ТЕПЛОВАЯ РАБОТА МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ
В течение всех периодов мартеновской плавки в печь поддают топливо. Под действием факела нагреваются как шихта, так и кладка печи. Около 90 % тепла от факела к ванне передается излучением и 5—15 % — конвекцией. Доля тепла, передаваемого конвекцией, возрастает по мере повышения мощности факела. Мощный факел обеспечивает хорошее смешение топлива с воздухом (или кислородом), подаваемым для горения, повышение доли тепла, передаваемого ванне непосредственно конвекцией при соприкосновении факела с ванной, интенсивную передачу ванне кислорода из атмосферы рабочего пространства (окислительную способность печи). Мощность факела1 определяется по формуле
Е = Mw2/2g,
где М— расход топлива, кислорода, распылителя, кг/с; w —скорость их выхода из горелки (форсунки), м/с
В соответствии с известной формулой Стефана—Больцмана количество тепла Q, переданного холодной шихте излучением, может быть выражено формулой
Q= еп[(Тг/100)4-(Тх/100)4],
где — коэффициент, учитывающий оптические свойства кладки и форму рабочего пространства; en— степень черноты пламени; Тги Тх — температуры факела (горячего) и шихты (холодной).
Таким образом, чем выше температура факела и степень черноты пламени, тем интенсивнее нагревается шихта и тем меньше времени затрачивается на плавку. Повышение температуры факела достигается улучшением степени нагрева воздуха и газа в регенераторах и обогащением воздуха кислородом, повышение степени черноты факела — карбюрацией пламени. Двухатомные газы (02, N2, H2) практически лучепрозрачны для всех длин волн, трехатомные (СО2, Н2О, S02) обладают некоторой излучательной способностью, однако степень черноты пламени горячего чистого газа составляет всего 0,1—0,2.
Чтобы повысить степень черноты пламени, необходимо обеспечить в нем содержание твердых «черных» частичек (в первую очередь углеродистых). Углеродистые частицы могут появиться в пламени в результате разложения углеводородов
CxHy = xCтв + y/2H2г ,
а также при добавке к подаваемому в печь газу различных жидких или твердых топлив, богатых углеродом и сложными углеводородами (мазут, каменноугольный пек). Степень черноты пламени е„ не должна быть ниже 0,5; в большинстве случаев она составляет 0,55-0,75.
При одной и той же характеристике факела разность (Гг/100)4-(Гх/100)4 тем выше, чем холоднее шихта. Наиболее низкая температура шихты наблюдается во время завалки и в начале периода плавления. Степень черноты холодной твердой шихты близка к единице (0,92—0,95). В этот период передача тепла от факела к шихте максимальная; она настолько велика, что практически нет опасности оплавления огнеупоров и в печь подают максимальное количество топлива. По мере нагрева шихты температура 7Х возрастает, шихта раскаляется, покрывается шлаком и сама начинает отражать тепловые лучи, в результате чего условия поглощения тепла шихтой ухудшаются. Во избежание перегрева и оплавления огнеупоров уменьшают подачу топлива.
Таким образом, расход топлива по ходу плавки меняется. Максимальная величина расхода топлива — во время завалки и в начале периода плавления. Подаваемое в это время количество тепла называют максимальной тепловой нагрузкой. По мере нагрева шихты подачу топлива уменьшают и тепловая нагрузка снижается (рис. 16.9). Частное от деления общего расхода тепла топлива для одной плавки на продолжительность плавки называют средней тепловой нагрузкой, или средней тепловой мощностью печи.
Средняя тепловая нагрузка в зависимости от емкости печи возрастает от 23 МВт для 125-т печи до 70 МВт для 900-т печи. Отношение максимальной тепловой нагрузки к средней тепловой нагрузке называют коэффициентом форсировки, величина которого колеблется для разных печей от 1,25 до 1,50. Высокие значения коэффициента форсировки характерны для печей, работающих с обогащением воздуха кислородом.
Расход топлива на отопление мартеновской печи при расчетах печи определяется по тепловому балансу.
Приходная часть баланса состоит из следующих статей:
1) тепло, вносимое шихтой (жидким чугуном);
2) тепло, выделяемое при окисле нии примесей шихты и при шлакообразовании;
Рис. 16.9.Схема изменения тепловой нагрузки по ходу плавки в мартеновской печи:
А — начало завалки и прогрева твердой шихты; Б — начало заливки жидкого чугуна; В—полное расплавление шихты; Г— выпуск
3) тепло сгорания СО, выделяющегося из ванны при ее кипении, до С02;
4) физическое тепло нагретых воздуха и газа;
5) тепло сгорания топлива. Расходная часть баланса состоит из
следующих основных статей:
1) тепло на нагрев ванны (металла и шлака);
2) тепло на испарение влаги, попавшей в печь вместе с шихтой;
3) тепло, затраченное на восстановление оксидов железа железной руды (если в печь загружалась железная руда);
4) тепло на разложение известняка (если в печь загружался известняк) и на нагрев образующегося при разложении известняка СО2;
5) тепло, пошедшее на нагрев СО2, образовавшегося при сгорании выделяющегося из ванны СО;
6) потери тепла с выбивающимися из печи газами;
7) потери на диссоциацию и от недогорания топлива;
8) потери тепла через кладку рабочего пространства печи и с водой, охлаждающей отдельные элементы печи;
9) потери тепла от его излучения в открытые завалочные окна и через щели в кладке печи;
10) потери тепла с дымовыми газами.
Приравнивая приходную и расходную части баланса, по их разности определяют тепло сгорания топлива. Зная теплотворную способность топлива, можно определить его расход (см., например, табл. 16.1).
Таблица 16.1.Тепловой баланс рабочего пространства мартеновской печи
Основные статьи прихода тепла | % | Основные статьи расхода тепла | % |
Тепло жидкого чугуна1 | 0-12 | Нагрев стали и шлака | 18-25 |
Тепло реакций окисления примесей | 8-17 | Нагрев СО и СО2, выделяющихся из | 1,5-2,0 |
и реакций шлакообразования | ванны | ||
Тепло сгорания топлива | 45-60 | Нагрев и разложение железной руды и известняка | 1,0-10 |
Физическое тепло2 подогрева газа3 и воздуха | 26-32 | Потери тепла с дымовыми газами | 45-60 |
Потери тепла | 15-25 | ||
В том числе: | |||
с охлаждающей водой | 5-15 | ||
через кладку | 4-6 |
'При работе на твердой завалке (скрап-процесс) нет прихода тепла жидкого чугуна, меньшее количество тепла выделяется при протекании реакций окисления примесей, меньше расход тепла на нагрев и разложение железной руды и известняка (так как их расхорд меньше) и т. д.
2Часть тепла, уносимого из рабочего пространства отходящими газами, возвращается в виде тепла подогрева газа и воздуха.
3В печах, отапливаемых высококалорийным топливом, газ не подогревается.
При рассмотрении теплового баланса всей печи становится ясным основное отличие теплового баланса мартеновской печи от теплового баланса конвертера: если в конвертере основная доля прихода тепла — это тепло экзотермических реакций, то в мартеновской печи на долю тепла экзотермических реакций приходится менее 20 % прихода тепла. Это объяснимо, так как в мартеновской печи перерабатывается значительное количество стального лома (его нужно расплавить, и в нем почти нет примесей) и, кроме того, мартеновская печь представляет собой громоздкое сооружение с массой футеровки, гораздо большей, чем конвертер. Если количество перерабатываемого в печи лома уменьшить и работать почти полностью на жидком чугуне, то можно снизить расход топлива до нуля. Однако мартеновская печь плохо приспособлена для работы на одном жидком чугуне; передел в сталь жидкого чугуна лучше осуществлять в конвертере. Мартеновская печь — агрегат, созданный для переработки значительных количеств стального лома.
Уменьшить абсолютную величину расхода тепла на нагрев стали и шлака невозможно, так как и сталь, и шлак необходимо нагревать до определенной температуры. Однако повысить долю этих статей в тепловом балансе можно, уменьшая другие статьи расходной части баланса: .количество тепла, уносимого продуктами сгорания (в результате улучшения теплопередачи), потери тепла в окружающую среду при охлаждении и других процессах (в результате сокращения продолжительности плавки и улучшения конструкции печи). Мероприятия, направленные на сокращение продолжительности плавки, меняют тепловой баланс таким образом, что доля полезно расходуемого тепла (на нагрев стали и шлака) возрастает.
16.4.1. Утилизация тепла отходящих газов и очистка газов.Из данных теплового баланса следует, что более половины общего количества тепла уходит из рабочего пространства печи вместе с отходящими дымовыми газами. Температура продуктов сгорания при выходе из рабочего пространства около 1700 "С. Вследствие подсоса воздуха и потерь тепла при прохождении через вертикальные каналы и шлаковики температура газов на входе в регенераторы снижается до 1550— 1600 °С. Температура газов, выходящих из насадок регенераторов, составляет уже 500—800 °С. При прохождении через борова и перекидные клапаны температура продолжает снижаться (главным образом в результате подсоса воздуха) еще на 100—200 °С.
Таким образом, перед дымовой трубой температура отходящих газов составляет 450—700 °С, т. е., несмотря на существенное охлаждение, на выходе из агрегата с газами уносится около 1/3 общего количества тепла, поступающего в печь. Утилизацией этого тепла достигается заметное повышение показателей работы печи. Для этого за мартеновскими печами устанавливают котлы-утилизаторы. Наиболее распространен котел с многократной принудительной циркуляцией воды. В современных котлах-утилизаторах используется 60—70 % тепла отходящих продуктов сгорания, получают 350—450 кг пара на 1 т выплавляемой стали. Температура продуктов сгорания в котлах-утилизаторах снижается до 150—230 °С. С такой температурой газы можно отсасывать через дымосос прямого действия.
Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 2219;