» » Конструкция мартеновской печи
29.04.2015

Мартеновские печи строят двух типов: стационарные и качающиеся — с подвижным рабочим пространством. У качающихся печей рабочее пространство может наклоняться в сторону разливочного пролета (на 26—33°) и в сторону печного пролета (на 12—15°).
Наиболее распространены стационарные печи, качающиеся печи применяются преимущественно при переделе высокофосфористых чугунов.
В зависимости от характера футеровки подины печи разделяются на основные и кислые.
Емкость печей (вес чугуна и скрапа, загружаемых в печь для одной плавки) в настоящее время составляет от 5 до 600 т. Намечается строительство печей емкостью 700—900 г. Мартеновские печи садкой до 125 т обычно работают скрап-процессом на твердой завалке, печи емкостью 125 г и выше — скрап рудным процессом на жидком чугуне. Максимальная емкость кислых печей составляет 150 г.
Размеры рабочего пространства. Основными параметрами рабочего пространства являются- площадь пода (S, м2), длина (L, м) и ширина (E, м) ванны на уровне порогов рабочих окон, глубина ванны (h, мм) в середине печи и высота свода (H, м) по отношению к уровню порогов рабочих окон.
Емкость ванны (V, м3) обычно определяется из уравнения
V = KSh м3,

где К — коэффициент емкости ванны.
Величина К изменяется в пределах от 0,43 до 0,68, повышаясь с увеличением садки печи.
Необходимая глубина h, исходя из принятых площади пода и коэффициента емкости, определяется из выражений:
а) для скрап процесса
h = 0,175P/SK;

б) для скрап-рудного процесса
h = 0,16P/SK.

Основные размеры рабочего пространства мартеновских печей различной емкости приведены в табл. 11.
Конструкция мартеновской печи

Рабочее пространство печи, состоящее из пода, стен и свода (рис. 30), покоится на двух устоях — массивных железобетонных основаниях. На устоях расположены продольные опорные балки, а на них поперечные — двутавровые или швеллера. Поперечные балки покрыты листовым железом, на них возводят подину печи.
Под имеет вид чаши и состоит из продольных и поперечных откосов и лещади, расположенных ниже уровня порогов рабочих окон. Поперечные откосы имеют уклон около 45°, продольные — примерно 35°.
Конструкция мартеновской печи

Конструкция мартеновской печи

Подина должна хорошо противостоять разъедающему действию металла и шлака, обладать достаточной механической прочностью и тепловым сопротивлением (в пределах 1—1,2 м2*час*°С/кал). Кладка подины 500-г основной печи выполняется на слое листового асбеста (до 20 мм), укладываемого на металлические листы, и состоит из ряда пористого шамота (130 мм), ряда шамотного кирпича (70 мм) и нескольких рядов магнезитового кирпича (650 мм)-, поверх магнезитового кирпича следует наварка из магнезитового порошка (280 мм). Общая толщина подины у 370—500-т печи составляет 1150 мм.
В США подины делают набивными или комбинированными — набивка (~250 мм) с наварным слоем (~350 мм). Смесь для набивки состоит из 79,63% MgO 1,34% СаО, 8,18% Fe2O3, 9,12% SiO2 и 1,2% Al2O3. Для схватывания на воздухе в нее вводят около 2% жидкого стекла Во Францни, ФРГ и ГДР применяют набивные подины из доломитового порошка. Основное преимущество набивных подин — сокращение продолжительности их сооружения (4—5 суток вместо 8—10 суток при наварке).
В передней стенке размещаются 3 или 5 завалочных окон. Передняя стенка наиболее подвержена износу из за резких колебаний температур и механических воздействий при загрузке шихты Передняя стенка с безарочными окнами обычно наклонена к горизонту (10—12° по арматуре). Пятовые балки, расположенные над рабочими окнами, рамы и заслонки охлаждаются водой. Кладка нижней части простенков между завалочными окнами до верхнего уровня шлака выполнена из магнезитового кирпича, покрытого затем слоем наварки. Толщина передней стенки на уровне порога рабочих окон у печей 185—500-г равна 900 мм (включая наварку), вверху у свода — 810 мм,
В России, США и Японии работают печи «без передней стенки», в которых имеется или одно рабочее окно, закрываемое пятью семью заслонками, или три окна (два обычных и одно среднее больших размеров, которое закрывается тремя заслонками).
Задняя стенка также наклонена к горизонту (55° по арматуре) для лучшего удержания на ней заправочных материалов. В задней стенке расположено сталевыпускное отверстие и выше уровня порога рабочих окон отверстия для спуска шлака (при работе скрап-рудным процессом на жидком чугуне). Кладка задней стенки выполнена из магнезитового кирпича с наружной изоляцией из пористого шамота. Толщина кладки для 185—500-г печей на уровне порога завалочных окон 1150 мм, под сводом 700 мм.
В Англии для изготовления задних стен и стен головок применяют безобжиговые основные огнеупоры, набитые в железные трубки. В США для кладки задней стенки и столбиков передней стенки применяют магнезитохромитовый кирпич (с 20—30% хромистой руды) в стальной обойме или без нее Для задней стенки применяют также (ФРГ, Италия) доломитовые блоки в железной арматуре.
Свод мартеновской печи выложен из термостойкого магнезитохромитового (с 8—10% Cr2O3 и не менее 60% AlgO) или из динасового кирпича. На наших заводах в последнее время широко применяют магнезитохромитовые своды, стойкость которых в 2—2,5 раза выше, чем динасовых. На некоторых заводах стойкость магнезитохромитовых сводов 185—250=7 печей достигает 700—800 плавок, обычно же стойкость их составляет 400—550 плавок, в то время как стойкость динасовых сводов составляет 180—200 плавок. Свод из магнезитохромитового кирпича обладает высокой огнеупорностью и термостойкостью, допускает нагрев до 1750—1800° (против 1600—1650° для динасового), более устойчив против разъедания брызгами шлака и металла, чем динасовый свод.
Наиболее распространена и надежна распорно-подвесная конструкция свода из магнезитохромитового кирпича. Кладка свода ребристая, толщина основных колец 460 мм, ребровых 520 мм. Для устранения оседания свода и выпадания кирпичей в арке смежные кирпичи соединяют металлическими штырями, которые вместе с. железными листовыми прокладками, заложенными между кирпичами, способствуют спеканию свода в монолит в процессе эксплуатации.
Свод опирается на пятовые балки, подвешенные на штангах к арматуре передней и задней стенок печи. Посредством специальной подвесной системы свод подвешен к арматуре рабочего пространства. Для компенсации расширения свода при нагреве иногда устраивают подвижные пятовые балки с пружинами.
Динасовые своды имеют распорно-арочную конструкцию и имеют либо гладкую, ребристую поверхность, либо ящичную форму. Ребровые кольца устанавливают через каждые 3—4 кольца по длине, а при ящичной форме — и по ширине свода. На печах большой емкости свод имеет утолщение к передней и задней стенкам, что увеличивает его стойкость.
Динасовые своды широко распространены на заводах США, Англии, ФРГ и других стран В США в последние годы нашли применение комбинированные («зебровые») своды — набранные из перемежающихся рядов хромомагнезитового и динасового кирпича.
Головки мартеновской печи предназначены для подачи топлива и воздуха в рабочее пространство и для отвода из него образующихся продуктов горения Конструкция головок определяет тепловую работу печи, сильно влияет на ход процесса, производительность печи и продолжительность кампании. При отоплении печей подогретым газовым топливом широко применяются головки. Вентури с предварительной камерой смешения газа и воздуха (см. рис. 30). Подогретый газ поступает по центральному вертикальному каналу, воздух — по двум крайним. Проходя через постепенно суживающиеся газовый и воздушный пролеты, газ и воздух приобретают большую скорость, что обеспечивает интенсивное перемешивание их и надлежающую организацию факела. Скорость газа при выходе из пролета составляет 3,4—8,5 м/сек, воздуха 1,1—3,4 м/сек (максимальные значения относятся к печам большой емкости); угол наклона газового пролета 12—14°, воздушного 28—35°.
Для сохранения постоянства сечения и обеспечения высокой стойкости газовый пролет выполнен в водоохлаждаемом металлическом кессоне, футерованном внутри высокоглиноземистым, магнезитовым или магнезитохромитовым кирпичом. Свод головок выложен из динасового или магнезитохромитового кирпича; вертикальные каналы, соединяющие головки со шлаковиками, — из хромомагнезитового кирпича. В последнее время появились усовершенствованные головки типа Вентури: с дополнительной подачей компрессорного воздуха или кислорода через две фурмы, расположенные по бокам кессона, что обеспечивает интенсивное перемешивание газа и воздуха и придает факелу большую жесткость и настильность, с подачей компрессорного или турбинного воздуха в торец газового кессона с инжекцией холодного воздуха; с инжекцией компрессорным воздухом горячего воздуха из воздушного пролета в газовый и др.
При подаче, сжатого воздуха в головки улучшается перемешивание газа с воздухом и аэродинамика факела, становится возможным форсирование тепловой работы печи, что приводит к повышению производительности печей на 3—7%.
При работе на мазуте применяют головку Вентури. Мазут подается форсункой высокого давления, наклоненной под углом 12—15°. В отличие от головки для газового подогретого топлива головка для мазута имеет меньший уклон воздушного пролета (22—26°) и большую высоту пламенного окна.
Холодный высококалорийный газ обычно используют с добавками мазута. Газ и мазут поступают через горелку и форсунку, расположенные по продольной оси печи, для карбюрации мазута в головке Вентури.
Нижнее строение мартеновской печи включает шлаковики, регенераторы, борова, перекидные клапаны и их механизмы управления.
В шлаковиках улавливается основная масса плавильной пыли и частиц шлака, выносимых продуктами горения из рабочего пространства. При динасовом своде рабочего пространства в шлаковиках больших печей (185—500 т) осаждается примерно 7—5,5 кг пыли на 1 т стали, а при основном своде — 6—4 кг/т стали.
Наиболее распространены шлаковики прямоугольной формы, вытянутые по направлению к регенераторам. При основном своде печи внутренние слои кладки свода и стен шлаковиков выполнены из магнезитохромитового кирпича, внутренние стены шлаковиков — из динаса, а наружная кладка — из теплоизоляционного диатомитового кирпича. При динасовом своде печи внутреннюю облицовку не выполняют.
Регенераторы состоят из камеры, ограниченной сводом, стеками и лещадью; насадки, предназначенной для аккумуляции тепла продуктов горения и передачи его нагреваемому воздуху и газу; наднасадочного и поднасадочного пространств, служащих для подвода и отвода газов, поступающих в регенератор. Насадка поддерживается опорными кирпичами, опорными стенками и сводиками, расположенными в поднасадочном пространстве.
Правильный выбор типа и основных размеров насадки (высота, ширина, длина), сечения каналов, размеров и материала кирпича обеспечивают необходимый тепловой режим и высокую стойкость насадок.
Высота насадки определяется «коэффициентом строиности» К воздушной насадки:
К = Н/√Fb,

где H — высота насадки, м;
Fb — площадь сечения камеры регенератора, м2;
К —для печей, работающих на подогретом газе, равно 1,6—1,2, на высококалорийном топливе 1,25—0,8.
Длина насадки обычно в 1,4—1,5 раза больше ширины. У печи емкостью 500 т объем воздушной насадки равен 228 м3 (при высоте 6,9 м, длине 6,8 м и ширине 4,85 м), газовой — 165 м3 (при высоте 6,9 м, длине 6,8 м, ширине 3,55 м).
В регенераторах преимущественно применяются насадки двух типов с открытыми (Сименса) и сквозными (Каупера) каналами (рис. 31), наиболее распространены насадки с открытыми каналами У больших печей насадки выложены из фасонного кирпича длиной 230 мм, толщиной 75 мл г; сечение ячейки 157x157 мм. Верхняя часть насадки (40—50% высоты) выложена из динасового, а нижняя часть — из шамотного кирпича. Допустимая температура нагрева такой насадки 1350—1375°.
Конструкция мартеновской печи

В последнее время верхние ряды насадки выкладывают из форстеритового или высокоглиноземистого кирпича (не ниже 42% Al2O3). Температура нагрева такой насадки может быть повышена до 1400—1450°. Для удаления пыли, осаждающейся на насадке, применяют продувку ее сжатым воздухом или паром.
Борова служат для отвода продуктов горения из регенераторов в котел-утилизатор или дымовую трубу. Сечение боровов рассчитывают исходя из скорости газов; средняя скорость продуктов горения в воздушных боровах печей большой емкости (85—500 т) составляет 1,9—2,4 м/сек, в газовых — 1,75—2,2 м/сек и в общем борове 2,6—2,8 м/сек. Внутреннюю часть боровов выкладывают из шамотного кирпича (230 мм), наружную — из красного кирпича.