книги из ГПНТБ / Блинов О.М. Основы металлургической теплотехники
.pdfО.М. БЛИНОВ Ю.Д. ГЛЕБОВ
И.А.ПРИБЫТНОВ
ОСНОВЫ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
ОСНОВЫ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
Москва «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1973
УДК 669 : 66015 |
|
|
|
|
Основы металлургической теплотехники. |
Б л и н о в |
О. |
М., |
Г л е - |
б о в Ю. Д., П р и б ы т к о в И. А. М., |
«Металлургия», |
1973, |
280 с. |
|
В книге освещена роль теплотехники в металлургии. Изложены |
||||
основы печной теплотехники. Описано печное и газовое |
хозяйство |
|||
заводов черной металлургии. Рассмотрены методы |
измерений, |
кон |
струкции контрольно-измерительных приборов и регуляторов. Опи сан существующий уровень автоматического регулирования тепло вых процессов и пути дальнейшего развития управления работой металлургических печей.
Книга предназначена для рабочих ведущих профессий металлур гического производства, учащихся профессионально-технических учи лищ и широкого круга читателей, итересующихся вопросами метал лургической теплотехники. Ил. 94. Табл. 4. Список лит.: 3 назв.
1*
(g) Издательство «Металлургия», 1973
В ведение................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
Г л а в а |
I. Роль |
тепловой |
энергии в производстве металлов . |
7 |
||||
|
1. Металлургия — основанародногохозяйства . . . |
7 |
||||||
|
2. Тепло |
и |
металлы .......................................................... |
|
12 |
|||
|
3. Учение |
о теп л е ............................................................... |
|
18 |
||||
Г л а в а |
II. Способы |
получения |
т е п л а ....................................... |
23 |
||||
|
1. Сжигание |
|
то п л и ва..................................................... |
23 |
||||
|
2. Устройства |
для |
сжиганиятоплива............................ |
32 |
||||
|
3. Э лектронагрев............................................................... |
|
36 |
|||||
|
4. Плазменный |
нагрев..................................................... |
42 |
|||||
Г л а в а |
ІИ. Т еплопередача............................................................. |
|
45 |
|||||
|
1. Теплопроводность............................................................... |
|
45 |
|||||
|
2. Конвекция |
....................................................... |
|
|
5 |
|||
|
3. Тепловое |
излучение.......................................................... |
58 |
|||||
|
4. Сложный |
теплообмен..................................................... |
64 |
|||||
Г л а в а |
IV. Механика |
г а зо в ............................................................. |
|
67 |
||||
|
1. Физические |
свойства г а з о в .............................................. |
68 |
|||||
|
2. Статика |
|
г а зо в ....................................................... |
|
73 |
|||
|
3. Динамика |
|
г а з о в ................................................ |
|
79 |
|||
Г л а в а |
V. Нагрев и охлаждение м еталла...................................... |
89 |
||||||
|
1. Виды |
нагрева |
м еталла..................................................... |
89 |
||||
|
2. Основные |
теплофизические свойства металлов . . |
90 |
|||||
|
3. Основные |
|
понятия.......................................................... |
92 |
||||
|
4. Скорость |
нагрева |
м еталла........................................... |
97 |
||||
|
5. Режим |
н а гр е в а .................................................................. |
|
99 |
||||
|
6. Время |
|
нагрева................................................................... |
|
101 |
|||
|
7. Нагрев |
при |
термической обработке............................ |
101 |
||||
|
8. Окисление и обезуглероживание стали ....................... |
102 |
||||||
|
9. Скоростной |
нагрев |
м еталла........................................... |
104 |
||||
|
10. Затвердевание и охлаждение жидкого металла . . |
105 |
||||||
Г л а в а |
VI. Металлургические |
печ и .............................................. |
106 |
|||||
|
1. Классификация |
п еч ей .................................................... |
106 |
|||||
|
2. Теплотехнические характеристики работы печей . |
ПО |
||||||
|
3. Тепловой баланс и расход топлива ............................ |
113 |
||||||
|
4. Доменные |
п еч и ................................................................... |
|
118 |
||||
|
5. Мартеновские |
печи |
.......................................................... |
123 |
||||
|
6. Нагревательные колодцы ........................................ |
132 |
||||||
|
7. Методические |
п е ч и ......................................................... |
146 |
|||||
|
8. Проходные |
п е ч и .............................................................. |
|
162 |
||||
|
9. Колпаковые |
п еч и .............................................................. |
|
179 |
||||
|
10. Протяжные |
п е ч и .............................................................. |
|
184 |
|
1. Теплотехнические основы утилизации тепла уходя |
|
|||||||
|
щих га зо в ......................................................................... |
|
|
|
|
|
|
192 |
|
|
2. Р еку п ер ато р ы ............................................................... |
|
|
|
|
|
|
195 |
|
|
3. Регенераторы ............................................................... |
|
|
|
|
|
|
212 |
|
|
4. Котлы-утилизаторы ..................................................... |
|
|
|
|
217 |
|||
|
5. Испарительное охлаждение |
печей............................. |
|
|
224 |
||||
Г л а в а |
VIII. Очистка газов |
в черной |
металлургии . . . . |
229 |
|||||
|
1. Физическиесвойства |
аэрозолей.................................... |
|
|
230 |
||||
|
2. Классификация |
пылеулавливающих |
аппаратов |
|
|||||
|
и оценки их работы ..................................................... |
|
|
|
|
231 |
|||
|
3. Аппараты |
сухой |
механическойочистки |
газов . . |
233 |
||||
|
4. Мокрая очистка |
г а зо в ................................................ |
|
|
|
|
239 |
||
|
5. Аппараты электрической очистки газо в |
.................... |
|
241 |
|||||
Г л а в а |
IX. Автоматический |
контроль |
и |
регулирование |
теп |
|
|||
|
ловых процессов.............................................................. |
|
|
|
|
|
246 |
||
|
1. Измерение |
температуры ............................................ |
|
|
|
|
246 |
||
|
2. Измерение |
давления..................................................... |
|
|
|
|
252 |
||
|
3. Измерение |
р асх о д а ..................................................... |
|
|
|
|
255 |
||
|
4. Измерение |
состава |
га зо в ............................................ |
|
|
|
|
258 |
|
|
5. Системы автоматического регулирования тепловых |
|
|||||||
|
объектов. |
Основные п о н я т и я .................................. |
|
|
263 |
||||
|
6. Автоматическое регулирование температуры в печи |
265 |
|||||||
|
7. Автоматическое регулирование |
соотношения |
топ |
|
|||||
|
ливо — в о з д у х ............................................................... |
|
|
|
|
|
|
267 |
|
|
8. Автоматическое регулированиедавления в печи . |
275 |
|||||||
|
9. Применение вычислительной техники в системах |
|
|||||||
|
контроля и управления металлургическими про |
|
|||||||
|
цессами ............................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
278 |
Список |
литературы ............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
279 |
ВВЕДЕНИЕ
Металлургические печи и другие тепловые устройст ва принадлежат к основному оборудованию металлур гии и получили широкое распространение в самых раз личных областях народного хозяйства. Металлургия, машиностроение, энергетика, производство строитель ных материалов, химия и другие отрасли промышленно сти немыслимы без использования плавильных, нагрева тельных и теплообменных устройств.
Металлургическая теплотехника — это область тех нических знаний, в которой изучаются вопросы получе ния и передачи тепла, обеспечивающие протекание про цессов в металлургических агрегатах.
Большой вклад в совершенствование теоретических и практических вопросов металлургической теплотехни ки внесли советские ученые и инженеры Д. В. Будрин, М. А. Блинков, H. Н. Доброхотов, Г. П. Иванцов, Н. Г. Казанцев, Б. И. Китаев, Н. И. Кокарев, М. А. Кузь мин, И. С. Назаров, И. Д. Семикин, Н. Ю. Тайц, В. Н. Тимофеев и многие их ученики и последователи.
Все основные типы металлургических печей отечест венных заводов созданы в советских проектных органи зациях: «Стальпроект», «Гипромез», «Гипросталь» и др.
Современные металлургические печи — сложные, ме ханизированные и автоматизированные агрегаты. В них протекают многообразные и взаимосвязанные теплотех нические и технологические процессы. Эксплуатация ме таллургических печей, рациональное управление тепло выми режимами, обеспечение высокопроизводительной и экономичной работы требуют от обслуживающего пер сонала все более широких и глубоких знаний о физиче ских процессах, происходящих в агрегатах, об их кон струкциях и условиях работы.
Интенсификация тепловых режимов металлургичес ких печей наряду с ростом производительности приво дит к увеличению загрязнения атмосферы газообраз ными выбросами, неизбежными при работе агрегатов. Это в свою очередь вызвало жизненноважную для сов ременной индустрии проблему очистки промышленных
газов. Вопросы газоочистки и улавливания пыли в пе чах основаны на общих для металлургической теплотех ники знаниях механики газов и теплообмена и поэтому рассмотрены в данной книге.
Управление режимами современных автоматизиро ванных тепловых устройств невозможно без определен ных знаний из области автоматического контроля и ре гулирования, основы которых изложены в завершающей главе книги.
Советскими инженерами, техниками, квалифициро ванными рабочими обеспечена разработка высокоинтен сивных и экономичных режимов эксплуатации метал лургических печей, технико-экономические характери стики которых по многим показателям превосходят аналогичные показатели из зарубежной практики.
Наряду с этим грандиозные народнохозяйственные планы, поставленные Коммунистической партией перед нашей промышленностью, требуют дальнейшего улучше ния конструкций агрегатов и условий их эксплуатации, что зависит во многом от подготовки и квалификации специалистов металлургов-теплотехников.
В книге гл. I, II, III и IX написаны канд. техн. наук О. М. Блиновым, гл. IV, V, VI и VII — канд. техн. наук И. А. Прибытковым, гл. VIII — канд. техн. наук Ю. Д. Глебовым.
Авторы примут с благодарностью все отзывы и заме чания читателей по этой книге и просят направлять их по адресу: Москва 11934, 2-й Обыденский пер., д. 14, ре дакция литературы по оборудованию и энергетике.
РОЛЬ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАЛЛОВ
1. Металлургия — основа народного хозяйства
Рост производства металлов, расширение их сорта мента, улучшение качества, снижение себестоимости во многом предопределяют ускоренное развитие социали стической экономики, технический прогресс и эффектив ность всего общественного производства. Продукция черной металлургии — прокат, литье, трубы, метизы — яв ляется основным конструкционным материалом современ ности. Доля черных металлов во всем объеме потребле ния конструкционных материалов основными отраслями машиностроения составляет более 96%. Машино строение, строительство, энергетика, химическая про мышленность, приборостроение, радиоэлектроника, ре активная и атомная техника непрерывно повышают тре бования, предъявляемые как к количеству получаемых металлов, так и к их свойствам. Как правило, различ ные металлы (а их свыше 75% общего числа элементов таблицы Д. И. Менделеева) не исключают друг друга в тех или иных случаях применения, а дополняют, так как каждый из металлов обладает определенными, только ему одному присущими качествами.
Первыми металлами, использованными человеком, бы ли золото и медь, так как их находили в самородках. Затем люди научились выплавлять олово и бронзу. Ж е лезо было освоено позже, потому что его труднее вос станавливать из руд.
В. И. Ленин называл железо одним из главных про дуктов промышленности, одним из фундаментов циви лизации. Относительно широко железо стали применять лишь за 1200—1500 лет до нашей эры. В настоящее вре мя его выплавка составляет 95% количества всего вы плавляемого металла. В современной технике все ме таллы принято делить на две большие группы: черные
и цветные. К черным металлам относят |
железо и все его |
||
сплавы — чугуны, стали, |
ферросплавы, |
а также марга |
|
нец и хром. Остальные |
металлы |
считаются цветными. |
|
Были времена, когда |
железо |
ценили дороже золота, |
потому что его можно было найти только в упавших на Землю метеоритах. Во II тысячелетии до нашей эры, люди научились выплавлять железо из руд. Первые ме таллурги жили, вероятно, в долинах Тигра, Евфрата, Ни ла. Затем искусство плавки металла проникло к грекам, древним народам Закавказья и распространилось по всей Земле. Человечество вступило из веков каменного и бронзового в век железный.
Особенно стремительно росло производство этого металла в XIX и XX вв. Если в 1897 г. во всем мире бы ло выплавлено 3,3 млн. т железа, то в 1960 г. — свыше 225 млн. т. В 1779 г. в Англии был построен первый же лезный мост; в 1787 г. спущено на воду первое желез ное судно; в 1788 г. в Париже проложены первые трубы металлического водопровода.
Относительное применение железа со временем уменьшается, так как его заменяют в различных устрой ствах, машинах и приборах другими металлами, но аб солютная выплавка черных металлов непрерывно рас тет. До сих пор никакой другой материал не может со перничать с железом и его сплавами по прочности и другим свойствам, а также по разнообразию и широте использования.
В современной технике железо применяют почти ис ключительно в виде сплавов с другими элементами, так как механические свойства чистого железа хуже, чем сплавов, и его трудно получить. Железо, содержащее до 0,01% углерода, называют техническим; оно хорошо ку ется, вытягивается в проволоку и отличается хорошими магнитными характеристиками, благодаря которым его используют в электротехнике. Стали — сплавы железа и углерода (до 1,7% С) — имеют высокую твердость, прочность, упругость. Сплавы, содержащие свыше 1,7%С, называют чугунами; они характеризуются высо
кой |
твердостью, |
но теряют пластичность |
и |
ковкость. |
Для |
получения |
сталей заданных качеств |
их |
легируют |
другими металлами — марганцем, хромом, |
никелем, |
вольфрамом, молибденом, ванадием, титаном и др. На пример, стали с большим содержанием марганца (до 12—14%) устойчивы на истирание и их применяют для изготовления железнодорожных стрелок, деталей дроби лок и мельниц. Жаропрочность сталям придает хром.
Русская металлургия имеет древние традиции. В гра ницах СССР выплавка железа известна не менее 2,5 ты
сяч лет. При археологических раскопках в слоях земли находят железные шлаки под Киевом, Харьковом, Мин ском. В 80-х годах XVI в. среди населения Новгорода, насчитывавшего 5465 человек различных профессий, бы ло более 550 металлистов, среди которых 112 кузнецов, 38 ножевщиков, 35 котельников, 21 гвоздочник, 18 ору жейников и т. д.
Величайшими достижениями техники своего време ни были отливки Царь-пушки в 1586 г. мастером Андре ем Чоховым и Царь-колокола в 1735 г. мастерами Ива ном и Михаилом Моториными. Царь-пушка, весящая 40 т, представляет собой единственную в своем роде от ливку, свидетельствующую о высоком мастерстве автора как конструктора и металлурга.
Интересно отметить, что при отливке Царь-колокола, весящего около 200 т, И. Моторин изготовил сначала не большую модель (12 пудов) и только после этого искус но был отлит сам колокол. Отливка продолжалась не более 25 мин, причем в удачно приготовленную и обож женную форму поступало примерно 8 т меди в минуту.
В 1700 г. в наиболее развитой стране Западной Ев ропы— Англии было выплавлено 12,0 тыс. т чугуна, а в России лишь 4,0 тыс. т. Однако уже к 1731 г. Россия обо гнала Англию по выплавке металла. В XVIII в. ураль ское железо считалось лучшим в мире. В дальнейшем самодержавный строй сдерживал развитие страны и к 1913 г. царская Россия оказалась позади развитых евро пейских стран по уровню металлургического производ ства.
После Великой Октябрьской социалистической рево люции началось возрождение и становление советской металлургии.
Размещение черной металлургии в дореволюционной России характеризовалось тем, что более двух третей производства чугуна, стали и проката приходилось на заводы, расположенные на юге России. Мощные сырье вые и энергетические ресурсы Урала и Сибири исполь зовали мало. За годы первых советских пятилеток бы ли построены крупнейшие гиганты черной металлур гии— Магнитогорский, Кузнецкий, Нижне-Тагильский комбинаты, Челябинский и Новосибирский заводы; бы ли реконструированы заводы Юга страны. В 1937 г. Со ветский Союз вышел на первое место в Европе по про изводству стали.