2015-02-04
3025
Нагревательный колодец – печь периодического действия (с верхней загрузкой и выгрузкой) для нагрева крупных стальных слитков перед прокаткой на обжимном стане. В колодце происходит нагрев слитков массой от 2-3 до 25 тонн. Толщина слитков обычно превышает 350‑400 мм, поэтому нагрев ведут с 4 сторон, устанавливая слитки вертикально в рабочем пространстве колодца. Колодцы объединяют в группы (по 2 или 4 колодца) и для каждой группы предусматривается отдельная дымовая труба.
Нагревательный колодец является печью камерного типа. В нём поддерживается одинаковая температура по всему объёму.
Принцип работы любого колодца следующий. Сверху открывается крышка и в камеру с помощью крана загружаются от 4 до 24 слитков. Эти слитки нагреваются до необходимой температуры, а после нагрева извлекаются поштучно и направляются для прокатки на обжимные станы (блюминги и слябинги). Далее цикл загрузки и нагрева слитков повторяется. Характерный температурный и тепловой режим нагрева слитков изображён на рис. 9.2.
|
|
|
а ‑ холодный посад; б ‑ горячий посад; tпеч ‑ температура печи; tп и tс ‑ температуры поверхности и середины металла; qпt ‑ плотность теплового потока на поверхности металла
Рис. 9.2 – Режимы нагрева слитков в нагревательных колодцах
Нагрев имеет два периода. В первом периоде расход топлива или, другими словами, общая тепловая мощность печи – М, поддерживается на максимальном уровне. К концу этого периода температура печи достигает такого уровня, который в дальнейшем гарантирует качественный нагрев металла. Качество нагрева обеспечивается выдержкой во 2-м периоде при условии постоянства температуры печи (tпеч = const). В этом периоде достигает заданного значения температура поверхности металла (1200‑1350 °С) и перепад температуры по сечению слитка. Известно, что удельный перепад температуры в конце нагрева должен быть не более 100-300 °С на 1 метр толщины слитка. Первый период называют периодом нагрева или М = const, а второй период – периодом выдержки или tпеч = const. Можно отметить, что тепловой поток на металл в начальном периоде (М = const) несколько падает, а температура поверхности слитка повышается с постоянно снижающейся скоростью нагрева поверхности.
В нагревательные колодцы обычно поступает до 95 % слитков горячего посада с температурой поверхности, не превышающей 950-1000 °С. При этом слиток может иметь жидкую сердцевину.
Обычно на металлургических заводах нагревательные колодцы являются своего рода буфером для сжигания низкокалорийного газообразного топлива (доменный газ, коксодоменная смесь). В этом случае высокая температура в рабочем пространстве достигается путём подогрева воздуха, а в ряде случаев (при сжигании доменного газа) – путём подогрева и газа.
|
|
|
В зависимости от способа нагрева воздуха и газа различают регенеративные (самые давние колодцы) и рекуперативные нагревательные колодцы. Рекуперативные колодцы разделяют на колодцы с центральной и верхней (самые современные конструкции колодцев) горелкой. Преимущества одних колодцев перед другими можно оценивать по капитальным затратам, удобству эксплуатации и компактности расположения в цехе, поскольку характеристики топливоиспользования во всех колодцах близки между собой.
Материальный и тепловой балансы нагревательных колодцев мало отличаются по своей структуре. Отличие связано с величиной статей балансов. Структура этих балансов на примере регенеративного колодца приведена в табл. 9.1 и 9.2.
При составлении теплового баланса обычно не учитываются потери теплоты на аккумуляцию теплоты кладкой, т.к. считается, что слитки металла загружаются в печь, разогретую предыдущей садкой. На самом деле во время загрузки слитков в колодец (при открытой крышке), из колодца уходит значительное количество теплоты и температура кладки снижается. Кстати, эти потери теплоты тоже не учитываются. Поэтому в начальный период работы колодца (М = const) желательно учитывать потери на аккумуляцию кладкой. Если слитки горячего посада имеют жидкую сердцевину, то при составлении теплового баланса нужно учитывать теплоту кристаллизации.
Таблица 9.1 – Ориентировочный материальный баланс процессов в рабочем
пространстве нагревательного колодца (кг/кг нагретого металла)
| Приход | На 1 кг мет. | Расход | На 1 кг мет. |
| 1. Загружаемый металл | 1,015 | 1. Нагретый металл | 1,000 |
| 2. Топливо (доменный газ) | 0,567 | 2. Продукты горения, в т.ч. а) продукты горения топлива ‑ 1,039; б) азот воздуха от окисления железа-0,018; | 1,057 |
| 3. Воздух для горения топлива | 0,472 | 3. Окалина на металле (80 % от всей окалины) | 0,017 |
| 4. Воздух для окисления железа | 0,024 | 4. Шлак, в т.ч. а) шлаковые составляющие ‑ 0,002; б) окалина (20 % от всей окалины) - 0,004 | 0,006 |
| 5. Шлаковые составляющие (куски футеровки, шлак прибыльной части слитков и т.п.) | 0,002 | ||
| Итого | 2,080 | Итого | 2,080 |
Таблица 9.2 – Ориентировочный тепловой баланс регенеративного
нагревательного колодца (на 1 кг нагретого металла)
| Приход | 
| % | Расход |
| % |
| 1. Химическая энергия топлива | 59,9 | 1. Физическая теплота нагретого металла (t = 1230 °С) | 30,3 | ||
| 2. Физическая теплота топлива (t = 850 °С) | 20,1 | 2. Физическая теплота продуктов горения топлива (t = 1360 °С) | 59,6 | ||
| 3. Физическая теплота воздуха для горения (t = 850 °С) | 15,6 | 3. Потери теплоты в окружающую среду | 8,0 | ||
| 4. Физическая теплота воздуха для окисления железа (t = 850 °С) | 0,8 | 4. Физическая теплота азота воздуха от окисления металла (t = 1360 °С) | 1,0 | ||
| 5. Химическая энергия окисления железа | 3,6 | 5. Физическая теплота окалины на металле (t = 1250 °С) | 0,7 | ||
| 6. Физическая теплота металла (t = 0 °С) | 6. Физическая теплота шлака | 0,4 | |||
| 7. Физическая теплота шлака (t = 0 °С) | |||||
| Итого | 100,0 | Итого | 100,0 |
Шлак удаляется в жидком и сухом виде. Шлак обычного состава переходит в жидкое состояние при температуре 1370-1400 °С. Скрытая теплота шлакообразования составляет около 210 кДж/кг шлака. Эта теплота тоже может быть учтена при составлении теплового баланса.
