Рабочее пространство мартеновской печи предназначено для осуществления непосредственно процесса выплавки стали, т.е. расплавления шихты, и доведения полученного металла до необходимых химического состава и температуры.
Рабочее пространство представляет собой камеру, ограниченную подом, сводом, передней и задней стенками, а с торцов – головками печи. Рабочее пространство мартеновской печи находится в наиболее тяжелых условиях работы. Огнеупорные материалы подвергаются химическому и механическому воздействию расплавленного металла и шлака, печных газов и плавильной пыли, циклическим колебаниям температуры.
Рабочее пространство в поперечном разрезе имеет асимметричную форму. Уклон устраивается для создания лучших условий заправки и повышения стойкости стенок.
За рубежом имеются печи с симметричной формой рабочего пространства. Стойкость стен в них ниже в связи с приближением их к факелу и невозможностью заправки огнеупорами.
Часть рабочего пространства, расположенная ниже уровня порогов завалочных окон и ограниченная подом, продольными и поперечными откосами, называется ванной печи.
Основные технологические параметры мартеновской печи
К основным параметрам относятся:
- садка (емкость) печи;
- производительность печи;
- площадь пода печи;
- высота свода.
Садка печи (т) – это масса чугуна и скрапа, загружаемых в ванну рабочего пространства, т.е. масса металлической части шихты.
Емкость печи – это масса годных слитков, получаемых после разливки стали. Емкость печи составляет 87-95 % от садки печи.
Садка печи при конструировании определяется требуемой производительностью, емкостью печи, качеством выплавляемой стали, размерами здания цеха, грузоподъемностью разливочных кранов.
Установлен следующий ряд типовых (номинальных) садок мартеновских печей: 5, 10, 20, 35, 50, 100, 130, 200, 250, 300, 400, 500, 600 и 900 т. Наибольшее распространение получили печи садкой 250-600 т. Печи садкой до 100 т применяются главным образом на машиностроительных заводах.
Устройство пода. Под мартеновской печи состоит из (рис. 3) продольных и поперечных откосов и лещади рабочего пространства, расположенных ниже уровня порогов рабочих окон.
Под печи в процессе эксплуатации должен обеспечивать минимальные потери тепла и выдерживать:
- статическую нагрузку от массы металла и шлака;
- разрушающее действие ударов при загрузке шихтовых материалов;
Рис. 3. Устройство рабочего пространства мартеновской печи: 1 - свод; 2, 3 - задняя и передняя стенки; 4, 5 - задний и передний продольные откосы; 6 - под; 7 - поперечный откос.
- воздействие эрозионных процессов при взаимодействии огнеупорной футеровки с расплавленным металлом и шлаком;
- действие напряжений, возникающих в огнеупорных материалах при частых сменах температур.
Под сооружают следующим образом: на металлический лист толщиной 10-15 мм укладывают листовой асбест толщиной 20-30 мм, слой шамотного кирпича 70 мм и магнезитовую кладку толщиной 350-800 мм, затем набивной или наварной рабочий слой из магнезитового порошка.
Тепловое сопротивление подины должно обеспечивать температуру наружной поверхности кладки 130-170 °С.
Передняя стена мартеновской печи по своей конструкции представляет собой ряд простенков или столбиков, образующих рабочие (завалочные) окна. Число окон определяется садкой печи. В печах емкостью до 100 т в передней стене устраивают три завалочных окна, до 500 т – пять и для печей большей емкостью – семь. Нечетное число окон делают для того, чтобы через среднее окно можно было обслуживать сталевыпускное отверстие. Форма окна может быть прямоугольной или трапецеидальной, суживающейся внизу. В первом случае облегчается обслуживание печи с помощью завалочной машины; во втором – уменьшается подсос холодного воздуха в рабочее пространство, снижается расход заправочных материалов для устройства ложных порогов.
Простенки (столбики) подвергаются в процессе эксплуатации печи воздействию резких температурных колебаний, разрушающему воздействию при загрузке шихты, коррозионному и эрозионному действию шлака и металла. Кладку простенков выполняют из магнезитового кирпича.
Передняя стена имеет наклон 9-15° к вертикали во внешнюю сторону. Это обеспечивает в условиях интенсивной работы печей более высокую стойкость простенков и облегчает их горячий ремонт.
Головками мартеновской печи называются устройства для подачи топлива, воздуха и отвода продуктов горения. Головки расположены по торцам рабочего пространства и работают попеременно: то на подводе топлива и воздуха, то на отводе продуктов сгорания.
Шлаковники предназначены для очистки дымовых газов от плавильной пыли, выносимой ими из рабочего пространства. Они представляют собой специальные камеры, расположенные между вертикальными каналами и регенераторами (рис. 6).
Рис. 6. Конструкция шлаковника мартеновской печи: 1 – лещадь; 2 – теплоизоляционный слой (легковесный шамот); 3 – шамот; 4 хромомагнезитовый кирпич; 5 – торцевая стенка; 6 – перевальная стенка; 7 – свод; 8 – вертикальные каналы.
В основу работы шлаковников положен гравитационный принцип очистки. Дымовые газы, выходящие из вертикальных каналов со скоростью до 2-2,5 м/с, попадая в камеру шлаковика, имеющего значительно большую площадь сечения, теряют скорость (до 0,5-0,6 м/с) и изменяют направление движения на 90°. В результате значительная часть плавильной пыли (50-60%) наиболее крупных фракций оседает под действием сил инерции на лещади шлаковника.
По форме шлаковник представляет собой камеру, вытянутую в сторону регенераторов. С увеличением длины шлаковика улучшаются условия осаждения пыли. Конструкция шлаковника должна обеспечивать высокую герметичность, минимальные потери тепла и хорошую стойкость от воздействия высокожелезистых шлаков при температуре 1500¸1600°С.
Суммарная емкость шлаковников зависит от количества выносимой из печи пыли и продолжительности кампании печи. Количество осаждаемой в шлаковниках пыли (q) составляет 0,005¸0,012 т/т стали, а концентрация ее в поступающих дымовых газах - 0,2¸25 г/м3. Высота шлаковника составляет 4,2-5 м. Ширина шлаковника составляет 3-4,5 м, а объем – 200-500 м3 для печи 100-900т.
Уборка шлака из шлаковников является очень трудоемкой и длительной операцией. Химический состав шлаковых отложений колеблется в очень широких пределах, %: 65-85 Fe2O3; 3-15 CaO; 3-8 Al2O3; 5-15 SiO2; 5-20 MgO; 1,5-10 Cr2O3. Наличие в отложениях высоких концентраций оксидов железа и кремния в условия высоких температур обусловливает спекание отложений в монолит, прочность которого в холодном состоянии 17-35 МПа.
Наиболее широкое распространение получил способ удаления шлака методом взрыва. Шлаковый монолит дробится с помощью взрывчатки и удаляется скреперными устройствами, бульдозерами со скребками и другими механизмами. Недостатками этого способа являются большая трудоемкость и длительность удаления шлака, а также значительное повреждение кладки печи в момент взрыва. На удаление шлака этим методом затрачивается 6-7 суток.
Наиболее совершенной является следующая технология удаления шлака из шлаковиков. Торцевые стенки шлаковиков оборудуются специальными съемными крышками. В шлаковики через специальные форсунки в торцевой стене подается небольшое количество воды (0,5-1 м3/ч), что препятствует спеканию шлака в монолит. Очистку шлаковиков осуществляют систематически через 40-60 плавок без остановки печи с помощью скребкового механизма, установленного на тракторе.
Регенераторы мартеновской печи. Регенератор представляет собой камеру, заполненную насадкой, выполненной в виде многоярусной решетки из огнеупорного кирпича и имеющей определенную для каждой печи поверхность нагрева. Период нагрева насадки регенератора чередуется с периодом охлаждения, что достигается реверсированием движения газов по всей системе печи. В первом периоде дым, нагретый до температур 1450-1550 °С, проходя через насадку, отдает ей свое тепло, охлаждаясь до 700-900 °С; во втором периоде тепло, аккумулированное насадкой, передается холодному воздуху, который нагревается до 1000-1250 °С. Длительность этих периодов составляет в зависимости от технологических периодов плавки 5-20 мин. В основу конструкции регенераторов положено правило Лукашевича-Грум-Гржимайло, согласно которому остывающие продукты сгорания должны направляться вниз, а нагревающийся воздух – снизу вверх.
Борова представляют собой подземные дымоходы, предназначенные для отвода продуктов сгорания от регенераторов. Для очистки боровов от плавильной пыли и ремонта их футеровки в них предусмотрены специальные лазы и отверстия.
Качающиеся мартеновские печи применяются при необходимости ведения плавки с неоднократным скачиванием шлака или выпуска металла небольшими порциями. Рабочее пространство в таких печах изменяет свое положение относительно вертикальной оси путем наклона его в сторону передней или задней стены.
От головок рабочее пространство отделяет зазор (щель) шириной 80-100 мм. Конструкция качающихся мартеновских печей состоит из тех же элементов, что и стационарных, за исключением устройства рабочего пространства. Его подвижность обеспечивается наличием роликовых секций, расположенных между продольными подподовыми балками и опорными станинами (рис. 7). Наклон рабочего пространства в ту или иную сторону производится с помощью реечного механизма поворота с электроприводом.
Максимально возможные углы наклона составляют в сторону печного пролета 15°, а в сторону разливочного 35°. Рабочее пространство печи 10 заключено в стальной кожух (каркас) 9 и двумя основными сегментами 11 опирается на два ряда роликов 12 по 12 штук в каждой обойме. Ролики перемещаются по направляющим 5, которые опираются на стальные конструкции 4, установленные на фундаменте 3. В каркасе сделано ушко 8, шарнирно соединенное со штангой 7, нижняя часть которой оканчивается зубчатой рейкой. Зубья рейки находятся в зацеплении с зубьями шестерни механизма наклона печи; колпак 6 защищает зубья от попадания брызг металла и шлака. Рейка перемещается в жестких направляющих 1. Механизм наклона печи 2 расположен со стороны задней стенки ниже уровня пола цеха в железобетонном тоннеле и перекрыт железобетонной плиткой. Сообщая возвратно-поступательное движение штанге 7, механизм наклоняет рабочее пространство печи в сторону литейного пролета на 35° и в сторону рабочей площадки на 15°, обеспечивая слив шлака в шлаковые чаши и выпуск стали в ковш.
Рис. 7. Качающаяся мартеновская печь: 1, 5 – направляющие; 2 – механизм наклона; 3 – фундамент; 4 – опора; 6 – колпак; 7 – штанга; 8 – ушко; 9 – кожух; 10 – рабочие пространство; 11 – сегмент; 12 – ролики.
Форма рабочего пространства в поперечном сечении симметрична. Угол наклона передней и задней стен одинаков и составляет 23-25°.
С целью сохранения геометрии профиля рабочего пространства при его наклонах и улучшения условий эксплуатации огнеупорных материалов печь снабжена усиленным металлическим каркасом. Футеровка рабочего пространства подвергается дополнительным напряжениям при наклонах, а значительная часть ее поверхности контактирует со шлаком, что ускоряет разрушение огнеупорных материалов. В сложных условиях работает свод печи, который, несмотря на увеличения его высоты и снижение пролета, имеет значительно меньшую стойкость, чем на стационарных печах.
На тепловую работу печи большое влияние оказывает наличие двух кольцевых зазоров, отделяющих подвижное рабочее пространство от стационарных головок. Через них в печь подсасывается до 20-25% холодного воздуха, что снижает температуру рабочего пространства и регенераторов. В связи с этим, несмотря на повышенный расход топлива, производительность качающихся печей ниже, чем стационарных. Подвижность рабочего пространства создает значительные трудности при использовании системы испарительного охлаждения, поэтому на охлаждение расходуется большое количество технической воды.
Стоимость сооружения качающейся печи на 25% выше, чем аналогичной по емкости стационарной печи. Значительно выше и расходы на ее эксплуатацию.
Качающиеся печи применяют при переделе высокофосфористых чугунов. Так, на металлургическом заводе «Азовсталь» в мартеновском цехе работает двенадцать качающихся печей садкой по 400 т, перерабатывающих чугуны с содержанием фосфора до 1,4-1,6%.
Практична робота № 3
