Оборудование электрометаллургического производства 6 страница
3.1.2. МАРТЕНОВСКИЕ ПЕЧИ
На рис. 120 схематически показана мартеновская печь в тот момент, когда топливо (газ) и воздух поступают с правой стороны 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 (рис. 121), 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.
Рис. 120. Современная мартеновская печь: 1 – головка; 2 – вертикальный канал; 3 – шлаковик; 4 – борова; 5 – насадка газового регенератора; 6 – сталевыпускное отверстие; 7 – отверстие в задней стенке печи для спуска шлака; 8 – под; 9 – завалочные окна 10 – передняя стенка; 11 – задняя стенка; 12 – рабочее пространство; 13 – свод; 14 – регенераторы (газовый и воздушный); А – поперечный разрез рабочего пространства печи; Б – разрез по головке печи
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.
Повысить температуру факела можно и другим способом – заменить весь воздух или часть его кислородом.
Рис. 121. Схема перекидных устройств: 1, 7 – газовые клапаны (перекидные клапаны на пути движения газа); 2, 8 – задвижки (шиберы) на каналах (боровах) от газовых регенераторов; 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 – регулирующие колонки
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. Шлаковики 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.
Все строение мартеновской печи делится на верхнее и нижнее. Верхнее строение расположено над площадкой мартеновского цеха, которую сооружают для обслуживания печи на высоте 5 – 7 м над уровнем пола цеха. Верхнее строение состоит из собственно рабочего пространства печи и головок с отходящими вниз вертикальными каналами. Нижняя часть расположена под рабочей площадкой и состоит из шлаковиков, регенеративных камер с насадками и боровов с перекидными устройствами.
3.1.2.1. РАБОЧЕЕ ПРОСТРАНСТВО ПЕЧИ
Рабочее пространство мартеновской печи ограничено сверху сводом, снизу – подом (или "подиной"). На рис. 120, а на границе задней стенки и подины показано отверстие для выпуска плавки (обычно его называют сталевьшускным отверстием). В передней стенке видны проемы – завалочные окна, через которые в рабочее пространство загружают твердую шихту и заливают (по специальному приставному желобу) жидкий чугун.
Обычно завалочные окна закрыты специальными футерованными крышками с отверстиями – гляделками, через которые сталевар наблюдает за ходом плавки и состоянием печи.
Из всех элементов печи рабочее пространство находится в наиболее тяжелых условиях – в нем идет плавка стали. Во время завалки твердой шихты огнеупорные материалы, из которых изготовлено рабочее пространство, подвергаются резким тепловым и механическим ударам, во время плавки они подвергаются химическому воздействию расплавленных металлов и шлака; в рабочем пространстве максимальная температура. Стойкостью элементов рабочего пространства печи определяют, как правило, стойкость всей печи и, следовательно, сроки промежуточных и капитальных ремонтов.
В соответствии с этим к огнеупорным материалам рабочего пространства предъявляют высокие требования: а) высокая огнеупорность; б) химическая устойчивость против воздействия шлака, металла и печных газов; в) достаточная механическая прочность при высоких температурах; г) хорошая термостойкость при колебаниях температуры.
По химическим свойствам применяемые огнеупорные материалы делят на: а) кислые – динасовый кирпич, кварцевый песок; б) основные – магнезитовый кирпич, магнезитовый порошок, доломит; в) нейтральные (со свойствами амфотерных окислов) – шамот, хромомагнезит, магнезитохромит, высокоглиноземистый шамот, форстерит.
3.1.2.2. ПОДИНА ПЕЧИ
Так же, как и при выборе футеровки бессемеровского или томасовского конвертера, выбор футеровки для подины мартеновской печи определяется характеристикой шлаков. Если при плавке стали шлаки кислые, то подину нужно изготовлять из кислых огнеупорных материалов, а если шлаки основные, то из основных. В противном случае в результате энергичного взаимодействия шлака и материала подины последний ошлакуется, перейдет в шлак, и печь выйдет из строя. Процесс, при котором в шлаке преобладают кислотные окислы, называют кислым мартеновским процессом; соответственно печь, подина которой изготовлена из кислых огнеупорных материалов, называют кислой мартеновской печью. Процесс, при котором в шлаке преобладают основные окислы, называют основным мартеновским процессом, а печь – основной мартеновской печью.
Верхний (рабочий) слой кислой подины выполняют из кварцевого песка, который набивают или наваривают на заранее выложенные динасовые кирпичи.
Рис. 122. Устройство кислого и основного подов мартеновской печи: 1 – наварка (кварцевый песок); 2 – наварка (магнезитовый порошок или молотый обожженный доломит); 3 – магнезитовый кирпич; 4 – динасовый кирпич; 5 –стальной лист; 6 – тепловая изоляция (пористый шамот); 7 – шамотный кирпич
Верхний слой основной подины изготовляют обычно из магнезитового порошка (реже доломитового), который набивают или наваривают на служащий основанием магнезитовый кирпич (рис. 122).
Задняя и передняя стенки мартеновской печи работают (особенно в нижней части) почти в тех же условиях, что и подина, так как они также соприкасаются с жидким металлом и шлаком. Заднюю и переднюю стенки кислой мартеновской печи выкладывают из динасового кирпича, основной мартеновской печи – из магнезитового.
Несмотря на то, что материал пода, а также задней и передней стенок по своим химическим свойствам соответствует характеру шлака (основного или кислого), шлак взаимодействует с огнеупорной футеровкой. Те места ванны, которые соприкасаются во время плавки со шлаком, оказываются после выпуска плавки несколько поврежденными (изъеденными шлаком). Если не принять специальных мер, то через несколько плавок степень износа может возрасти настолько, что печь будет в аварийном состоянии. Чтобы избежать этого, после каждой плавки подину ремонтируют (заправка печи): на изъеденные места кислой подины набрасывают песок, а основной подины – магнезитовый или доломитовый порошок. Заправке подвергают и торцовые части подины, прилегающие к головкам печи; их называют откосами. Заправку осуществляют с помощью специальных заправочных машин.
3.1.2.3. СВОД ПЕЧИ
Свод мартеновской печи практически не соприкасается со шлаком, поэтому его можно изготовлять из кислых и основных огнеупорных материалов независимо от типа процесса. Своды изготовляют из динасового или термостойкого магнезитохромитового кирпича.
Динасовый кирпич при высоких температурах (до 1700 °С) сохраняет достаточную прочность и повышенное сопротивление сжатию. Во время эксплуатации динасовые кирпичи свода свариваются в монолит, что имеет большое значение, так как если какой-либо кусок свода упадет, то остальная часть свода будет держаться. Однако при нагреве свыше 1700 °С динасовый кирпич быстро оплавляется; кроме того, он сильно разъедается плавильной пылью, состоящей из оксидов железа (образуются легкоплавкие силикаты железа). Магнезитохромитовый кирпич характеризуется более высокой огнеупорностью (допустимая температура нагрева 1750 °С и даже 1800 °С), что способствует повышению производительности печи. Стойкость свода (число плавок от ремонта до ремонта) из магнезитохромитового кирпича в 2 – 3 раза выше, чем из динасового. Вместе с тем при использовании в качестве материала свода магнезитохромитового кирпича приходится учитывать ряд особенностей его эксплуатации: а) магнезитохромитовые кирпичи плохо свариваются и не образуют монолита; б) коэффициент расширения магнезитохромитового кирпича выше, чем динасового, в результате чего при разогреве арки свода наружные швы раскрываются, а на внутренней стороне возникают высокие напряжения сжатия, что приводит к сколу внутренней части свода; в) повышенная теплопроводность и большие неплотности кладки (раскрытые швы) обусловливают более высокие (почти в два раза) потери тепла с 1 м2 площади свода; г) объемная масса магнезитохромитового кирпича в 1,5 раза больше, чем динасового.
Все это исключает возможность применения обычного арочного свода. Свод приходится выполнять распорно-подвесным с креплением и прокладками между кирпичами, а это усложняет и удорожает конструкцию.
Однако возможность повысить температуру в печи при использовании магнезитохромитового свода, а также увеличить срок службы свода делает устройство сложной системы подвесок рентабельным, поэтому своды такого типа нашли широкое применение. Почти все своды мартеновских печей в настоящее время делают из основных магнезитохромитовых кирпичей.
Стойкость магнезитохромитового свода составляет 300 –1000 плавок (динасового 200 – 350 плавок). В тех случаях, когда на основной печи устанавливают кислый динасовый свод, между основным огнеупорным материалом стенок печи (магнезитом) и кислым материалом свода (динасом) выкладывают слой амфотерных огнеупоров (например, хромистого железняка).
Следует отметить две тенденции в конструировании и строительстве мартеновских печей: 1) применение вместо отдельных кирпичей для кладки пода, стен печи, а также свода заранее подготовленных крупных блоков, что позволяет существенно сократить время строительства или ремонта печи; 2) применение вместо огнеупорной кладки водоохлаждаемых конструкций.
3.1.2.4. ГОЛОВКИ ПЕЧИ
Рабочее пространство с торцов оканчивается головками. Правильный выбор конструкции головок имеет большое значение для хорошей работы печей. Через головки в печь подают воздух и топливо. От того, с какой скоростью вводят в рабочее пространство воздух и топливо и насколько хорошо струи топлива и воздуха перемешиваются, зависят форма и ряд других характеристик факела, а от факела зависит и вся работа печи.
Головки должны обеспечить: 1) хорошую настильность факела по всей длине ванны (чтобы максимум тепла передать ванне и минимум – своду и стенкам); 2) минимальное сопротивление при отводе продуктов сгорания из рабочего пространства; 3) хорошее перемешивание топлива и воздуха для полного сжигания топлива в рабочем пространстве печи.
Чтобы удовлетворить первому и третьему требованиям, сечение выходных отверстий должно быть малым (чтобы скорости ввода воздуха и топлива были максимальными); для удовлетворения второго требования сечение, наоборот, должно быть максимальным. Эта двоякая роль головок (с одной стороны, служить для ввода в печь воздуха и топлива, а с другой – отводить продукты сгорания) ставит очень непростую задачу перед конструкторами при проектировании печей.
3.1.2.5. ШЛАКОВИКИ
Отходящие из рабочего пространства печи дымовые газы проходят через головку и по вертикальным каналам попадают в шлаковики (рис. 123). Как уже было сказано, в шлаковиках оседает 50 – 75 % плавильной печи, причем оседает крупная пыль, более мелкие фракции в значительной степени уносятся в трубу (10 – 25 % пыли оседает в насадках регенераторов). На пути движения дымовых газов плавильная пыль, содержащаяся в них, реагирует с материалами кладки. Это обстоятельство приходится учитывать при выборе материалов для кладки вертикальных каналов и шлаковиков.
Почти вся пыль представляет собой основные окислы (в том числе 60 – 80 % оксидов железа). Если вертикальные каналы и шлаковики футерованы динасовым кирпичом, то основные окислы, из которых состоит пыль, энергично взаимодействуют с кислым материалом футеровки с образованием легкоплавких силикатов железа. Стойкость футеровки оказывается недостаточной, и, кроме того, оседающая в шлаковиках пыль образует плотный монолит, который во время ремонта очень трудно извлекать.
Рис. 123. Устройство шлаковиков и регенераторов мартеновской печи средней емкости, работающей с подогревом и газа и воздуха: 1 – вертикальные каналы; 2 – шлаковик; 3 – насадки регенераторов; 4 – подвесной свод наднасадочного пространства; 5 – поднасадочные пространства
В связи с этим для кладки вертикальных каналов и шлаковиков часто применяют термостойкий магнезитохромитовый кирпич. В этом случае взаимодействие футеровки с плавильной пылью не влияет так сильно на материал футеровки, а осевшая в шлаковике пыль представляет собой более рыхлую массу. Однако очистка шлаковиков от массы осевшей в них пыли (шлака) – операция также очень трудоемкая, для ее осуществления используют специальное оборудование.
В шлаковиках должна вмещаться вся плавильная пыль, вылетающая из печи. В газах, выходящих из рабочего пространства мартеновской печи, содержится пыли 2 – 4,5 г/м3, в моменты продувки ванны кислородом количество пыли возрастает почти в десять раз. При расчетах размеров шлаковиков принимают, что на 1 т выплавляемой стали в них осаждается 7 – 12 кг шлака (пыли). Это значит, например, что за одну плавку в шлаковиках 600 т мартеновской печи осаждается ~ 4 т шлака. Для облегчения условий труда и проведения операции очистки шлаковиков их выполняют выкатными, а стены – из блоков, скрепленных металлическими кассетами. При ремонте шлаковик выкатывают из-под печи при помощи полиспаста, краном убирают блоки-кассеты и шлак увозят из цеха на железнодорожных платформах (рис. 124).
3.1.2.6. РЕГЕНЕРАТОРЫ
Из шлаковиков отходящие газы с температурой 1500 – 1600 °С попадают в насадки регенераторов (рис. 125). Объем насадки регенераторов и площадь поверхности ее нагрева, т.е. поверхности кирпича насадки, омываемой движущимися газами, взаимосвязаны. Эти величины определяют специальным теплотехническим расчетом, от них зависят основные показатели работы печи – производительность и расход топлива. Регенераторы должны обеспечивать постоянную высокую температуру подогрева газа и воздуха. В более тяжелых условиях работают верхние ряды насадок, поскольку в этой части регенератора температура и осаждение пыли наиболее высокие, поэтому верхние ряды насадок выкладывают из термостойкого магнезитохромитового или форстеритового кирпича. Нижние ряды насадок работают при температурах 1000 – 1200 °С (и менее), их выкладывают из более дешевого и прочного шамотного кирпича.
| Рис. 124. Вытягивание кассетных блоков из шлаковика | Рис. 125. Насадка регенераторов: а – из обычного кирпича; б – из фасонного |
3.1.2.7. ПЕРЕКИДНЫЕ КЛАПАНЫ
Мартеновская печь – агрегат реверсивного действия, в котором направление движения газов по системе печи периодически меняется. Для этого в боровах, а также в газопроводах и воздухопроводах устанавливают систему шиберов, клапанов, дросселей, задвижек, объединяемых общим названием "перекидные клапаны". Операция "перекидки клапанов" в современных мартеновских печах автоматизирована.
Из боровов дымовые газы поступают в дымовую трубу. Высоту трубы рассчитывают таким образом, чтобы создаваемая ею тяга (разрежение) была достаточной для преодоления сопротивления движению дымовых газов на всем пути.
Дымовая труба – сложное и дорогостоящее сооружение. Высота дымовых труб современных крупных мартеновских печей превышает 100 м. Дымовые трубы обычно выкладывают из красного кирпича с внутренней футеровкой из шамотного кирпича.
Таким образом, в конструкциях современных мартеновских печей широко используют следующие огнеупорные материалы: магнезит, магнезитохромит, форстерит, динас и шамот. Объем огнеупорной кладки 500 т печи составляет около 3750 м3. Ряд элементов печи изготовляют из металла, некоторые из них (рамы и заслонки завалочных окон, балки, поддерживающие свод рабочего пространства, перекидные клапаны и др.) соприкасаются с горячими газами и нуждаются в непрерывном охлаждении.
Расход воды на охлаждение этих элементов печи очень значителен. Современные большие мартеновские печи требуют для охлаждения более 400 м3 воды в 1 ч. С охлаждающей водой теряется 15 – 25 % общего количества тепла, вводимого в печь. Расход воды зависит от ее жесткости. Допустимая температура нагрева воды тем выше, чем меньше жесткость воды. Обычно допускается нагрев охлаждающей воды на 20 – 25 °С, что равносильно тому, что 1 л воды уносит 85 – 105 кДж.
Для уменьшения расхода воды водяное охлаждение ряда элементов печи заменяют испарительным. Если применять нетехническую, а химически очищенную воду, то можно, не боясь выпадения осадка (накипи), нагревать ее до 100 °С и выше. При этом от охлаждаемого элемента отводится не только тепло, затрачиваемое на нагревание воды до кипения, но и скрытая теплота парообразования (2,26 МДж/кг), т.е. 1 л воды отводит от охлаждаемого элемента печи не 85 – 105 кДж, а 2,58 – 2,6 МДж. Таким образом, расход воды можно сократить почти в 30 раз, кроме того, на больших печах получают при этом некоторое количество пара (до 10 т/ч), который может быть использован.
Существует также так называемое "горячее" охлаждение печей. Система горячего охлаждения технологически мало отличается от обычного способа охлаждения обычной производственной водой. Все охлаждаемые элементы печи остаются без изменения, но через них вместо обычной производственной воды с температурой 15 – 30 °С пропускают химически очищенную теплофикационную воду из оборотной теплофикационной сети с температурой 50 – 80 °С, которая, пройдя охлаждаемые элементы печи и подогревшись в них на 20 – 30 °С, возвращается обратно в теплофикационную сеть, где передает полученное тепло потребителю.
3.1.3. НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ ПРОКАТНЫХ ЦЕХОВ
3.1.3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ
Нагревательными печами обычно называют печи, в которых металл нагревается перед обработкой металла давлением (прокаткой, ковкой). Обычно прокатка металла осуществляется последовательно на нескольких станах,чеми объясняется состав парка печей.
В последнее время наряду с увеличением производительности прокатных станов происходят интенсификация нагрева металла (с соблюдением требований по качеству нагрева) и стремление к максимально возможной механизации и автоматизации работы печей.
При современном, поточном производстве логичным является стремление включить печи в поточные линии. Для этого необходимо, чтобы металл перемещался в печи с помощью таких механизмов, которые не только обеспечивают прохождение металла с цикличностью, необходимой для поточного производства, но и представляют возможность для быстрого опоражнивания печи в случае необходимости. Наиболее совершенными с этой точки зрения являются печи с роликовым подом, роликовый под которых представляет собой по существу продолжение рольганга цеха. Однако использование печей с роликовым подом пока ограниченно в основном в результате недостаточной стойкости роликов в высокотемпературных печах при их значительной ширине. Поэтому весьма распространенными и перспективными являются также печи с шагающим подом, которые с успехом применяются при нагреве заготовок длиной 10 – 14 м.
Современная печь – это высокомеханизированный и автоматизированный агрегат, в котором автоматически поддерживается заданный тепловой режим, т. е. заданная температура, расход топлива, соотношение топлива и воздуха, давление в печи.
В последнее время в связи с развитием и возникновением новых процессов в технологии прокатки предъявляют и новые требования к нагревательным печам. Широкое развитие получают процессы непрерывной прокатки, когда заготовка проходит неоднократное последовательное обжатие без промежуточных подогревов. Этот процесс тем эффективнее, чем длиннее прокатываемые заготовки.
Весьма перспективным является метод бесконечной прокатки, для обеспечения которой осуществляют стыковую сварку отдельных заготовок в горячем состоянии в одну непрерывную полосу. Такой метод прокатки позволяет повысить скорость прокатки, производительность стана, применять более легкое прокатное оборудование, но требует полной синхронности в работе прокатных, сварочных и печных механизмов.
Во время сварки заготовка остывает, поэтому ее с начала или надо перегревать до весьма высокой температуры (~1573 К), или нагревать в два этапа: перед сваркой до 1373 К и после сварки до температуры прокатки. В обоих случаях для нагрева перед сваркой оптимальной конструкцией является печь с шагающим подом, так как она позволяет удовлетворительно организовать удаление окалины, представляет собой высокомеханизированный и автоматизированный агрегат и удовлетворяет требованиям современного поточного производства.
После сварки целесообразно применять индукционный нагрев, однако в этом случае требуется совершенно прямая заготовка. Чем длиннее заготовка, тем более вероятна возможность ее искривления.
Кроме прямоугольных заготовок, на заводах черной металлургии нагреву подвергаются цилиндрические заготовки, которые в дальнейшем подвергаются обработке на трубопрокатных и колесопрокатных станах. Для нагрева таких заготовок применяются печи с кольцевым подом.
Нагревательные печи могут быть печами периодического и постоянного действия. В печах периодического действия металл загружается в остуженную печь и затем постепенно нагревается вместе с печью. Большинство нагревательных печей сталепрокатных цехов является печами постоянного действия. Вместе с тем температура в пределах рабочего пространства таких печей может изменяться в соответствии с необходимостью создания целесообразного режима нагрева.
3.1.3.2. ПЕЧИ ДЛЯ НАГРЕВА СЛИТКОВ (НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ КОЛОДЦЫ)
Основные особенности. Слитки металла, полученные в мартеновском, конверторном или электросталеплавильном цехах, перед прокаткой на обжимном стане подвергают дополнительному нагреву. Обычно толщина их не менее 400 мм, поэтому для ускорения и повышения качества нагрева целесообразно нагревать их с четырех сторон, располагая вертикально. Подобный нагрев достигается применением нагревательных колодцев, которые по сравнению с печами других типов с точки зрения условий нагрева крупных слитков отличаются следующими преимуществами: l) вертикальнымрасположением слитков, обеспечивающим более быстрый и равномерный нагрев металла, а также исключающим возможность смещения усадочной раковины; 2) удобством транспортировки, загрузки и выгрузки металла при вертикальном положении слитков.
К нагревательным колодцам предъявляют определенные требования: 1) достаточно быстрый нагрев металла, обеспечивающий высокую производительность (общую и удельную); 2) качественный нагрев металла: равномерность нагрева по высоте и сечению слитков без местных оплавлений; равномерность нагрева всех слитков садки; 3) эффективная работа воздухо- и газоподогревателей, обеспечение невысокого удельного расхода топлива; 4) возможность надежного автоматического регулирования теплового режима; 5) высокие эксплуатационные качества (удобство удаления шлака, полное сжигание топлива в пределах рабочего пространства, достаточная герметизация рабочего пространства и теплообменных устройств, достаточная стойкость крышек и других частей нагревательных колодцев); 6) наиболее простая конструкция и невысокие капитальные затраты на строительство; 7) возможно большее количество металла, приходящегося на 1 м длины здания цеха.
Каждый нагревательный колодец в отдельности называется ячейкой. Несколько ячеек составляют группу. Для группы ячеек предусмотрена одна дымовая труба и общее помещение для контрольно-измерительных приборов. Производительность нагревательных колодцев обычно исчисляют на группу в год. Зная производительность стана и производительность одной группы, можно найти необходимое число групп нагревательных колодцев.
Тепловой и температурный режим. Современные нагревательные колодцы являются камерными печами периодического действия с переменным во времени тепловым и температурным режимами. В начальный период нагрева (период подъема температуры) подают максимальное количество тепла, соответствующее тепловой мощности колодцев. После того как кладка достигает рабочей температуры, начинается интенсивный нагрев металла.
На работу нагревательных колодцев очень большое влияние оказывает начальная температура слитков. Обычно нагревательные колодцы работают на горячем посаде, т. е. в ячейку для нагрева до температуры прокатки (1473 К) поступают не полностью остывшие после разливки слитки с температурой 973 – 1123 К. Чем выше процент горячего посада слитков и выше их начальная температура, тем выше производительность нагревательных колодцев и ниже удельный расход топлива на нагрев металла.
Рабочая температура в нагревательных колодцах составляет 1623 – 1673 К. Для обеспечения такой рабочей температуры топливо нужно сжигать так, чтобы калориметрическая температура горения достигала 2373 – 2473 К.
Шлакоудаление. В процессе нагрева металла происходит его окисление. Образовавшаяся окалина стекает по граням слитков на подину колодцев, с которой ее удаляют. Существуют два метода удаления окалины (шлакоудаления): сухое и жидкое.
При сухом шлакоудалении на подину колодца насыпают мелкий коксик, который впитывает окалину и через 5 – 6 всадов вместе с ней удаляется через специальные лючки. Затем сверху при открытой крышке засыпают краном новую порцию коксика, разравнивают его и вновь нагревают металл.
При жидком шлакоудалении коксик на поду отсутствует, подина выполняется из огнеупорных материалов, не взаимодействующих с окалиной (обычно хромомагнезит), окалина в жидком состоянии удаляется с пода ячейки через специальную летку.
Недостатки сухого шлакоудаления следующие: 1) непроизводительные.затраты времени на засыпку и удаление коксика; 2) замедленный прогрев и науглероживание донной части слитка, несколько утопленной в коксик; 3) необходимость иметь в цехе хранилище для коксика: при засыпке коксика образуется пыль, которая отрицательно влияет на керамику регенераторов и рекуператоров.