Раздел 8. Металлургические печи и конвертеры.
8.1 Классификация и общая характеристика тепловой работы печей
Классификация печей по принципу теплогенерации
Тепловыделение в печах представляет собой процесс превращения какого-либо вида энергии в тепловую энергию.
Источниками получения тепла являются:
химическая энергия топлива
химическая энергия жидкого металла или шихты
электрическая энергия
Превращение химической энергии топлива в тепловую происходит в результате сгорания топлива в так называемых топливных печах. В металлургии к таким печам относятся: пламенные печи и печи, работающие по слоевому режиму. Широко распространены печные агрегаты, в которых источником получения тепловой энергии является процесс выгорания элементов заключённых в обрабатываемом металле или в проплавляемой шихте. Таким основным элементом является углерод, который выжигается из чугуна при производстве стали в конвертерах.
Существуют и такие печи, в которых тепловыделение обусловлено и химической энергией топлива, и химической энергией жидкого металла. К таким печам, занимающим промежуточное положение между топливными печами и конвертерами, относятся мартеновские печи.
В основе работы электрических печей лежит генерация тепла за счёт электрической энергии
Классификация печей по технологическим и конструктивным признакам
По технологическому назначению
-плавильные
-нагревательные
Плавильные печи предназначены для получения металла из руд и переплавки металла с целью придания ему необходимых свойств. В плавильных печах материалы меняют своё агрегатное состояние.
Нагревательные печи применяют для нагрева материала с целью обжига (известняка, огнеупорных материалов) и сушки (литейных форм, руды, песка и др.), а также для придания металлу пластических свойств перед обработкой давлением. Значительное число нагревательных печей применяют для термической обработки, чтобы изменить внутреннее строение и структуру металла. В нагревательных печах металлы и материалы не меняют своего агрегатного состояния.
Внутри каждой из этих групп печи подразделяют в соответствии с теми операциями, которые в них производят. Так, плавильные печи могут быть чугуноплавильные, сталеплавильные, медеплавильные и т.д..Эти группы печей подразделяют ещё и по конструктивным признакам, методам транспортирования металла в печи, характеру продукта, подвергаемого нагреву.
Топливные печи подразделяют
-по виду потребляемого топлива (газовые, мазутные…)
-по методу утилизации дымовых газов
а)регенеративные
б)рекуперативные
Электрические печи классифицируют по способу превращения электрической энергии в тепловую:
-дуговые
-печи сопротивления
-индукционные
Печь включает в себя
рабочее пространство
устройство для получения тепловой энергии (горелки, форсунки, электроды, резисторы)
В состав вспомогательного оборудования входят устройства для утилизации тепла отходящих дымовых газов, вентиляторы и дымососы, дымовые трубы, клапаны, задвижки и др.
Характеристика тепловой работы печей
1)Температурный режим. Температура печи важный теплотехнический показатель работы печи. Температура зависит от ряда факторов, важнейшие из которых – температура горения топлива и характер потребления тепла.
Температура зависит от назначения печи и может изменятся во времени и по объему печи. Печи, температура которых не меняется со временем - печи постоянного действия (методические), с переменной температурой во времени-печи периодического действия(с выкатным подом). Нагревательные называют камерными, а с изменяющейся по длине температурой - методические.
2)Тепловой режим-изменение тепловой нагрузки во времени. Тепловая нагрузка – количество тепла, которое подают в печь в данный момент времени.
3)качество работы печи, её совершенство как теплового агрегата характеризуется коэффициентом полезного теплоиспользования (КПТ)
к.п.т.=
B – расход топлива, м3/с; кг/с;
QТ – химическое тепло топлива, Вт;
Qм и Qшл – тепло соответственно металла и шлака, Вт;
Qэнд и Qэкз – тепло эндотермических и экзотермических (кроме горения топлива) реакций, Вт;
QФ – физическое тепло топлива и воздуха, отнесённое к единице количества топлива; Дж/м3; Дж/кг.
4)Производительность печей - важнейший показатель их работы (кг/ч и кг/с). На производительность большое влияние оказывает температура в рабочем пространстве печи и температура отходящих дымовых газов, а также интенсивность и характер теплопередачи от печи к нагреваемому материалу.