Конструкция отдельных элементов мартеновской печи

Рабочее пространство печи

Рабочее пространство мартеновской печи ограничено сверху сводом, снизу — подом (или «подиной»). На границе задней стенки и подины предусмотрено отверстие для выпуска плавки (сталевыпускное отверстие). В передней стенке печи имеются проемы — завалочные окна, через которые в рабочее пространство загружают твердую шихту и заливают (по приставному желобу) жидкий чугун.

Из всех элементов печи рабочее пространство находится в наи­более тяжелых условиях — в нем идет плавка стали. Во время за­валки твердой шихты огнеупорные материалы, из которых изгото­влено рабочее пространство, подвергаются резким тепловым и меха­ническим ударам, во время плавки они подвергаются химическому воздействию расплавленных металла и шлака; в рабочем простран­стве максимальная температура.

В соответствии с этим к огнеупорным материалам рабочего про­странства предъявляют высокие требования: а) высокая огнеупорность; б) химическая устойчивость против воздействия шлака, металла и печных газов; в) достаточная механическая прочность при высоких температурах; г) хорошая термостойкость при колеба­ниях температуры.

По химическим свойствам применяемые огнеупорные материалы делят на: а) кислые — динасовый кирпич, кварцевый песок; б) основ­ные — магнезитовый кирпич, магнезитовый порошок, доломит; в) нейтральные (со свойствами амфотерных окислов) — шамот, хромо­магнезит, магнезитохромит, высокоглиноземистый шамот, форстерит.

 

Подина печи

Огнеупорные материалы, применяемые при изготовлении подины мартеновской печи, должны соответствовать типу шлака, под которым проводится плавка (рисунок 45). В противном случае в результате энергичного взаимодействия шлака с огнеупорным материалом подина печи ошлакуется, то есть перейдет в шлак и печь выйдет из строя.

 

1 — наварка (кварцевый песок); 2 – наварка (магнезитовый порошок или молотый обожженный до­ломит); 3 — магнезитовый кирпич; 4 — динасовый кирпич; 5 — стальной лист; 6 — тепловая изоляция (пористый шамот); 7 — ша­мотный кирпич

Рисунок 45 - Устройство кислого и основного подов мартеновской печи

 

Задняя и передняя стенки мартеновской печи работают (особенно в нижней части) почти в тех же условиях, что и подина, так как они также соприкасаются с жидким металлом и шлаком. Заднюю и переднюю стенки кислой мартеновской печи выкладывают из динасового кирпича, основной мартеновской печи — из магнезитового.

Изношенные участки футеровки (особенно зону шлакового пояса) ремонтируют после каждой плавки (эту опе­рацию называют заправкой печи): на изъеденные места кислой по­дины набрасывают песок, а основной подины — магнезитовый или доломитовый порошок. Заправке подвергают также и торцовые части подины, прилегающие к головкам печи; их называют откосами.

 

Свод печи

Свод мартеновской печи практически не соприкасается со шла­ком, поэтому его можно изготовлять из кислых и основных огнеупор­ных материалов независимо от типа процесса. Своды мартеновских печей изготовляют из динасового или термостойкого магнезито-хромитового кирпича.

Динасовый кирпич при высоких температурах (до 1700 °С) сохра­няет достаточную прочность и повышенное сопротивление сжатию. Во время эксплуатации динасовые кирпичи свода свариваются в мо­нолит, что позволяет выполнять его самонесущим (в виде акрки) и гарантирует его надежность даже в случае, если какой-либо кусок свода упадет. Однако при нагреве свыше 1700 °С динасовый кирпич быстро оплавляется; кроме того, он сильно разъедается плавильной пылью, состоящей из окислов железа (образуются легкоплавкие силикаты железа).

Магнезитохромитовый кирпич характеризуется более высокой огнеупорностью (допустимая температура нагрева 1800 °С), что способствует повышению производительности печи. Стойкость свода из магнезито-хромитового кирпича в 2—3 раза выше, чем из динасового. Особенности эксплуатации свода из магнезито-хромитового кирпича: а) кирпичи плохо свари­ваются и не образуют монолита; б) коэффициент расширения магнезито-хромитового кирпича выше, чем динасового, в результате чего при разогреве арки свода наружные швы раскрываются, а на вну­тренней стороне возникают высокие напряжения сжатия, что при­водит к сколу внутренней части свода; в) повышенная теплопровод­ность и большие неплотности кладки (раскрытые швы) обусловливают более высокие (почти в два раза) потери тепла с 1 м² площади свода; г) объемная масса магнезитохромитового кирпича в 1,5 раза больше, чем динасового. Все это исключает возможность применения обычного арочного свода. Свод приходится выполнять распорно-подвесным с креплением и прокладками между кирпичами, а это усложняет и удорожает конструкцию.

Однако возможность повысить температуру в печи при исполь­зовании магнезитохромитового свода, а также увеличить срок службы свода делает устройство сложной системы подвесок рентабельным, поэтому своды такого типа нашли широкое применение.

Стойкость магнезитохромитового свода составляет 500—1000 пла­вок (динасового 200—350 плавок).

 

Головки печи

Головки служат для подвода топлива и воздуха и отвода из плавильного пространства продуктов сгорания. От того, с какой скоростью вводят в рабочее пространство воздух и топливо и насколько хорошо струи топлива и воздуха пере­мешиваются, зависят форма и ряд других характеристик факела, а от факела зависит и вся работа печи.

Головки должны обеспечить: 1) хорошую настильность факела по всей длине ванны (чтобы максимум тепла передать ванне и мини­мум — своду и стенкам); 2) минимальное сопротивление при отводе продуктов сгорания из рабочего пространства; 3) хорошее переме­шивание топлива и воздуха для полного сжигания топлива в рабочем пространстве печи.

Чтобы удовлетворить первому и третьему требованиям, сечение выходных отверстий должно быть малым (чтобы скорости ввода воздуха и топлива были максимальными); для удовлетворения второго требования сечение, наоборот, должно быть максимальным. Поэтому, в зависимости от условий работы, выбирают промежуточный вариант.

 

Шлаковики

Отходящие из рабочего пространства печи дымовые газы про­ходят через головку и по вертикальным каналам попадают в шлаковики (рисунок 46).

 

1 - вертикальные каналы; 2 — шлаковик; 3 — насадки регенераторов, 4 — подвес­ной свод наднасадочного пространства; 5 — поднасадочные пространства

 

Рисунок 46 - Устройство шлаковиков и регенераторов мартеновской печи

 

 

Шлаковики служат для улавливания плавильной пыли и шлаковых частиц, уносимых продуктами сгорания из рабочего пространства, и тем самым предохраняют насадки регенератора от засорения. Сечение шлаковика гораздо больше сечения вертикального канала, поэтому при попада­нии дымовых газов в шлаковик их скорость резко уменьшается и, кроме того, меняется направление движения газов. Это приводит к тому, что значительная часть (50—75 %) плавильной пыли оседает в шлаковиках, причем оседает крупная пыль, более мелкие фракции в значительной степени уносятся в трубу (10—25 % пыли оседает в насадках регенераторов).

На пути движения дымовых газов плавильная пыль, содержащаяся в них, реагирует с материалами кладки. Это обстоятельство приходится учитывать при выборе материалов для кладки вертикальных каналов и шлаковиков.

Почти вся пыль представляет собой основные окислы (в том числе 60—80 % окислов железа). Если вертикальные каналы и шлаковики футерованы динасовым кирпичом, то основные окислы, из которых состоит пыль, энергично взаимодействуют с кислым мате­риалом футеровки с образованием легкоплавких силикатов железа. Стойкость футеровки оказывается недостаточной и, кроме того, осе­дающая в шлаковиках пыль образует плотный монолит, который во время ремонта очень трудно извлекать.

В связи с этим для кладки вертикальных каналов и шлаковиков часто применяют термостойкий магнезитохромитовый кирпич.

 

Регенераторы

Из шлаковиков отходящие газы при температуре 1500— 1550 °С попадают в насадки ре­генераторов (рисунок 9).

Регенераторы должны обес­печивать более или менее по­стоянную высокую температуру подогрева газа и воздуха. В наиболее тяжелых условиях ра­ботают верхние ряды насадок, поскольку в этой части темпе­ратура и содержание пыли наи­более высоки. Поэтому верхние ряды насадок выкладывают из термостойкого магнезитохромитового кирпича. Нижние ряды насадок рабо­тают при температурах менее 1000—1200 °С, поэтому их выклады­вают из более дешевого и в то же время прочного шамотного кирпича.

Из поднасадочного пространства отходящие газы при темпера­туре 500—700°С попадают в борова, которые предназначены для подвода к регенераторам газа, воздуха и отвода от них продуктов сгорания к трубе или к котлу-утилизатору. Кладка боровов обычно состоит из двух слоев: внутреннего, выполняемого из шамотного кирпича, и внешнего — из обычного красного кирпича.