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

Рис. 25. Доменная печь:

/ — большой конус; 2 — металлическая защита колошника; 3 — огнеупорная фу­ теровка; 4 — трубы для питания холодильников шахты; 5 — горизонтальные ко­ робчатые холодильники; 6 — кольцевая водораспределительная труба; 7 — труба

ники (чугунные плиты с залитыми трубами для циркуляции воды); // — шлако­

19 — желоб для отвода чугуна; 20 — желоб для чугуна и нижнего шлака (шла­ ка, уходящего при выпуске чугуна); 21 — чугунная летка; 22— горн; 2 3 — фур­ ма для дутья; 2 4 —заплечики; 25 — распар; 26 — фурменный рукав; 27—колон­ на шахты; 28 — металлический кожух печи; 2Р —шахта; 30 — колошник

стальные трубы. Вода, протекающая по трубам, от­ бирает часть тепла от футеровки, облегчая условия ее работы.

Кладка шахты заключена в цельносварной стальной кожух. Внизу, на уровне перехода шахты к распару, стальной кожух заканчивается опорным кольцом, кото­ рое поддерживается колоннами со специальными опора­ ми, передающими нагрузку на фундамент печи. Горн также опоясан сварным стальным кожухом.

Внижней части горна на высоте 600—1000 мм от ле­ щади расположена чугунная летка-канал для периоди­ ческого выпуска чугуна и нижнего шлака, которая после выпуска очередной порции чугуна забивается огнеупор­ ной массой с помощью электрической поршневой пушки. Нижний шлак, т. е. шлак, уходящий из печи вместе с чу­ гуном, отделяют от чугуна в желобе с помощью перева­ ла и перегородки (скимера). На высоте 1400—1600 мм от чугунной летки расположены две шлаковые летки. Отверстие шлаковой летки закрывается специальным стопором со стальной пробкой. На современных мощных печах чугун выпускают сразу из двух чугунных леток.

Вверхней части печи, над колошником, расположен засыпной аппарат. Он позволяет вести полностью меха­ низированную и автоматизированную загрузку шихто­ вых материалов, не нарушая герметичности печи. За­ сыпной аппарат состоит из двух конусов (малого и боль­ шого) и двух воронок. Предусмотрено вращение ворон­ ки малого конуса вокруг ее продольной оси, что обеспе­ чивает равномерное распределение шихты по сечению шахты. В то время, когда малый конус опускается и шихта ссыпается на большой конус, доменный газ не мо­ жет выходить в окружающую атмосферу потому, что большой конус поднят вверх и перекрывает путь газу. Когда опускается большой конус, герметичность печи

обеспечивается поднятым вверх малым конусом. Доменный газ из печи отводится по четырем боковым

газоотводам и направляется на газоочистку. Газоотво­ ды футерованы шамотным кирпичом.

В верхней части горна сделаны отверстия для фурм, через которые в печь вдувают горячее дутье. Дутье по­ догревают в доменных воздухоподогревателях регене­ ративного типа (см. рис. 70) до 1150—1200° С. Горячее дутье поступает из воздухонагревателей через футеро­ ванный воздухопровод и футерованную кольцеобразную

распределительную трубу в фурменные рукава. Для поддержания температуры дутья на одном и том же уровне печь оборудуют тремя пли четырьмя поочередно работающими воздухоподогревателями, а также систе­ мой автоматического контроля п регулирования темпе­ ратуры дутья.

Воздух в доменную печь поступает под давлением 150^-300 кН/м2 (1,5—3,0 ат) н реагирует с раскаленным коксом. При сгорании кокса выделяется тепло, которое расходуется на расплавление шихты. Часть несгоревше­ го кокса идет на восстановление железа из окислов же­ леза (руды). Железо восстанавливается также окисью углерода, образующейся в процессе горения кокса.

Горячие газы, состоящие из азота, окиси углерода, углекислого газа, водорода, движутся вверх, омывая шихту, которая заполняет практически весь внутренний объем доменной печи и медленно опускается по мере выгорания кокса и расплавления металлической части шихты. В процессе противоточного движения газов и шихты тепло от газов передается шихте. При этом тем­ пература газов по мере их продвижения вверх понижа­ ется, а температура шихты возрастает в направлении от колошника к фурменным зонам печи. Если температу­ ра в области фурм достигает 1800—1900° С, то из печи газы уходят охлажденными до 250—300° С.

Качество работы доменных печей характеризуется в основном двумя показателями: коэффициентом исполь­ зования полезного объема печи (к. и. п. о.) и расходом кокса на 1 т выплавленного чугуна.

Коэффициент использования полезного объема пред­ ставляет собой отношение полезного объема доменной печи к суточной производительности и выражается в м3/(т-сутки). Чем меньше величина к. и. п. о., тем совер­ шеннее работа печи, т. е. на 1 м3 объема печи за сутки приходится большое количество выплавляемого чугуна. Величина к. и. п. о. для хорошо работающих доменных печей равна 0,55—0,53 и даже ниже. При к. и. п. о., рав­ ном 0,55, производительность печи полезным объемом 1370 м3 составляет 2500 т/сутки. В СССР уже работают печи полезным объемом 3200 м3 и проектируются сверх­ мощные, полезный объем которых равен 5000 м3.

Расход кокса, идущего на выплавку 1 т чугуна для различных печей и различных марок чугуна, колеблется в пределах 470—630 кг. Уменьшению расхода дорого­

стоящего кокса и, следовательно, снижению себестоимо­ сти 1 т чугуна способствует использование в доменных печах природного газа (до 90 м3 на 1 т чугуна) и реже — мазута и угольной пыли, которые вместе с воздушным дутьем вдуваются в печь через фурмы.

Для интенсификации работы печи и уменьшения рас­ хода кокса, кроме указанных мероприятий, применяют и такие способы, как, например, обогащение дутья кис­ лородом (искусственное повышение содержания кисло­ рода в воздухе более 21%), применение комбинирован­ ного дутья, когда вместе с высокотемпературным обога­ щенным кислородом дутьем в печь вдувают еще и при­ родный газ. Кроме того, в настоящее время многие доменные печи работают с повышенным до 150— 200 кн/м2, или 1,5—2,0 ат, давлением на колошнике, что позволяет также улучшить работу печи, так как при этом можно увеличить количество дутья. Повышение давления газов на колошнике приводит к более рациональному использованию восстановительного газа — окиси угле­ рода внутри печи, а также к уменьшению выноса мелких частиц из печи вместе с отходящими газами.

Вследствие противоточного движения газов и мате­ риала шихты, большой высоты и полной герметичности рабочего пространства в доменных печах хорошо исполь­ зуется тепло топлива. Коэффициент полезного действия доменных печей достигает 0,76—0,88 и является одним из самых высоких по сравнению с к. п. д. других печей, при­ меняемых в черной металлургии.

5. Мартеновские печи

Мартеновские печи являются основным агрегатом для получения стали из жидкого чугуна и металлическо­ го лома.

На заводах, где наряду с мартеновскими есть доменные пе­ чи, основная часть чугуна расходуется на передел (передельный чу­ гун), т. е. на получение из него стали. В этом случае шихта марте­ новских печей состоит из 50—75% жидкого чугуна и 50—25% сталь­ ного лома (скрапа). Для интенсивного окисления примесей чугуна (углерода, кремния, марганца и др.) в ванну печи вводят окисли­ тель — кислород в виде окислов железа — различных руд. Такой процесс получения стали называется скрап-рудным. Если в составе шихты содержится 30—35% твердого чугуна, а остальное составляет скрап, то такой процесс получения стали называется скрап-процес­ сом.

В настоящее время для более интенсивного выжига­ ния примесей из чугуна и шихты в ванну мартеновской печи вдувают технически чистый кислород через спе­ циальные водоохлаждаемые кислородные фурмы. Фурмы вводят в печь через отверстия в своде.

Мартеновские печи делят на стационарные и качаю­ щиеся. У качающихся печей рабочее пространство может наклоняться в сторону разливочного пролета для выпус­ ка стали и в сторону печного пролета для спуска шлака. Качающиеся мартеновские печи обычно применяют для переработки чугунов с повышенным содержанием в них фосфора. Для удаления фосфора необходимо наводить в печи большое количество шлака и периодически его удалять, что и делают, наклоняя печь в сторону печного пролета. Эти печи удобны в работе и тогда, когда необхо­ димо выпускать металл отдельными порциями (напри­ мер, при фасонном литье, дуплекс-процессе и др.). Ка­ чающиеся печи удобны в эксплуатации, но сложны по конструкции и требуют больших затрат при строитель­ стве.

Основное количество мартеновской стали выплавля­ ют в стационарных печах.

Взависимости от материала футеровки подины печи разделяют на основные и кислые. Подину основных пе­ чей наваривают основным огнеупорным материалом — магнезитом или смесью магнезита с доломитом. В этих, наиболее распространенных печах, можно перерабаты­ вать разнообразную по составу шихту, загрязненную вредными примесями — серой и фосфором.

Подину кислых печей наваривают кварцевым песком (окисью кремния), содержащим минимальное количество посторонних примесей. Печи называют «кислыми» пото­ му, что окись кремния является кислым окислом в от­ личие от магнезита или доломита, которые представляют собой основные окислы.

Кислые печи применяют для выплавки высококачест­ венной легированной стали, поэтому в шихтовых мате­ риалах не должно содержаться таких вредных примесей, как сера и фосфор. В последнее время роль кислых пе­ чей заметно снизилась, поскольку теория и практика до­ казали возможность выплавки высококачественной ле­ гированной стали в основных мартеновских печах.

ВСССР эксплуатируют промышленные мартеновские печи емкостью от 5 до 900 т. Под емкостью (или садкой)

печи понимают массу чугуна и скрапа, загружаемых в печь для одной плавки. Скрап-процессом на твердой за­ валке работают мартеновские печи емкостью до 300 т, а скрап-рудным — на жидком чугуне — от 130 т и более. Из печей емкостью 600 и 800 т металл выпускают в два ковша емкостью 330 и 440 т каждый, а из печей 900 т —

втри ковша, каждый из которых емкостью 330 т.

Впечах емкостью 400 т и более выплавляют в основ­ ном рядовой и малолегированный металл, в печах мень­ шей емкости — качественные стали.

Особенностью конструкции мартеновских печей яв­ ляется наличие одной или двух пар регенераторов. Если печь отапливается смешанным газом, характеризуемым

сравнительно низкой теплотой сгорания (до 14600 кДж/м3 или 3500 ккал/м3), то для достижения вы­ сокой температуры газов в рабочем пространстве печи необходимо подогревать как воздух, так и газообразное топливо, для чего требуется две пары регенераторов. При

топливо не подогревается и, следовательно, печи обору­ дуют только одной парой регенераторов, так же как пе­ чи, отапливаемые мазутом.

На рис. 26 показана одна из конструкций стационар­ ной мартеновской печи, отапливаемой смешанным газом.

Мартеновскую печь условно разделяют на верхнее (выше рабочей площадки) и нижнее (ниже рабочей пло­ щадки) строение. Верхнее строение печи состоит из ра­ бочего пространства, головок и вертикальных газовых каналов.

Рабочее пространство — это та часть печи, где про­ текают процессы выплавки стали, сгорание топлива и пе­ редача тепла материалам шихты. Передача тепла в рабо­ чем пространстве осуществляется главным образом из­ лучением и незначительно конвекцией. В передней стенке рабочего пространства предусмотрены завалочные окна для загрузки шихты в печь, заливки чугуна и спуска шлака. Число окон нечетное для равномерной загрузки шихты по всей печи и колеблется от 3 (малые печи) до 7 (большие печи). В задней стенке сделаны отверстия для выпуска стали и шлака. Среднее окно служит также для обслуживания сталевыпускного отверстия. На некоторых печах жидкий чугун заливают через отверстие, располо­ женное в задней стенке рабочего пространства. Стены

печи выполнены наклонными, чтобы при заправке с них не ссыпались заправочные материалы.

Нижняя часть рабочего пространства, ограниченная подиной и откосами печи (нижней частью передней, зад­ ней и торцевых стенок), называется ванной. Ванна вме­

стальные плиты, образующие нижнюю часть завалочных окон. Для удержания более толстого слоя шлака на по­ роги насыпают слой дробленого доломита («ложные» пороги). Сверху рабочее пространство ограждают сво­ дом арочного типа. В своде сделаны отверстия, через которые в печь вводят кислородные фурмы для продувки ванны кислородом.

С торцевых сторон к рабочему пространству примы­ кают головки печи. Назначение головок двоякое: они служат для подвода в печь, смешения и сжигания топ­ лива, а также для отвода из печи продуктов сгорания топлива и технологических газов. Поэтому требования, предъявляемые к ним, носят противоречивый характер. С одной стороны, когда через головку в печь подается топливо и воздух, необходимо иметь для создания боль­ ших скоростей истечения газов, т. е. хорошего перемеши­ вания топлива с воздухом и получения жесткого факела, небольшую площадь сечения газовых каналов. С другой стороны, каналы малого сечения обладают большим гид­ равлическим сопротивлением в тот период, когда голов­ ка служит для отвода газов из печи. Правильный выбор конструктивных размеров головок печи особенно услож­ няется для печей, отапливаемых низкокалорийным топ­ ливом и оборудованных, следовательно, газовыми (для подогрева газообразного топлива) и воздушными (для подогрева воздуха) регенераторами. В этом случае го­ ловки должны быть так сконструированы и иметь такие размеры окон для выхода газа и воздуха, чтобы при про­ ходе через них продуктов сгорания обеспечивалось пра­ вильное их распределение между воздушными и газо­ выми регенераторами.

В СССР большинство печей, отапливаемых смешан­ ным газом, оборудовано трехканальными головками Вентури (рис. 27). Головки Вентури имеют длинный на­ клонный газовый канал 1, перекрытый футерованным изнутри и снаружи металлическим , водоохлаждаемым кессоном 2. Скорость газа на выходе из кессона состав-

I l