§ 4. Тепловая работа и топливо мартеновской печи

Производительность мартеновской печи (основной показатель любого металлургического агрегата) в зна­чительной мере определяется тепловым режимом плав­ки или изменением тепловой нагрузки по периодам плав­ки. Тепловая нагрузка печи представляет собой коли­чество тепла, подводимого в единицу времени к газовому клапану или форсунке (горелке) печи. При правиль­ной организации теплового режима должен быть обес­печен подвод к металлу максимального количества теп­ла на протяжении всех периодов плавки. В мартеновской печи ~90% тепла факела передается к ванне излуче­нием и лишь остальная часть приходится на конвектив­ную теплопередачу. Теплообмен излучением описывается известным уравнением Стефана — Больцмана, кото­рое имеет вид Q = 6en[ (7ф/100)4 — (Гх/Ю0)4], гдеб — коэффициент, учитывающий оптические свойства клад­ки и форму рабочего пространства; еп — степень черно­ты пламени; Тф — температура факела; Tx — температура воспринимающей тепло поверхности (холодных ма­териалов). Из уравнения следует, что на теплопередачу влияют температура факела и шихты, степень черноты пламени и оптические свойства кладки. Интенсивность нагрева шихты тем выше, чем выше температура факе­ла и степень черноты пламени и ниже температура хо­лодной твердой шихты. Температура факела определя­ется температурой сгорания топлива; степень черноты факела^— карбюризацией пламени. Теоретическую тем­пературу сгорания топлива можно определить по фор­муле ^t= (<2х+<2ф. т+<2ф. в — qnnc)/VCp, где Qx-хими­ческое тепло топлива (теплота сгорания); фф. т—физи­ческое тепло нагретого в регенераторах топлива; <2ф. в — физическое тепло нагретого в регенераторах воз­духа; ^дис — тепло, потерянное при диссоциации трех­атомных (CO2, H2O) газов; V—удельный объем продук­тов сгорания при сжигании данного топлива; Cv—удель­ная теплоемкость получившихся продуктов сгорания.

Из уравнения видно, что для повышения температу­ры сгорания топлива и соответственно температуры фа­кела надо повышать степень нагрева воздуха и топлива в регенераторах. Хорошо иметь меньше дымовых газов при сгорании единицы топлива й-неболыпую его удель-i ную теплоемкость. Последнее достигается обогащение^ воздуха кислородом. При этом снижается количество продуктов сгорания в результате уменьшения количест­ва балластного азота.

Степень черноты пламени можно повысить добаркой к газу жидких или твердых топлив, богатых углеродом и углеводородами (мазут, смола, пек). Степень черноты пламени еп должна быть в пределах 0,55—0,75. Из при­веденного анализа следует, что наилучшие условия для передачи тепла от факелаг к шихте имеются в периоды завалки и плавления, когда разность температур факела и шихты значительная, нет опасности поджога свода и. тепловая нагрузка должна быть максимальной.

По мере плавления шихты и образования шлака ван­на начинает отражать тепловые лучи, условия нагрева металла ухудшаются. Во избежание оплавления огне­упоров подача топлива в печь должна быть уменьшена. Минимальная тепловая нагрузка соответствует периоду доводки и составляет ~ 80 % максимальной. В совре­менных печах применяется автоматический контроль и регулирование тепловой работы печи.

Топливо. Мартеновские печи могут отапливаться жидким (мазутом, смолой) или газообразным (природ­ный, смешанный, генераторный газ) топливом. Смешанный (коксовый и доменный) и генераторные газы, об­ладающие недостаточной теплотой сгорания, перед посту­плением в рабочее пространство подогреваются в реге­нераторах примерно до 1150 dC. Природный газ и мазут используются без подогрева. Кислород для интенсифи­кации сгорания топлива вводится через фурмы, поме­щенные в головках печи.

В настоящее время значительное число мартеновских печей переведено на отопление природным газом, в ос­новном состоящим из метана CH4. Для повышения све­тимости природного газа одновременно с ним в печь вводят мазут. Природный газ и мазут являются высоко­калорийными видами топлива и способны давать высо­котемпературный факел без подогрева топлива. Это по­зволяет упростить конструкцию печи. Мартеновские печи, отапливаемые высококалорийным топливом, име­ют только одну пару регенераторов (для подогрева воз­духа). При этом вдвое уменьшается число шлаковиков,. отсутствуют газовые вертикальные каналы, упрощается конструкция головки и система перекидки клапанов.