§ 1. Конструкция и работа мартеновской печи

На рис. 102 схематически показана мартеновская печь в тот момент, когда топливо (газ) и воздух поступают с правой стороны печи. Проходя через предварительно нагретые насадки регенераторов (воздух через воздушный регенератор, газ через газовый), воздух и газ нагреваются до 1000–1200 °С и в нагретом состоянии через головку попадают в печь. При сгорании топлива образуется факел с температурой 1800–1900 °С. Пройдя головку, расположенную в противоположной стороне печи, раскаленные продукты сгорания попадают в другую пару насадок регенераторов и по системе боровов уходят к трубе. При этом насадки регенераторов нагреваются. При такой работе насадки регенераторов правой стороны постепенно охлаждаются, а насадки регенераторов левой стороны нагреваются. В момент, когда

Рис. 102. Современная мартеновская печь:

1 – головка; 2 – вертикальный канал; 3 – шлаковик; 4 – борова; 5 – насадка газового регенератора; 6 – сталевыпускное отверстие; 7 – отверстие в задней стенке печи для спуска шлака; 8 – под; 9 – завалочные окна; 10 – передняя стенка; 11 – задняя стенка; 12 – рабочее пространство; 13 – свод; 14 – регенераторы (газовый и воздушный); А – поперечный разрез рабочего пространства печи; Б – разрез по "головке" печи

344

регенераторы, через которые проходят в печь воздух и газ, уже не в состоянии их нагревать до нужной температуры, а регенераторы, через которые из печи уходит дым, перегреваются, осуществляется изменение направления движения газов печи. Для изменения направления движения газов предусмотрены перекидные клапаны (рис. 103), а операцию называют перекидкой клапанов. Холодный воздух и газ направляются через хорошо нагретые левые регенераторы, а продукты сгорания уходят в правую сторону печи, постепенно нагревая остывшие правые регенераторы, затем цикл повторяют. Через некоторое время наступает момент, когда направление движения газов опять изменяется и т.д.

Энтальпия продуктов сгорания Я равна произведению массы продуктов сгорания т на их теплоемкость С и температуру t, т.е. Я = Cmt, откуда t = Н/Ст. Энтальпия Я складывается из химического тепла сгорания топлива Я_хт, тепла нагрева воздуха Я_{н в} и тепла нагрева газа Я_{н г}, т.е. Я = = Я_{х т} + Я_{н в} + Я_{н г}; соответственно t = (Я_{х т} + Я_{н в} + + Я_н._г)/С/и.

Таким образом, при нагреве поступающих в печь газа и воздуха обеспечивается достаточно высокая температура факела (> 1800 °С). Чем выше удается повысить температуру поступающих в печь газа и воздуха, тем выше температура факела и тем лучше работает печь.

Повысить температуру факела можно и другим способом – заменить весь воздух или часть его кислородом. Тогда в формуле t = Н/Ст уменьшается знаменатель (уменьшается т)

Рис. 103. Схема перекидных устройств:

1, 7 – газовые клапаны (перекидные клапаны на пути движения газа; 2, 8 – задвижки (шиберы) на каналах (боровах) от газовых регенераторов; 3, 4 – воздушные клапаны; 5, 6 – задвижки на клапанах от воздушных регенераторов; 9 – регулировочная задвижка (шибер); 10 – задвижки на борове трубы; 11 – задвижки на борове к котлу утилизатору; 12 – регулирующие колонки

345

и соответственно возрастает температура. На каждый объем подаваемого с воздухом кислорода поступает 3,762 объемов балластного азота. Обогащение воздуха кислородом приводит к уменьшению количества продуктов сгорания (при том же количестве теплоты, выделенной топливом) и соответственно повышается температура.

Повышая постепенно степень обогащения (вплоть до полной замены воздуха кислородом), можно добиться достаточно высокой температуры факела без предварительного подогрева газа и воздуха (или смеси воздуха и кислорода). В этом случае регенераторы оказываются ненужными.

В мартеновской печи газы попадают сначала в шлаковик, а уже затем в регенератор. Шлаковики служат для улавливания плавильной пыли и шлаковых частиц, уносимых продуктами сгорания из рабочего пространства, и тем самым предохраняют насадки регенератора от засорения. Сечение шлаковика гораздо больше сечения вертикального канала, поэтому при попадании дымовых газов в шлаковик их скорость резко уменьшается и, кроме того, меняется направление движения газов. Это приводит к тому, что значительная часть (50–75 %) плавильной пыли оседает в шлаковиках.

Из рабочего пространства печи дымовые газы выходят с температурой 1680–1750 °С, из шлаковика в регенератор – с температурой 1500–1550 °С. Пройдя насадку регенератора, они охлаждаются до 500–700 °С. Обычно стремятся использовать тепло отходящих газов, направляя их по системе боровов в котел-утилизатор.

Если по какий-либо причинам котел-утилизатор не установлен или находится на ремонте, дымовые газы по боровам направляют в трубу.

В зависимости от вида топлива и его теплоты сгорания мартеновские печи могут иметь две пары регенераторов – для подогрева воздуха и газа (при отоплении печи газом с невысокой теплотой сгорания) или одну пару регенераторов (если печь отапливается топливом с высокой теплотой сгорания, подогрев которого не нужен или трудно осуществим).

В зависимости от вместимости мартеновские печи делят на печи малой (^ 125 т), средней (125–300 т) и большой (> 300 т) вместимости. Выпуск металла из большегрузных печей производится обычно одновременно в два ковша (в исключительных случаях – в три).

346

Под вместимостью обычно понимают массу загруженной в печь металлошихты. Массу вводимых в печь по ходу плавки добавочных материалов при этом не учитывают.