1.2 Дожигание продуктов неполного сгорания в нагревательных печах

При нагреве сталь взаимодействует с печной атмосферой и в результате окисляется. При каждом таком нагреве в окалину переходит 1% металла, а чаще 1,52%, иногда и больше. Учитывая, что при получении изделий сталь приходится нагревать несколько раз, можно считать, что в результате окисления около 36% получаемой продукции теряется в виде окалины. Кроме того, окалина, образующаяся на поверхности нагреваемого металла, вызывает порчу поверхности оборудования, применяемого при обработке металла давлением, и быстрый его износ. Окалина является причиной брака в тех случаях, когда она при горячей обработке заготовок закатывается или заштамповывается внутрь металла. При производстве продукции некоторых видов окалину приходится удалять травлением в специальных растворах, что значительно усложняет и удорожает производство, а также создает экологические проблемы.

Применяемые меры против окисления металла при нагреве стали можно разделить на две группы. К первой относятся такие методы, которые способны уменьшить угар на 1030%. К этим способам относятся улучшение условий эксплуатации печей и сжигания топлива, улучшение герметичности кладки, автоматизация, применение скоростного нагрева и др.

Ко второй группе относятся более эффективные методы, позволяющие полностью или почти полностью ликвидировать угар. Среди этих методов наиболее осуществимыми на практике являются электрический индукционный нагрев и нагрев в продуктах неполного сгорания топлива.

В работе /14/ указывается, что весьма перспективным с точки зрения снижения окалинообразования представляется индукционный нагрев, причем наиболее экономически выгодной является следующая технология: нагрев металла производится в пламенной печи до температуры 700800 ⁰С, при которой окалинообразование незначительно, а затем используется индукционный нагрев до температуры прокатки (11501250 ⁰С). За счет использования индуктора сокращается общее время нагрева, потери металла с окалиной оказываются на уровне 0,5%. Значительное распространение индукционный нагрев получил в трубном производстве.

Метод нагрева металла в продуктах неполного сгорания топлива начал развиваться с 60-х годов прошлого века и заключается в следующем /15-23/: на первой стадии процесса в той области рабочего пространства печи, где велика опасность окисления поверхности металла, осуществляется сжигание топлива с недостатком окислителя. Если при этом в процессе сжигания используют низкие значения коэффициента расхода окислителя, может оказаться необходимым его подогрев до высоких температур, либо применение достаточно высоких степеней обогащения воздуха кислородом. При обогащении до 30% температура подогрева воздуха может быть снижена до уровня 200300 ⁰С, а при 40% обогащении допустимо применять холодный окислитель. При сжигании метаносодержащих газов при значениях коэффициента расхода окислителя, меньших единицы, применение кислорода не только повышает температуру в зоне горения, но и благоприятно сказывается на качестве сжигания топлива (уменьшается содержание в продуктах неполного сгорания свободного метана и сажистого углерода) /15/.

На второй стадии осуществляется дожигание образовавшихся на первой стадии продуктов неполного сгорания таким образом, чтобы суммарный коэффициент расхода окислителя составлял величину, не меньшую 1,05. Для дожигания продуктов неполного сгорания обычно используют струйную технологию /15-17, 19, 24-25/.

Применение струйного дожигания не является удачным решением проблемы, так как, во-первых, не обеспечивает полное перемешивание печных газов с окислителем, во-вторых, может привести к нежелательному контакту окислителя с нагреваемым металлом, в-третьих, струйная подача вторичного окислителя (воздуха) не может обеспечить рациональную схему движения газов в печи, гарантирующую эффективное и полное дожигание продуктов неполного сгорания, а также интенсивную передачу теплоты, выделившейся при сгорании топлива, к нагреваемому металлу.

Хотя первоначальная задача метода связана с мерами, применяемыми для уменьшения окисления стали в печах перед ее обработкой давлением, в данный момент технология двухстадийного сжигания топлива широко применяется в теплоэнергетике и в металлургии как средство подавления образования оксидов азота. Применение кислорода также способствует снижению концентрации оксидов азота в отходящих печных газах за счет снижения содержания азота в окислителе.