ТЕПЛОВОЙ И МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНСЫ МАРТЕНОВСКОЙ ПЛАВКИ

Основные статьи себестоимости мартеновской стали (расход металлической шихты и расход топлива на 1 т жидкой стали) определяются тепловыми и материальными балансами. Данные расчетов баланса одной из плавок в 50-т печи по скрап-процессу приведены в табл. 8, а 185-т печи по скрап-рудному процессу при работе без продувки ванны кислоро­дом — в табл. 9.

На основе данных, приведенных в табл. 8 и 9, можно сделать следующие выводы:

1. Выход жидкой стали при скрап-рудном процессе (по отношению к массе чугуна и скрапа) значительно выше, чем при скрап-процессе, что обусловлено восстановлением желе­за из заваливаемой в печь железной руды.

2. Из атмосферы печи поступает кислорода значительно больше при скрап-процессе (при скрап-рудном процессе основное количество кислорода на окисление примесей по­ступает с заваливаемой железной рудой).

3. Общее количество образующегося за плавку шлака при скрап-рудном процессе больше, чем при скрап-процессе.

4. Мартеновская печь является очень несовершенным теп­
ловым агрегатом, лишь небольшая доля общего прихода тепла
расходуется полезно — на нагрев металла и шлака. Значи­
тельное же количество тепла уносится дымовыми газами и
теряется (следует при этом иметь в виду, что часть тепла,
уносимого из рабочего пространства газами, возвращается с
нагретым в регенераторах воздухом и газом).

Таблшц а 8. Материальны! а тепловой балансы плавка при основном мартеновском скрап-процессе¹

5. В отличие от конвертерных процессов доля прихода тепла от экзотермических реакций окисления примесей неве­лика, основную статью прихода тепла составляет тепло сго­рания топлива.

Если составить тепловой баланс не рабочего пространст­ва, а всей печи (без учета регенерации тепла), то можно приблизительно принимать, что 90 % прихода тепла — это тепло сгорания топлива (10 % — тепло экзотермических реакций окисления примесей). Что же касается расхода теп­ла, то он делится примерно на три равные доли: 1) на про­цесс (нагрев металла и шлака); 2) на потери через кладку, с охлаждающей водой и др.; 3) на тепло, уносимое с про­дуктами сгорания.

Таблиц 9. Матеркальный я тепловой балансы плавка при основном мартеновском скрап-рудном процессе¹

Следует иметь в виду, что во всех экономических расче­тах расходы шихты, топлива и других материалов относят не к жидкой стали (как в расчете баланса), а к годной стали. Выход 1 т годной стали равен 1 т жидкой стали минус поте­ри при разливке, брак и др. С уменьшением этих потерь величина выхода годной стали приближается к величине вы­хода жидкой стали, в результате чего уменьшается расход шихты и других материалов на 1 т годной стали.

Уменьшить в тепловом балансе абсолютные величины ста­тей расхода тепла на нагрев стали и шлака невозможно, так как сталь и шлак необходимо нагревать до определенной

температуры. Однако повысить долю этих статей в тепловом балансе можно, уменьшив другие статьи расходной части ба­ланса: количество тепла, уносимого продуктами сгорания (в результате улучшения теплопередачи), и потери тепла (в окружающую среду, при охлаждении и др.) в результате сок­ращения продолжительности плавки и улучшения конструкции печи. Все мероприятия, способствующие сокращению продол­жительности плавки, влияют на тепловой баланс таким обра­зом, что доля полезно расходуемого тепла (на нагрев стали и шлака) возрастает. К этим мероприятиям прежде всего от­носятся: а) сокращение продолжительности завалки шихты; б) применение кислорода (вместо воздуха) для повышения температуры факела, в результате чего улучшается теплопе­редача и продолжительность плавки сокращается; в) подача в факел высокоскоростной струи кислорода, сжатого воздуха или перегретого пара, в результате чего повышается кине­тическая энергия факела, улучшается его излучательная способность и возрастает доля тепла, передаваемого кон­векцией; г) ускорение реакций окисления примесей при за­мене железной руды газообразным кислородом или сжатым воздухом; д) автоматизация работы печи с целью организа­ции ведения плавки при оптимальных расходах топлива и до­бавочных материалов.

Цель почти всех технико-экономических мероприятий, проводимых в мартеновских цехах, — улучшение показателей материального и теплового балансов, так как эти показате­ли определяют в основном себестоимость стали.

Утилизация тепла отходящих газов. Очистка газов

Из данных теплового баланса видно, что около 2/3 общего количества тепла уходит из рабочего пространства печи вместе с дымовыми газами. Температура продуктов сгорания при выходе из рабочего пространства равна примерно 1700 °С. Вследствие подсоса воздуха и потерь тепла при прохождении через вертикальные каналы и шлаковики темпе­ратура газов при поступлении в регенераторы снижается до 1500-1550 °С. Из-под насадок регенераторов дымовые газы выходят с температурой 500-800 °С. При прохождении через борова и перекидные клапаны эта температура снижается (главным образом в результате подсоса воздуха) еще на 100-200 °С.

Таким образом, перед дымовой трубой температура отхо­дящих газов составляет все еще 400—600 °С, они содержат около l/З общего количества тепла, поступающего в печь. Поэтому утилизация этого тепла позволяет существенно по­высить показатели работы печи. Температура отходящих га­зов на двухванных печах, работающих без регенераторов, еще выше.

За всеми мартеновскими и двухваиными печами установле­ны котлы-утилизаторы. Наиболее распространен котел с мно­гократной принудительной циркуляцией воды (рис. 115). В современных котлах-утилизаторах используется 60—70 % теп­ла отходящих продуктов сгорания и вырабатывается 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 дымососом прямого действия (котел представляет собой дополнительное значительное сопротивление на пути движения газов, поэтому тяги дымовой трубы на хватает, чтобы протянуть дымовые газы через котел, требуется дополнительный дымосос).

Снижение температуры дымовых газов при прохождении их через котел-утилизатор позволяет решить также чрезвычайно важную задачу — очистку дыма от плавильной пыли. Коли­чество пыли в дымовых газах, выходящих из печи, колеблет­ся по ходу плавки от 1,0 до 10,0 т/и³, 50—75 % пыли осе­дает в шлаковиках, 10-25 % в регенераторах и 10—20 % ухо­дит в борова и в трубу.

Рис. 115. Котел-утилизатор верти­кального типа:

1 — питательный насос; 2 — дымо­сос; 3 — футеровка; 4 — кожух котла; 5 — змеевик водяного эко­номайзера; б — испарителльный змеевик; 7 — барабан; 8 — цирку­ляционный насос; 9 — змеевик пароподогревателя

Если принять, что на 1т выплавляемой стали вместе с продуктами сгорания из трубы выходит 1кг плавильной пы­ли, то за год из труб мартеновских цехов современного металлургического завода, на котором выплавляют 4-5 млн.т стали в год, вылетает 4-5тыс.т мельчайшей (до 1 • 10"⁷см) плавильной пыли.

Для предотвращения уноса пыли после котлов-утилизаторов монтируют установки для ее улавливания обыч­но с электростатическими газоочистками.

Улавливаемую пыль (в основном оксиды железа) исполь­зуют в качестве шихты в доменных или мартеновских печах.

Особенно важна установка очистительных устройств на современных печах, на которых применяют интенсивную про­дувку ванны кислородом. Содержание пыли при продувке воз­растает перед котлом-утилизатором до 10-25 г/м³. Совре­менные установки сухой (электростатической) и мокрой (в скруббере Вентури) очистки газов обеспечивают снижение содержания пыли на выходе из газоочистки до 0,1-0,15 г/м³.