Нагревательные печи прокатных цехов

 

Содержание

 

1. Введение        3                   

                  2. Расчет горения топлива  и температурного режима    8

                  3. Расчёт времени нагрева металла      11

                  4. Тепловой баланс печи           18

                  5.  Выбор горелок         23

                  6. Расчет рекуператора      24

                  7. Аэродинамический расчёт    28

                  8. Расчёт дымовой трубы          30

                 10. Характеристика печи           30

                  Список литературы                  31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВЕДЕНИЕ

Нагревательные  печи прокатных цехов

Характеристика  нагревательных печей заводов черной металлургии

Нагревательными печами называют печи, в которых осуществляется   нагрев  металла  перед  обработкой  давлением (прокаткой, ковкой). Часто прокатку металла ведут последовательно на нескольких станах, чем и объясняется состав парка печей.

В последнее  время производительность вновь  строящихся прокатных станов непрерывно увеличивается. Поэтому основными чертами общей тенденции развития печей являются интенсификация   нагрева    металла  (с соблюдением требований, предъявляемых к качеству нагрева) и стремление к максимально возможной механизации и автоматизации работы печей. Повышение   интенсификации   нагрева позволяет увеличить производительность печного агрегата и при современной,   весьма   высокой производительности прокатных станов устанавливать к каждому стану рациональное число печей.  
        В настоящее время на заводах черной металлургии применяют как разливку   стали по изложницам, так и непрерывную разливку стали. В первом случае печное хозяйство включает в себя печи для нагрева слитков перед прокаткой на блюмингах и слябингах, во втором случае подобные печи отсутствуют.

    Наиболее распространенным   является   нагрев прямоугольных заготовок для чего применяют печи периодического    (садочные)  и постоянного    (проходные)   действия. В печах периодического действия металл    загружается в полностью или частично остуженную печь, и затем постепенно нагревается вместе с печью. Такой метод нагрева, когда температура печи меняется во времени, применяют при нагреве крупных слитков, которые   надо греть медленно во избежание возникновения чрезмерного температурного перепада. В черной   металлургии на периодическом   режиме работают нагревательные колодцы-печи, в которых слиток, стоящий вертикально, нагревается с четырех сторон. Поскольку размеры слитков значительные (толщина обычно около 600мм, масса около 7 т), подобный нагрев с четырех сторон обеспечивает необходимую равномерность и производительность.

В печах постоянного  действия температура во времени остается неизменной. Вместе с тем температура по длине рабочего пространства таких печей может изменяться в соответствии с необходимостью   создания   целесообразного режима нагрева. Проходные печи постоянного действия - это наиболее распространенные нагревательные печи в черной металлургии. Они очень многообразны как по способу транспортировки заготовки   через печь, так и по методам отопления. Это толкательные печи, печи с шагающим и родниковым подом; с торцевым, сводовым, боковым отоплением. В таких печах может осуществляться как постепенный (методический) режим нагрева, так и весьма форсированный камерный режим.

Наряду с тепловым и температурным режимом для работы печей большое значение имеет режим давления в печи. Идеальным был бы такой режим давления в печи, при котором холодный воздух не попадал бы в печь, а дымовые газы не выбивались бы из печи. Если холодный воздух попадает в печь, то это приводит к излишнему расходу тепла и увеличивает угар металла. Чрезмерное выбивание дымовых газов приводит к увеличению потерь тепла, пагубно влияет на арматуру печи и затрудняет ее обслуживание. Для обеспечения оптимального режима давления в нагревательных колодцах стремятся под крышкой поддерживать небольшое избыточное давление. В проходных печах на уровне нагреваемых заготовок также целесообразно поддерживать небольшое избыточное давление, исключающее подсос воздуха в печь и большое выбивание дымовых газов. Однако полностью выдержать такое давление по всей длине печи не удается.

Печи  с шагающим подом (шагающими балками)

Строительство печей, с шагающим подом обходится  значительно дороже, чем пятизонных печей аналогичной производительности, однако печи с шагающим подом широко применяют для нагрева металла перед сортовыми, толстолистовыми и другими станами. Преимущества этих печей перед печами толкательного типа, обусловленные методом транспортирования металла через печь, могут быть разделены на две группы:

1. эксплуатационные,
2. связанные с возможностью обеспечения значительно более высокой интенсивности нагрева металла.

Эксплуатационные  преимущества состоят в ликвидации проблемы уборки окалины из печи; возможности  легко удалять металл из печи в случае остановок стана и ремонтов; возможности гибкого регулирования скорости перемещения металла через печь, что очень важно при частом изменении сортамента металла; уменьшении на 30% повреждений поверхности нагреваемых заготовок; значительном (до 0,3 - 0 5%) снижении угара металла за счет повышения скорости нагрева и отсутствии осыпания окалины.

Наряду с  этими эксплуатационными преимуществами применение шагающего пода позволяет  обеспечить практически всесторонний нагрев металла. Это особенно сказывается при нагреве квадратных заготовок, прикатываемых на сортовых станах, и позволяет значительно увеличить интенсивность нагрева металла. В печах с шагающим подом поверхность нагрева квадратных заготовок увеличивается вдвое по сравнению с толкательными печами с нижним обогревом. Так, например, на одной из отечественных печей, обслуживающей мелкосортный стан и нагревающей загонку 80×80 мм, продолжительность нагрела, отнесенная к толщине заготовки (в сантиметрах), составила 3 - 4 мин/см, тогда как в толкательных печах эта величина лежит в пределах 6-8 мин/см. Эти цифры соответствуют напряженности активного пода 1200-1500 и 800-1000 кг/(м² ·ч).

Тепловой  и температурный режимы печей  с шагающим подом неизменны во времени, так как это проходные печи постоянного действия. Говоря о температурном режиме, следует заметить, что печи подобного типа могут работать как по камерному режиму, так и с переменной температурой по длине печи. Как уже отмечалось, температурный режим печей зависит от характера их отопления, а также от распределяя горелок и дымоотводов. В печах с шагающим подом применяют самое разнообразное расположение горелок: торцовое, боковое и сводовое (рис. 1). Наиболее часто пользуются комбинированным расположением горелок: торцевым и боковым или боковым и сводовым. При боковом отоплении ширина печи ограничивается 11-12 м. При большой ширине печи возможно возникновение неравномерности нагрева по длине заготовки (сляба). При сводовом отоплении заготовки греются достаточно равномерно, поэтому целесообразен такой метод отопления, когда нижний обогрев оборудован боковыми горелками, а в зонах верхнего обогрева использованы сводовые горелки. Продукты сгорания топлива отводят на стороне загрузки металла, и печи с шагающим подом работают обычно с переменной температурой по длине. В отличие от методических толкательных печей в печах с шагающим подом нагрев металла происходит во всех зонах, но интенсивность его в разных зонах может быть различной. Например, печь, нагревающая заготовки размером 80×80 мм для прокатки на проволочном стане, работает при следующем температурном графике:

Участок печи                                Температура, °С

Начало зоны предварительного   нагрева

(место загрузки металла)                                         740—900

Первая по ходу металла  зона нагрева                     1000—1150

Вторая по ходу металла  зона нагрева                     1220—1300

Рис. 1. Расположение горелок в печах с шагающим подом:

 

а – торцевое и боковое; б – только боковое; в – боковое  и сводовое

Печи с  шагающим подом выполняют как  без нижнего обогрева, так и с нижним обогревом (рис. 2). При наличии нижнего обогрева конструкции шагающего пода делаются водоохлаждаемыми, в результате чего на нагреваемых заготовках образуются темные пятна. Чтобы исключить возникновение темных пятен, на трубы шагающих балок приваривают специальные стояки или подставки, промежутки между которыми заполняют теплоизоляцией. Кроме того, горизонтальные трубы шагающих балок, несущие металл, расположены не параллельно оси печи, и. место контакта их со слябом при продвижении металла в печи постоянно меняется.

Конструкция печей. Рассмотрим под таких печей. Возможны следующие варианты конструктивного оформления идеи «шагания» пода:

1. под печи может состоять из трех частей в двух вариантах; а) неподвижного пода (у стен), шагающих и стационарных балок; б) неподвижного пода (у стен) и двух групп шагающих балок;
2. под может не иметь элементов неподвижного пода и состоять из двух групп шагающих балок.

        В поде печи различают неподвижную и подвижную части. Неподвижными являются балки. Когда металл лежит на неподвижных балках и керамических бортиках, подвижные балки находятся в опущенном состоянии. Последовательность перемещения металла в такой печи следующая: металл приподнимается шагающими балками, балки совершают движение вперед, а затем опускаются, укладывая металл на балки и бортики. Подобные движения, шагающие балки совершают непрерывно, в результате чего металл передвигается от окна загрузки к окну выдачи.

            Конструктивная форма печи  с шагающими балками зависит от назначения печи. Такие печи могут обеспечить как камерный, так и методический нагрев металла.

Для обеспечения весьма высокой производительности при  нагреве заготовок толщиной 80 – 120 мм и длинной 10 – 12 м можно применять многозонные печи с шагающим подом.

Для печей с шагающим подом большое значение имеет  надежная работа шагающих балок и  водяного затвора. Балки обычно изолируют  огнеупорным материалом.

В водяных затворах должна быть предусмотрена возможность удаления окалины. Печи с шагающим подом могут работать на газообразном и жидком топливе. При нагреве под прокатку до 1100 – 1500 ⁰ С они обычно обеспечивают напряжение активного пода 4 – 5 кН/(м²ч) при удельном расходе тепла 1,9 – 2,1 МДж/кг.

При двух группах шагающих балок обеспечивается более высокий темп выдачи заготовок,  но стоимость   строительства печи возрастает. Щели между шагающими   (или шагающими и стационарными)   балками  полностью перекрыты при помощи кожуха, погруженного в неподвижный водяной затвор. Водяные затворы   смещены относительно щели между балками, а напротив щели предусмотрен короб для гидравлического удаления окалины. Устройство водяных затворов исключает попадание в печь воздуха из  атмосферы. В печах без нижнего обогрева стационарные  и подвижные балки футеруют (сверху вниз) следующим образом: хромитовая пластичная масса; огнеупорный   материал, содержащий 35-44% А1₂0₃; легковесный изоляционный бетон. Части футеровки балок,   примыкающие   непосредственно к щели, выполняют   из огнеупорного   бетона, легко восполнимого при ремонтах.   В некоторых   случаях для футеровки балок применяют магнезитохромитовые кирпичи, что не дает пока вполне удовлетворительного результата.

Эксплуатируются печи с шагающим подом без нижнего обогрева и с нижним обогревом. В печах без нижнего обогрева приняты две зоны отопления при следующем распределении тепловых мощностей: первая зона нагрева 38 % и вторая зона нагрева 64 %.

Эти печи оборудованы  двухпроводными горелками и имеют весьма большие резервы по тепловой мощности. В подавляющем большинстве случаев печи могут работать с подачей топлива лишь во вторую зону нагрева. Горелки первой зоны нагрева включаются в том случае, если с целью увеличения производительности печи необходимо поднять температуру в этой зоне и в конце печи. Напряженность активного пода в этих печах достигается 1300— 1400 кг/(м²-ч), время пребывания заготовок размером 80×80 мм в печи составляет 23-30 мин, удельный расход тепла 1800-2000 кДж/кг.

Дымовые газы удаляются в дымосборник, расположенный у торца загрузки, а затем поступают в петлевой металлический рекуператор, расположенный ниже уровня пода цеха. Температура подогрева воздуха в рекуператоре около 300 °С.

 

Конструкция методической печи с шагающим подом:

 

 

 

Рис. 2. Двухзонная печь с шагающим подом:

а, б – продольный и  поперечный разрезы

в – печь с шагающими  балками

 

 

2. Расчёт горения топлива и температурного режима

Топливо - природный газ

Исходные данные: состав сухого газа, %:

 

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	H2S	N2	W, г/м3
98,5	0,08	0,003	0,001	-	0,1	-	1,3	11