беспламенном сжигании потери тепла от хи­ мической неполноты сгорания отсутствуют. При пламен­ ном сжигании в уходящих газах обычно содержится 0,5—3% несгоревших газов (СО и Н2). Можно принять, что на 1% СО содержится 0,1% Н2. Тогда теплота сго­ рания такой смеси составит 12142 кДж/м3, или 2900 ккал/м3. Если в уходящих газах долю несгоревше­ го СО принять равной п, то потери тепла будут:

где Ѵух — количество уходящих из печи газов, м3/кг или м3/м3.

6. Тепло от механической неполноты сгорания (Q6). Под механической неполнотой сгорания понимают раз­ личные потери топлива. Например, при сжигании твер­ дого топлива потери составляют 3—5%, следовательно:

Qe = (0,03—0,05)ß*Qp Вт, или ккал/'ч. (VI,13)

В случае применения газообразного топлива потери тепла от утечки газа составляют

где GT— масса тары, кг/ч;

ст— средняя теплоемкость тары в интервале темпе­ ратур от 0°С до U, кД ж /(кг-град), или ккал/(кг-град).

Если тара поступает нагретой, то учитывают только тепло, затраченное на ее дальнейшее нагревание.

10. Тепло, уносимое водой, охлаждающей отдельные части печи (Qio)- Для определения потерь тепла на ох­ лаждение пользуются практическими данными. Обычно

4л— средняя температура кладки, °С; Дл опреде­ ляют на основании расчета прогрева стен.

В печах с выдвижным подом необходимо также учи­ тывать затраты тепла на аккумуляцию огнеупором те­ лежки. В печах периодического действия, кроме аккуму­ ляции тепла кладкой, тепло теряется через стены в ре­ лежки. Тепловой баланс печей периодического действия следует составлять на весь период работы.

Просуммировав отдельно приходные (Q np) и расход­ ные (Q pacx) статьи теплового баланса, следует прирав­ нять Q n p = Q p a c x и получить, таким образом, одно урав­ нение с одним неизвестным, которым является расход топлива В.

Зная величину В, можно окончательно подсчитать все статьи приходной и расходной частей теплового ба­ ланса.

Если анализируют тепловую работу действующей пе­ чи, то составляют таблицу теплового баланса, которая позволяет выяснить, какая статья расходной части ба­ ланса чрезмерно высока и, следовательно, обнаружить причину неудовлетворительной работы печи.

Для сравнения качества работы отдельных печей пользуются удельными показателями расхода тепла и топлива. Удельный расход тепла показывает, какое ко­ личество тепла затрачивается на нагрев 1 кг металла до необходимой температуры.

Часто удельный расход топлива определяют в едини­ цах условного топлива. За условное топливо принимают такое, теплота сгорания которого равна 29300 кДж/кг или 7000 ккал/кг.

Таким образом удельный расход топлива будет ра­ вен при Q", выраженном в кДж/кг, или кДж/м3,

29300GM

при Q”, выраженном в ккал/кг, или ккал/м3,

7000•GM

Рассчитав статьи приходной и расходной частей теп­ лового баланса, можно определить к. п.д. печи, который представляет собой отношение полезно затраченного тепла ко всему теплу, подведенному в печь, т. е.

Q.v+ Qß+ QT + ^ЭКЗ

4. Доменные печи

Доменные печи предназначены для выплавки чугуна из железных руд. В качестве исходного сырья для полу­ чения чугуна используют агломерат, который представ­ ляет собой продукт спекания измельченной железной ру­ ды, колошниковой пыли и флюсов. Для производства аг­ ломерата на заводах строят агломерационные фабрики, а непосредственное спекание агломерата осуществляется на специальных агломерационных машинах.

Необходимость агломерации (окускования, спекания) вызвана следующим обстоятельством. Железную руду перед использованием в доменных печах предварительно обогащают, т. е. от нее’отделяют так называемую пустую породу (окислы алюминия, кремния, каль­ ция, магния и др.). Чтобы это отделение происходило наиболее пол­ но, руду перед обогащением размельчают до порошкообразного со­ стояния. Доменные печи не могут работать с использованием порош­ кообразной железной руды, так как невозможно продуть воздухом

высокий столб пыли. Поэтому руду из порошкообразного состояния снова необходимо перевести в кустообразное, причем таким образом, чтобы полученные куски могли выдерживать механические нагрузки; в противном случае куски нижних слоев под тяжестью вышележащих слоев шихты будут разрушаться, что отрицательно влияет на работу доменной печи. Для выполнения этой задачи н служат агломера­ ционные машины.

В доменных печах топливом служит в основном вы­ сококачественный и дорогостоящий кокс. В последнее время часть кокса заменяют природным газом.

Доменные печи относятся к классу шахтных печей, т. е. печей, у которых высота рабочего пространства зна­ чительно превышает его поперечные размеры.

Доменная печь представляет собой высокую шахту круглого сечения (рис. 25), футерованную огнеупорным кирпичом и опирающуюся на фундамент круглой или многогранной формы. Нижняя часть фундамента (по­ дошва) заглублена в грунт на 6—7 м. Надземная часть фундамента выложена из огнеупорного бетона.

Рабочее пространство доменной печн состоит из сле­ дующих основных частей: колошника (верхняя цилинд­ рическая часть), шахты (верхняя конусная часть), рас­ пара (самая широкая цилиндрическая часть), заплечиков (нижняя конусная часть) и горна (нижняя цилинд­ рическая часть). Под доменной печи называется леща­ дью. Такой сложный профиль печи обусловлен сложно­ стью протекающих в ней процессов. Конусность шахты сделана для облегчения продвижения (схода) шихты под действием собственной массы. Если сделать шахту неиз­ менного по ее высоте диаметра, т. е. в форме цилиндра, то может получиться зависание шихты. Расплавление ее начинается в распаре, причем объем, занимаемый ших­ той, уменьшается; поэтому заплечики сделаны в форме обратного конуса.

Температура по высоте доменной печи различна: са­ мая низкая — в верхней части, самая высокая — в ниж­ ней.

Шахта, распар и заплечики футеруют высококачест­ венным шамотным кирпичом, а горн и лещадь — высоко­ глиноземистым кирпичом или углеродистыми блоками. Футеровка колошника защищена от ударного и истираю­ щего действия кусков шихты, падающих с большого ко­ нуса засыпного аппарата. Футеровка нижней части рас­ пара, а также заплечиков, горна и лещади охлаждается при помощи водяных холодильников (кессонов), пред­ ставляющих собой чугунные плиты, в которых залиты