Двухванные печи

Содержание

Задание ……………………………………………………………………………2

Содержание………………………………………………………………………..3

Введение………………………………………………………………………......4

1 Конструкция двухванной сталеплавильной печи……………………….......5

1.1 Устройство работы двухванной печи……………………………………….5

1.2 Недостатки двухванных печей……………………………………………..6

2. Примерный расчет двухванной сталеплавильной печи …………………...9

2.1 Топливный расчет…………………………………………………………..9

2.2 Материальный баланс……………………………………………………..10

2.3 Тепловой баланс……………………………………………………………16

3. Расход тепла…………………………………………………………………18

3.1 Физическое тепло стали…………………………………………………….18

Заключение……………………………………………………………………...23

Список использованных источников……………………………………….…24

Введение

В двухванных печах выплавляют, стали широкого сорта­мента, в том числе низколегированные, не уступающие по качеству сталям, выплавляемым в мартеновских печах

Распространение двухванных печей определилось их преимуществами в сравнении с мартеновскими печами: малым удельным расходом огнеупоров (4–5 кг в сравне­нии с 12–15 кг на мартеновских печах), меньшим объемом ремонтов, значительным облегчением условий труда ремонтных рабочих, в 3–5 раз меньшим   расходом топлива, более высокой стойкостью, достигающей 800–1000 плавок.

Производительность двухванных печей в 3–4 раза вы­ше, чем мартеновских; их устанавливают на месте сущест­вующих мартеновских печей без реконструкции здания и изменения грузопотоков в цехе.

1. Конструкция двухванной сталеплавильной печи

При интенсивной продувке мартеновской ванны выде­ляется значительное количество СО, которую трудно пол­ностью дожечь в самом рабочем пространстве. Часть несгоревшего СО и большое количество пыли выносятся дымо­выми газами из рабочего пространства печи. Для лучшего

Рис. 121. Двух ванная печь 2x300 т:

1 – ванны печи; 2 – фурмы; 3 – шлаковики; 4 – водоохлаждаемая заслонка; 5 – амбразура для отбора воздуха из вертикального канала; 6 – футерован­ный воздухопровод; 7 – амбразура в своде печи; 8 – эжектор использования СО и частичного улавливания пыли в самом рабочем пространстве создана двух ванная сталеплавиль­ная печь (рис. 123).

Рабочее пространство такой печи разделено переводом на две ванны. Обе ванны имеют общий .свод, так что про­дукты сгорания, образующиеся в одной ванне, проходят вторую часть рабочего пространства.

1.1 Устройство работы двухванной печи

Печь работает следующим образом: в одной ванне (го­рячей) происходит плавление и доводка с интенсивной про­дувкой металла кислородом, а во второй ванне (холодной) в то же время идет завалка и прогрев твердой шихты. Га­зы из горячей части печи направляются в холодную и со­стоят до 35% из оксида углерода. В холодной части печи СО догорает до СО2 и за счет выделяющегося тепла проис­ходит нагрев твердой шихты. Недостающее для процесса нагрева тепло восполняется подачей природного газа через горелки, установленные в своде печи. Сгорание природного газа и догорание СО совершаются за счет дополнительного кислорода.

Когда готовую сталь из первой ванны выпускают, во вторую ванну заливают жидкий чугун. После заливки чугуна тут же начинают продувку ванны кислородом. Закан­чивается продувка за 5–7 мин до выпуска. С выпуском металла из первой ванны цикл плавки заканчивается и на­чинается новый. В то же время с помощью перекидных шиберов изменяется направление движения газов. Теперь бывшая холодная ванна становится горячей. Первую ван­ну заправляют и производят завалку шихты, и цикл повто­ряется.

Двух ванная печь должна работать таким образом, что­бы было равенство холодного и горячего периодов, проте­кающих одновременно в разных ваннах. В холодный пери­од входит выпуск, заправка, завалка, прогрев, заливка чугуна; в горячий период – плавление и доводка. Например, для печи с садкой каждой ванны 250 т общая продол­жительность плавки составляет 4 ч, каждый период длится по 2 ч. Металл выпускается также через каждые 2 ч. Рас­кисление стали, производят в ковше.

Металл продувают кислородом в каждой ванне через две–три кислородные фурмы с интенсивностью 20–25м3/ч" на 1 т металла. Каждая часть печи оборудована сводовыми кислородными фурмами и газокислородными горелками. Горелки необходимы для сушки и разогрева печи после ремонтов, а также для подачи дополнительного топлива.

Современные двухванные печи работают на техничес­ком кислороде без вентиляторного воздуха, поэтому реге­нераторы отсутствуют. Холодная ванна печи частично вы­полняет роль регенераторов, аккумулируя тепло газов, по­кидающих горячую часть печи с температурой ~1700°С, и частично улавливает плавильную пыль, тем самым выпол­няет роль шлаковиков. Тем не менее количество пыли в продуктах сгорания, покидающих печь, составляет большую величину (20–40 т/м). Пыль состоит на 85–90 % из окис­лов железа.

Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печи с температурой около 1500 °С, поступают по вертикальному каналу в шлаковик, в котором охлаждаются водой до тем­пературы 900–1000 °С, а затем направляются в боров. В борове за счет подсоса холодного воздуха происходит дальнейшее понижение их температуры до 700 °С.

1.2 Недостатки двухванных печей

К недостаткам существующих конструкций двухванных печей следует, отнести меньший выход годной стали, повы­шенный расход жидкого чугуна и выбивание большого ко­личества технологических газов через завалочные окна в цех.

Выбивание газов из рабочего пространства происходит через завалочные окна при поднятых заслонках и по пе­риметру закрытых заслонок, а также через стационарные желоба для заливки чугуна. Как показала практика, опти­мальное с точки зрения тепловой работы существующих двухванных печей давление под сводом печи составляет 3– 4 Па. При этом нулевая линия давления располагается на уровне порога печи или несколько выше его. При этих ус­ловиях, как показывают расчеты, через одно открытое окно выбивается 6–8 тыс. м3 газа в час (запыленность 20– 40 г/м3). В отдельные периоды плавки расчетное количе­ство выбивающихся газов превышает 20 % всего количест­ва газов, поступающих в дымоотводящий тракт.

На некоторых печах вследствие недостаточной пропуск­ной способности дымоотводящего тракта давление под сво­дом при интенсивной продувке повышается до 5–6 Па, что приводит к еще большему увеличению количества газов, поступающих в цех.

Выбивание газов ухудшает условия труда, затрудняет обслуживание печи, загрязняет воздушный бассейн. Часть пыли не удаляется через фонарь здания, а циркулирует над рабочей площадкой печного пролета и попадает в разли­вочный пролет. Выбивание приводит также к ухудшению тепловой работы печи, так как часть оксида углерода и фи­зического тепла дыма не используется для нагрева лома.

Радикальный способ устранении выбивания из печи - снижение давления под сводом с 30-40 до 20 Па. В этом случае нулевая линия давлении располагается пыша проема завалочного окна, и оно будет находиться в зоне разрежения. Выбивание дыма при этом полностью исключается. Вместе с тем, в печь подсасывается большое количество холодного воздуха. Источниками этого воз­духа являются подсосы через вертикальный канал, через который не удаляются дымовые газы и на который действует тяга, соз­даваемая дымовой трубой. Кроме того, отрицательно сказывается эжектирующее действие, воздушных завес, установленных на ам­бразурах для продувочных фурм и в задней стенке для термопары, а также подсосы через завалочные окна печи. Вследствие боль­шого количества подсасываемого воздуха в продувочной камере дожигается с. большим избытком воздуха практически весь выделяющийся из ванны оксид углерода.

Расчеты показывают, что подсос воздуха создает такую ситуацию, когда тепла сжигания оксида углерода недостаточно даже для нагрева дымовых газов до температуры, при которой они удаляются из продувочной камеры.  Следовательно, возникает дефицит тепла на компенсацию потерь через кладку и охлажда­емые элементы печи, а также на догрев дымовых газов, который покрывается   за   счет  тепла,   выделяющегося   внутри   жидкого металла.

Для 280-т двухванной печи, начиная с расхода подсосанного воздуха в количестве 20 000 , потребность для компенсации дефицита количества тепла возрастает с увеличением количества подсасываемого воздуха. При этом все меньшая часть тепла дожигания оксида углерода используется полезно для нагрева ванны и все большее количество тепла, выделяющегося внутри жидкой ванны, затрачивается на покрытие потерь тепла. Для решения вопроса о необходимом степени дожигания окиси угле­рода и продуваемой камере и оптимальном распределении тепла

оксида углерода между двумя камерами были выполнены совме­стные расчеты уравнений газового, материального и теплового балансов продувочной камеры и камеры нагрева, которые пока­зали, что:

1) На двухванных сталеплавильных печах при существующих
суммарных тепловых потерях на обе ванны и наличии более 28 %
лома в шихте в продувочной камере существует дефицит тепла,
эквивалентный 20–-100 % теплового эффекта сжигания оксида
углерода;

2) количество   воздуха,   фактически   поступающее   в   про­дувочные камеры существующих печей, существенно превышает
необходимое для сжигания расчетной доли оксида углерода, что
еще больше усугубляет дефицит тепла;

3) при ограничении подсоса и рациональном нагреве скрапа в двухванной печи удельный расход чугуна может быть уменьшен, с 780-750 до 680-700 кг/т годной стали (содержание лома в шихте 38–40 %).

Как уже указывалось, большим недостатком двухванных печей является выбивание газов через окна печи. Для устранения этого недостатки необходимо выполнение ряда мероприятий, из которых наиболее важны следующие: обеспечение на печи резерва по тяге и работа через газоочистку в течение всей кампа­нии печи; создание конструкции дымоотводящего тракта обеспечивающего неорганизованные минимальные подсосы; выполне­ние вертикальных каналов печи с охлаждаемыми поверхностями.

Для ограничения подсоса воздуха через вертикальный канал может быть предусмотрена установка водоохлаждаемых заслонок (см. рис. 38-5, 4), перекрывающих в закрытом положении более 90 % площади сечения вертикального канала. Гидравлические расчеты дымового тракта показали, что установка заслонок поз­воляет сократить количество воздуха, поступающего через вер­тикальный канал в продувочную камеру, примерно вдвое.

Подсос воздуха в продувочную камеру уменьшаемся также благодаря эжекции части воздуха (~ 10 000 м3/ч) из вертикального канала с подачей его в камеру нагрева шихты мимо продувочной камеры. Воздух, имеющий температуру 700-500С, отсасывают через охлаждаемую амбразуру 5 в стенки  вертикального  канала, соединенную с амбразурой 7 в своде печи между камерами футе­рованным воздухопроводом. Эжектируемый воздух подлетел в ка­меру нагрева шихты со скоростью 100 м/с и используется для сжи­гания топлива или дожигания оксида углерода, поступающего из камеры продувки.

Для уменьшения эжектирующего действия струй воздуха в конструкции отдува предусмотрены сопла, подающие воздух, направленный против движения потока подсасываемого воздуха. Струи из этих отверстий создают завесу на входе в амбразуру, тем самым сокращая  присос воздуха уменьшения эффектив­ности отдува.

При уменьшении количества подсасываемого в  продувочную камеру воздуха  уменьшается общее количество дыма, поступа­ющего d камеру нагрева. Это позволяет оборудовать печь пере­жимом между ваннами с установкой с каждой стороны эжекторов. При этом возможно обеспечение независимого регулирования давления под сводом печи в каждой камере, что имеет большое значение для улучшения тепловой работы печи и обеспечивает хорошие условии для полного дожигания горючих составляющих дыма, поступающих в камеру нагрева.

Рис. 38-6. Устройство для отсоса дымовых газов, выбивающихся из рабочего пространства печи: 1-коллектор; 2-зонт; 3-коллектор сжатого воздуха; 4-воздушная струя.

Большие трудности вызывает уплотнение проема завалочных окон при открытой; заслонке. Если окно находится под разряжением, то через него засасывается 30000-40000воздуха в час. Для обеспечения возможности работы печи при повышенном давлении под сводом предусмотрены устройства, отсасывающие выбивающийся дым (рис. З8-6) со сбросом eго в борова или в ре­зервную газоочистку. Наличие резервной газоочистки приводит к удорожанию строительства печи.

2. Примерный расчет двухванной сталеплавильной печи

2.1Топливный расчет

Рассчитать двухванную печь, емкостью ванн по G= 250т каждая, принимая общую продолжительность плавки рав­ной -1440 с (0,4 ч), из которых: выпуск и заправка–1440с (0,4 ч); завалка и прогрев –4680 с (1,3 ч); заливка чугуна и плавление –4680 (1,3 ч); доводка – 3600 с (1,0 ч).

Продувка ванн проводится техническим кислородом. Недостаток тепла от дожигания СО в «холодной» ванне компенсируется подачей природного газа. Расчет сталеплавильной печи включает: 1) расчет ма­териального баланса; 2) расчет теплового баланса; 3) рас­чет расхода топлива (природного газа) по периодам плавки.

2.2 Материальный баланс

Расчет шихты проводят на 100 кг металлической садки, причем плавку условно делят на два периода: I период  от завалки до полного расплавления, II период- от рас­плавления до раскисления стали.

I период

Найдем средний состав шихты, учитывая, что в 100 кг металлической шихты содержится .65 кг чугуна и 35 кг скрапа (см, выше).

Угар примесей определим как разность между содер­жанием примеси в шихте, и  стали   после расплавления. Примем, что при продувке ванны техническим кислородом 10% S окисляется до SO2,   а угар железа в дым принят равным 1 % (по 0,5 % в каждом периоде).

С 2,505-1,30 = 1,205 кг

Si. 0,650 кг

Мn 0,760-0,04 =0,720 кг

Р 0,144 – 0,015-0,129 кг

S 0, 0465 – 0, 03 – 0, 00465=0,012 кг

Fе (в дым) 0,500 кг

Всего 3,216 кг

Теперь можно определить расход кислорода и количе­ство образовавшихся оксидов (вторая колонка цифр молекулярная масса кислорода в продукте; третья – мо­лекулярная масса примеси):

Расход кислорода, кг

С-СО 1,205-16:12=] ,607

Si->SiO2 0,65-32:28=0,743

Мn-MnO 0,76-16:55^0,221

Р-Р2О6 0,144-80:62-0,186

Fe в дым-Fе2О3 0, 5-48:112=0,214

S-SO2 0, 0465-32:32-0, 0465 3,0175

Для расчета состава и количества шлака следует сде­лать следующие допущения.

При завалке со скрапом вносится 2 % загрязнений типа глины, имеющей состав: 52 % SiO2; 25 % А1гО3; 23 % Н2О. Таким образом, загрязнениями вносится, кг:

SiO 35.0, 02.0, 52-0,364

Al 35-0, 02.0, 25-0, 1575 

H35-0, 02.0, 23-0,161

0,6826 кг.

Обычно скрап окислен {~1 %), т. е. со скрапом попа­дает 0,35 кг окалины в виде FeОз. Вместе с чугуном из миксера попадает некоторое количество шлака, которое для данного расчета примем равным 0,5 кг следующего со­става: 46 % СаО; 8 % А12О3; 6 % MgO; 2 % S.

В шлак поступает некоторое количество материала фу­теровки, износ которой принимаем равным, кг:

Доломит  обожженный Мэгнезитохромит   .

Согласно технологии производства стали, после заливки чугуна скачивают 5–6 % шлака. Принимаем, что в рас­сматриваемом случае скачивают 6 % шлака (6 кг) соста­ва, %: 21 SiO2; 3,5 А12О3; 4 MnO; S MgO; 25 СаО; 4 P2O-3; 0,3 S; 0,1 Cr2O3; 27,6 FeO; 6,5 Fe2O3.

Страницы: 1, 2