Металлургическая теплотехника

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Металлургическая теплотехника

металлургический печь топливо конвертер

В функционально-тепловом отношении металлургические печи следует рассматривать как агрегат условно состоящих из двух функциональных тепловых зон: зона, где генерируется тепловая энергия и зона, где используется тепловая энергия. С учетом вышеотмеченного необходимо рассматривать конструктивное исполнение металлургической печи.

Собственно печь включает в себя рабочее пространство и устройства для генерации теплоты: горелки, форсунки, фурмы в топливных печах и электроды, резисторы в электрических печах. В состав вспомогательного оборудования входят устройства для утилизации теплоты и очистки уходящих из печи дымовых газов, вентиляторы, дымососы, трубопроводы с клапанами и задвижками, дымовые трубы, контрольно-измерительные приборы и устройства для управления печью. [1].

Условно зону генерации тепловой энергии называют теплогенератором. При этом следует отметить, что в отличии от теплоэнергетической отрасли понятие теплогенератор в металлургии имеет более широкое значение. В зависимости от технологического назначения печи генерация тепловой энергии может осуществляться в отдельно расположенном реакционном пространство либо конструктивно совмещаться с зоной потребления тепловой энергии. Так например, если рассматривать в качестве примера чугуноплавильную печь шахтного типа (вагранку) то генерация тепла в ней происходит за счет сжигания кокса непосредственно в шахте, где одновременно происходит процесс расплавления металлической шихты. Т.е. в приведенном случае зона теплогенерации и зона использования тепла совмещены в одном реакционном пространстве. Между тем, в преобладающем количестве металлургических агрегатов совмещение зоны теплогенерации и зоны теплопотребления в технологическом отношении нежелательно.

Принцип теплогенерации и классификация металлургических

печей

В металлургической промышленности нашли применение два принципа генерации тепла:

- химическая генерация тепла за счет протекания экзотермических реакций;

- превращение электрической энергии в тепловую (электрическое сопротивление, индукция, электрическая дуга).

В зависимости от источника тепловыделения печи делятся на топливные, автогенные и электрические. В свою очередь, каждая группа металлургических печей включает широкий круг их разновидностей и, соответственно, сферы их применения.

Топливные металлургические печи по способу сжигания топлива подразделяют [1] на два класса: пламенные и слоевые. При подобной классификации рассматриваются особенности размещения и горения топлива в рабочем пространстве печи.

Рабочее пространство пламенных печей в малой степени заполнено обрабатываемым материалом, который располагается на поду. Основной объем рабочего пространства заполнен пламенем и дымовыми газами, передающими теплоту материалу. С позиций условий протекания теплообмена работу пламенных печей необходимо оценивать в основном по конвективной и лучистой составляющих теплообмена. Теплопроводность в пламенных печах по своей значимости уступает двум первым составляющим теплообмена. Соответственно, в пламенных металлургических печах существенное внимание уделяется виду применяемого топлива и условиям его сжигания.

Современные пламенные печи работают на газообразном или жидком топливе. Для сжигания газообразного топлива служат горелки, для сжигания мазута - форсунки. К классу пламенных печей относятся печи для плавки медных концентратов на штейн, печи для рафинирования меди, разнообразные печи прокатного и кузнечнопрессового производства: нагревательные колодцы, методические, кольцевые, роликовые печи, печи с выкатным подом, вращающиеся трубчатые печи для обжига сыпучих материалов [1].

Различают следующие основные типы пламенных печей:

- с плотным слоем (печи шахтного типа, реторты);

- печи с псевдоожиженным слоем (с кипящим слоем);

- аэрофонтанные установки.

В шахтных противоточных печах с движущимся плотным слоем горячие газы - продукты горения топлива - движутся через слой между кусками шихты снизу вверх, т.е. в противотоке с шихтой. Шахтные печи с плотным слоем шихты широко распространены в металлургии. К ним относятся доменные печи, вагранки, печи для производства извести путем обжига известняка, печи никелевых и свинцовых заводов [1].

В печах с псевдоожиженным слоем под действием подаваемого снизу вверх газового потока обрабатываемая шихта разуплотняется. Порозность слоя увеличивается. Тем самым обеспечивается хорошее газораспределение по слою и, соответственно, теплораспределение.

В цветной металлургии печи с «кипящим» слоем применяют для обжига сульфидных концентратов различных материалов, для сушки глинозема.

В печах со взвешенным слоем обрабатывают материалы, доведенные до пылевидного состояния. Каждая частица материала находится во взвешенном состоянии под действием потока газов, идущего снизу вверх, и движется вместе с потоком. Применяют в этих печах размолотое и газообразное топливо. Их используют в цветной металлургии для плавки сульфидов цветных металлов.

Автогенные печи. Источником теплоты в этих печах является тепловой эффект экзотермических реакций окисления и горения ряда элементов, содержащихся в обрабатываемых материалах. В черной металлургии примером автогенных печей являются кислородные конвертера. В них при продувке жидкого чугуна кислородом происходит окисление углерода и ряда других элементов с выделением теплоты. Этот процесс не требует расхода топлива.

В цветной металлургии при производстве материалов из сульфидного сырья основным источником теплогенерации является процесс выгорания серы, содержащейся в сульфидах.

В мартеновской печи, наряду с выделением теплоты сгорания топлива, происходит тепловыделение от окисления углерода и других элементов, содержащихся в жидкой ванне. Такие печи занимают промежуточное положение между топливными и автогенными печами.

Электрические печи. По способу преобразования электрической энергии в теплоту можно выделить три класса печей, применяемых в металлургии: электродуговые, индукционные и печи сопротивления.

В дуговых печах используется принцип пропускания электрического тока через газовый промежуток между двумя электродами. Под действием электрического напряжения газ между электродами ионизируется и становится электропроводным. При этом в газовом промежутке возникает электрическая дуга, представляющая собой яркосветящуюся смесь электронов, положительных ионов, атомов и молекул. Дуга является зоной, в которой энергия электричества преобразуется в теплоту, при этом температура дуги составляет от 3000 до 20000 К.

В индукционных печах используется свойство переменного электрического тока создавать вокруг проводника переменное магнитное поле. Если поместить в такое поле нагреваемое тело, являющееся проводником, то в нем будут индуктироваться вихревые токи. Энергия вихревых токов преобразуется в теплоту, которая выделяется внутри нагреваемого тела.

Работа так называемых печей сопротивления основана на действии закона Джоуля-Ленца, согласно которому при протекании тока в проводнике выделяется теплота, пропорциональная его электрическому сопротивлению. В печах сопротивления можно использовать постоянный и переменный ток.

Список литературы

1. Губинский В.И. Металлургические печи. - Днепропетровск: НМетАУ, 2006.

Размещено на Allbest.ru