Рефераты. Конструкция, методика расчёта нагревательных и термических печей для сортового проката
-
керамика
регенераторов и рекуператоров (особенно верхние ряды), которая работает в
тяжёлых условиях высоких температур, резкой смены температуры, воздействия
газовых потоков, несущих окалину и пыль.
Подину колодцев
выкладывают обычно в три слоя: 1) внутренний из хромомагнезитового кирпича; 2)
шамотный кирпич; 3) внешний теплоизоляционный слой из диатомитового кирпича.
При сухом шлакоудалении уровень подины по всей площади колодцев одинаков, при
жидком подину выкладывают с уклоном в сторону шлаковой летки.
Стены колодцев
также выполняют трёхслойными. Внешний слой – теплоизоляционный, затем слой
шамотного кирпича. Внутренний слой в нижней части стен (приблизительно на 1 м
высоты) выполняют из хромомагнезита, остальное из динаса. Интенсивнее всего
стены изнашиваются на том уровне, где опираются слитки. В связи с этим в этом
месте выполняют выступ кладки внутрь колодца. Эти выступы выкладывают из
динаса, хромомагнезита, каолинового кирпича. Стойкость выступов из динаса
наименьшая.
В настоящее время
применяют крышки как с арочной футеровкой, так и с подвесным сводом. И в том, и
в другом случае можно применять шамотный кирпич. В последнее время для
футеровки крышек всё шире используют каолиновый кирпич. Каолиновый кирпич в
футеровке крышек значительно более стоек, поскольку обладает большой огнеупорностью
и меньшей дополнительной усадкой.
Керамические
рекуператоры, применяемые в нагревательных колодцах, выполняют из восьмигранных
трубок. Обычно монтируют 6 – 8 рядов труб, из них два верхних и нижний ряды из
карбо-шамотных трубок, остальное – из шамотных.
В рекуператорах
насадку следует сменять раз за 1,2 – 2 года.
Смена футеровки
крышек осуществляется через 7 – 9 месяцев. В отдельных случаях, чаще всего в
регенеративных колодцах, быстро сгорает металлическая рама крышек.
2.2
Конструкция колодцев
Нагревательные
колодцы бывают с регенеративным и с рекуперативным подогревом воздуха.
Регенеративные колодцы – это устарелые конструкции, которые нигде уже не
строятся.
Колодцы с
отоплением из центра пода. Такие колодцы (рисунок 123) применяют для нагрева
слитков перед прокаткой на блюминге производительностью около 2,5 млн. т/год.
Они достаточно надёжны в эксплуатации, отапливают их смешанным коксо-доменным
газом с теплотой сгорания 5800 – 8400 кДж/м³ при помощи горелок,
расположенных в центре пода. Группа состоит из двух ячеек. В каждую ячейку
помещается по 12 – 16 слитков квадратного сечения.
Колодцы
оборудованы керамическими рекуператорами из восьмигранных карбо-шамотных трубок
для подогрева воздуха до 800 – 850 ºС. Воздух, пройдя через рекуператоры,
поступает к горелке с двух сторон по сборным каналам. Газ подаётся в горелку по
специальной трубе снизу вверх, поэтому факел тоже направлен снизу вверх.
Продукты сгорания удаляются из рабочего пространства через специальные окна и,
пройдя через рекуператор, уходят в дымовую трубу. Рекуперативные колодцы с
отоплением из центра пода в настоящее время работают на 90 – 95 % горячего
посада, обеспечивая при этом производительность одной группы около 220 – 270
тыс. т/год. Удельный расход тепла на нагрев металла составляет 1100 – 1200
кДж/кг. Процесс нагрева металла в этих колодцах можно автоматизировать.
Импульсную точку выбирают на одной из боковых стен в зоне наиболее высоких
температур, т.е. несколько выше верхней кромки слитка. Тепловая мощность
колодцев с отоплением из центра пода составляет обычно 21,0 – 29,0 ГДж/ч.
Качество металла
в рекуперативных колодцах с отоплением из центра пода недостаточно. Вследствие
вертикального расположения факела зона наибольших температур создаётся в
верхней части рабочего пространства, что приводит к перегреву верхней части
слитка при недостаточном нагреве его основания. Перепад температур по высоте
рабочего пространства достигает 100 ºС и более, что вызывает
неравномерность нагрева слитка. Однако положительным является то, что все слитки,
входящие в садку, греются почти одинаково.
Общая площадь
рекуператора нагревательных колодцев составляет около 400 м². В
рекуператоре шесть рядов труб. Два нижних и два верхних ряда – из карбошамотных
трубок, средние ряда – из шамотных.
Рекуператоры
работают при температуре дымовых газов на входе 1200 – 1250 ºС; скорости
воздуха 1,5 дымовых газов 0,7 – 1,0 м/с.
Воздух в
рекуператор поступает обычно под давлением, в результате чего между воздушной и
дымовой сторонами рекуператора возникает значительный перепад давлений (до 200
Па), в результате чего создаётся возможность для утечки воздуха в дымовые
каналы. Утечка иногда достигает 40 – 50 % всего воздуха, поданного в
рекуператор. Низкая герметичность рекуператоров сильно влияет на работу
колодцев, так как в результате утечек количество воздуха, достигшего горелки,
становится недостаточным и неопределённым. При недостатки воздуха топливо не
сгорает полностью в пределах рабочего пространства и поэтому становится
возможным его дожигание в рекуператоре, что вызывает разрушение рекуператора и
дальнейшее увеличение утечек.
При уменьшении
количества воздуха, попадающего в ячейку, приходится сокращать количество
подаваемого топлива, т.е. снижать тепловую нагрузку, а это в свою очередь
приводит к снижению производительности.
Ненадёжная (в
смысле герметичности) работа рекуператоров наряду с высокой стоимостью
сооружения является, пожалуй, самым большим недостатком этих нагревательных
колодцев.
Колодцы с
отоплением из центра пода работают в основном на жидком шлакоудалении, которое
позволяет увеличить производительность ячейки и сократить расход топлива.
Однако при жидком шлакоудалении резко возрастает число ремонтов, а
следовательно, и удельный расход огнеупоров. Колодцы при жидком шлакоудалении
работают более форсированно, что увеличивает толщину окалины и возможность
оплавления слитков.
Колодцы с верхним
отоплением. В последние годы строят колодцы с одной верхней горелкой, что
объясняется увеличением производительности строящихся блюмингов до 6 млн. т/год
и более. Повышением производительности блюмингов обусловлены новые требования,
предъявляемые к нагревательным колодцам, которые в определённой мере
реализуются применением колодцев с одной верхней горелкой. Конструкция колодцев
представлена на рисунке 124. Колодец вытянутой формы шириной 2,2 – 2,5 м. В
ячейку помещают в два ряда 14 слитков массой по 7–8 т. Каждая группа колодцев
включает чаще всего 2 или 4 ячейки. Тепловую нагрузку в этих колодцах
поддерживают около 38 – 42 ГВт; удельный расход тепла составляет 1300 – 1350
кДж/кг. Поскольку на поду подобных колодцев температура относительно низкая,
применяют сухое шлакоудаление.
Производительность
колодцев подобного типа на группу из двух ячеек несколько меньше (200 – 220
тыс. т/год), чем колодцев с отоплением из центра пода. Это объясняется
особенностями их тепловой работы.
Колодец
отапливают газообразным топливом при различной степени подогрева воздуха.
Выходные скорости в горелке должны быть подобраны так, чтобы кинетической
энергии струй было достаточно для проталкивания газов от горелки до
дымоотборного окна по петлеобразной траектории. Плохое смешение топлива и
воздуха приводит к тому, что наибольшая температура развивается около стены,
противоположной горелке; на этой стене и выбирают импульсную точку для автоматизации
теплового режима. Причём, раньше других нагреваются слитки, находящиеся около
этой стены.
Когда температура
в импульсной точке достигает заданного значения, то во избежание её дальнейшего
повышения расход топлива снижается, и кинетическая энергия струй топлива и
воздуха уменьшается. Это приводит к тому, что газы уже не достигают
противоположной стенки и двигаются по прогрессивно укорачивающейся петле.
Таким образом,
процесс нагревания садки протекает неравномерно, затягивается, поэтому
производительность группы, состоящей из двух ячеек таких колодцев, меньше
производительности колодцев с отоплением из центра пода. Однако, колодцы с
одной верхней горелкой более компактны и при одной и той же общей длине
отделения нагревательных колодцев их можно установить несколько больше, чем
колодцев с отоплением из центра пода.
На нагревательных
колодцах с одной верхней горелкой применяются керамические воздушные
рекуператоры, при использовании которых возможны два способа подачи воздуха:
при первом, для подвода воздуха от рекуператора к горелке применяют эксгаустер
из жароупорного материала. Воздух просасывается через рекуператор, и
возможность утечки практически устраняется. Однако, в этом случае температура
подогрева воздуха ограничивается 400 – 450 ºС, так как при более высокой
температуре существующие эксгаустеры работать не могут.
Второй способ
предусматривает подачу воздуха из рекуператора к горелке при помощи инжектора.
Инжектирующей средой служит воздух высокого давления (20 – 40 кПа), количество
которого составляет 25 – 30 % общего расхода и который подогревается в
металлическом трубчатом рекуператоре до 250 – 350 ºС. В этом случае
температура воздуха перед горелкой составляет 650 – 700 ºС. Если для
инжектирования применять компрессорный воздух (5 – 7 % общего расхода), то
температура воздуха перед горелкой составит 700 – 800 ºС.
Сравнение
различных нагревательных колодцев по эксплуатационным показателям приведено в
таблице 19.
Таблица 19 -
Показатели работы рекуперативных нагревательных колодцев
Параметр
С центральной
горелкой
С одной верхней
горелкой
Средняя
производительность одной группы, тыс. т/год
230
340
Число оборотов
колодцев в год
1360
870
Удельный расход
топлива, кДж/кг
1150
1320
Простои
колодцев на ремонтах, % к календарному времени
3,77
3,98
Удельный расход
огнеупоров на 1 т, кг/т
1,85
1,27