Проектиране, метод за изчисляване на нагревателни и термични пещи за дълги продукти
1 Общи характеристики на нагревателните пещи
Нагревателните пещи обикновено се наричат пещи, в които металът се нагрява преди обработка под налягане (валцуване, коване). Често металовалцуването се извършва последователно в няколко мелници, което също определя състава на пещния парк.
Производителността на новопостроените валцови цехове непрекъснато нараства. Следователно общата тенденция в развитието на пещите е интензификацията на нагряването на метала, което позволява да се увеличи производителността на пещния блок.
Най-разпространеното е нагряването на правоъгълни заготовки, за които се използват пещи с периодично (адаптер) и непрекъснато (проточно) действие. В периодичните пещи металът се зарежда в напълно или частично охладена пещ и след това постепенно се нагрява заедно с пещта. Този метод на нагряване, когато температурата на пещта варира с времето, се използва при нагряване на големи слитъци, които трябва да се нагряват бавно, за да се избегнат прекомерни температурни разлики. В черната металургия нагревателните кладенци-пещи работят в периодичен режим, при който слитък, стоящ вертикално, се нагрява от четири страни. Тъй като размерите на блоковете са значителни (дебелината обикновено е около 600 mm, теглото е около 7 тона), такова нагряване от четири страни осигурява необходимата равномерност и производителност.
В непрекъснатите пещи температурата остава непроменена във времето. В същото време температурата по дължината на работното пространство на такива пещи може да варира в зависимост от необходимостта от създаване на подходящ режим на отопление. Непрекъснатите непрекъснати пещи са най-разпространените нагревателни пещи вчерна металургия. Те са много разнообразни както по отношение на начина на транспортиране на детайла през пещта, така и по отношение на методите на нагряване. Това са тласкащи пещи, пещи с ходене и ролкови пещи; с край, свод, странично отопление. В такива пещи може да се извърши както постепенен (методичен) режим на нагряване, така и много принуден камерен режим.
Наред с топлинните и температурните условия за работа на пещите, режимът на налягане в пещта е от голямо значение. Идеалното би било такъв режим на налягане в пещта, при който студеният въздух няма да влезе в пещта и димните газове няма да бъдат избити от пещта. Ако в пещта влезе студен въздух, това води до прекомерна консумация на топлина и увеличава металните отпадъци. Прекомерното избиване на димните газове води до увеличаване на топлинните загуби, влияе неблагоприятно върху арматурата на пещта и затруднява поддръжката й. За да се осигури оптимален режим на налягане в отоплителните кладенци, те са склонни да поддържат леко свръхналягане под капака. В непрекъснати пещи, на нивото на нагрети детайли, също е препоръчително да се поддържа леко свръхналягане, което изключва проникването на въздух в пещта и голямо избиване на димни газове. Въпреки това не е възможно напълно да издържи такъв натиск по цялата дължина на пещта.
2 пещи за нагряване на блокове (нагревателна яма)
- вертикално подреждане на блокове, осигуряващо ускорено и равномерно нагряване на метала, както и изключващо възможността за изместване на кухината на свиване;
- удобство при транспортиране, товарене и разтоварване на метал във вертикално положение на блоковете;
Има определени изисквания за отоплителните кладенци:
- достатъчно бързо нагряване на метала, осигуряващо висока производителност (обща и специфична);
- висококачествено метално отопление: равномерностнагряване по височина и напречно сечение на блокове без локално топене;
- ефективна работа на въздушни и газови нагреватели, осигуряващи нисък специфичен разход на гориво;
- възможност за надежден автоматичен контрол на топлинния режим;
- високи експлоатационни качества (удобство за отстраняване на шлаката, пълно изгаряне на горивото в работното пространство, достатъчно уплътняване на работното пространство и топлообменните устройства, достатъчна устойчивост на капаци и други елементи на нагревателни кладенци);
- най-опростен дизайн и ниски капиталови разходи за строителство.
Всеки нагревателен кладенец се нарича отделно клетка. Няколко клетки образуват група. За група клетки се предвижда един комин и общо помещение за апаратура. Производителността на отоплителните кладенци обикновено се изчислява за група на година. Познавайки производителността на мелницата и производителността на една група, е възможно да се намери необходимия брой групи нагревателни кладенци.
2.1 Топлинни и температурни условия
Съвременните нагревателни кладенци са камерни пещи с периодично действие с променящи се във времето топлинни и температурни условия. В повечето нагревателни кладенци металът се нагрява от клетки, т.е. след издаването на всички загрети блокове, клетките на кладенците отново се зареждат с блокове. По време на издаването и кацането на блокове, в резултат на честото отваряне на капака, зидарията на работното пространство на отоплителните кладенци се охлажда. Следователно, по време на работа на кладенци в гореща инсталация, в първия момент на нагряване, температурата на блоковете е по-висока от температурата на повърхността на зидарията, а основният потребител на топлина през този период е зидарията на кладенеца.
Консумацията на топлина се поддържа на максимум до температурата на товачастта от слитъка, която се нагрява по-бързо, няма да достигне граничната стойност. Този период се нарича период на отопление. Това е последвано от период на задържане, през който настъпва постепенно намаляване на потреблението на топлина, тъй като през това време температурата на повърхността на блоковете остава постоянна и топлината се изразходва само за загряване на блока над секцията. През този период температурата на отработените продукти от горенето остава приблизително постоянна.
Топлинната мощност на нагревателните кладенци е избрана така, че да осигури бързо повишаване на температурата на зидарията и повърхността на блоковете в началото на нагряването. Ако мощността е твърде ниска, периодът на нагряване ще се забави и периодът на експозиция ще бъде намален, а пълният цикъл на нагряване ще бъде неразумно дълъг. При надценен максимален разход на гориво, периодът на нагряване ще бъде намален, но температурната неравномерност в напречното сечение на блока ще се увеличи и периодът на задържане ще бъде удължен. Това също ще доведе до прекомерно увеличаване на продължителността на пълния цикъл на отопление.
Работата на нагревателните кладенци е силно повлияна от началната температура на блоковете. Обикновено отоплителните кладенци работят предимно в горещо засаждане, т.е. В клетката за нагряване до температурата на валцуване (около 1200 ºС) се поставят блокове, които все още не са напълно охладени след изливането, чиято температура е 700 - 850 ºС. Колкото по-висок е процентът на горещо втвърдяване и началната температура на блоковете, толкова по-голяма е производителността на нагревателните кладенци и толкова по-ниска е специфичната консумация на топлина за нагряване на метала. Процентът на горещо втвърдяване и началната температура на блоковете зависят от нивото на организация на производството в дадено предприятие. В тези предприятия, където културата на производство е доста висока, горещата настройка достига 95%, а началната температура на блоковете преди нагряване е 800 - 850 ºС.
Оптимална стойносттоплинната мощност (според химическата топлина на горивото) е в диапазона 200 - 300 MJ/t заряд. Работната температура в нагревателните кладенци е 1350 - 1400 ºС. За да се осигури такава работна температура, е необходимо горивото да се изгори така, че калориметричната температура на горене да достигне 2100 - 2200 ºС.
1. Отстраняване на шлаката. При нагряване металът се окислява. Получената скала се стича по ръбовете на блоковете до дъното на ямките и трябва да се отстрани оттам. Има два метода за отстраняване на котлен камък: сухо отстраняване на пепел и течно отстраняване на шлака.
При сухото отстраняване на шлака на дъното на кладенеца се излива фин кокс, който абсорбира мащаба и след 5-6 цикъла се отстранява заедно с него през специални люкове. След това отгоре, при отворен капак, се излива нова порция кокс и се изравнява.
След това металът се нагрява отново.
При течно отстраняване на шлаката няма кокс върху огнището; огнището е направено от огнеупорни материали, които не взаимодействат с мащаба (обикновено хромомагнезит); мащабът в течно състояние се отстранява от дъното на клетката през специален прорез.
Всеки от тези методи има свой обхват, предимства и недостатъци.
Недостатъци на сухото отстраняване на пепелта:
- непродуктивно време, изразходвано за пълнене и отстраняване на кокс;
- забавено нагряване и карбуризация на долната част на слитъка, донякъде вдлъбната в кокса;
- необходимостта от наличие на склад за кокс в цеха и лошото санитарно състояние на цеха (при пълнене на кокс се издига облак от прах);
- изключително негативно въздействие на коксовия прах върху керамиката на регенераторите и рекуператорите.
Сухото отстраняване на пепелта обаче е единственият метод за отстраняване на котления камък в такива конструкции, където не е възможно да се осигури течливостта на шлаката на дъното на клетката. Товаобстоятелство и определя обхвата на метода за сухо отстраняване на шлаката.
Течното отстраняване на пепелта елиминира недостатъците, присъщи на сухото отстраняване на пепелта; но също така не е без недостатък, който се състои в това, че по време на отстраняване на течна пепел дъното на кладенеца се износва неравномерно и блоковете губят своята стабилност.
2. Подплата и нейното обслужване. В нагревателните кладенци следните части на огнеупорната облицовка са най-уязвими:
- огнището и долната част на стените, тъй като са в интензивен контакт с котлен камък и блокове;