печи. ПЕЧИ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ. Печи черной металлургии 41. Технологические цепочки в металлургии
 Скачать 2.15 Mb.
|
|
7.2.3. Протяжная печь Протяжная печь – печь непрерывного действия для термической или химико-термической обработки металлической полосы (ленты) или прово- локи, а также для нагрева штрипсов станов непрерывной печной сварки труб. Для справки: штрипс – стальная полоса, используемая в качестве за- готовки для производства сварных труб. По конструктивному признаку протяжные печи делят на горизонтальные (одно- и многоэтажные) и верти- кальные (башенные). Полосу протягивают в одну (однорядные протяжные печи) или несколько (многорядные протяжные печи) ниток. В протяжной печи для патентирования (для справки: патентирование – вид термообра- ботки проволоки, при котором сталь нагревают до 870-950 °С, а затем бы- стро охлаждают в ванне до 500 °С, после чего охлаждают на воздухе) про- волоку протягивают горизонтально в несколько ниток (до 24). Протяжные печи отапливаются газовым топливом, иногда мазутом; имеются протяж- ные печи с электрообогревом. Отжиг металла в протяжных печах имеет ряд преимуществ по сравне- нию с отжигом в колпаковых печах: 1. сокращение длительности отжига; 2. более высокие механические свойства и качество поверхности за счёт высокой равномерности нагрева металла; 3. включение отжига в непрерывный процесс очистки металла, травле- ния, нанесения различных покрытий и т.д. За счёт этого ликвидация за- трат на транспортировку рулонов от агрегата к агрегату и промежуточ- ным местам складирования. Однако не любой металл можно пропускать через протяжные печи. Например, в вертикальных печах можно обрабатывать ленту толщиной до 1 мм из-за частых перегибов, а в горизонтальных печах – до 4-6 мм (про- тяжка прямолинейная, без перегибов). Достоинство вертикальных печей – меньшая производственная площадь и выравнивание поверхности ленты, которая перед термообработкой может быть волнистая или с помятостями. В качестве примера на рис. 7.7 приведена схема линии для отжига жести (для справки: жесть – тонкая малоуглеродистая сталь), имеющая в своем составе вертикальную протяжную печь. В начале линии находятся два разматывателя рулонов. Один работает, а соседний готовится. Лента должна проходить через печь непрерывно без остановок, длина ленты достигает 1 км, а скорость – 10 м/с. Поэтому когда заканчивается лента на одном разматывателе, то обрезается задняя кромка этой ленты и кромка фиксируется на сварочной машине за счёт подъёма нижних роликов петлевой башни. Петлевые башни можно назвать буфера- ми между печью и другими механизмами. В линию задаётся передний ко- нец нового рулона, обрезается его кромка и на сварочной машине сварива- ются концы предыдущего и нового рулонов. Лента получает прежнюю ско- 143 рость за счёт опускания роликов петлевой башни. В процессе движения по- верхность ленты очищается в специальной ванне, промывается, высушива- ется и после прохода петлевой башни попадает в протяжную печь, состоя- щую из камеры восстановительного нагрева, камеры выдержки, камеры ре- гулируемого охлаждения и камеры ускоренного охлаждения. Размеры пе- чи: высота 15-20 метров, ширина 30-40 метров, толщина около 1,5 метра. Набор камер может быть разный на разных печах. Например, могут быть добавлены камера подогрева, камера нагрева продуктами неполного горе- ния (т.е. камера безокислительного нагрева), камера для нанесения покры- тий. После печи располагается ещё одна петлевая башня с поднимающи- мися и опускающимися нижними роликами, служащая для накопления ме- талла на то время, пока ножницы вырезают сварной шов и происходит пе- реключение с одного сматывателя на другой. Камера восстановительного нагрева предназначена для нагрева метал- ла до максимальной температуры, требуемой по технологии. В качестве на- гревательных устройств камеры восстановительного нагрева обычно ис- пользуются радиационные трубы. В камере выдержки технологический процесс поддерживается, например, электрорадиационными трубами, рас- полагаемыми вдоль стен кладки. Задача электрорадиационных труб – ком- пенсация тепловых потерь через кладку. В качестве охладителя камеры ре- гулируемого охлаждения обычно используется рассредоточенная система труб, внутри которых пропускается воздух. В камере ускоренного охлаж- Рис. 7.7. Схема линии для отжига жести с вертикальной протяжной печью: 1 - разматыватели рулонов; 2 - тянущие ролики; 3 - ножницы для обрезки концов ленты; 4 - сварочная машина для сварки концов; 5 - ванна с раствором для очистки ленты; 6 - моющее устройство; 7 - устройство для осушки ленты струями воздуха; 8 - петлевые башни; 9 - ножницы для вырезки сварных швов; 10 - сматыватели; 11 - натяжные устрой- ства; 12 - регулятор натяжения ленты; 13 - камера восстановительного нагрева; 14 - камера выдержки; 15 - камера регулируемого охлаждения; 16 - камера ускоренного охлаждения 144 дения охладителем может быть система трубок струйного охлаждения, из множества отверстий которых на ленту истекает восстановительный газ. Протяжная печь обычно заполнена защитной атмосферой, состоящей из азота и водорода, как продуктов диссоциации аммиака. Наиболее рас- пространена нейтральная атмосфера: 4 % Н 2 и 96 % N 2 . Содержание кисло- рода допускается не более 0,01-0,02 %. Защитная атмосфера отсутствует в камере подогрева, в которой дожигаются продукты неполного горения ка- меры безокислительного нагрева. Наиболее энергоёмкой частью протяжной печи является камера вос- становительного нагрева (рис. 7.8). Габариты камеры: высота 15-20 метров, длина 7-10 метров, ширина около 1,5 метра. Камера восстановительного нагрева наполнена защитной атмосферой, поэтому обогревается радиаци- онными трубами. В отличие от колпаковой печи здесь закрыт муфелем огонь, а не металл. Побудителями движения ленты являются тянущие ролики, располо- женные за печью. Ролики в камере восстановительного нагрева являются Рис. 7.8. Камера восстановительного нагрева вертикальной протяжной печи: 1 - лента; 2 - тамбур между камерами нагрева и выдержки; 3 - окна с герметичными лю- ками; 4 - рабочие площадки; 5 - радиационные трубы; 6 - люки для заправки ленты; 7 - ролики; 8 - газо- и воздухопроводы; 9 - дымоходы; 10 - герметизирующий механиче- ский затвор 145 поддерживающими. Они имеют посередине бочки утолщение для лучшей центровки ленты. В случае обрыва ленты её можно снова заправить через верхние и нижние люки, равномерно расположенные по оси роликов. В нормальном состоянии люки герметично закрыты. Для исключения попа- дания кислорода (воздуха) вместе с входящей лентой, устроен механиче- ский затвор обычно из отжимных роликов. Камера восстановительного нагрева работает следующим образом. Лента входит через нижнее отверстие в камеру восстановительного нагрева и, проходя между роликами вверх-вниз, нагревается от радиационных труб излучением. Конвективная составляющая теплообмена мала, т.к. принуди- тельного движения защитной атмосферы не предусмотрено. Температура нагрева ленты постоянно контролируется или контактными (скользящими) термопарами или пирометрами или сочетанием этих способов. На выходе из камеры восстановительного нагрева лента с температурой 700-800 °С попадает в разделительный тамбур и далее в камеру выдержки. Радиационные трубы камеры восстановительного нагрева работают под разрежением на газовом топливе с встроенным рекуператором. Темпе- ратура дыма на выходе из трубы 700-800 °С. Дым улавливается зонтами – воронками, которые рассчитываются таким образом, чтобы подсасываемый воздух разбавлял дым до 400 °С. Это необходимо для устойчивой работы дымососа. Дым от всех радиационных труб собирается вместе и удаляется через дымовую трубу в атмосферу. Недостатки вертикальной печи: 1. низкий уровень развития процессов теплообмена в камере восстанови- тельного нагрева. Коэффициент излучения составляет только 1,5-2 Вт/(м 2 ⋅К 4 ), в то время как в нагревательных печах он равен 3,5-5 Вт/(м 2 ⋅К 4 ). Доля теплоты, передаваемая конвекцией, не более 10-20 %. В конечном итоге камеры восстановительного нагрева явля- ются очень громоздкими; 2. при обработке отдельных типов стали (электротехническая и др.) на поверхности бочек роликов образуются наросты, которые царапают ленту и приводят к браку. Специальные покрытия бочки оксидом цир- кония уменьшают наросты, но и удорожают ролики; 3. повышенные тепловые потери с дымом при форсированных режимах работы печи. Тепловой баланс протяжной печи лучше давать по отдельным каме- рам, потребляющим энергию. В качестве примера в табл. 7.8-7.11 приведен ориентировочный тепловой баланс протяжной (башенной) печи агрегата горячего цинкования. В данном балансе приняты следующие исходные данные: а) всего имеются четыре энергопотребляющих камеры: камера по- догрева, в которой осуществляется подогрев полосы от 20 до 200 °С за 2,7 с продуктами горения из следующей камеры безокислительного нагрева, в 146 которой полоса нагревается от 200 до 600 °С за 7,1 с продуктами неполного сгорания (n = 0,85). Далее металл попадает в камеру восстановительного нагрева, в которой нагревается от 600 до 850 °С за 34,2 с радиационными трубами в восстановительной атмосфере (15 % Н 2 и 85 % N 2 ). Последняя энергопотребляющая камера – камера выдержки, обогреваемая электрора- диационными трубами, в которой металл выдерживается при 850 °С в те- чение 18,4 с; б) ширина ленты 1 м, толщина – 0,7 мм; в) производитель- ность печи 70 т/час; г) топливо – коксовый газ с теплотой сгорания 17 МДж/м 3 Таблица 7.8 Ориентировочный тепловой баланс подогревательной камеры протяжной печи (на 1 кг нагретого металла) Приход кг кДж % Расход кг кДж % 1. Физическая теплота продуктов го- рения топлива из камеры безокисли- тельного нагрева (t = 1050 °С) 228 67,3 1. Физическая теплота на- гретого металла (t = 200 °С) 98 28,9 2. Химическая энергия топлива (про- дуктов неполного горения топлива из камеры безокислительного нагрева) 97 28,6 2. Физическая теплота про- дуктов горения топлива (t = 850 °С) 229 67,6 3. Физическая теплота металла (t = 20 °С) 10 2,9 3. Потери теплоты тепло- проводностью через кладку 4 1,2 4. Физическая теплота воздуха для го- рения (t = 20 °С) 4 1,2 4. Прочие потери теплоты 8 2,4 Итого 339 100,0 Итого 339 100,0 Таблица 7.9 Ориентировочный тепловой баланс камеры безокислительного нагрева протяжной печи (на 1 кг нагретого металла) Приход кг кДж % Расход кг кДж % 1. Химическая энергия топлива 594 84,6 1. Физическая теплота нагретого металла (t = 600 °С) 346 49,3 2. Физическая теплота металла (t = 200 °С) 98 14,0 2. Физическая теплота продук- тов горения (t = 1050 °С) 228 32,5 3. Физическая теплота воздуха для горения (t = 20 °С) 8 1,1 3. Химическая энергия недожога топлива (n = 0,85) 97 13,8 4. Физическая теплота топлива (t = 20 °С) 2 0,3 4. Потери теплоты теплопро- водностью через кладку 9 1,3 5. Прочие потери теплоты 22 3,1 Итого 702 100,0 Итого 702 100,0 147 Таблица 7.10 Ориентировочный тепловой баланс камеры восстановительного нагрева протяжной печи (на 1 кг нагретого металла) Приход кг кДж % Расход кг кДж % 1. Химическая энергия топлива 424 52,1 1. Физическая теплота нагретого металла (t = 850 °С) 591 72,7 2. Физическая теплота металла (t = 600 °С) 346 42,5 2. Физическая теплота продуктов горения (t = 800 °С) 182 22,4 3. Физическая теплота воздуха для горения (t = 280 °С) 42 5,2 3. Потери теплоты теплопровод- ностью через кладку 15 1,8 4. Физическая теплота топлива (t = 20 °С) 2 0,2 4. Потери теплоты через ролики 6 0,7 5. Потери теплоты на нагрев вос- становительной атмосферы 1 0,1 6. Прочие потери теплоты 19 2,3 Итого 814 100,0 Итого 814 100,0 Таблица 7.11 Ориентировочный тепловой баланс камеры выдержки протяжной печи (на 1 кг нагретого металла) Приход кг кДж % Расход кг кДж % 1. Физическая теплота метал- ла (t = 850 °С) 591 97,0 1. Физическая теплота нагретого металла (t = 850 °С) 591 97,0 2. Джоулева теплота электро- радиационных труб 18 3,0 2. Потери теплоты теплопроводно- стью через кладку 11 1,8 3. Потери теплоты через ролики 4 0,7 4. Потери теплоты на нагрев вос- становительной атмосферы 1 0,2 5. Прочие потери теплоты 2 0,3 Итого 609 100,0 Итого 609 100,0 В данном примере удельный расход условного топлива составил (594 + 424 + 18) / 29,3 = 35 кг у.т./т металла. В целом расход топлива в каме- рах нагрева протяжных печей достигает 40-45 кг у.т./т металла. Для снижения расхода топлива в нагревательных камерах протяжных печей можно рекомендовать следующее: 4. увеличение поверхности теплообмена радиационных труб и переход на многооборотные (многоветьевые) трубы; 5. установку рекуператоров после дымососа для подогрева воздуха дымом; 6. повышение конвективной составляющей теплообмена за счёт создания интенсивного принудительного движения защитной атмосферы; 7. совмещение радиационного и контактного нагрева или замену радиаци- онного нагрева контактным нагревом. При контактном нагреве исполь- зуются подогреваемые ролики. 148 Литература 1. Аптерман В.Н., Тымчак В.М. Протяжные печи. – М.: Металлургия, 1969. – 319 с. 2. Баптизманский В.И., Величко А.Г., Исаев Е.И. Внепечная обработка стали: Учеб. посо- бие. – К.: УМК ВО, 1988. – 52 с. 3. Брилах М.М., Горфинкель В.М. Модернизация вагранок. – М.: Машиностроение, 1966. – 174 с. 4. Вегман Е.Ф. Окускование руд и концентратов: Учебник для техникумов. – М.: Метал- лургия, 1984. – 256 с. 5. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1979. – 488 с. 6. Воскобойников В.Г., Макаров Л.П. Технология и экономика переработки железных руд: Учеб. пособие для вузов. – М.: Металлургия, 1977. – 256 с. 7. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1988. – 784 с. 8. Глинков М.А. Тепловая работа сталеплавильных ванн. – М.: Металлургия, 1970. – 408 с. 9. Грачев В.А., Черный А.А. Современные методы плавки чугуна. – Саратов: Приволж. кн. изд., 1973. – 342 с. 10. Долотов Г.П., Кондаков Е.А. Печи и сушила литейного производства: Учебник для тех- никумов. – М.: Машиностроение, 1984. – 232 с. 11. Еднерал Ф.П., Филиппов А.Ф. Расчеты по электрометаллургии стали и ферросплавов: Учеб. пособие для вузов. – М.: Металлургиздат, 1962. – 230 с. 12. Елютин В.П., Павлов Ю.А., Левин Б.Е. Ферросплавы. (Электрометаллургия, ч. 2): Учеб- ник для вузов. – М.: Металлургиздат, 1951. – 496 с. 13. Ененко Г.М., Степанов Е.М., Филимонов Ю.П. Промышленные печи: Учеб. пособие для техникумов. – М.: Машиностроение, 1964. – 360 с. 14. Китаев Б.И., Ярошенко Ю.Г., Лазарев Б.Л. Теплообмен в доменной печи. – М.: Метал- лургия, 1966. – 355 с. 15. Корнфельд В.Н., Войтов А.О., Штейнберг Л.С. Тепловая работа мартеновской печи с применением кислорода. – М.: Металлургия, 1964. – 327 с. 16. Кривандин В.А., Егоров А.В. Тепловая работа и конструкции печей чёрной металлургии: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1989. – 462 с. 17. Кудрин В.А., Парма В.М. Технология получения качественной стали. – М.: Металлургия, 1984. – 320 с. 18. Мазуров Д.Я. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих материалов: Учебник для техникумов. – М.: Стройиздат, 1975. – 283 с. 19. Мариенбах Л.М. Печи в литейном производстве: Учеб. пособие для вузов. – М: Машино- строение, 1964. – 355 с. 20. Металлургическая теплотехника. В 2-х томах. 2. Конструкция и работа печей: Учебник для вузов / Кривандин В.А. и др. – М.: Металлургия, 1986. – 592 с. 21. Металлургическая теплотехника. Сб. науч. трудов Национальной металлургической ака- демии Украины. – Днепропетровск: НМетАУ, 2000. – 219 с. 22. Металлургические печи: Атлас: Учеб. пособие для вузов / Миткалинный В.И. и др. – М.: Металлургия, 1987. – 384 с. 23. Металлургические печи: Учебник для вузов. Часть 2 / Под ред. Глинкова М.А. – М.: Ме- таллургия, 1964. – 344 с. 24. Металлургия стали. Мартеновский процесс. Конструкции и оборудование мартеновских печей и цехов: Учебник для вузов. / Трубин К.Г., Ойкс Г.Н., Черненко М.А. и др. / Под ред. Ойкса Г.Н. – М.: Металлургиздат, 1961. – 448 с. 25. Несенчук А.П., Жмакин Н.П., Кальтман И.И. Пламенные печи для нагрева и термообра- ботки металла: Учеб. пособие для вузов. – Минск: Вышэйшая школа, 1973. – 352 с. 149 26. Политехнический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1976. – 608 с. 27. Развитие бескоксовой металлургии / Тулин Н.А., Кудрявцев В.С., Пчелкин С.А. и др./ Под ред. Тулина Н.А., Майера К. – М.: Металлургия, 1987. – 328 с. 28. Расчет нагревательных и термических печей: Справ. изд. / Василькова С.Б., Генки- на М.М., Гусовский В.Л. и др. / Под ред. Тымчака В.М. и Гусовского В.Л. – М.: Метал- лургия, 1983. – 480 с. 29. Расчеты коксовых печей и процессов коксования с применением ЭВМ: Учеб. пособие для вузов / Вирозуб И.В., Ивницкая Н.С., Лейбович Р.Е. и др. – К.: Выща школа, 1989. – 303 с. 30. Расчёты нагревательных печей: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. Тайца Н.Ю. – К.: Тех- нiка, 1969. – 540 с. 31. Розливання і кристалізація сталі: Навч. посібник для вузів / Баптизманський В.І., Ру- дой Л.С., Ісаєв Є.І. та ін. – К.: Вища шк., 1993. – 267 с. 32. Рудой Л.С. Непрерывная разливка стали: Учеб. пособие. – К.: УМК ВО, 1991. – 84 с. 33. Рудой Л.С., Орман В.Я. Проектирование конвертерных цехов. Учеб. пособие. – К.: УМК ВО, 1989. – 80 с. 34. Свинолобов Н.П., Бровкин В.Л. Теоретические основы металлургической теплотехники: Учеб. пособие. – Днепропетровск: НМетАУ, 2000. – 195 с. 35. Семикин И.Д., Аверин С.И., Радченко И.И. Топливо и топливное хозяйство металлурги- ческих заводов: Учеб. пособие для вузов. – М.: Металлургия, 1965. – 391 с. 36. Соколов К.Н. Оборудование термических цехов: Учеб. пособие для вузов. – Киев; До- нецк: Вища школа, 1984. – 328 с. 37. Сталеплавильне виробництво: Навч. посібник / Баптизманський В.І., Бойченко Б.М., Ве- личко О.Г. та ін. – К.: ІЗМН, 1996. – 400 с. 38. Табунщиков Н.П. Производство извести. – М.: Химия, 1974. – 240 с. 39. Теоретические проблемы прокатного производства. Сб. трудов Международной конфе- ренции, Днепропетровск, 16-18 мая 2000 / Металлургическая и горнорудная промышлен- ность, 2000, № 8-9 (спецвыпуск). – 440 с. 40. Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства: Учебник для вузов / Гущин С.Н. и др. – М.: Металлургия, 1993. – 366 с. 41. Теплотехника окускования железорудного сырья / Под ред. Братчикова С.Г. – М.: Ме- таллургия, 1970. – 344 с. 42. Теплотехнические расчёты агрегатов для окускования железорудных материалов/ Бази- левич С.В. и др. – М.: Металлургия, 1979. – 208 с. 43. Теплоэнергетика металлургических заводов: Учебник для вузов / Розенгарт Ю.И. и др. – М.: Металлургия, 1985. – 303 с. 44. Тимошпольский В.И., Трусова И.А., Пекарский М.Я. Кольцевые печи: теория и расчеты / Под ред. Тимошпольского В.И. – Минск: Выш. шк., 1993. – 248 с. 45. Толковый металлургический словарь. Основные термины. /Лопухов Г.А., Цирульни- ков В.А., Куманин В.И. и др. / Под ред. Куманина В.И. – М.: Рус. яз., 1989. – 446 с. 46. Филипьев О.В. Промышленные печи и газовое хозяйство заводов: Учеб. пособие для ву- зов. – К.: Вища школа, 1976. – 240 с. 47. Черная металлургия России и СНГ в XXI веке. Сб. трудов международной конференции в 5-ти томах, Москва, 6-10 июня, 1994. – М.: Металлургия, 1994. 48. Якушев А.М. Расчет материального и теплового балансов конвертерной плавки: Учеб. пособие. – М.: МВМИ, 1982. – 19 с. 49. Ярошенко Ю.Г. Тепловая работа и автоматизация печей: Учеб. пособие для вузов. – М.: Металлургия, 1984. – 208 с. |