книги из ГПНТБ / Гилод В.Я. Сжигание мазута в металлургических печах
.pdfпечь непрерывного действия для плавления лома с при менением мазутных форсунок, работающих на холод
ном дутье £256].
Печь (рис. 92) состо ит из металлической шах ты конической формы, переходящей снизу в фу терованную горновую часть с четырьмя симмет рично расположенными мазутными форсунками, снабженными индивиду альными камерами горе ния. Горн соединен кана лом с обогреваемым копильником. Предусмотре на возможность подачи в горновую зону и в копильник пылеугольного топлива.
Принцип действия пе чи заключается в рас плавлении лома в горно вой части шахты с после дующим науглерожива нием металла углем, а также .раскислением и ра финированием расплава. Особенностью технологии является разделение про цессов тепловой обработ ки (нагрева и плавления), осуществляемых в шахте над уровнем жидкой ван
ны, и химических процессов (науглероживания и десульфурации расплава, восстановления окислов железа), протекающих в жидкой фазе при высоких температурах, что обеспечивает их высокую интенсивность.
Производительность мазутных форсунок, |
установ |
|
ленных в горновой зоне, по 100—200 кг/ч; расход |
топ |
|
лива на обогрев копильника 150—200 кг/ч. В |
процессе |
|
наладки печи камеры горения горновых форсунок |
усо |
|
вершенствовали с целью улучшения смешения |
топлива |
|
с воздухом и интенсификации |
горения. |
Установлено, |
|
что 'В пусковой период желательно иметь длинный |
слабо |
||
окислительный факел, а после появления |
расплава, в |
||
течение всего периода стабильной работы, |
факел |
дол |
|
жен быть концентрированным, |
коротким |
и высокотем |
|
пературным. 'Следовательно, |
горелочные |
устройства |
|
должны обеспечивать широкий диапазон регулирования параметров факела. Наиболее подходящими с этой точ ки зрения являются форсунки высокоинт&нсивного го рения (см. гл. I I I ) .
Плавка в печи 20—70 т шихты, |
состоящей |
целиком |
|
из стального |
лома, завершилась |
успешно. |
Удельный |
расход мазута |
составлял 50 кг на |
1 г лома. |
Целесооб |
разны подогрев дутьевого воздуха и обогащение дутья
кислородом в количестве до 0,5 м3 |
на 1 кг мазута. В усо |
|
вершенствованной печи возможно |
получение расплава |
|
с содержанием углерода 0,8—!1,0%. Добавка в |
шихту |
|
10—20% чугуна улучшает показатели процесса. |
|
|
Возможность переработки любых количеств |
лома |
|
имеет важное значение для осуществления |
непрерывных |
|
сталеплавильных |
процессов, к которым |
принадлежит |
и так называемый |
ФОС-процесс (по первым буквам ан |
|
глийских терминов, обозначающих характерные призна
ки |
процесса: |
Fuel — Oxygen—Scrap), являющийся |
|
пока |
единственным осуществленным в |
промышленных |
|
масштабах процессом плавки металла в |
цилиндриче |
||
ской печи исключительно на топливо-кислородном ото плении.
В ФОС-процессе с успехом применяют сводовые то роидальные горелочные устройства, которые можно пе
ремещать по отношению к расплавляемому |
материалу |
|||
или к ванне, изменяя при этом конфигурацию и |
длину |
|||
факела. Процесс получения продукта с |
повышенным |
|||
содержанием углерода |
(до 1,0%) |
более успешно |
проте |
|
кает при использования |
мазута, |
чем при |
использова |
|
нии природного газа. |
|
|
|
|
Имеются сведения [247] о переоборудовании в Вели кобритании 70-т электропечи на ФОС-процесс. На печи устанавливают три мазуто-кислородные форсунки. Ожи
дается, что при переходе на крупный |
промышленный |
агрегат расход условного топлива может |
быть снижен |
до 126—140 кг/т, а кислорода — до 140 м3 на 1 т стали:
В |
этом |
случае ФОС-процесс сможет конкурировать |
|
с |
процессом переплавки |
скрапа в дуговых электро |
|
печах. |
|
|
|
|
|
6. НАГРЕВ МЕТАЛЛА |
|
|
|
Нагревательные |
колодцы |
Специфика тепловой работы нагревательных колод цев, обслуживающих обжимные станы, определяется сортаментом нагреваемых изделий. Нагрев слитков большой массы (от 2 до 25 т) и толщины (более 350— 400 мм) предпочтительно осуществлять «а газообразном топливе. Использование мазута в нагревательных ко лодцах 'Возможно, но связано с усложнением эксплуа тации (пониженная стойкость кладки, оплавление слит ков и т. п.). Вместе с тем применение жидкого топли ва может быть вынужденным, и в этих случаях необ ходимо находить наиболее рациональные технические решения.
В отечественных нагревательных колодцах с отопле нием из центра подины применяют многосопловые фор сунки высокого давления [257] — по одной форсунке производительностью 500—750 кг/ч .на каждую ячейку колодца. Более совершенной организации сжигания то плива при такой конструкции (рис. 93) способствуют следующие факторы: предварительное образование -в эмульсионной камере воздухоили паро-мазутной эмульсии (в зависимости от вида распылителя) и раз-
Ф1"
Рис. 93. Многосопловая |
форсунка |
производительностью |
|
500 кг/ч: |
|
1 — мазут; 2 — распылитель; 3 — |
шток регулировочного мазутного кра |
на; 4 — эмульсионная камера; |
5 — выходные сопловые отверстия |
деление полученной эмульсии на несколько |
струй |
(на |
|||||
рисунке—восемь). Паровые многоструйные |
'форсунки |
||||||
производительностью |
от 12 до |
125 |
кг/ч |
применяют |
так |
||
же на малотоннажных нагревательных колодцах |
ряда |
||||||
металлургических заводов в Великобритании. Для |
на |
||||||
гревательных колодцев очень |
важна |
возможность ус |
|||||
тойчивой |
работы многосопловых |
форсунок |
в большом |
||||
диапазоне |
нагрузок |
(до 1:6), |
характерном |
для камер,- |
|||
ных печей периодического действия.
В тех случаях, когда отсутствуют горелочные уст ройства, обеспечивающие бесперебойную работу в необ ходимом диапазоне производительности, в нагреватель ном колодце устанавливают несколько форсунок раз личной мощности. Например, в колодце с камерой
удлиненной формы с фронта могут располагаться |
две |
|
высоко-производительные форсунки, включаемые |
лишь |
|
в период нагрева, а |
между ними — форсунка |
малой |
производительности, |
работающая во время выдержки, |
|
после отключения .мощных форсунок. Горелочные уст ройства могут быть установлены и на противоположных стенках камеры колодца.
Рис. 94. Мазутная форсунка с регулируемой энергией факела:
/ — ввод м а з у т а ; 2 |
— тройник д л я |
ввода аксиального |
потока |
воздуха; |
||||
Л — в ы х о д н ы е |
отверстия |
малого |
сечения; |
4 — кольцевая магистраль |
||||
аксиального |
потока |
воздуха; 5 — ввод |
периферийного |
потока |
в о з д у х а ; |
|||
5 — м а з у т н а я |
трубка; 7 — п а т р у б о к |
из |
огнеупорного |
материала; 8— |
||||
периферийные каналы |
большого |
сечення; |
Я — горелочный |
туннель |
||||
Предложены1 горелочные устройства, сохраняющие неизменной кинетическую энергию факела во всем диа пазоне производительности. В одной из подобных фор
сунок |
(рис. 94) |
имеются |
две магистрали |
для |
воздуха. |
|
В период нагрева, когда |
расход |
топлива |
максимален, |
|||
воздух |
подают |
в камеру |
колодца |
по патрубку |
'большого |
|
диаметра 5, через отверстия 8. Во время томления, од новременно с сокращением подачи топлива, начинают вводить воздух только по кольцевому сечению 4 и да лее— через отверстия малого сечения 3. Расчетные вы
ходные скорости воздуха в обоих |
случаях |
одинаковы, |
|
благодаря чему |
энергия факела в течение всего перио |
||
да пребывания |
слитков в колодце |
оказывается доста |
|
точной для равномерного их омывания. |
|
||
Раздельный |
ввод воздуха осуществлен |
и в горелоч- |
|
ном устройстве, |
запатентованном |
в Великобритании2 |
|
Распыленное топливо из сопла форсунки высокого дав ления 1 (рис. 95) поступает в горелочный туннель 2.
Рис. 95. Газо-мазутная горелка для нагреватель ных колодцев
1 Патент США № 3418062, 1968.
2 Патент .(англ.) № 1114.9389, '1969.
Длина факела в ходе нагрева регулируется путем . из
менения |
условий |
перемешивания |
топлива |
с |
воздухом. |
|||
С этой целью подвод воздуха осуществлен |
раздельно: |
|||||||
первичного—по |
каналу 4, вторичного — по |
|
каналу |
3. |
||||
Из канала 4 воздух поступает в конфузор 5, |
непосред |
|||||||
ственно |
окружая |
струю распыленного |
топлива, а |
из |
||||
канала |
3 — в периферийные |
отверстия |
6. |
Распределе |
||||
ние воздуха между двумя каналами |
(при общем задан |
|||||||
ном количестве) |
регулируется |
клапанами, |
установлен |
|||||
ными на магистралях 3 и 4. Показанное |
|
на |
рисунке |
|||||
горелочное устройство приспособлено для |
совместного |
|||||||
или попеременного сжигания жидкого и газообразного топлива. Газ подают в туннель 2 из кольцевого коллек тора 7 по радиальным каналам 8. Взаимно перпенди кулярное направление движения газа и воздуха обеспе
чивает хорошее их перемешивание |
и высокую стабиль |
|||
ность газового или газо-мазутного |
факела |
даже |
при |
|
посадке холодных слитков. |
|
|
|
|
Методические |
печи |
|
|
|
Методические печи |
применяются |
для |
нагрева |
ме |
талла перед прокаткой на листо-, |
сортопрокатных |
и |
||
проволочно-штрипсовых станах: в отечественной метал
лургии ими оборудовано |
90% |
указанных |
станов. По |
|
данным обследования, |
проведенного |
Стальпроектом и |
||
'В'НИИМТ [258], на мазуте работает |
15,2% |
методиче |
||
ских печей и еще 7,8% |
печей |
используют |
комбиниро |
|
ванное газо-мазутное топливо, которое |
в ряде случаев |
|||
дает хорошие результаты. Эффект от |
использования |
|||
комбинированного топлива наиболее ощутим в случае
применения газов с малой и средней теплотой |
сгора |
||||
ния (доменный, коксовый газы и их смеси). |
|
|
|
||
В двухзонных печах с монолитным подом, при рас |
|||||
положении торцовых горелочных устройств |
в два ряда, |
||||
газовые горелки целесообразно устанавливать в |
ниж |
||||
нем ряду, а мазутные форсунки — в |
верхнем, |
удалив |
|||
таким образом мазутный факел от |
непосредственного |
||||
соприкосновения с нагретым |
металлом и обеспечив |
в |
|||
то же время хорошие условия |
для прогрева |
металла |
в |
||
методической и сварочной зонах. Сжигание газа в ниж
нем |
ряду горелок |
способствует быстрому выравнива |
нию |
температур по |
толщине заготовок перед выдачей |
металла из печи. На печах |
Магнитогорского |
метал |
лургического комбината при |
нагреве заготовок |
сечени |
ем от 60X60 до 120X120 мм такое распределение топ лива позволило повысить производительность печей «а
5—15% |
[222]. (Доля мазута в тепловой нагрузке зависела |
||||
от размеров |
заготовки |
и |
сортамента проката. При |
||
прокатке полосы и штрипса |
из заготовок |
толщиной от |
|||
66 до |
120 мм |
(температура |
металла перед |
прокаткой |
|
1050—:1'1О0°С) |
70—75% |
тепловой нагрузки |
печей при |
||
ходилось на долю жидкого топлива; нагрев тонких заго
товок (60Х'60 мм) для станов, |
производящих |
профиль |
||
ный прокат |
(температура |
нагрева 11'50—1230°'С), осу |
||
ществляли |
со следующим |
распределением |
тепловой |
|
нагрузки: мазут—около |
40%, |
остальное — смешанный |
||
коксо-доменный газ с низшей теплотой сгорания |
9,2— |
||||
10,0 Мдж/м* (2200—2400 ккал/м3). |
|
|
|
|
|
В двухзонных печах с нижним обогревом при газо |
|||||
мазутном отоплении форсунки устанавливают |
|
как в |
|||
верхней, так и в нижней сварочных зонах. При |
двух |
||||
рядном расположении |
горелочных |
устройств |
рекомен |
||
дуется, как и в печах |
с монолитным |
подом, |
располагать |
||
газовый факел между |
мазутным факелом |
и |
нагревае |
||
мыми заготовками. Расход мазута на верхнюю и ниж нюю зоны примерно одинаков. Опыт эксплуатации ме тодических печей ММК показывает, что при двусторон
нем нагреве заготовок толщиной |
80—'120 мм доля ма |
|
зута в тепловой нагрузке может |
составлять |
80—85% |
(остальное — смешанный газ). Перевод печей |
с отопле |
|
ния смешанным газом на комбинированное топливо дал прирост производительности на 3—6%.
В трех- и многозонных печах зону томления целесо образно отапливать газом. При отсутствии газообраз ного топлива необходимо использовать мазутные фор
сунки, |
дающие |
мягкий полупрозрачный |
факел, |
анало |
|
гичный |
факелу |
газообразного топлива |
(см. |
гл. I I I ) . |
|
Применение в томильной зоне мазутных |
форсунок вы |
||||
сокого давления обычных конструкций приводит к |
оп |
||||
лавлению заготовок, зарастанию подины |
окалиной |
и |
|||
быстрому разрушению стен и свода зоны. В то же вре
мя комбинированный нагрев |
(томильная зона — на га |
зе, сварочные — на мазутном |
или газо-мазутном топли |
ве) там, где он возможен, дает большие преимущества. В трехзонных печах ММК с газо-мазутным отоплением
лр'И нагреве заготовок толщиной 95—120 мм и коэффи циенте использования пода не более 0,83 достигались величины напряженности активного пода порядка 650— 700 кг/(м2-ч), тогда как при отоплении смешанным га зом съем металла с 1 ж2 пода даже при форсировании тепловых нагрузок не превышал 600 кг/ч.
В комбинированных горелочных устройствах мазут ные форсунки обычно устанавливают вдоль оси корпу са газовых горелок—так, как это сделано в газо-ма- зутной горелке ММК (см. рис. 56).
В печах большой ширины с водоохлаждаемыми •глиссажными трубами равномерное распределение вво да топлива по ширине печи не устраняет неравномер ность распределения температур по длине заготовок (слябов): торцы их нагреваются значительно быстрее,
чем участки над и 'между |
глиссажными трубами. В свя |
|
зи с этим в ряде |
случаев |
оказывается целесообразным |
резко уменьшить |
число форсунок, сконцентрировав ос |
|
тавшиеся |
поблизости |
от продольной |
оси печи. |
Так, на |
|||||
одной |
из |
трехзонных |
печей |
ММК замена |
шести |
фор |
|||
сунок |
сварочной |
зоны |
с производительностью |
по |
|||||
150 кг/ч |
двумя (каждая по 500 кг/ч) |
привела |
к увели |
||||||
чению напряженности активного пода печи |
на |
30% и |
|||||||
снижению удельного расхода топлива на |
6,-3% |
[222]. |
|||||||
Износ кладки при этом не |
увеличился, |
температура |
|||||||
отходящих газов |
в районе |
загрузки |
металла практиче |
||||||
ски не изменилась.
На печах с мазутным отоплением тип форсунок для сварочных зон следует выбирать в зависимости от дли ны обогреваемого участка. Печи больших размеров не
обходимо оборудовать длиннофакельными |
форсунками |
||||||
высокого давления (конструкции |
В. Г. Шухова, |
Днепро |
|||||
петровского |
металлургического |
института, |
|
системы |
|||
Стальпроекта |
с двойным распиливанием |
и т. п.), на не |
|||||
больших печах |
возможно применение |
короткофакель- |
|||||
ных форсунок |
высокого и низкого давления |
(например, |
|||||
системы А. И. |
Карабина). Форсунки |
сварочных |
зон |
||||
целесообразно |
устанавливать под углом |
к поверхности |
|||||
металла, чтобы интенсифицировать нагрев |
благодаря |
||||||
использованию |
направленного теплообмена. |
Угол |
на |
||||
клона обычно составляет 10—15°; оптимальная |
величи |
||||||
на его должна |
быть определена |
экспериментально, с |
|||||
учетом конструктивных и технологических особенностей печи.
В последнее время проявляется интерес к интенсифи кации работы печей путем установки в методической зо не дополнительных сводовых горелочных устройств. Ввит ду небольшой высоты зоны сводовые форсунки обяза тельно должны быть короткофакельными. Для этой це ли могут быть, например, рекомендованы тороидальные горелочные устройства, обеспечивающие высокую ста бильность горения топлива в пространстве, постоянно охлаждаемом при поступлении в печь холодного метал ла. Подобное горелочное устройство для методических печей, работающих на природном газе, исследовано на огневом стенде [259]. Длина факела горелки производи тельностью 63—75 м3 природного газа в час не превы шала 400—600 мм. Распределение температуры по ра диусу факела уже на расстоянии более двух калибров от выходного сечения горелки было практически равно мерным.
Печи с шагающим подом
В печах с шагающим подом целесообразный выбор системы отопления является одной яз важнейших проб лем. Горелочные устройства, устанавливаемые обычно на боковых стенах печей, должны обеспечивать равно мерный нагрев по всей ширине печи, что при нагреве длинных заготовок осуществить достаточно сложно.
Применительно к печи для нагрева слябов малоугле родистой стали толщиной 100—400 мм, строящейся на одном из заводов Великобритании [260], разработана комбинированная .газо-мазутная горелка с регулируемой длиной факела (рис. 96). Горелка выполнена в виде кон
центрически |
расположенных |
магистралей: |
|
мазутной |
(центральной) |
и двух газовых |
(аксиальной |
и |
радиаль |
ной) с независимым регулированием. Каждая |
из газо |
|||
вых магистралей снабжена индивидуальным |
регулирую |
|||
щим клапаном, но приводы этих клапанов сблокирова
ны |
между |
собой с углом |
сдвига фаз 90° таким |
обра |
|||
зом, |
что когда один |
из них полностью открыт, |
другой |
||||
полностью |
закрыт. |
Клапаны, в свою очередь, связаны |
|||||
с главным |
газовым |
клапаном, |
изменяющим |
тепловую |
|||
нагрузку на данную |
зону |
печи. |
При подаче |
от системы |
|||
автоматического регулирования команды на снижение тепловой нагрузки в зоне доля аксиального газового потока в общем расходе газа возрастает, благодаря че му длина факела оказывается не зависящей от расхода топлива. При минимальной тепловой нагрузке доля ак сиального газового 'потока в горелке максимальна, а ра диального— минимальна; в противном случае — наобо рот. Печь условно (пережимы свода отсутствуют) раз делена «а шесть зон регулирования, в каждой из кото рых по четыре горелки, расположенные в шахматном порядке над и под транспортируемым металлом. Сред
ний расход тепла на |
печь —81,5 Мет |
(70 |
Гкал/ч), |
мак |
|
симальный—116,3 Мет (100 |
Гкал/ч). |
Удельный |
расход |
||
тепла на нагрев 1 кг |
металла |
2,3 Мдж |
<(Б5д |
ккал). |
Сред |
няя производительность печи 125 т/ч. |
|
|
|
||
Печь аналогичная |
по конструкции, но |
с 32 газо-ма- |
|||
зутными горелками построена в Великобритании для на грева слябов толщиной 350 мм и длиной 10 м. Произво
дительность |
печи 300 т/ч, расход тепла 205 Мет |
(175 Гкал/ч) |
£261]. |
Разнообразна система отопления высокопроизводи тельной (365 т/ч) печи с шагающим подом, предназна ченной для обслуживания листопрокатного стана 2200.
Рис. 96. Газо-мазутная горелка с регулируемой длиной факела:
1 _ воздух; 2 — газ; 3 — мазут; |
4 — гляделка; 5 — запальник |
10 Зак . 530 |
249 |