Конструкция и принцип работы мартеновской печи. Основные элементы и их назначение.

На рисунке 9.1 схематически показана мартеновская печь в тот момент, когда топливо (газ) и воздух поступают с правой стороны печи.

Рис.9.1. Современная мартеновская печь:1-головка; 2-вертикальный канал; 3-шлаковмк; 4-борова; 5-насадка газового генератора; 7-отверстие в задней стенке печи для спуска шлака; 8-под; 9-завалочные окна; 10-рабочее пространство; 11-свод;12-регенераторы (газовый и воздушный); А-разрез по «головке печи»

Проходя через предварительно нагретые на­садки регенераторов (воздух" через воздушный регенератор, газ через газовый), воздух и газ нагреваются до 1000—1200 "С и в нагретом состоянии через головку попа­дают в печь. При сгорании топлива образуется факел с тем­пературой 1800-1900 °С. Пройдя головку, расположенную в противоположной стороне печи, раскаленные продукты сгора­ния попадают в другую пару насадок регенераторов и по системе боровов уходят к трубе. При этом насадки регене­раторов нагреваются. При такой работе насадки регенерато­ров правой стороны постепенно охлаждаются, а насадки ре­генераторов левой стороны нагреваются. В момент, когда регенераторы, через которые проходят в печь воздух и газ, уже не в состоянии их нагревать до нужной температуры, а регенераторы, через которые из печи уходит дым, перегре­ваются, осуществляется изменение направления движения га­зов печи. Для изменения направления движения газов пре­дусмотрены перекидные клапаны , а операцию на­зывают перекидкой клапанов. Холодный воздух и газ направ­ляются через хорошо нагретые левые регенераторы, а про­дукты сгорания уходят в правую сторону печи, постепенно нагревая остывшие правые регенераторы, затем цикл повто­ряют. Через некоторое время наступает момент, когда на­правление движения газов опять изменяется и т.д.

Энтальпия продуктов сгорания Н равна произведению мас­сы продуктов сгорания т на их теплоемкость С и температу­ру (, т.е. Н = Сmt(, откуда t = Н/Ст. Энтальпия Н склады­вается из химического тепла сгорания топлива Н_хт, тепла нагрева воздуха Н_нв и тепла нагрева газа Н_нг, т.е. Н = Н_{х т} + Н_{н в} + Н_{н г}; соответственно t = (H_хт + H_нв + + Н_нг)/Ст.

Таким образом, при нагреве поступающих в печь газа и воздуха обеспечивается достаточно высокая температура факела (> 1800 °С). Чем выше удается повысить температуру поступающих в печь газа и воздуха, тем выше температура факела и тем лучше работает печь.

Рис.9.2. Схема перекидных устройств:

1,7-газовые клапаны (перекидные клапаны на пути движения газа); 2,8-задвижки (шиберы); на клапанах (боровах) от газовых генераторов; 3, 4 —воздушные клапаны;

5,6- задвижки на клапанах от воздушных регенераторов; 9 — регулировочная задвижка (ши­бер); 10 - задвижки на борове трубы; 11- задвижки на боро­ве к котлу утилизатору; 12-регулируюшие колонки.

 Повысить температуру факела можно и другим способом — заменить весь воздух или часть его кислородом. Тогда в формуле t=Н/Ст уменьшается знаменатель (уменьшается т) и соответственно возрастает температура. На каждый объем подаваемого с воздухом кислорода поступает 3,762 объемов балластного азота. Обогащение воздуха кислородом приводит к уменьшению количества продуктов сгорания (при том же количестве теплоты, выделенной топливом) и соответственно повышается температура.

По характеру конструкций мартеновские печи бывают ста­ционарными и качающимися. Большинство мартеновских печей стационарные, так как качающиеся печи более сложны по кон­струкции и эксплуатация их обходится дороже. Однако в неко­торых случаях установка качающихся печей целесообразна, например если необходимо скачивать большое количество шлака или выпускать из печи не всю плавку, а только часть ее (напри­мер, в литейных цехах).

Повышая постепенно степень обогащения (вплоть до пол­ной замены воздуха кислородом), можно добиться достаточно высокой температуры факела без предварительного подогрева газа и воздуха (или смеси воздуха и кислорода). В этом случае регенераторы оказываются ненужными.

В мартеновской печи газы попадают сначала в шлаковик, а уже затем в регенератор. Шлаковик и служат для улавлива­ния плавильной пыли и шлаковых частиц, уносимых продукта­ми сгорания из рабочего пространства, и тем самым пред­охраняют насадки регенератора от засорения. Сечение шла­ковика гораздо больше сечения вертикального канала, по­этому при попадании дымовых газов в шлаковик их скорость резко уменьшается и, кроме того, меняется направление движения газов. Это приводит к тому, что значительная часть (50-75%) плавильной, пыли оседает в шлаковиках.

Из рабочего пространства печи дымовые газы выходят с температурой 1680-1750°С, из шлаковика в регенератор- с температурой 1500-1550 °С. Пройдя насадку регенератора, они охлаждаются до 500-700 °С. Обычно стремятся использо­вать тепло отходящих газов, направляя их по системе боро­вов в котел-утилизатор.

Если по каким-либо причинам котел-утилизатор не уста­новлен или находится на ремонте, дымовые газы по боровам направляют в трубу.

В зависимости от вида топлива и его теплоты сгорания мартеновские печи могут иметь две пары регенераторов -для подогрева воздуха и газа (при отоплении печи газом с невысокой теплотой сгорания) или одну пару регенераторов (если печь отапливается топливом с высокой теплотой сго­рания, подогрев которого не нужен или трудно осуществим).

В зависимости от вместимости мартеновские печи делят на печи малой (< 125 т), средней (125-300 т) и большой (> 300 т) вместимости. Выпуск металла из большегрузных печей производится обычно одновременно в два ковша (в исключительных случаях - в три).

Под вместимостью обычно понимают массу загруженной в печь металлошихты. Массу вводимых в печь по ходу плавки добавочных материалов при этом не учитывают.