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

ляет 50—55 м/с, а скорость воздуха на выходе из голов­ ки 12—15 м/с. Название «трехканальная» объясняется тем, что топливо подводится по одному каналу, а воз­ дух — по двум другим 3.

Газ и воздух, поступая из вертикальных каналов и проходя через постоянно суживающиеся газовый и воз-

Рис. 28. Головка мазутной печи

душный пролеты, приобретают большую скорость (кине­ тическую энергию), что и способствует интенсивному перемешиванию и быстрому сгоранию топлива с правиль­ ным направлением факела.

Применение таких высококалорийных топлив, как природный газ и мазут, упрощает конструкцию головки и всей печи в целом, так как исключается потребность в регенераторах для подогрева топлива. Печи с такими го­ ловками оборудованы только одной парой регенераторов для подогрева воздуха.

На отечественных заводах мартеновские печи, рабо­

тающие на природном газе, мазуте или смеси мазута с природным газом, снабжены чаще всего двухканальны­ ми головками типа Вентуры, а также одноканальными, широко распространенными за рубежом. Некоторые пе­ чи, отапливаемые природным газом, временно работают на трехканальных головках, которые были поставлены еще до перевода на отопление природным газом.

Двухканальная головка Вентури отличается от трехканальной тем, что у нее отсутствует газовый вертикаль­ ный канал. Подогретый воздух подается по двум верти­ кальным каналам, а природный газ или мазут соответст­ венно— через горелку или форсунку, расположенные на разделительной стенке этих каналов (рис. 28). В однока­ нальных головках воздух подается не по двум, а по одно­ му вертикальному каналу. Эти головки отличаются наи­ более простой конструкцией. При отоплении печей, обо­ рудованных трехканальными головками, природным газом часть газа подают под большим давлением через

в бывший газовый вертикальный канал, причем труба соединена с каналом примерно на уровне рабочей пло­ щадки. Через бывший газовый регенератор подается воздух. Такая система подачи природного газа позволя­ ет перейти с отопления смешанным газом на природный газ без больших затрат на реконструкцию печи. Частич­ ное сгорание природного газа в газовом канале с выде­ лением тепла до его поступления в рабочее пространст­ во печи способствует разложению газа и образованию светящегося факела, характеризуемого высокой сте­ пенью черноты.

Вертикальные каналы мартеновских печей служат для соединения рабочего пространства со шлаковиками.

К нижнему строению печи относятся шлаковики, ре­ генераторы, дымовые борова, перекидные устройства.

Шлаковики предназначены для очистки уходящих из рабочего пространства газов от крупной пыли. Очистка основана на том, что газы, попадая в шлаковик, теряют свою скорость вследствие сильного и внезапного расши­ рения канала. Газы, движущиеся с небольшой скоростью, не могут увлечь за собой крупные частицы пыли, которые оседают на дно шлаковика. Частично очищенные газы изменяют на 90° направление своего движения и посту­ пают в регенераторы, где отдают свое тепло огнеупорной

насадке. Объем шлаковика должен быть таким, чтобы в нем умещалась пыль, оседающая за время межремонт­ ного периода (2—3 месяца).

Проходя через регенераторы, дымовые газы охлажда­ ются с 1500—1600 до 800—600 град. После перекидки клапанов, когда через разогретую насадку регенераторов пропускается воздух или газ, тепло насадки передается им, в результате чего температура воздуха или газа под­ нимается до 950—1150 град.

Борова предназначены для отвода продуктов сгора­ ния из генераторов и подвода к ним газа или воздуха.

Переключение регенераторов с нагрева на охлажде­ ние и наоборот осуществляется при помощи перекидных устройств — клапанов тарельчатого и золотникового ти­ пов и шиберов. Перекидка клапанов осуществляется ав­ томатически, а в необходимых случаях и вручную.

Футеровка печи, особенно рабочего пространства, ра­ ботает в очень тяжелых условиях. Вследствие механиче­ ских ударов и истирания, химического взаимодействия плавильной пыли и шлаков, высоких температур для кладки мартеновских печей необходимо применение вы­ сококачественных огнеупорных материалов. Чтобы пре­ дотвратить разъедание кладки основными окислами шла­ ка, рабочее пространство выполняют из основных огнеу­ поров. Под печи, заднюю и переднюю стенки, откосы выкладывают из магнезитового кирпича. В качестве тепловой изоляции используют шамотный и пеношамот­ ный кирпич, применяемые для наружных слоев кладки. Внутреннюю поверхность пода покрывают толстым сло­ ем магнезитовой наварки. Иногда подину печи не нава­ ривают, а набивают магнезитовым порошком.

Свод печи выкладывают из термостойкого магнезито­ хромитового кирпича. В процессе кладки свода между отдельными кирпичами устанавливают тонкие металли­ ческие прокладки, которые расплавляются при сильном разогреве свода, сваривая между собой отдельные кир­ пичи.

Головки и стены вертикальных каналов выкладыва­ ют из хромомагнезитового кирпича, стены шлаковиков и верхнюю часть стен регенераторов —из динасового кир­ пича с облицовкой хромомагнезитовыми изделиями. Об­ лицовка защищает кладку от вредного воздействия пла­ вильной пыли. Нижнюю часть стен и большую часть на­ садки регенераторов выполняют из шамотного кирпича.

Для верхних рядов насадки регенераторов используют форстеритовые или высокоглиноземистые огнеупоры, более устойчивые против агрессивного действия пла­ вильной пыли.

Борова и внутреннюю часть дымовой трубы футеру­ ют шамотным кирпичом.

Геометрические размеры печей определяются емко­ стью печи. Например, площадь пода печи на уровне по­ рога рабочих окон для 50-т печей равна 29 м2, для 500-т 94,5 м2; длина ванны составляет соответственно 8,65 и 16,15 м, ширина 3,35 и 5,85 м, глубина ванны в середине печи 600 и 1200 мм, высота свода над порогами рабочих окон 2,05 и 3,10 м.

6. Нагревательные колодцы

Нагревательные колодцы служат для нагрева слит­ ков массой не менее 2—3 т и толщиной свыше 350— 400 мм. Слитки нагревают перед прокаткой их на обжим­ ных станах-блюмингах и слябингах. Нагревательные ко­ лодцы— это наиболее пригодные печи для нагрева слит­ ков больших размеров. Это объясняется тем, что для ускорения и получения высокого качества нагрева слит­ ки большой массы и больших размеров необходимо греть с четырех сторон, располагая их вертикально. Вертикаль­ ное расположение позволяет максимально использовать поверхность нагрева слитков, а в нагревательных колод­ цах оно препятствует также смещению усадочной рако­ вины, облегчает транспортирование слитков, их загруз­ ку и выгрузку.

Нагревательные колодцы — как бы промежуточное звено между сталеплавильным и прокатным производст­ вом; к ним предъявляют следующие требования:

1)быстрый нагрев металла с целью обеспечения вы­ сокой производительности;

2)качественный нагрев металла — равномерный по высоте и сечению слитков без местных оплавлений;

3)простота конструкции, удобство эксплуатации;

4)полная механизация и автоматизация работы. Нагревательные колодцы должны обеспечивать ми­

нимальные затраты тепла на нагрев 1 т металла. Тепловая работа колодцев, представляющих собой

камерные печи периодического действия, характеризует­ ся переменным во времени тепловым и температурным

режимами. Колодцы загружают периодически после то­ го, как очередная порция металла (садка) выдана из печи. Колодцы могут работать как на холодном, так и на горячем посаде. При холодном посаде температура загружаемых слитков равна ~20°С; при горячем 750— 850° С. Работа колодцев на горячем посаде экономич­ нее. В этом случае частично используют тепло, которое металл получил в сталеплавильном агрегате.

Время нагрева металла в колодцах складывается из двух периодов:

1)нагрев;

2)томление (выдержка).

Нагрев выполняют так, чтобы в этот период темпера­ тура поверхности достигла заданной величины. Период томления необходим для того, чтобы выровнять темпера­ туру слитка по сечению. Естественно, чем длительнее выдержка, тем выше равномерность нагрева. На практи­ ке, однако, в прокатку выдают слитки с некоторой нерав­ номерностью температур, причем степень неравномерно­ сти зависит от марки стали и размеров слитка.

Длительность нагрева слитков и соотношение време­ ни нагрева и времени выдержки зависят от требуемой по технологии прокатки степени равномерности прогре­ ва и величины тепловой мощности колодца.

Величину тепловой мощности колодца принимают обычно равной (58—82) • ІО3 Вт, или (50—70) • ІО3 ккал/ч на 1 т слитков садки.

В качестве топлива для отопления колодцев может быть использовано любое топливо как высококалорий­ ное (природный газ, мазут), так и низкокалорийное (на­ пример, доменный газ).

Однако при отоплении низкокалорийным топливом с целью получения калориметрической температуры сго­ рания 2000—2100° С, необходимой для нормальной ра­ боты колодцев, требуется подогрев топлива и воздуха до 800—900° С. Рабочая температура в нагревательных колодцах составляет 1350—1400° С.

Для нагрева слитков применяют нагревательные ко­ лодцы следующих типов:

1)регенеративные;

2)рекуперативные (с отоплением из центра пода; с отоплением одной верхней горелкой; с отоплением двумя верхними горелками) ;

3)электрические нагревательные.

Регенеративные колодцы

Регенеративный колодец (рис. 29) состоит из рабоче­ го пространства, газовых и воздушных регенераторов, крышки, механизма для перемещения крышки, шлаков-

Рис. 29. Регенеративный колодец:

/ — крышка; 2 — напольный кран; 3 — газовые регенераторы; 4 — воздушные регенераторы; 5 — отверстия для шлака: 6 — шлаковыя

ни для транспортирования шлака, системы подачи газа и воздуха, системы отвода продуктов сгорания из печи.

Каждый нагревательный колодец называется ячей­ кой. Ячейки объединяют и они составляют группу. (Для регенеративных колодцев группа состоит из четырех ячеек). В ячейку сажается по 6—8 слитков массой 6— 7 т. Каждая ячейка оборудована самостоятельной систе­ мой питания газом и воздухом, боровами, механизмом передвижения крышки и системой контроля и регулиро­ вания тепловой работы.

Рабочее пространство колодца имеет форму паралле­ лепипеда. Наибольшая его длина 4,0—5,7 м. Колодец за­ крывается крышкой, откатываемой в сторону с помощью специального реечного механизма или напольного крана. Слитки загружаются клещевым краном.

С двух противоположных сторон рабочего простран­

ства расположено по Два регенератора для подогрева газа и воздуха. Ближе всего к рабочему пространству га­ зовый регенератор. Такое взаимное расположение реге­ нераторов предотвращает преждевременное воспламе­ нение газа и его горение над насадкой регенераторов.

Регенеративные колодцы отапливают обычно домен­ ным газом теплотой сгорания 3500—4400 кДж/м3, или 840—1050 ккал/м3. На некоторых заводах практикуется дополнительная подача в период нагрева коксового или природного газа, что приводит к увеличению теплоты сгорания топлива на 25—30%■ Иногда для отопления ко­ лодцев применяют и мазут, однако при этом ухудшает­ ся стойкость кладки и усложняется обслуживание.

Регенеративные колодцы работают реверсивно. Сна­ чала топливо и воздух поступают с одной стороны. Перед поступлением в рабочее пространство они проходят че­ рез регенераторы. Температура подогрева газа составля­ ет 800—1150° С, а воздуха 750—1150° С. Регенераторы снабжены насадкой Сименса с размером ячейки 65Х Х65 мм. Образующиеся при сгорании топлива дымовые газы проходят через другую пару регенераторов, нагре­ вая огнеупорную насадку. После того как насадка ре­ генераторов, через которую проходят газ и воздух, охла­ дилась и не может обеспечить необходимую температуру подогрева, происходит перекидка клапанов и изменение направления движения газа, воздуха и дымовых газов на противоположное.

Тепловая мощность действующих колодцев составля­ ет (4,1—8,2) м-Вт, или 3,5—7,0 Гкал/ч, а масса садки 45—80 т (на один колодец). В результате сгорания по­ ступает примерно 65% тепла, а вследствие подогрева га­ за и воздуха 35% всего тепла, получаемого колодцем.

Одним из способов повышения производительности колодцев является работа на горячем посаде. Большин­ ство регенеративных колодцев работает на горячем по­ саде, причем температура горячих слитков составляет 750—870° С, а доля слитков горячего посада достигает 95% массы всех слитков. При этом производительность одной группы составляет ~ 300000 т/год, а удельный расход тепла 1131,3 кДж/кг, или 270 ккал/кг.

В процессе нагрева слитков на подине рабочего про­ странства накапливается окалина (шлак), который уда­ ляется из регенеративных колодцев в жидком виде. Что­ бы облегчить удаление шлака, верхние слои подины вы­

кладывают из магнезитового кирпича, который не взаи­ модействует с окалиной, а на продольных стенках крайних колодцев группы устанавливают по одной шла­ ковой летке. Для предотвращения затвердевания шлака летки обогревают горелками, работающими на коксовом газе и компрессорном воздухе. Из средних колодцев жидкий шлак стекает к леткам через отверстия в раз­ делительных стенках.

Регенеративные нагревательные колодцы имеют два больших недостатка, из-за которых в настоящее время их не строят:

1)неравномерность нагрева;

2)сложность автоматического регулирования процес­ са нагрева.

Неравномерность нагрева вызвана тем, что слитки, расположенные ближе к работающим в данный момент на нагрев газа и воздуха регенераторам, греются интен­

сивнее, чем средние и удаленные от этого места слитки. Неодинаковые условия нагрева могут приводить даже к перегреву и оплавлению кромок слитков.

Сложность автоматического регулирования процесса нагрева объясняется невозможностью выбора представи­ тельной точки для измерения температуры газов в рабо­ чем пространстве вследствие реверсивного характера ра­ боты регенеративных нагревательных колодцев.

Более прогрессивными и совершенными являются ре­ куперативные нагревательные колодцы.

Рекуперативные нагревательные колодцы с отоплением из центра пода

Рекуперативные нагревательные колодцы с отоплени­ ем из центра пода (рис. 30) служат для нагрева слитков перед их прокаткой на блюминге, производительность которого составляет 2,5 млн. т/год.

Эти колодцы отапливают в основном смешанным га­

Тепловая мощность действующих колодцев составля­ ет (4,65—8,4) м-Вт, или (4—7,2) Гкал/ч, а масса садки на один колодец 45—105 т.

Группа состоит из двух колодцев. Воздух, идущий на горение топлива, подогревается до 650—850° С в трубча­

том керамическом рекуператоре с вертикально располо­ женными трубами. На некоторых заводах применяют также подогрев газа до 200—300° С в трубчатом метал­ лическом рекуператоре. В каждый колодец загружают по 12—16 слитков квадратного сечения, которые распо­ лагаются вдоль стенок рабочего пространства.

Воздух, пройдя через рекуператоры, попадает по двум

Рис. 30. Нагревательный колодец с отоплением из центра пода

сборным каналай к горелке, находящейся в центре пода. Газ подается к горелке по специальной трубе снизу вверх. Такая конструкция и расположение горелки обеспечива­ ют направленный снизу вверх факел. Поскольку рабочее пространство сверху закрывается футерованной огнеу­ порным кирпичом крышкой, то продукты сгорания уда­ ляются через окна, расположенные в нижней части ко­ лодца примерно на уровне пода. Прежде чем попасть в дымовую трубу, дымовые газы проходят через рекупера­ торы, отдавая воздуху часть своего тепла. j

При отоплении колодцев мазутом применяют много­ сопловые форсунки производительностью 500 кг/ч.

Рекуперативные колодцы с отоплением из центра по­ да работают, как правило, на горячем посаде. Масса горячих слитков составляет 90—95% массы всей садки. Годовая производительность одной группы колодцев со­

ставляет 220—270 тыс. т/год при удельном расходе теп­ ла 1047—1131 кДж/кг, или 250—270 ккал/кг.

Эти колодцы обеспечивают более высокое качество нагрева слитков, чем регенеративные. Связано это с тем, что слитки, располагаясь вдоль стен колодца вокруг центральной горелки, находятся примерно в одинаковых условиях. Однако слитки нагреваются неравномерно, особенно по высоте. Вследствие вертикального располо­ жения факела температура газов в верхней части рабо­ чего пространства выше па 100 град и более, чем в ниж­ ней. Это приводит к перегреву верха слитков при недогретой нижней части его.

Кладку колодцев выполняют из различных огнеупор­ ных материалов. Стены обычно выкладывают из динаса, подину — из шамота и хромомагнезита, крышку — из высокосортного шамота или каолинового кирпича.

Рекуператоры собирают из восьмигранных трубок — в каждом по шесть рядов. Материалом для трубок двух верхних и двух нижних рядов служит карбошамот, для двух средних рядов — шамот.

Главный недостаток колодцев с отоплением из центра пода в плохой герметичности рекуператоров. Несмотря на то, что при сборке рекуператоров обращают самое серьезное внимание на устранение неплотностей в сты­ ках между трубками, полностью ликвидировать неплот­ ности не удается. Неплотности увеличиваются в процес­ се эксплуатации рекуператоров под действием колебаний температуры (термических ударов). Нарушение герме­ тичности рекуператоров приводит к утечкам воздуха в дымовой тракт. Возникновение утечек объясняется тем, что воздух в рекуператор поступает под давлением, в ре­ зультате чего между дымовой и воздушной сторонами рекуператора создается перепад давлений, достигающий 196 Н/м2, или 20 мм рт. ст. Иногда утечка составляет 40—50% всего количества воздуха, поступающего в ре­ куператор, что отрицательно влияет на тепловую работу колодцев. Поэтому разрабатывают и используют различ­ ные способы борьбы с утечками воздуха в рекуператорах.

Шлак из колодцев с отоплением из центра пода уда­ ляется как в сухом, так и в жидком виде. Если колодцы работают с сухим шлакоудалением, то шлак вместе с на­ сыпанным на подину коксиком специальным инструмен­ том сгребается к леткам, а затем удаляется от колодцев гидросмывом. Система жидкого шлакоудаления такая