Дипломная работа: Конструкция, методика расчёта мартеновских печей черной металлургии
Вертикальные каналы (см. рисунок 1) мартеновских печей соединяют головки со шлаковиками 4. Размеры вертикальных каналов рассчитываются из условия, что скорость топлива составляет 1,5 – 2 м/сек (при t = 0°).
1.2 Нижнее строение мартеновской печи
К нижнему строению относятся шлаковики, регенераторы, борова, перекидные клапаны и механизмы управления ими.
В зависимости от вида используемого топлива мартеновские печи имеют одну (жидкое топливо или холодный газ высокой теплоты сгорания) или две пары регенераторов (в случае подогрева и газа и воздуха). В соответствии с этим меняется и число шлаковиков, боров и т. д.
Шлаковика служат для улавливания частиц шлака и плавильной пыли, уносимых газами из рабочего пространства печи.
Регенераторы. Высокие температуры в плавильном пространстве мартеновской печи (свыше 1750°) могут быть получены только при значительном подогреве газа и воздуха, либо только воздуха (в случае сжигания топлива высокой теплоты сгорания).
Газ и воздух, поступающие в рабочее пространство, подогреваются до 1050 – 1250°.
Наиболее ответственным элементом регенераторов является их насадка. Правильно выбранное соотношение основных размеров насадки регенераторов и сечения ее ячеек обеспечивает необходимый тепловой режим работы мартеновской печи.
Отношение суммы объемов воздушной и газовой насадок (пары насадок) к площади пода в современных газовых печах составляет 4,3 – 5,5 м3/м2 (первая цифра относится к большим печам).
Температура дыма на входе в регенератор достигает 1550 – 1600°, а на выходе из насадок – около 700 – 800о.
Борова служат для отвода продуктов сгорания из регенераторов печи в котел-утилизатор или дымовую трубу.
Температура дыма в боровах колеблется от 500 до 850о .
Регенеративные печи и, в частности, мартеновские, -по характеру движения в них газов относятся к реверсивным, V е. печам с периодически изменяющимся направлением движения газов. Изменение направления движения газов осуществляется при помощи перекидных клапанов.
1.3 Кладка мартеновской печи
Огнеупорный кирпич, применяемый для кладки рабочего пространства, работает в наиболее тяжелых условиях. Он должен отличаться высокой огнеупорностью хорошей строитель прочностью при высоких температурах (до 1800о) и устойчивостью против механического и физико-химического воздействия материалов плавки.
Для кладки рабочего пространства широкое распространение получили основные огнеупоры. В настоящее время в большинстве случаев свод выкладывают из термостойкого хромомагнезита.
Применение магнезитохромитовых огнеупоров для кладки свода позволило повысить не только производительность печи, но и стойкость свода. Стойкость свода увеличилась в 2 – 2,5 раза по сравнению с динасовым сводом и достигла 600 и более плавок. Стены печи снизу до верхнего уровня шлака обычно выкладывают из магнезитового кирпича. Остальная часть – из хромомагнезита (при основном своде), либо из динаса с промежуточным слоем в 1 – 2 хромомагнезитового кирпича (при динасовом своде).
Под основной печи выкладывают по высоте из нескольких рядов различных огнеупоров. Верхний слой толщиной 470 – 565 мм выкладывают из магнезитового кирпича, поверх которого идет слой магнезитовой наварки толщиной около 250 мм. Кладку головок и вертикальных каналов для печей с основным сводом в последнее время (выполняют из хромомагнезитового кирпича, а внутренняя часть металлического кессона футеруется высокоглиноземистым или термостойким хромо-магнезитовым кирпичом.
Верхнюю часть насадки и внутренних стен регенеративной камеры часто выполняют из динасового огнеупора, остальную – из шамота. В настоящее время верхнюю часть насадок стали выкладывать из форстеритового или высокоглиноземистого огнеупоров, которые мало реагируют с плавильной пылью и более стойки.
2 Тепловая работа мартеновской печи
Под тепловой работой понимают совокупность всех тепловых процессов, совершающихся в печи. Основными из них являются обеспечение подвода в плавильное пространство печи требуемого количества тепла (получаемого главным образом в результате сжигания топлива) и передача его материалам мартеновской плавки. От интенсивности передачи тепла твердой шихте или жидкой ванне зависит скорость нагрева и плавления шихтовых материалов и качество работы мартеновской печи в целом.
Большая часть различных мер (совершенствование конструкции головок и печи в целом, организация факела и режима завалки и т. д.) направлена на то, чтобы создать условия, при которых максимум подведенного тепла в печь передавался бы непосредственно металлу.
Как известно, чем выше разность температур между теплообменными поверхностями, тем больше тепла передается нагреваемому телу в единицу времени. Следовательно, для ускорения плавки необходимо стремиться поддерживать максимальную разность температур между поверхностью твердой шихты или жидкой ванны и температурой печи.
В настоящее время, благодаря применению топлива высокой теплоты сгорания, а также вследствие высокого подогрева газа и воздуха, обогащения воздуха кислородом и т. д. можно получить температуру в печи до 2000° и выше почти в течение всей плавки. Однако по условию службы огнеупоров температура их внутренней поверхности не может превышать определенное значение (динас –1680°, хромомагнезит – 1750 – 1800°), что ограничивает температурный уровень печи и, следовательно, интенсивность теплообмена.
Вследствие высоких температур в рабочем пространстве печи (выше 1700°) основную роль в передаче тепла играет излучение (более 90% от всего тепла, получаемого ванной, передается излучением).
Если принять, что все тепло металлу (ванне) передается только излучением и считать, что поверхность металла имеет какую-то среднюю температуру Тм, то теплообмен между поверхностью металла и рабочим пространством печи в целом (пламенем и внутренней поверхностью стен и свода) может быть выражен уравнением
ккал/час,
где 
– тепловой поток, передаваемый металлу, ккал/час;
– приведенная степень черноты пламени, кладки, металла;
– 4,96 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, ккал/м2 час. град4;
– температура печи, °К;
– температура поверхности металла, °К;