книги из ГПНТБ / Блинов О.М. Основы металлургической теплотехники

О.М. БЛИНОВ Ю.Д. ГЛЕБОВ

И.А.ПРИБЫТНОВ

ОСНОВЫ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ

ТЕПЛОТЕХНИКИ

ВВЕДЕНИЕ

Металлургические печи и другие тепловые устройст­ ва принадлежат к основному оборудованию металлур­ гии и получили широкое распространение в самых раз­ личных областях народного хозяйства. Металлургия, машиностроение, энергетика, производство строитель­ ных материалов, химия и другие отрасли промышленно­ сти немыслимы без использования плавильных, нагрева­ тельных и теплообменных устройств.

Металлургическая теплотехника — это область тех­ нических знаний, в которой изучаются вопросы получе­ ния и передачи тепла, обеспечивающие протекание про­ цессов в металлургических агрегатах.

Большой вклад в совершенствование теоретических и практических вопросов металлургической теплотехни­ ки внесли советские ученые и инженеры Д. В. Будрин, М. А. Блинков, H. Н. Доброхотов, Г. П. Иванцов, Н. Г. Казанцев, Б. И. Китаев, Н. И. Кокарев, М. А. Кузь­ мин, И. С. Назаров, И. Д. Семикин, Н. Ю. Тайц, В. Н. Тимофеев и многие их ученики и последователи.

Все основные типы металлургических печей отечест­ венных заводов созданы в советских проектных органи­ зациях: «Стальпроект», «Гипромез», «Гипросталь» и др.

Современные металлургические печи — сложные, ме­ ханизированные и автоматизированные агрегаты. В них протекают многообразные и взаимосвязанные теплотех­ нические и технологические процессы. Эксплуатация ме­ таллургических печей, рациональное управление тепло­ выми режимами, обеспечение высокопроизводительной и экономичной работы требуют от обслуживающего пер­ сонала все более широких и глубоких знаний о физиче­ ских процессах, происходящих в агрегатах, об их кон­ струкциях и условиях работы.

Интенсификация тепловых режимов металлургичес­ ких печей наряду с ростом производительности приво­ дит к увеличению загрязнения атмосферы газообраз­ ными выбросами, неизбежными при работе агрегатов. Это в свою очередь вызвало жизненноважную для сов­ ременной индустрии проблему очистки промышленных

газов. Вопросы газоочистки и улавливания пыли в пе­ чах основаны на общих для металлургической теплотех­ ники знаниях механики газов и теплообмена и поэтому рассмотрены в данной книге.

Управление режимами современных автоматизиро­ ванных тепловых устройств невозможно без определен­ ных знаний из области автоматического контроля и ре­ гулирования, основы которых изложены в завершающей главе книги.

Советскими инженерами, техниками, квалифициро­ ванными рабочими обеспечена разработка высокоинтен­ сивных и экономичных режимов эксплуатации метал­ лургических печей, технико-экономические характери­ стики которых по многим показателям превосходят аналогичные показатели из зарубежной практики.

Наряду с этим грандиозные народнохозяйственные планы, поставленные Коммунистической партией перед нашей промышленностью, требуют дальнейшего улучше­ ния конструкций агрегатов и условий их эксплуатации, что зависит во многом от подготовки и квалификации специалистов металлургов-теплотехников.

В книге гл. I, II, III и IX написаны канд. техн. наук О. М. Блиновым, гл. IV, V, VI и VII — канд. техн. наук И. А. Прибытковым, гл. VIII — канд. техн. наук Ю. Д. Глебовым.

Авторы примут с благодарностью все отзывы и заме­ чания читателей по этой книге и просят направлять их по адресу: Москва 11934, 2-й Обыденский пер., д. 14, ре­ дакция литературы по оборудованию и энергетике.

РОЛЬ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАЛЛОВ

1. Металлургия — основа народного хозяйства

Рост производства металлов, расширение их сорта­ мента, улучшение качества, снижение себестоимости во многом предопределяют ускоренное развитие социали­ стической экономики, технический прогресс и эффектив­ ность всего общественного производства. Продукция черной металлургии — прокат, литье, трубы, метизы — яв­ ляется основным конструкционным материалом современ­ ности. Доля черных металлов во всем объеме потребле­ ния конструкционных материалов основными отраслями машиностроения составляет более 96%. Машино­ строение, строительство, энергетика, химическая про­ мышленность, приборостроение, радиоэлектроника, ре­ активная и атомная техника непрерывно повышают тре­ бования, предъявляемые как к количеству получаемых металлов, так и к их свойствам. Как правило, различ­ ные металлы (а их свыше 75% общего числа элементов таблицы Д. И. Менделеева) не исключают друг друга в тех или иных случаях применения, а дополняют, так как каждый из металлов обладает определенными, только ему одному присущими качествами.

Первыми металлами, использованными человеком, бы­ ли золото и медь, так как их находили в самородках. Затем люди научились выплавлять олово и бронзу. Ж е­ лезо было освоено позже, потому что его труднее вос­ станавливать из руд.

В. И. Ленин называл железо одним из главных про­ дуктов промышленности, одним из фундаментов циви­ лизации. Относительно широко железо стали применять лишь за 1200—1500 лет до нашей эры. В настоящее вре­ мя его выплавка составляет 95% количества всего вы­ плавляемого металла. В современной технике все ме­ таллы принято делить на две большие группы: черные

потому что его можно было найти только в упавших на Землю метеоритах. Во II тысячелетии до нашей эры, люди научились выплавлять железо из руд. Первые ме­ таллурги жили, вероятно, в долинах Тигра, Евфрата, Ни­ ла. Затем искусство плавки металла проникло к грекам, древним народам Закавказья и распространилось по всей Земле. Человечество вступило из веков каменного и бронзового в век железный.

Особенно стремительно росло производство этого металла в XIX и XX вв. Если в 1897 г. во всем мире бы­ ло выплавлено 3,3 млн. т железа, то в 1960 г. — свыше 225 млн. т. В 1779 г. в Англии был построен первый же­ лезный мост; в 1787 г. спущено на воду первое желез­ ное судно; в 1788 г. в Париже проложены первые трубы металлического водопровода.

Относительное применение железа со временем уменьшается, так как его заменяют в различных устрой­ ствах, машинах и приборах другими металлами, но аб­ солютная выплавка черных металлов непрерывно рас­ тет. До сих пор никакой другой материал не может со­ перничать с железом и его сплавами по прочности и другим свойствам, а также по разнообразию и широте использования.

В современной технике железо применяют почти ис­ ключительно в виде сплавов с другими элементами, так как механические свойства чистого железа хуже, чем сплавов, и его трудно получить. Железо, содержащее до 0,01% углерода, называют техническим; оно хорошо ку­ ется, вытягивается в проволоку и отличается хорошими магнитными характеристиками, благодаря которым его используют в электротехнике. Стали — сплавы железа и углерода (до 1,7% С) — имеют высокую твердость, прочность, упругость. Сплавы, содержащие свыше 1,7%С, называют чугунами; они характеризуются высо­

вольфрамом, молибденом, ванадием, титаном и др. На­ пример, стали с большим содержанием марганца (до 12—14%) устойчивы на истирание и их применяют для изготовления железнодорожных стрелок, деталей дроби­ лок и мельниц. Жаропрочность сталям придает хром.

Русская металлургия имеет древние традиции. В гра­ ницах СССР выплавка железа известна не менее 2,5 ты­

сяч лет. При археологических раскопках в слоях земли находят железные шлаки под Киевом, Харьковом, Мин­ ском. В 80-х годах XVI в. среди населения Новгорода, насчитывавшего 5465 человек различных профессий, бы­ ло более 550 металлистов, среди которых 112 кузнецов, 38 ножевщиков, 35 котельников, 21 гвоздочник, 18 ору­ жейников и т. д.

Величайшими достижениями техники своего време­ ни были отливки Царь-пушки в 1586 г. мастером Андре­ ем Чоховым и Царь-колокола в 1735 г. мастерами Ива­ ном и Михаилом Моториными. Царь-пушка, весящая 40 т, представляет собой единственную в своем роде от­ ливку, свидетельствующую о высоком мастерстве автора как конструктора и металлурга.

Интересно отметить, что при отливке Царь-колокола, весящего около 200 т, И. Моторин изготовил сначала не­ большую модель (12 пудов) и только после этого искус­ но был отлит сам колокол. Отливка продолжалась не более 25 мин, причем в удачно приготовленную и обож­ женную форму поступало примерно 8 т меди в минуту.

В 1700 г. в наиболее развитой стране Западной Ев­ ропы— Англии было выплавлено 12,0 тыс. т чугуна, а в России лишь 4,0 тыс. т. Однако уже к 1731 г. Россия обо­ гнала Англию по выплавке металла. В XVIII в. ураль­ ское железо считалось лучшим в мире. В дальнейшем самодержавный строй сдерживал развитие страны и к 1913 г. царская Россия оказалась позади развитых евро­ пейских стран по уровню металлургического производ­ ства.

После Великой Октябрьской социалистической рево­ люции началось возрождение и становление советской металлургии.

Размещение черной металлургии в дореволюционной России характеризовалось тем, что более двух третей производства чугуна, стали и проката приходилось на заводы, расположенные на юге России. Мощные сырье­ вые и энергетические ресурсы Урала и Сибири исполь­ зовали мало. За годы первых советских пятилеток бы­ ли построены крупнейшие гиганты черной металлур­ гии— Магнитогорский, Кузнецкий, Нижне-Тагильский комбинаты, Челябинский и Новосибирский заводы; бы­ ли реконструированы заводы Юга страны. В 1937 г. Со­ ветский Союз вышел на первое место в Европе по про­ изводству стали.