Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Металлургическая печь должна обеспечивать осуществление заданного металлургического процесса в оптимальном режиме, обуславливаемом совокупностью ряда следующих параметров: химического состава шихты: гранулометрической характеристики исходных материалов, температуры, давления, состава газовой фазы. Для конструкции печей наибольшее значение имеют рабочая температура, состав газовой фазы и гранулометрическая характеристика материалов. Все указанные величины находят исходя из соответствующих термодинамических, кинетических и теплофизических характеристик процессов и материалов.
Температура обжиговых печей должна поддерживаться в интервале температуры активного протекания процессов обжига материалов (нижний предел) и температуры спекания или плавления материалов и продуктов (верхний предел). Для плавильных печей оптимальное значение рабочей температуры определяется обычно интервалом температур активного улетучивания и испарения ценных составляющих (верхний предел) и плавления продуктов (нижний предел). Для нагревательных и термических печей рабочая температура определяется максимальной температурой нагрева материала и допустимой скоростью нагрева. При определении конкретных значений рабочей температуры в печах учитывают перепад температуры между греющим теплоносителем и перерабатываемым материалом. Величина этого перепада определяется условиями нагрева материала и параметрами теплообменного процесса, закономерности которого излагаются ниже.
Состав газовой фазы в печах определяется из условия активного протекания окислительных или восстановительных процессов. Если в печи происходят окислительные процессы, то на основании термодинамических данных выбирают минимально необходимое содержание кислорода в газах, колеблющееся для различных окислительных процессов от 3—5 до 10—15%. Если в печи происходят восстановительные процессы, то задается минимально необходимое содержание окиси углерода или водорода, колеблющееся от 5—8 до 20—30%. В печах термической обработки металлов для предотвращения окисления поверхности применяются специальные защитные атмосферы — генераторный газ, водород и т. п.
Гранулометрическая характеристика материалов учитывает два противоречивых требования. Для обеспечения лучшего контакта компонентов и достижения наибольших скоростей металлургических процессов желательно тонкое измельчение материалов. Однако это требование технологии находится в прямом противоречии с аэродинамическим режимом работы многих печей. Так, в пламенных печах мелкие материалы подхватываются газовыми потоками и выносятся из рабочего пространства, что ограничивает интенсификацию печей. В шахтных печах мелкие материалы также выносятся из печей, а столб шихты становится неустойчивым и неравномерно продувается, что также лимитирует форсирование работы печей. Для одновременного удовлетворения требований технологического процесса и тепловой работы печей приходится выбирать средние «компромиссные» гранулометрические характеристики материалов и подготавливать шихту брикетированием, окатыванием, агломерацией и т. п.
Выбранные на основании физико-химических и технологических данных температура, состав газов и гранулометрическая характеристика материалов определяют тепловой режим печи, условия сжигания топлива или преобразования электроэнергии, степень герметизации и давление в рабочем пространстве, воздушное питание печи и т. д.