Отражательные двухкамерные печи (стр. 2 из 4)

Дополнительный, не меньший эффект получается при рациональной организации производства, т. е. сокращением длительности загрузки шихты, ее нагрева, рафинирования и разливки металла, Перечисленные мероприятия позволяют снизить удельный расход энергии на 35-40 %.

Дутье с добавкой кислорода в количестве 5-7 % применяют на некоторых зарубежных заводах. Жидкий кислород последовательно подают в испаритель, фильтр. Затем через редуктор и расходомер - в воздухопровод (рисунок 2). Удельный расход кислорода (приведенный к нормальным условиям) 0,0264 м3/кг.

Применение добавки кислорода способствует увеличению температуры пламени на - 200 С, факел при этом становится короче, не омывает свод, что продлевает срок его службы, повышается КПД ночи, производительность, снижается угар металла и расход дутьевого воздуха. Органические примеси шихты (масла, пластмасса, краски) сгорают практически полностью. Это уменьшает затраты на газоочистку.

Применение кислорода по приведенной выше схеме дает существенный экономический эффект при незначительных капитальных затратах.

На ОАО «Мценский завод «Вторчермет» одном из крупнейших предприятий в Европе по переработке вторичного алюминиевого сырья уже несколько десятилетий работают двухванные пламенные отражательные печи круглого сечении (рисунок 3), Обе камеры, соединенные газоходом 3, отапливаются природным газом по противоточному принципу. Это более гибко регулирует температурный режим в копильнике и уменьшает вероятность загрязнения расплава пылевидной фракцией отходящих газов. Емкость ванн диаметром 6 м каждая ~ 27-30 т. Загрузка шихты, чистка пода, перемешивание расплава, скачивание шлака производятся мульдозавалочной машиной. Производительность печи 60 т/сут. Камера 1 служит для переплавки сырья. После заполнения ванны металлом его переливают в ванну-копильник 2 по внешнему переточному желобу 9. Выпуск металла производится из копильника по желобу на конвейерную разливочную машину. Цилиндрическая форма корпуса имеет внешнюю поверхность меньшую, чем у аналогичной по емкости печи прямоугольного сечения, и, следовательно, более низкие тепловые потери через кладку. Сокращается срок между капитальными ремонтами.

Цилиндрическая форма ванны позволяет эффективнее перемешивать металл. Большой размер загрузочных окон представляет определенные удобства при загрузке крупногабаритной шихты, снижает вероятность повреждения элементов их конструкции. Перелив металла по протяженному открытому желобу приводит к тепловым потерям. Желоб обычно укрывают по всей длине железным коробом.

а — прямоточная; б — противоточная; 1 — плавильная камера; 2 — копильник; 3 — переточное окно; 4 — дымовое окно; 5 — свод; 6 — горелка плавильной камеры; 7 — горелка копильника; 8 — передняя стенка; 9 — ванне плавильной камеры; 10 — ванна копильника; 11 — горелочная стена;12 — откос; 13 - стойка каркаса; 14 — междукамерный холодильник, 15 — задняя стенка; 16 — переточные летки; 17- выпускная летка; 18 — свод копильника; 19 — форкамера; 20 — порог; 21 — заслонка

Рисунок 1- Двухкамерные отражательные печи

1 — печь; 2, 8 — вентиль вакуумный сильфонный ; 3, 5 — регулирующий вентиль; 4 — редуктор; 6 — электропневматический кран; 7 — фильтр; 9 —мановакуумметр, 10 — труба 11 — электронный блок

Рисунок 2 - Схема газодинамического перемешивания металла в вакуумной печи

Загружать нишу большими порциями или крупногабаритными, неразрезанными кусками возможно, используя конструкции пламенных отражательных печей со съемными или сдвигаемыми сводами (рисунок 4) Кратковременность операции загрузки повышает КПД и производительность печи.

На некоторых зарубежных заводах крупногабаритный лом, сильно загрязненный конструкционно связанным железом, переплавляют в шахтных печах. Эти печи работают с более высоким тепловым КПД (~ 60 %), поскольку загружаемая и движущаяся сверху вниз шихта прогревается идущими навстречу горячими отходящими газами. В печь можно загружать почти не разделанную шихту, без подсушки (влажную) объемом до 10 м за одну завалку, что повышает производительность печи и труда обслуживающего персонала.

1 — плавильная камера, 2 - копильник; 3 - соединительный газоход; 4 — дымоход окно; 5 - рекуператор, 6 - рабочее окно; 7 — заслонка рабочего окна, 8 - откос для выгреба; 9 - переточный желоб; 10—летка; 11 - ось грелки

Рисунок 3- Схема противоточной отражательной печи с крупными камерами

1 — емкость для жидкого кислорода; 2 - испаритель; 3 - фильтр; 4 редуктор; 5 - клапан с электромагнитным затвором; 6 - вентиль-дозатор, 7- расходомер, 8 — распылитель; 9 — воздуховод

Рисунок 4 - Схема подачи кислорода в дутье

2 Расчет печи

Соотношение с единицами СИ некоторых ранее применившихся единиц

Длина: ^-10

1А =10^-10 м = 10^-8 см =10^-7 мм = 10^-4 мкм

1 мкм =10^-6 м = 10^-4 см = 10^-3 мм

1нм = 10^-9 м =10^-7 см = 10^-6 мм = 10^-3 мкм

Мощность, работа и энергия:

1 Вт ч = 3600Дж

1 кВт ч = 3,6*10^-6 Дж = 3,6 МДж = 8,6*10^-2 ккал

1 ккал/ч - 1,163 Вт

1 Вт = 0,860 ккал/ч = 3,6 кДж/ч

1 Дж = 2,39*10^-4 ккал = 2,78*10^-7 кВтч

Давление:

1 Па = 10^-5 бap = 9,87*10^-6 атм = 7,50*10^-3 мм рт. ст.

1 атм = 1,01*10⁵ Па = 1,01 бар = 7,6*10² мм рт. ст.

1 Торр = 1 мм рт. ст. = 1.33*10² Па = 1,33*10^-2бар =

= 1,32*10^-3 атм

1 Па = 1 Н/м² кг/(м с²)

Теплота

Удельная теплоемкость:

1 Дж/(кг К)=2,39*10^-4 ккал/(кг °С)

1 ккал/(кг °С) =4,19*10³ Дж/( кг К)

Теплопроводность:

1 Вт/(м К) = 0,860 ккал/(ч м °С)

1 ккал/(ч м °С) = 1,163 Вт/(м К)

Коэффициент теплообмена (теплоотдачи), коэффициент теплопередачи:

1 ккал(ч м² °С) =1,163 Вт/(м² К)

1 ккал/(с см² °С) = 41,868 кВт/(м² К)

Поверхностная плотность теплового потока:

1 ккал(ч м²)= 1,163 Вт/м².

1 Мкал(ч м² ) = 1,163 кВт/м²

Тепловой расчет круглой двухкамерной отражательной печи

Исходные данные:

Площадь пода плавильной зоны и копильника, м² …. по 28

Площадь свода плавильной зоны и копильника, м²… по 34 Температура в рабочем пространстве печи;

плавильной зоны, °С.......................................1100

копильника, "С..................................................1000

Производительность печи, т/ч................................5,4

Теплота (природный газ) сгорания 1 м³ (приведенная к нормальным условиям),используемого топлива,кДж....................................................35400

Состав шихты, %: (90÷92)Al + (8÷10) примеси (Fe, Mg, Si, Zn, Сu и др.),

Материальный баланс плавильной зоны:

№	Получено	Масса плавки
п/п		кг/ч	т/плавка	%
1	Металлический сплав	4220	21,1	78,3
2	Общие потери, угар, выгребы, съемы, сплески	1180	5,9	21,7
И г о г о	5400	27	100
№	Поступило	Масса плавки
п/п		кг/ч	т/плавка	%
1	Алюминий металлический в сплаве шихты	4240	21,2	78,5
2	Примеси	460	2,3	8,5
3	Флюсы	700	3,5	13
Итого	5400	27	100

Принимаем коэффициент избытка воздуха α = 1,1.

Объем воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ (приведенного к нормальным условиям) природного газа L₀ = 9,12 м³

Объем воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ (приведенного к нормальным условиям) природного газа с учетом коэффициента избытка:

L= L₀ * α =9,12*1,1 = 10,03 м³

Объем продуктов горения при сжигании 1м³ (приведенного к нормальным условиям) газа V0 =10,05 м³, с учетом коэффициента избытка воздуха:

V= V₀ + (α -1)*L₀ =10,05+(1,1-1)*9,12=10,96 м³

Приход тепла

1.Количество тепла от горения топлива:

Q_T = B* Q_н =35400 В,

где B - расход топлива (приведенный к нормальным условиям), м³\ч; Q_н - низшая теплотворная способность топлива, кДж/ м³,

2. Количество тепла, вносимого подогретым воздухом:

Q_в =B* С_в *L* tв=В*1,31*200*10,03=В*2628 кДж/ч

где С_в - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(м*К); tв - температура подогретого воздуха, °С.

3. Количество тепла от экзотермических реакций:

Q_экз=A*G,

где А - суммарное количество тепла от окисления алюминия, кДж/кг; G-угар металла, кг/ч.

По практическим данным угар алюминии и среднем составляет 2 %,

G=4220*0,02=84,4 кг/ч, тогда

Q_экз=(Q\M)*G=1570/26.97*84.4*10³ кДж/ч,

где Q - тепловой эффект реакции окислении алюминия, кДж/(г*моль), М - молекулярная масса алюминия, г.

4. Суммарный приход тепла:

Q_т= Q_в + Q_экз = В*3540 + В*2628 + 4910*10³ кДж/ч

Расход тепла

1.Тепло на нагрев, расплавление и перегрев металла (алюминия);

где G_Al - масса алюминия в сплаве шихты, кг/ч; t1, t2, t3 - температура алюминия, поступающего в печь, температура плавления алюминия и температура перегрева металла, °С, соответственно; C_p1,C_p2,C_p3 -удельные теплоемкости алюминия при t₁, t₂, t₃ кДж/(кг К), соответственно; χ_Al - теплота плавления алюминия, кДж/кг,

2. Тепло на нагрев и расплавление флюсов:

где G_KCl,G_NaCl - масса КСl и NaCI, кг/ч; t₁,t₂ - температура флюса, загружаемого в печь, и температура нагрева, °С, соответственно; C_p1,C_p2 и C’_p1,C’_p2 - удельные теплоемкости КСl и NaCI