Сталеплавильные мартеновские печи

Примером плавильных камерных печей является мартеновская сталеплавильная печь, представленная на рис. 1-10 и 1-11. Шихта, подлежащая расплавлению, загружается в печь через рабочие окна при помощи завалочной машины. Плавильное пространство печи перекрыто сверху главным сводом, выложенным из высокоогнеупорного хромо-магнезитового или динасового кирпича. Передняя и задняя стенки печи имеют особую форму, обеспечивающую наибольшую устойчивость и сток расплавленного металла и шлака в ванну.

Под этих печей выложен в виде ванны, имеющей в нижней точке выпускное отверстие (летку), через которое расплавленная сталь выпускается в футерованный ковш.

Температура стали при выпуске весьма высока (t''m = 1550 - 1650 °С) и для обеспечения достаточно интенсивной передачи тепла от пламени к шихте в печи необходимо развить очень высокую температуру факела (tф = 1850 - 1900 °С). Для ускорения реакций окисления углерода и других примесей жидкую ванну продувают кислородом, чем сокращается время плавки. Главный свод печи является косвенным излучателем тепла; нагреваясь от газов, он, подобно рефлектору, посылает тепловые лучи на ванну печи. При этом температура свода достигает 1650 - 1680 °С, т. е. становится близкой к температуре плавления огнеупорной кладки.

Дымовые газы покидают плавильное пространство с температурой 1750 - 1850 °С. Высокой температуры в печи возможно достигнуть только при высоком подогреве воздуха, поступающего на горение, и высоком подогреве газа (если печь работает на смеси коксового и доменного газов). Обычно температура подогрева воздуха составляет 1000 - 1200 и газа 900 - 1000°С. Если печь работает на высококалорийном топливе — мазуте или природном газе, то подогревают только воздух (до указанной температуры). Подогрев воздуха и газа до таких высоких температур в настоящее время осуществляется в регенераторах, причем при подогреве только воздуха устанавливается одна пара регенераторов, а при подогреве газа и воздуха — две пары регенераторов.

Рис. 1-10. Схема мартеновской сталеплавильной печи, работающей на смешанном коксодоменном газе

Рис. 1-10. Схема мартеновской сталеплавильной печи, работающей на смешанном коксодоменном газе

I — плавильное пространство: II — воздушные регенераторы (одна пара); III — газовые регенераторы (одна пара); IV —головка печи (2 шт.); 1 — подача холодного газа в регенератор для подогрева; 2— подача горячего газа из регенератора в головку печи; 3 — выход газа в плавильное пространство; 4 — подача холодного воздуха в регенератор; 5 — подача горячего воздуха в головку; 6 выход горячего воздуха в плавильное пространство: 7 —отвод раскаленных дымовых газов в воздушный регенератор; 8 - отвод раскаленных дымовых газов в газовый регенератор; 9 — отвод дымовых газов, остывших в воздушном регенераторе; 10 — отвод дымовых газов, остывших в газовом регенераторе; 11 и 12 — перекидные устройства (для переключения направления газов); 13 — отвод дымовых газов к котлу-утилизатору.

Рис. 1-11. Мартеновская сталеплавильная печь работающая на смешанном коксодоменном газе

Рис. 1-11. Мартеновская сталеплавильная печь работающая на смешанном коксодоменном газе

Регенераторы располагаются под печью и соединяются с плавильным пространством при помощи вертикальных каналов и головок. Головки при газовом отоплении играют роль горелок — в них нагретое газообразное топливо, поступающее из газовых регенераторов, смешивается с горячим воздухом, подаваемым из воздушных генераторов. При помощи головок факелу придается определенное направление на ванну, чем достигается настильность пламени, т. е. его движение непосредственно над расплавляемой шихтой. В настоящее время для отопления мартеновских печей используется природный газ, при сжигании которого в факеле не происходит образования сажистого углерода; факел без принятия специальных мер был бы прозрачным и не обеспечивал бы достаточной величины плотности собственного излучения факела Eф, определяемой степенью черноты факела εф и его абсолютной температурой Тф в четвертой степени:

(1-4)

Поскольку дальнейшее повышение температуры факела лимитировано работой регенераторов и стойкостью огнеупоров, стараются увеличить степень черноты факела путем карбюрации его добавкой смолы или мазута, при сжигании которых образуется сажистый углерод. Расход мазута составляет 20—30% по расходу тепла, а количество сажи в углемазутном факеле составляет 3—5% массы мазута. Другим способом является самокарбюрация природного газа в вертикальных каналах путем термического разложения части углеводородных газов с выделением сажи. Сажеобразование удобно осуществляется в специальных аппаратах — реформаторах, в которых некоторая часть природного газа сжигается с недостатком воздуха.

Температура газов, уходящих из регенеративной насадки, высока (500—700 °С), и поэтому для более полного использования их тепла устанавливают паровые котлы-утилизаторы. В настоящее время взамен водяного охлаждения металлических элементов печи устраивается испарительное охлаждение. Каждый охлаждаемый элемент представляет собой испарительную поверхность с естественной или принудительной циркуляцией; получаемый пар используется для отопительных или для энергетических целей. Современные мартеновские печи могут иметь энергетический к.п.д. 50—60% вместо имевших место прежде 15—20%.

В настоящее время для интенсификации мартеновских печей в ванны подается кислород, что сильно сокращает продолжительность плавки (на 20—30%).