Конспект лекций по дисциплинеМЧМ

дуктов горения. Реверс факела – через 5-20 мин. в зависимости от периода плав-

ки и t0 насадки регенераторов.

2. Элементы конструкции мартеновской печи.

1) Рабочее пространство мартеновской печи предназначено для осуществле-

ния непосредственно процесса выплавки стали. Ограничено сводом, передней и

задней стенками, подиной.

2) Ванна мартеновской печи – часть рабочего пространства, расположенная ниже уровня завалочных окон и ограниченная подиной, продольными и попе-

речными откосами. Основные размеры ванны – длина L, ширина Е, глубина h.

Вместимость ванны должна быть достаточной для вмещения всего жидкого ме-

где Т – вместимость печи, т; S – площадь пода, м2; hшл. – толщина слоя шлак, м; rм – условная плотность металлической фазы, т/м3, без продувки О2 rм»5,5-6,0 т/м3.

3) Под основных мартеновских печей состоит из огнеупорной кладки шамот-

ного и магнезитового кирпичей и наварного или набивного слоя (подины) из магнезитового порошка.

Требования к подине: в процессе эксплуатации должна выдерживать ста-

тические нагрузки массы металла и шлака, разрушающее действие при загрузке шихтовых материалов, воздействие эрозионных процессов при взаимодействии наварного слоя с расплавленным металлом и шлаком и действие температурных напряжений, возникающих в огнеупорных материалах при достаточно частных перепадах температур.

Кладка пода должна обеспечить хорошую стойкость наварного или на-

бивного слоя и минимальные тепловые потери в окружающую среду.

41

Огнеупорную кладку выполняют: на подовые балки металлического кар-

каса укладывают металлический лист толщиной 10-15 мм и листовой асбест толщиной 20 мм; затем на “на плашку” (три ряда по 65 мм), “на ребро” (2 ряда по 115 мм) и “на торец” (1-2 ряда по 230 мм). Толщина магнезитовой кладки

410-805 мм. Затем идет наварной или набивной рабочий слои из магнезитового порошка толщиной 200-300 мм.

Откосы продольные и поперечные выкладывают из магнезитового кирпи-

ча с оставлением t0 швов на сухом магнезитовом порошке. Угол наклона не должен превышать 450. В заднем продольном откосе – сталевыпускное отвер-

стие – dотв.=100-250 мм.

Передняя стенка рабочего пространства является продолжением передне-

го продольного откоса, начиная от уровня порогов завалочных окон. По своей конструкции представляет собой ряд простенков столбиков, между которыми расположены проемы – завалочного окна (до 100 т – 3 завалочных окна, до 500

т – 5 окон, до 900 т – 7 окон). Нечетное количество окон, чтобы через среднее окно можно обслуживать сталевыпускное отверстие.

Своды мартеновских печей (рассмотрим основные своды).

Современные мартеновские печи оборудованы распорно-подвесными сводами из основного магнезитохромитового или периклазошпинелидного кир-

пича марок и ПШСП (плотного П) и МХСПО, ПШСПО (обыкновенного О). В

распорно-подвесном своде отдельные кирпичи в арке (кольце) соединенными между собой металлическими штырями. Между кирпичами в акре проложены металлические пластины толщиной 0,5-1,0 мм. Через каждые 6-8 кирпичей про-

кладывается удлиненные пластины толщиной 6-8 мм, для которых в подвесных кирпичах наряду с отверстиями для штырей штампуется специальный паз. Эти пластины подвешивают на спаренные уголки (или спаренные швеллеры), про-

долженные вдоль всего свода.

Подвесной свод. Конструкция заключается в том, что каждый кирпич имеет свою индивидуальную подвеску и между отдельными кирпичами, поми-

42

мо стальных пластин, прокладывают выгорающие прокладки из толевого кар-

тона (расширение кирпича).

Основные своды на передовых заводах оборудованы механизированной обдувкой их поверхности от пыли. t0 не должна быть>1700 0С и <1300 0С.

Головки. Служат для подачи топлива и воздуха и их перемешивания,

полноты сгорания топлива, получение жесткого (большая V) и настильного фа-

кела в рабочем пространстве и отвода продуктов горения.

Одноканальные головки имеют один вертикальный канал, по которому попеременно идут нагретый воздух или отводимые в регенератор продукты сгорания. Угол свода над головкой (27-310). Недостаток одноканальной головки повышенные тепловые потери вследствие незафутерованных охлаждаемых кор-

пусов горелок. Преимущества – простота конструкции, удобства ремонтов.

Двухканальные головки имеют два внутренних канала, по которым под-

нимается воздух и отводится продукты горения. На разделительной стенке ме-

жду ними устанавливают горелку или форсунку в специальной водоохлаждае-

мой арматуре. Угол наклона свода над головкой α=18–260, а угол наклона го-

релки 9–150. Двухканальными головками оборудованы печи до 250 т., отапли-

ваемые мазутом или газомазутным топливом.

Есть трехканальные головки системы “Вентури” устанавливаются на пе-

чах работающих на смешанном коксодоменном газе, природном газе с рефор-

мации его в бывшем газовом вертикальном канале.

Вертикальные каналы.

Огнеупорная кладка вертикальных каналов выполняется из хромомагне-

зитового кирпича. Она испытывает большие напряжения из-за высоких t0 пере-

падов и действия собственного веса. Стойкость вертикальных каналов опреде-

ляется, в основном, скоростью продуктов сгорания, несущих плавильную пыль.

Эта пыль разрушает кладку воздействуя на нее, как механически, так и химиче-

ски. Поэтому площадь сечения вертикальных каналов рассчитывают на основа-

нии оптимальных скоростей продуктов сгорания.

43

Нижнее строение печи.

Шлаковики. При выплавке стали из рабочего пространства печей, выно-

сится плавильная пыль в количестве 12–20 кг/т. Особенно много пыли образу-

ется при продувке ванны кислородом. Пыль содержит частицы оксидов железа,

извести и других материалов. 40–60% оседает в шлаковиках, часть ее оседает в регенераторах. Мелкие частицы улавливаются в газоочистках или выбрасыва-

ются через дымовые трубы в атмосферу. Шлаковики работают как простейшие пылеуловители и представляют собой прямоугольные емкости, в которых за-

канчиваются вертикальные каналы. При резком расширении каналов и повороте в регенератор (α=900) наиболее крупные частицы пыли теряют скорость и осе-

дают в шлаковике. Объем шлака, выпадающего в шлаковиках за кампанию, оп-

ределяют по формуле, м3:

Vшл. = q ×ρT × A ;

шл.

где q – удельное количество осаждаемой пыли (0,006–0,008 тт );

ρшл. – плотность шлака в шлаковиках, т/м3;

Т – масса плавки, т;

А – число плавок за кампанию печи.

Суммарная вместимость шлаковиков несколько больше этого объема.

Объем шлаковиков определяется по следующей формуле: V = 0,8 × l × в × h ,

где l – длина шлаковика, м;

в – ширина его, м;

h – расстояние от подины шлаковика до перевальной стенки, м; 0,8 – коэффициент заполнения шлаковика.

3 Тепловая работа мартеновских печей.

44

футеровки печи. Поэтому в отдельные периоды плавки (например, доводка0,

когда температура футеровки на пределе, необходимый уровень теплоотдачи от факела можно обеспечить лишь повышением излучательной способности факе-

ла, т. е. его светимости. Если печь отапливается мазутом, то факел обладает достаточной светимостью. При отоплении печей газообразным топливом то для обеспечения необходимой светимости достигается добавками мазута или смолы

(искусственная карбюрация факела). Иногда осуществляют самокарбюрацию факела за счет разложения углеводородов газообразного топлива (установка реформаторов на печах).

Обычно для мартеновских печей составляется тепловой график плавки.

По ходу плавки контролируется такие величины, как тепловая нагрузка, темпе-

ратура поверхности свода, температура поверхности ванны, рассчитывается термический к. п. д. Тепловая нагрузка и температура свода – основные вели-

чины, по которым ведется плавка.

Удельный расход тепла колеблется от 2100 МДж/т (крупные печи) до

6300 МДж/т (малые печи).

1 – тепловая нагрузка; 2 – температура поверхности свода; 3 – температу-

ра ванны; 4 – термический к. п. д. по длине плавки.

1.Период заправки печи необходим для поддержания кладки подины печи в надлежащем состоянии. Устраняют повреждения подины перед последую-

щей завалкой. В этот период металла в печи нет, топливо тратится только поддержание рабочей температуры.

2.Период завалки –это время, необходимое для завалки твердой шихты в печь.

В течение этого периода обеспечивается наивысшая теплоотдача от факела к шихте – t0 шихты и большая ее поверхность, возможность проникновения

холодная шихта.

3.Период прогрева. В этот период условия теплообмена близки к условиям пе-

риода завалки, однако температура свода постепенно повышается, хотя и не достигает критического уровня. Поэтому тепловую нагрузку надо поддер-

живать на максимальном уровне.

4.Период плавления металлической шихты – время от конца периода ее про-

грева до полного ее расплавления. В этот период большую роль играет теп-

лоотдачи от факела, который должен иметь настильные свойства, что при-

ближает максимум температур к поверхности ванны и создает условия на-

правленного теплообмена. Факел должен иметь высокую степень черноты и обеспечивать большие тепловые потоки на поверхности ванны. Температура свода достигает в этот своего предельного уровня. По мере роста темпера-

туры свода тепловая нагрузка снижается.

5.Период доводки – это отрезок времени от момента полного расплавления до выпуска готовой части. В этот период температура свода и поверхности ванны достигают максимальных величин. В результате непрерывного и зна-

чительного подъема температуры поверхности ванны уменьшается разность температур между сводом, факелом и поверхностью ванны. Поэтому усло-

47

вия теплообмена в этот период наихудшие и тепловая нагрузка снижается до минимального уровня. В этот период металл доводят до заданного хими-

ческого состава, путем добавления различных ферросплавов. Чтобы питать ванну теплом, необходимо, чтобы факел имел высокую светимость.

Лекция №11 Конструкция и тепловая работа двухванных

сталеплавильных агрегатов

1. Возникновение и сущность процесса.

При нормальном ходе обычного мартеновского процесса СО полностью окисляется до СО2 над ванной. Тепло этой реакции используется для нагрева ванны, причем лучше, чем тепло топлива.

При интенсивной продувке ванны О2 (4000–6000 м3/ч через три фурмы)

теоретически ожидалось, что улучшится тепловой баланс печи и уменьшится расход топлива. Но этого не наблюдается. Причина заключается в том, что,

трудно полностью дожечь в рабочем пространстве значительное количество СО, выделяющееся из ванны. Часть несгоревшей СО и большое количество пы-

ли выносится дымовыми газами из рабочего пространства печи. Кроме того происходит перегрев нижнего строения печи, в первую очередь насадок регене-

ратора и быстрый выход их из строя. Ванны мартеновской печи больше при-

способлены для нагрева металла теплом факела, чем для окисления углерода с высокой скоростью. Поэтому продувка мартеновской ванны О2 с высокой ин-

тенсивностью нецелесообразна. Учитывая вышеуказанные недостатки, необхо-

димо было создать новый сталеплавильный агрегат, в котором процесс можно было проводить с более интенсивной продувкой, чем в мартеновских печах и при этом максимально использовать тепло дожигания СО до СО2. По габаритам агрегат должен быть таким, чтобы его можно было поставить вместо мартенов-

ских печей.

48

В СССР ДСПА начали сооружать в 1965 г. В это время была освоена ин-

тенсивная продувка металла ванны О2 через сводовые охлаждаемые фурмы в мартеновских печах.

2. Конструкция двухванных сталеплавильных агрегатов.

ДСПА имеют две камеры с общим сводом, сообщающимся между собой соединенным окном. Все основные размеры каждого рабочего пространства выбраны с учетом интенсивной продувки ванны кислородом.

Форма ванны отличается от мартеновских тем, что отношение длины к ширине (L/D) составляет 1,4–1,8 вместо 2,5–3,9 в мартеновских печах. В связи с этим площадь пода сравнительно небольшая (более глубокая ванна), а удельная нагрузка на него высока и достигает 4,5– 5,5 вместо 3,0–3,3 т/м2 в мартеновских печах. Необходимый объем ванны достигается в результате увеличения ее глу-

бины до 1,8–2,2 м.

В передней стенке рабочих пространств предусмотрено по три завалоч-

ных окна. Задняя стенка имеет значительный вертикальный участок. Сталевы-

пускные отверстия в задней стенке расположены строго по середине каждой ванны против среднего завалочного окна.

Свод двухванных агрегатов удален от поверхности ванны на максималь-

ную высоту, достигающую 4200–4450 мм. В этом случае огнеупоры работают в лучших условиях, стойкость свода составляет > 1100 плавок. В связи с большой высотой свода излучательная роль свода в теплообмене в рабочем пространстве невысока. К тому же атмосфера рабочего пространства в ДСПА сильно запы-

ленная. Конструкция и крепления сводов аналогичны конструкции сводов мар-

теновских печей. Свод выполняется прямым без пережимов из магнезитового кирпича длиной 4600 мм, над вертикальными каналами – 380 мм. В своде име-

ются шесть отверстий для сводовых продувочных фурм и отверстия для шести газокислородных горелок.

49

Головки (в отличие от головок мартеновских печей) предназначены толь-

ко для отвода дымовых газов. Головки одноканальные. Перевал между ванной и вертикальным каналом по высоте находится на одном уровне с перевалом меж-

ду ваннами.

Объем шлаковиков обеспечивает длительность кампании агрегатов

(1000–1200 плавок), т. к. значительная часть пыли оседает в камере нагрева.

Регенераторы в ДСПА отсутствуют.

Борова в отличие от боровов мартеновских печей имеют значительно большее сечение в связи с большим объемом отходящих продуктов горения и оборудованы перекидными устройствами.

3. Технология и тепловая работа ДСПА.

Рабочее пространство ДСПА разделено перевалом на две ванны. Обе ван-

ны имеют общий свод, так что продукты сгорания, образующиеся в одной ван-

не, проходят во вторую ванну (через разделительное окно).

Печь работает следующим образом: в одной ванне (горячей) происходит плавление и доводка с интенсивной продувкой металла кислородом. Во второй ванне (холодной) в тоже время идет завалка и прогрев твердой шихты. Газы из горячей ванны направляются в холодную и состоят до 35% из СО. В холодной ванне СО догорает до СО2 и за счет выделяющегося тепла происходит нагрев твердой шихты. Недостающее для процесса нагрева тепло восполняется пода-

чей природного газа через газокислородные горелки, установленные в своде печи. Сгорание природного газа и догорание СО происходит за счет дополни-

тельного кислорода.

Когда готовую сталь из первой ванны выпускают, во вторую заливают жидкий чугун. После заливки чугуна начинают продувку ванны кислородом. С

выпуском металла из первой ванны цикл плавки заканчивается и начинается новый. В то же время с помощью перекидных шиберов изменяется направление движения газов. Теперь бывшая холодная ванна становится горячей. Ванну, с

которой выпустили металл заправляют, производят завалку шихты, и цикл по-

50