Отражательные печи

Отражательная печь, промышленная плавильная печь, в которой тепло передаётся материалу излучением от газообразных продуктов сгорания топлива, а также от раскалённой внутренней поверхности огнеупорной кладки печи. Отражательные печи обычно применяют для получения металлов и полупродуктов в цветной металлургии (выплавка штейна из медных руд или концентратов, свинца из свинцовых сульфидных концентратов, рафинирование меди, сурьмы, свинца, олова и др.). Иногда обжиговые печи располагают непосредственно над площадкой отражательных печей с тем, чтобы не охлаждать обожженные концентраты (огарки) и использовать их тепло. Отражательные или пламенные печи делают длиной 30— 35 м, шириной 8—11 м и высотой от пода до свода 3,5—4,5 м. Стены выкладывают из динасового кирпича толщиной 500—600 мм, а свод — из динаса или же из магнезитового или хромомагнезитового кирпича. Площадь печи набивают кварцевым песком, зерна которого при нагреве до 1500—1600° С переходят в тридимит и свариваются. Печь отапливают с одной стороны измельченным каменным углем, мазутом или природным газом, используют несколько горелок или форсунок. Продукты сгорания выходят на другую сторону. Температура газов у передней стенки достигает 1550—1600 °С, а в хвостовой части снижается до 1250— 1200 °С. Шихту загружают через несколько отверстий в своде печи, расположенных близ боковых стен по длине печи. Шихта ложится откосами вдоль стен, предохраняя кладку от воздействия шлака и горячих газов. Жидкий конвертерный шлак вводят через окно в передней торцовой стенке. Штейн и шлак выпускают по мере их накопления через специальные отверстия. В результате взаимодействия окислов меди с сернистым железом получается сульфид меди, образующий штейн. Высший окисел меди восстанавливается растворенным в штейне сернистым железом до закиси. Полученная закись меди не может в присутствии FeS восстанавливаться по реакции 2Cu20 + Cu2S = 6Cu + S02, так как металлическая медь снова превращается в сульфид, вытесняя железо из FeS. Таким образом, процесс в печи сводится к следующей основной реакции. Благородные металлы (золото и серебро) плохо растворяются в шлаке и практически почти полностью переходят в штейн. Штейн отражательной плавки на 80—90% (по массе) состоит из сульфидов меди и железа. Остальная часть представляет собой окислы других металлов.

Отражательную печь применяют также для расплавления чёрных и цветных металлов и сплавов в литейном производстве. По принципу работы отражательные печи могут быть непрерывными или садочными. В непрерывных отражательных печах загрузка шихтовых материалов и выдача продуктов плавки идут в течение всей работы печи (например, при стекловарении или непрерывном рафинировании свинца). В садочных отражательных печах шихтовые материалы загружаются периодически, а после окончания процесса вся плавка выпускается из печи.

К отражательным печам иногда относят мартеновскую печь и двухванную печь, применяемые для производства стали, хотя эти печи имеют существенные отличия от отражательной печи цветной металлургии как по конструкции, так и по режиму теплообмена.

Рис. 5.7. Устройство мартеновской печи:

1 — рабочее пространство; 2 — свод; 3 — подина; 4 — сталевыпускное отверстие; 5 — отверстие для спуска шлака; 6 — завалочные окна;

7 — передняя стенка; 8 — задняя стенка; 9 — головки;

10 — вертикальные каналы; 11 — шлаковик; 12 — регенераторы:

13 — насадка регенераторов; 14 — борова; 15 — рабочая площадка

Мартеновская печь (от имени П. Мартена), пламенная регенеративная печь для переработки чугуна и стального лома в сталь заданного химического состава и качества.

Мартеновская печь состоит из следующих основных частей (рис. 5.7): рабочего пространства (под, передняя и задняя стенки, свод), где осуществляется плавка; головок (правой и левой), состоящих из собственно головок и вертикальных каналов для подачи топлива и воздуха в рабочее пространство и отвода из него продуктов сгорания; шлаковиков (воздушных и газовых) — для осаждения и накопления пыли и частиц шлака, выпадающих из проходящих через них продуктов сгорания; регенераторов (воздушных и газовых) — для подогрева поступающих в печь газа и воздуха теплом выходящих из рабочего пространства продуктов сгорания; боровов (каналов) для воздуха, газа и продуктов сгорания; системы перекидных клапанов, предназначенных для изменения направления подачи в печь топлива и воздуха и отвода из рабочего пространства продуктов сгорания; котла-утилизатора; дымовой трубы. Рабочее пространство и головки печи расположены выше рабочей площадки цеха и условно называются верхним строением печи. Остальные части находятся под рабочей площадкой и называются нижним строением. Мартеновская печь — агрегат симметричный: правая и левая её стороны относительно вертикальной оси одинаковы по устройству. Топливо и воздух для горения поступают в рабочее пространство поочерёдно то с правой, то с левой стороны; продукты сгорания отводятся из рабочего пространства соответственно с противоположной стороны. Изменение направления подачи топлива и воздуха, то есть изменение направления факела в рабочем пространстве, осуществляется системой клапанов и шиберов и называется «перекидкой» клапанов. Продукты сгорания поступают из шлаковика в регенератор сверху при температуре 1500— 1600 °C и, проходя по насадке (огнеупорная кладка регенераторов), передают ей значительную часть содержащегося в них тепла. При последующем прохождении через нагретую насадку холодного воздуха или газа они нагреваются до 1100— 1200 °С.

Все элементы Мартеновской печи выкладывают из огнеупорных материалов. В зависимости от характера огнеупорных материалов, из которых выложено рабочее пространство, мартеновские печи делятся на основные и кислые. Для кладки основной мартеновской печи применяют магнезитовый, магнезитохромитовый, хромомагнезитовый кирпичи, магнезитовый порошок (для наварки пода), для кладки кислой — динасовый кирпич и кварцевый песок. В нижнем строении печи используются форстеритовый, высокоглинозёмистый, магнезитовый и шамотный кирпичи. Для придания строительной прочности всей конструкции печи кладка крепится металлической арматурой. Узлы и детали мартеновской печи, работающие в условиях высоких температур, постоянно охлаждаются.

Мартеновские печи бывают двух типов — стационарные и качающиеся. Большинство мартеновских печей стационарные. Качающиеся обычно применяются для переработки фосфористых чугунов, так как при этом требуется несколько раз «скачивать» богатый фосфором шлак, что легче осуществлять на качающихся печах. Мартеновские печи могут отапливаться жидким (мазутом) или газообразным (природный, смешанный, генераторный газ) топливом. Смешанный газ (коксовый и доменный) и генераторный газ, обладающие недостаточной теплотой сгорания, перед поступлением в рабочее пространство подогреваются в регенераторах примерно до 1150 °С. Природный газ и мазут используются без подогрева. Кислород, служащий для интенсификации горения топлива, вводится через фурмы, помещенные в головках печи, а подаваемый для продувки ванны — через фурмы, опускаемые в отверстия в своде. Некоторое количество топлива может поступать вместе с кислородом в рабочее пространство печи с помощью топливо кислородных горелок, также опускаемых через свод. Печи, отапливаемые низкокалорийными видами газообразного топлива, имеют две пары шлаковиков и две пары регенераторов (для подогрева газа и подогрева воздуха), располагаемых попарно соответственно под каждой головкой печи; отапливаемые мазутом или природным газом имеют под каждой головкой по одному шлаковику и одному регенератору — только для подогрева воздуха. Несмотря на наличие регенераторов, отходящие газы перед дымовой трубой имеют температуру 400 — 800 °С. Для утилизации этого тепла за мартеновские печи устанавливают котлы-утилизаторы. Печи оборудованы контрольно-измерительной аппаратурой, позволяющей не только контролировать их работу, но и автоматически поддерживать заданный тепловой режим в различные периоды плавки.

Использование кислорода для интенсификации работы мартеновской печи приводит к постепенному уменьшению роли регенераторов. В связи с этим в 60-х годах 20 века на ряде металлургических заводов были пущены в эксплуатацию так называемые двухванные печи, вообще не имеющие регенераторов.

Двухванная печь, агрегат из двух ванн для выплавки стали, в котором тепло отходящих газов, образующихся в одной из ванн при продувке расплавленного металла кислородом, используется для нагрева холодной шихты в соседней ванне.

После нагрева шихты во второй ванне в неё заливают чугун и начинают продувку, а образующиеся при этом газы с помощью шиберов направляют в первую ванну, где уже выпущен готовый металл и загружена холодная шихта (рис. 5.8). Идея подобного использования тепла отходящих газов для сталеплавильных агрегатов была выдвинута ещё в 1904, однако её реализация стала возможной только в 60-е гг., когда в металлургии в качестве окислителя стал широко применяться кислород. При кислородной продувке в отходящих газах значительно увеличилось количество окиси углерода, последующее дожигание которой способствовало более эффективному прогреву шихты. Производительность двухванных печей в 2—4 раза выше, чем мартеновской, а расход топлива в 10—15 раз меньше. В нашей стране производительность двухванных печей, работающих скрап-рудным процессом с содержанием 60—70 % жидкого чугуна в шихте, превышает 1 млн. т в год (1970).

Рис. 5.8. Двухванная сталеплавильная печь: 1 — жидкий металл; 2 — твёрдая шихта; 3 — продувочная фурма; 4 — дожигающая фурма; 5 — резервная топливная горелка

Дата добавления: 2015-07-25