Конструкция, методика расчёта мартеновских печей черной металлургии (стр. 3 из 4)

Однако, несмотря на эти благоприятные условия, многое зависит и от организации режима и порядка завалки шихтовых материалов. Так, например, металлическую часть шихты, характеризуемую высокой теплопроводностью, следует загружать поверх сыпучих материалов – известняка и руды. Если сделать наоборот, то вследствие малой теплопроводности сыпучих материалов их поверхность быстро нагревается до высокой температуры, что вызывает резкое уменьшение количества тепла, передаваемого шихте.

Поэтому практикой установлен строгий порядок и режим завалки шихтовых материалов, обеспечивающий высокие тепловые потоки на шихту не только в период завалки, но и в последующие периоды плавки.

2.3 Период нагрева

Этот период необходим, чтобы поднять температуру шихты до значения, несколько превышающего температуру плавления чугуна. Если чугун заливать на непрогретую шихту, то относительно холодная шихта охладит его до температуры ниже температуры его плавления, что приведет к так называемому «закозлению» шихты. Образующаяся корка твердой шихты ухудшит передачу тепла во внутренние слои ванны, это вызовет удлинение плавки. Недопустим также и перегрев шихты. Заливка чугуна на сильно перегретую шихту вызывает бурную реакцию выгорания примесей, что может привести к выбросу металла из печи.

Условия теплообмена с точки зрения температуры кладки в этот период близки к условиям периода завалки. Поэтому тепловую нагрузку, как и в завалку, надо поддерживать на максимальном уровне.

2.4 Период плавления металлической части шихты

Время от конца периода прогрева до полного ее расплавления.

При скрап-процессе, т. е. при работе на твердом чугуне, плавление начинается сразу после завалки, когда еще не образовалось зеркало жидкой ванны.

Таким образом, в начале этого периода условия теплообмена подобны условиям периода прогрева. Следовательно, в начале плавления можно не бояться поджога свода и держать высокие тепловые нагрузки, что и делается на практике.

Во время скрап-рудного процесса (т. е. работы на жидком чугуне) плавление твердой шихты протекает под слоем шлака в жидком чугуне (при 65 –75% чугуна в шихте по весу).

В этом случае, как и для второй половины периода плавления при скрап-процессе, вследствие высокой температуры поверхности шлака и низкой теплопроводности его, интенсивность теплообмена зависит главным образом от степени перемешивания ванны за счет выделения из нее газообразных окислов углерода, образующихся в результате разложения известняка и выгорания углерода металла.

Теплопроводность жидких металла и шлака в спокойном состоянии равна соответственно 18 – 20 и 2 – 3 ккал/м . час .оС, тогда как при интенсивном перемешивании эквивалентная теплопроводность (т. е. с учетом конвективного теплообмена) шлака достигает 100 – 120 ккал/м . час .оС, а металла 1800 – 2000 ккал/м . час .оС.

Таким образом, для обеспечения благоприятных условий теплообмена в период плавления необходимо создать условия для интенсивного перемешивания ванны, что достигается путем хорошего прогрева шихты в предшествующие периоды плавки.

Большое значение в этот период играет организация так называемого направленного теплообмена, когда большую часть тепла ванна получает непосредственно от факела, а не через посредство кладки, что происходит при отсутствии направленного теплообмена.

Условиями направленного теплообмена являются, возможно, большее приближение ядра факела с наивысшей температурой и светимостью к поверхности ванны и покрытие им большей части поверхности ванны. Это достигается, как уже отмечалось, соответствующим подбором угла наклона форсунок, скоростей выхода топлива и воздуха и т. д.

Тепловая нагрузка в этот период по мере подъема температуры поверхности ванны и овода соответственно уменьшается.

2.5 Период доводки

Время от момента полного расплавления до выпуска стали. В период доводки – самые худшие условия теплообмена. Температура ванны максимальная, температура кладки – на пределе. Интенсивность перемешивания ванны уменьшается. Все это приводит значительному уменьшению количества тепла, поглощаемого ванной, и, как следствие, – к снижению тепловой нагрузки до минимума.

В соответствии с изменением по ходу плавки условий теплообмена и тепловой нагрузки изменяется и значение термического к. п. д. печи.

3 Методика расчета

Расчет 250-т газовой мартеновской печи.

Исходные данные:

1. Садка печи (вес чугуна и скрапа) – 250 т.

2. Топливо – смешанный газ (коксовый и доменный); средняя теплотворная способность за плавку – 2300 ккал/м3;

3. Печь работает скрап-рудным процессом при расходе 65% жидкого чугуна и 35 % скрапа.

4. Выход годных слитков 99,5 % от веса чугуна и скрапа.

5. Печь оборудована магнезитохромитовым сводом.

Годовая производительность печи составляет 230 тыс. т. слитков в год. Среднесуточная производительность печи с учетом 7 % от календарного времени простоев на холодных и горячих ремонтах составит

т/сутки

Количество плавок в сутки с учетом выхода годных слитков 99,5 %

плавки

Продолжительность плавки составит

час., или 8 час. 49 мин.

Основные размеры рабочего пространства. Размеры рабочего пространства принимаются на основании опыта хорошо работающих мартеновских печей:

Площадь пода S, м2 . . . . . . . . . . . . . 77

Длина ванны L, м . . . . . . . . . . . . . . 14,5

Ширина ванны E, м . . . . . . . . . . . . . 5,3

Глубина ванны h, м . . . . . . . . . . . . . 0,95

Емкость ванны. Рассчитывается при условии вмещения до уровня порогов рабочих окон всего расплавленного металла и шлака толщиной около 50 мм. При этих условиях емкость ванны должна составить

м3.

Коэффициент емкости ванны (

) определяется из уравнения

, ,

Тепловые нагрузки. Для печей, отапливаемых смешанным газом (коксовый и доменный), средняя за плавку удельная тепловая нагрузка обычно составляет 0,32 млн. ккал/м2 площади пода печи в час. При этих условиях средняя за плавку тепловая нагрузка составит

млн. ккал/час.

Для печей, отапливаемых высококалорийным топливом (мазут, природный газ и мазут, коксовый газ и мазут), средняя за плавку удельная тепловая нагрузка составляет около 0,38 млн. ккал/м2. Расход смешанного газа определится с учетом теплотворной способности смеси, равной 2300 ккал/м3:

м3/час.

При условии теплотворной способности коксового газа 4300 ккал/м3 и доменного 900 ккал/м3 в смеси газов будет содержаться по объему 41 % коксового и 59 % доменного газов.

Отсюда расход коксового газа при средней тепловой нагрузке составит

м3/час;

расход доменного газа

м3/час

В период завалки и части периода плавления тепловая нагрузка на печь увеличивается до максимальной, при этом коэффициент форсирования печи, по практическим данным, для 250-т печи равен 1,25.

Следовательно, максимальная тепловая нагрузка печи будет равна

млн. ккал/час

или на 1 м2 площади пода

млн. ккал/м2.час.

Расход смешанного газа в этот период определится с учетом постоянства величины расхода доменного газа, равной 6300 м3/час. Расход коксового газа составит

м3/час.

В этот период в смеси газов по объему будет содержаться приблизительно 48 % коксового 52 % доменного газов.

Расход тепла. При скрап-рудном и скрап-процессах тепловые нагрузки распределяются во время плавки приблизительно следующим образом: 70 % продолжительности плавки в печи держат среднюю тепловую нагрузку и 30 % – максимальную тепловую нагрузку. При этих условиях суммарный расход тепла на плавку составит

млн. ккал.

Удельный расход тепла на 1 т годных слитков

млн. ккал/т.

Головки и вертикальные каналы. Печь имеет головки типа Вентури и вертикальные каналы.

Шлаковики. Размеры шлаковиков рассчитываются с учетом их заполнения плавильной пылью в течение кампании работы печи по своду и количества пыли, осаждающейся в шлаковиках на 1 т выплавленной стали. Кампания работы печей по своду (хромомагнезитовой) составляет для печей до125 т не менее 700 плавок, для 185-т – 600 плавок и для 250-т и выше – 500 плавок. При работе скрап-рудным процессом без кислорода осаждается в шлаковиках 5,5 кг пыли на 1 т стали.

В 250-т печи суммарный объем шлаковиков должен составлять

,

где

– число плавок за кампанию работы печи по своду;

– садка печи, т;