ТЕПЛОВАЯ РАБОТА И ОТОПЛЕНИЕ МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧЕЙ

Мартеновскую плавку можно условно разделить на несколько периодов: 1)заправка печи; 2)завалка шихты; 3)плавле­ние шихты; 4) кипение ванны (доводка), раскисление и ле­гирование; 5) выпуск плавки.

Во время периода заправки (обычно 15—20 мин) печь ос­матривают и устраняют замеченные дефекты. Затем через ок­на с помощью специальных завалочных машин заваливают твердую шихту: стальной скрап, железную руду, а также твердый чугун или заливают жидкий чугун.

При достижении температуры 1450—1500 °С (в зависимости от состава шихты) наступает момент расплавления шихты, затем металл постепенно нагревается до необходимой темпе­ратуры, а сталевар проводит те или иные технологические операции, добиваясь получения стали нужного состава, после чего разделывает сталевыпускное отверстие и выпус­кает плавку.

В течение всех этих периодов в печь подают топливо. Под действием тепла факела нагреваются кладка печи и ших­та. Окодо 85—90 % тепла от факела к ванне передается из­лучением и 5—15 % — конвекцией.

В соответствии с известной формулой Стефана—Больцмана, количество тепла Q, переданного холодной шихте излуче­нием, может быть выражено следующей формулой:

Q = 5e_n[(r_rop/l00)⁴ - СГ_ХОЛ/100)⁴],

где 5 — коэффициент, учитывающий оптические свойства кладки и форму рабочего пространства; е_п — степень черно­ты пламени; Г_гор и Г_хол — температуры факела (горячего) и шихты (холодной), К.

Таким образом, чем выше температура факела и степень черноты пламени, тем интенсивнее нагревается шихта и тем меньше времени затрачивается на плавку. Повышения темпе­ратуры факела достигают улучшением степени нагрева возду­ха и газа в регенераторах и обогащением воздуха кислоро­дом; повышения степени черноты факела — карбюрацией пла­мени.

Двухатомные газы (0₂, N₂, Н_г) практически лучепрозрач-ны для волн всех длин, трехатомные (С0₂, Н₂0, 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: С_ХИ_У = хС_гв + уН_газ, а также при добавке к подаваемому в печь газу различных жидких или твердых топлив, богатых углеродом и сложными углеводородами (мазут, каменноугольный пек). Практически степень черноты пламени е_п не должна быть ниже 0,5; в большинстве случаев она составляет 0,55—0,75.

При одной и той же характеристике факела разность (7"_ГОР/100)⁴—(Г_хол/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). Поэтому в этот период передача тепла от факела к шихте максимальна, она настолько велика, что практически нет

опасности оплавить огнеупоры, и в печь подают максималь­ное количество топлива.

По мере нагрева шихты температура ее Т_хол возрастает, шихта раскаляется, покрывается шлаком и сама начинает отражать тепловые лучи, в результате чего условия погло­щения тепла шихтой ухудшаются. Во избежание нагрева и оплавления огнеупора необходимо уменьшать подачу топлива (рис. 108).

Таким образом, подача топлива по ходу плавки меняется. Максимальной величины расход топлива достигает во время завалки и в начале периода плавления. Подаваемое в это время количество тепла называют максимальной нагрузкой. По мере прогрева шихты подачу топлива уменьшают и тепло­вая нагрузка падает. Частное от деления общего расхода тепла топлива для одной плавки на время плавки называют средней тепловой нагрузкой или тепловой мощностью печи, т.е.

Расход топлива на плавку, 10* кДж

Продолжительность плавки, ч

» Тепловая мощность, 10⁶ кДж/ч.

Средняя тепловая нагрузка в зависимости от тоннажа пе­чи возрастает от 23,2 для 125-т печи до 69,9 МВт (252 кДж/ч) для 900-т печи. Максимальная тепловая нагруз­ка на 20—40 % выше средней.

Для характеристики топлива и условий его сжигания при­меняют коэффициент использования топлива (к.и.т.)

т? = (G_T - G_yx)/G_T,

где Q_T — теплота сгорания топлива; Q_yx — тепло уходящих газов.

Рис. 108. Схема изменения тепловой нагрузки но ходу плавки в мартеновской печи: Л — начало завалки и прогрева твердой ших­ты; Б — начало заливки жидкого чугуна; В — полное расплавление шихты; Г — выпуск

Для мартеновских печей к.и.т. составляет 0,50—0,55.

Удельный расход тепла (расход тепла топлива на 1т стали) зависит от многих факторов, и прежде всего от емкости печи. По мере увеличения садки печи уменьшаются относительные потери тепла на нагрев футеровки, на отвод тепла с охлаждающей водой и другие потери; в результате удельный расход тепла снижается с 840 для 10—20-т печей до 210МДж/т для 900-т печей.

Топливо

Применяемое для отопления мартеновских печей топливо раз­личают: а) по физическому состоянию: жидкое (мазут, смо­ла), газообразное (доменный, коксовый, природный газы), твердое (каменноугольная пыль); б) по теплоте сгорания: низкокалорийное (доменный газ, теплота сгорания 3,78-4,2 МДж/м³) и высококалорийное (мазут 39,9-42 МДж/кг, коксовый газ 16,8-18,0 МДж/м³, сухой природный газ типа саратовского 33,6-35,2 МДж/м³, жирный природный газ типа грозненского 63 МДж/м³).

Для успешного проведения мартеновской плавки недоста­точно подать в печь определенное количество тепла, необ­ходимо еще, чтобы температура факела при сгорании топлива была достаточно высокой. Температура поверхности шлака в конце плавки составляет примерно 1650 °С. Чтобы тепло пламени достаточно интенсивно передавалось металлу, тем­пература факела должна быть не ниже 1750 °С.

Практическая температура факела '_Пр ⁼ **кал> где 'кал^- калориметрическая температура горения топлива; к — пирометрический коэффициент, зависящий от отдачи тепла нагреваемым предметом, от потерь тепла в окружающую среду и от степени диссоциации продуктов сгорания.

Величина коэффициента к близка к 0,7. Следовательно, калориметрическая температура горения топлива в марте­новской печи должна быть не ниже 2400 °С (1700:0,7» «2430°С). При этом следует иметь в виду, что для обес­печения полноты сгорания воздух для сжигания топлива по­дают с некоторым избытком, равным обычно 10—20 % (так называемый "коэффициент избытка воздуха" а = 1,1+1,2).

Калориметрическая температура горения доменного газа низка (~2250°С), температура факела нагретого доменного газа в горячем воздухе ниже 1600 °С, следовательно,

нагреть ванну до нужной температуры при отоплении марте­новской печи одним только доменным газом невозможно. По­высить температуру можно, заменяя воздух кислородом.

Обычно доменный газ применяют в качестве топлива для мартеновских печей только в смеси с другими, более кало­рийными видами топлива (коксовым газом, мазутом, природ­ным газом).

Наиболее распространены в качестве топлива для марте­новских печей природный газ, мазут и смешанный газ (смесь коксового и доменного газов).

Смешанный газ содержит, %: 16-20 СО, 7-9 С0₂, 20-30 Н₂, 8-12 СН₄, 30-40 N₂; состав газа и его теплота сгора­ния меняются в зависимости от соотношения долей, входящих в состав смеси доменного и коксового газов. Для улучшения светимости факела к смешанному газу обычно добавляют небольшое количество карбюратора (мазута или смолы). Калориметрическая температура горения нагретого смешанно­го газа в нагретом воздухе составляет около 2600 °С, что обеспечивает получение высокотемпературного факела.

Смешанным газом отапливают печи заводов, имеющих в своем составе доменный и коксохимический цехи. В тех слу­чаях, когда доменного и коксового газов для отопления всех мартеновских и других печей завода не хватает, используют природный газ и мазут.

Природным газом или мазутом отапливают также печи за­водов, в составе которых нет доменных и коксохимических цехов. Мазут — первоклассное топливо для мартеновских пе­чей, он дает яркосветящийся настильный высокотемператур­ный факел (калориметрическая температура горения мазута 2650 °С). Обычно мазут содержит 83-85% С и 10-11% Н₂, остальное — влага, зола и сера. Содержание серы в марте­новских мазутах колеблется в пределах 0,5—0,7 %. Сернис­тые мазуты (3 % S и более) в мартеновском производстве применяют редко, так как сера из топлива переходит в ме­талл и ухудшает его качество.

Перед подачей к форсункам мазут нагревают до 70—80 °С. Распыление мазута осуществляют сжатым воздухом, подавае­мым под избыточным давлением 0,5—0,7 МПа, или перегретым до 300—350 °С паром под избыточным давлением 1,1-1,2 МПа.

По мере развития газовой промышленности большое число печей в нашей стране было переведено на отопление природ-