Большая техническая энциклопедия
2 4 7
D L N
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ША ШВ ШИ ШЛ ШТ

Шлаковая ванная

 
Шлаковой ванной называют объем жидкого шлака, в котором при сварке электрическая энергия преобразуется в тепловую. Вместе с тем шлаковая ванна защищает расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха, растворяет окислы и загрязнения на поверхности основного и электродного металлов и в некоторых случаях легирует металл шва. По химическому составу шлаковая ванна обычно представляет собой расплав различных окислов или солей.
Схема электрошлаковой сварки. Под шлаковой ванной создается металлическая ванна 5, которая по мере остывания металла отвердевает, образуя прочный сварной шов 6, соединяющий свариваемые части. Электрошлаковая сварка обеспечивает высокое качество сварного соединения благодаря защите расплавленного металла жидким шлаком. Она имеет повышенную производительность, особенно при сварке изделий большой толщины. Благодаря медленному охлаждению металла из него успевают удалиться газовые пузырьки и неметаллические включения, что способствует получению более плотного сварного шва.
Схема стыковой. Под шлаковой ванной создается металлическая ванна 5, которая по мере остывания металла отвердевает, образуя прочный сварной шов 6, соединяющий свариваемые части.
Уловленная за шлаковой ванной летучая зола по гранулометрическому составу была очень мелкодисперсна.
Замена холодной воронки шлаковой ванной резко уменьшает при-сосы воздуха в топку, а футеровка стен нижней части топки снижает интенсивность теплоотдачи в экраны. Одновременно с этим появляются дополнительные возможности для лучшей организации топочного процесса. При меньшей интенсивности теплоотдачи и, напротив, более благоприятных условиях для горения равновесие между тепловыделением и теплоотдачей наступает при более высоких температурах в зоне активного горения, чем достигается высокая интенсивность процесса горения.
Изучение теплообмена между факелом и шлаковой ванной встречает значительные трудности. Наибольшие затруднения возникают в технике измерения температур как в самой шлаковой ванне по ее глубине, так и в объеме факела. Обычно применяемые в широкой топочной практике средства не обеспечивают в этом отношении получение достаточно надежных данных и вопрос фактически остается пока неизученным.
Поэтому под должен быть защищен достаточно глубокой шлаковой ванной, которая образуется только при соответствующей высоте шлакового подпора.
В то время как температура пламени над шлаковой ванной должна быть как можно - большей, температура продуктов горения, покидающих охлаждающее пространство топки с жидким шлакоудалением, должна быть как можно ниже. Продукты горения в топке охлаждаются экранными трубами, расположенными на стенах топки, до температуры, более низкой, чем температура затвердевания шлака.
Размеры плавильной камеры. Так как горелки топки помещены близко над шлаковой ванной, то температура fti практически является температурой факела над шлаковой ванной; этому способствует и высокая скорость вторичного воздуха при выходе из горелок.
Зависимость коэффициентов плавления ( а и наплавки ( ан от силы тока. Плавление электрода при электрошлаковой сварке происходит за счет тепла, передаваемого ему шлаковой ванной, и предварительного подогрева электрода вследствие прохождения по нему электрического тока. Некоторое количество тепла электрод получает от сварочной ванны до его погружения вследствие лучеиспускания. Обычно вылет электрода при электрошлаковой сварке больше, чем при сварке под флюсом, поэтому в первом случае происходит более интенсивный предварительный подогрев электрода. Наряду с применением больших плотностей тока ( до 50 - 100 а / мм2) предварительный подогрев электрода обеспечивает значительное увеличение коэффициента плавления электродной проволоки, который составляет 18 - 22 г / а - час вместо 12 - 15 г / а-час при электродуговой сварке под флюсом.
Она выполнена как двухкамерная топка с перекрещивающимися горелками, помещенными на фронтовой стене над шлаковой ванной. Высокая плавильная камера вытянутой формы имеет обмазанные стены и под потолком разделительной стены - трубную решетку, через которую продукты горения поступают в камеру охлаждения. Охлаждающая камера также имеет вытянутую форму и разделена продольными двухсветными экранами на несколько частей. Эта конструкция компактно располагается в котельной и применима для паровых котлсв большой мощности.

Особенно неудачными с точки зрения плавления являются вытянутые плавильные пространства, у которых горелки укреплены высоко над шлаковой ванной. В плавильных пространствах такой формы шлак плавится только при полной нагрузке.
Так как горелки топки помещены близко над шлаковой ванной, то температура fti практически является температурой факела над шлаковой ванной; этому способствует и высокая скорость вторичного воздуха при выходе из горелок.
Влияние газовой защиты поверхности шлаковой ванны на содержание марганца в слитке ( проволока св - 15Г. Хотя при электрошлаковой сварке непосредственного контакта металла в реакционной зоне с газами нет, однако состав газов над шлаковой ванной может оказать существенное воздействие на окисление металла. Так, применительно к влиянию газовой фазы над шлаковой ванной на рис. V.27 показано изменение содержания марганца ( ДМп %) при наличии над шлаком воздуха ( без защиты) и аргона или азота. Во втором случае степень выгорания марганца значительно меньше, хотя флюс ( шлак) в обоих случаях по своему исходному составу является одинаковым.
При соответствующем выборе параметров режима сварки тепловыделение по толщине металла с учетом теплоотвода в ползуны в зоне соприкосновения со шлаковой ванной может быть практически равномерным. Неравномерность распределения теплоты по толщине металла, как правило, уменьшается по мере удаления от ванны. Определение термических циклов основного металла в большинстве случаев может производиться в предположении равномерного тепловыделения по толщине металла.
Такую узкую зону высоких температур удается получить при хорошем сжигании и голых стенах плавильной камеры, если горелки топки расположены непосредственно над шлаковой ванной. Благодаря этому образуется плоское горячее ядро факела и при низких нагрузках топок.
Схема нагрева металла при электрошлаковой. Теплота, выделяемая по линиям АС и BD и распространяющаяся влево от АС и вправо от BD, соответствует подогреву кромок пластин шлаковой ванной. Теплота, распространяющаяся вправо от АС и влево от BD, вследствие ухода источников вперед в основном создает тепловой поток через сечение А В, что соответствует подогреву металла ванны со стороны шлака, который имеет более высокую температуру, чем расплавленный металл в ванне. Линейная интенсивность мощности равна qx / ( 2bnp) у металлического и 7ш / ( 2 / гш) у шлакового источников теплоты. Такой нагрев предопределяет характер распределения температур в пластинах. Изотермы подходят к свариваемым кромкам под некоторым углом, отличающимся от 90 ( рис. 7.22), нагрев кромок происходит задолго до их плавления.
Значение коэффициента М в формуле в зависимости от комплекса k. Под каждой шлаковой шахтой или ванной всех последующих ( после первого) котлов сопла устанавливают с расходом воды C2 - Для мощных котлов под каждой шлаковой ванной устанавливают два сопла: первое - на расстоянии 0 5 - 1 0 м до места сброса шлака в канал, второе - на расстоянии 3 - 5 м от первого сопла.
Непровары ( а и несплавления ( б при электрошлаковой сварке аустенитных сталей и сплавов. Его не следует смешивать снепроварами ( рис. 129, а), которые образуются в тех случаях, когда свариваемые кромки в процессе ЭШС не опла-вляются шлаковой ванной.
Как пониженное, так и повышенное напряжение приводят к непроварам и нарушению устойчивости процесса - разбрызгиванию шлака и замыканию конца электрода с металлической ванной при пониженном и с шлаковой ванной при повышенном напряжении. Каждому значению скорости подачи электрода соответствует минимальное напряжение сварки, при котором не получаются непровары ( фиг.
Влияние нагрузки котла на.
Из нее видно, что топка, которая обеспечивает высокую степень улавливания шлака, имеет очень низкую границу сухого режима, что возможно только при высоких температурах факела над шлаковой ванной.
Не менее важным при данных свойствах горючей массы и золы топлива оказывается воздушный режим топочного пространства, равно как и конфигурация последнего и степень его утепления ( или обратная ей степень экранирования), которые должны обеспечить правильное расположение горячего ядра пыле-угольного факела над шлаковой ванной, а тем самым и необходимый прогрев последней. Это и является, в сущности, одной из основных задач топочной техники при организации жидкого удаления шлаков, характеризуемых определенной кривой вязкости.
Рассчитанные величины хорошо согласуются с данными практики. Температура факела над шлаковой ванной у угловых горелок действительно выше, чем у потолочных. Быстрое понижение температуры факела в плавильном пространстве, вызванное излучением факела в открытое охлаждающее пространство, также хорошо согласуется с опытными данными.
Для современных топок с жидким шлакоудалением добавление флюса в большинстве случаев является излишним. Температура факела над шлаковой ванной свыше 1 700 С гарантирует хорошую текучесть почти всех угольных шлаков. Добавлять известняк в кислый шлак невыгодно также из-за распада силикатов железа по реакции ( 6), благодаря которой облегчается восстановление железа. Кроме того, в результате добавки флюсов увеличивается количество шлака, вытекающего из топки, а следовательно, растет потеря тепла с физическим теплом шлака.
Эта вязкость у топок с плавильным столом или с плавильной воронкой соответствует вязкости шлака, попадающего в гранулирующее устройство. У топок с жидким шлакоудалением со шлаковой ванной вязкость шлака, вытекающего из топки, меньше, чем вязкость, получающаяся по формуле ( 83), так как у них шлак в шлаковой ванне доплавляется жаром факела.
Наряду с описанными типами однокамерных топок с угловыми горелками и двухкамерных топок с горелками, расположенными в потолке, существует ряд других типов камер, которые отличаются друг от друга способом осуществления тех или иных мероприятий и расположением горелок. Большинство из них имеет горелки над шлаковой ванной, для того чтобы ядро факела нагревало шлак непосредственно на поде плавильной камеры.
Хотя при электрошлаковой сварке непосредственного контакта металла в реакционной зоне с газами нет, однако состав газов над шлаковой ванной может оказать существенное воздействие на окисление металла. Так, применительно к влиянию газовой фазы над шлаковой ванной на рис. V.27 показано изменение содержания марганца ( ДМп %) при наличии над шлаком воздуха ( без защиты) и аргона или азота. Во втором случае степень выгорания марганца значительно меньше, хотя флюс ( шлак) в обоих случаях по своему исходному составу является одинаковым.
У топок с жидким шлакоудалением следует иметь как можно более высокую температуру факела в плавильной камере. Зона наивысших температур должна занять возможно меньшую часть камеры над шлаковой ванной.
Для однокамерных топок с жидким шлакоудалением мы обычно не применяем аналитических методов. Из ранее сказанного следует, что у них температура факела над шлаковой ванной является прежде всего функцией эффективности горелки, определяемой долей угля хг, сгоревшего непосредственно у горелки.
Электрошлаковая сварка вертикальных швов предусматривает одновременное выполнение следующих операций: нагрев шлаковой ванной свариваемых кромок и присадочного материала до температуры их плавления; подачу в зазор между кромкой электродного и дополнительного металла; подвод к электроду сварочного тока; удерживание сварочной ванны в зазоре; перемещение источника нагрева и формирующих устройств по мере образования шва; возвратно-поступательное перемещение источника нагрева в зазоре для равномерного проплавле-ния кромок толстого металла и др. Указанные операции выполняет комплекс механизмов, образующих сварочный аппарат.
Схема пода плавильного [ IMAGE ] Схема того же пода без пространства с промежуточным промежуточного коллектора с коллектором. непосредственным переходом тру. Промежуточные коллекторы, кроме того, удорожают конструкцию котла. Поэтому лучше не ставить промежуточного коллектора, особенно если топка работает с неглубокой шлаковой ванной. При ликвидации промежуточного коллектора трубки передней стены топки ( рис. 123) являются непосредственным продолжением трубок пода. В этом случае движущая сила в вертикальной части трубки обеспечивает движение 1воды в ее горизонтальной части.
Итоги продолжительной эксплуатации показывают, что при хорошей организации процесса горения с малым избытком воздуха ограничение охлаждающего воздействия стен и перегородки плавильной камеры не имеет большого значения. У топок с жидким шлакоудалением с угловыми горелками обмазка стен камеры не вызывает, вопреки ожиданиям, существенного возрастания температур над шлаковой ванной.
Необходимо также остановиться на вопросе о важности правильного расположения горелок в камере горения - Известны случаи, когда при очень совершенных горелках горение и плавление были неудовлетворительными. Это было тогда, когда горелки были расположены слишком высоко над подом плавильного пространства и горячее ядро факела находилось высоко над шлаковой ванной. Горелки, размещенные слишком низко над ванной, также непригодны, так как при малой нагрузке котла они легко залепляются шлаком и бывают причиной того, что в шлаке появляется кокс. Большое значение имеет также угол наклона горелок по отношению к ванне. Пламя у низко расположенных горелок не должно быть направлено перпендикулярно ванне, чтобы в нее не сепарировались грубые частицы угольной пыли.
При застывании шлаковой летки или забивании гранулирующего резервуара шлаком необходимо перевести котел на сухой режим со снижением его нагрузки. Иногда, наоборот, можно растопить шлак в летке увеличением нагрузки котла, при которой застывший шлак расплавляется под действием высокой температуры факела над шлаковой ванной.

В СССР в настоящее время работает ряд топок с жидким шлакоудалением. Зона повышенных температур создается здесь благодаря замене холодной воронки ванной для жидкого шлака, выполненной из огнеупорного материала, и концентрированному вводу топлива угловыми горелками в нижнюю часть топки, над шлаковой ванной.
Переделка топки с гранулированным шлакоудалением на топку с жидким шлакоудалением с неохлаждаемым керамическим подом ( существовавшая ранее воронка топки с гранулированным шлакоудалением показана пунктиром. Современный неохлаждаемый под советской конструкции построен так, чтобы кирпичи иода могли быть выполнены из дешевого шамота, более легкого, чем шлак. Поэтому толщина пода и глубина ванны выбираются в таком соотношении, чтобы температура поверхности обмуровки пода была ниже температуры плавления шлака. Между жидкой шлаковой ванной и подом впоследствии образуется защитный слой из затвердевшего шлака, который препятствует непосредственному соприкосновению ванны с подом, а также всплыванию кирпичей.
При обслуживании топки с жидким шлакоудалением необходимо прежде всего следить за тем, чтобы над подом камеры плавления топки были самые высокие температуры. Температуры в плавильном пространстве должны быть распределены равномерно. Температура факела над шлаковой ванной у большинства топок с жидким шлакоудалением измеряется ардометром, показания которого электрическим путем передаются на щит управления машинисту котла.
Влияние температуры. Шлак, стекший со стен плавильной камеры, должен у топок с горизонтальным подом переместиться по поверхности пода к летке. Этот шлак продолжительное время находится на поде плавильной камеры, где под воздействием радиации факела он нагревается до температуры, близкой к температуре горячего ядра факела. Под плавильной камеры со шлаковой ванной практически теплонепроницаем, и все тепло, излученное на шлак, используется для увеличения его теплосодержания.
Значение коэффициента М в формуле в зависимости от комплекса к. Диаметры этих сопл с / с1 0 018, 0 016 и 0 014 м принимают в зависимости от давления воды р соответственно 0 4 - 0 5; 0 6 - 0 7 и 0 8 МПа. Под каждой шлаковой шахтой или ванной всех последующих ( после первого) котлов сопла устанавливают с расходом воды qcj. Для мощных котлов под каждой шлаковой ванной устанавливают два сопла: первое - на расстоянии 0 5 - 1 0 м до места сброса шлака в канал, второе - на расстоянии 3 - 5 м от первого сопла.
Технология высокотемпературной переработки ТБО, не имеющая аналогов в мировой практике, создана группой ученых-металлургов фирмы Алгон на базе разработанного в Московском институте стали и сплавов и в московском институте Стальпро-ект металлургического агрегата жидкофазного восстановления железа ROMELT, запатентованного в США, Японии, Германии, Франции и других странах. Новый технологический процесс отличается высоким температурным режимом, обеспечивающим сжигание и перолиз ТБО, высокой интенсивностью теплообмена и химических реакций окисления, что дает лучшие экологические показатели, полное окисление горючих компонентов, в десятки раз уменьшает количество отходов, подлежащих захоронению, до 1 % снижает вынос пыли. Основной агрегат этой технологии - барботажная печь со шлаковой ванной, в которой в шламовом расплаве, продуваемом кислородосодержащим дутьем, сжигаются отходы.
Схема агрегата РОМЕЛТ. а, б-продольный и поперечный разрезы. / - барботируемый слой шлака. 2 - металлический сифон. 3 - переток. 4 - горн с подиной. 5 - слой металла. 6 - фурмы нижнего ряда ( барботажные. 7-шлаковый сифон ( отстойник. 8-дымоотводящий патрубок. 9 - загрузочная воронка. 10 - водоохлаждаемые кессоны. / / - фурмы верхнего ряда ( для дожигания. 12 - слой спокойного шлака. В СССР разработка процесса жидкофазного восстановления железа была начата Московским институтом стали и сплавов ( МИСиС) в конце 70 - х гг. В отличие от процессов Запада, МИСиС создавал полностью жидкофазный процесс, в котором восстановление железа целиком осуществляется одноступенчатым способом в одном агрегате. В качестве реакционной зоны, в которой непрерывно осуществляются процессы восстановления, использовался шлаковый расплав, содержащий до 3 % оксида железа. Благодаря работам МИСиС, к тому времени агрегаты с жидкой шлаковой ванной и водяным охлаждением его реакционной зоны с помощью кессонов в промышленном масштабе успешно работали в цветной металлургии при переработке сульфидных медноникелевых руд.
Распределение температур, вязкости и скорости шлака в шлаковой ванне со шлаковым. Следует также отметить, что шлак, стекающий со стен плавильного пространства, отличается большей вязкостью, Si в шлакоВОРй ванне. Толстый слои шлака на ее поде, который собственно и является шлаковой ванной, делает под плавильного пространства практически нетеплопроводным. Поэтому тепло, которое излучается из факела на поверхность шлаковой ванны, расходуется только на догрева-ние шлака до температуры, близкой к температуре в факеле. Только незначительная часть тепла с поверхности шлаковой ванны теряется вследствие радиации на остальные, более холодные стены плавильного пространства.
Схема электрошлаковой наплавки. В начальный период при включении источника тока между электродной проволокой и деталью возникает электрическая дуга, которая расплавляет флюс. При погружении проволоки в жидкий флюс дуга гаснет, и ток, проходящий через расплавленный флюс, подогревает его, поддерживая в нем высокую температуру. Температура жидкого флюса выше температуры плавления металла, в связи с чем под шлаковой ванной образуется слой расплавленного основного и присадочного материала. При вращении детали расплавленный металл равномерно распределяется по всей наплавленной поверхности.

Вследствие благоприятного направления роста кристаллов в большинстве случаев отсутствует так называемая зона слабины, наблюдаемая в швах большого сечения, сваренных в нижнем положении. Это же обстоятельство значительно снижает склонность швов-к образованию горячих трещин. Температурные условия в околошовной зоне характеризуются как большей погонной энергией по сравнению с отдельным слоем многослойной сварки, так и предварительным подогревом, создаваемым шлаковой ванной. Нагрев кромок начинается на уровне поверхности шлаковой ванны, а плавиться они начинают в непосредственной близости от металлической ванны. Между началом подогрева и плавлением проходит 2 - 3 мин и более, вследствие чего снижаются скорости нагрева и последующего охлаждения металла.
В плавильном пространстве протекает горение наиболее крупных частиц угля и происходит переход золы в жидкий шлак. Поэтому в плавильном пространстве должны достигаться наивысшие температуры факела. Так как у пыле-угольных топок ядро наивысших температур факела всегда находится недалеко от выхода из горелок, то горелки должны быть расположены в плавильном пространстве близко над ее шлаковой ванной. Только таким образом удается хорошо расплав.
При пропускании тока через флюс от специального трансформатора 3 флюс расплавляется и образует между свариваемыми частями / шлаковую ванну 4, обладающую большим электрическим сопротивлением, вследствие чего ток, проходящий через расплавленный флюс, выделяет в нем большое количество тепла. Расплавленный флюс шлаковой ванны, нагретой до температуры около 2000, соприкасаясь с боковыми поверхностями свариваемых частей /, оплавляет их и одновременно расплавляет присаживаемую в шлаковую ванну электродную проволоку 2, создавая под шлаковой ванной металлическую вьанну 5, которая по мере остывания металла отвердевает, образуя прочный сварной шов 6, соединяющий свариваемые части.
Принципиальная электрическая схема регулятора перемещения сварочного аппарата при ЭШС. В случае увеличения скорости сварки при неизменной скорости движения аппарата конец вольфрамового стержня приходит в соприкосновение с поверхностью шлаковой ванны. При этом в обмотке управления L разность потенциалов возрастает до первоначально заданного значения. Это обусловливает увеличение скорости перемещения аппарата в течение всего времени, пока конец вольфрамового стержня касается поверхности шлаковой ванны. При отсутствии контакта между стержнем и шлаковой ванной включаются реле К1 и К2, аппарат начинает перемещаться с прежней скоростью.
Поверхность шлаковой ванны воспринимает на себя удар факела. Этот удар не может вредить трубкам пода, так как в шлаковой ванне между пламенем и трубками находится толстый слой шлака, который предохраняет их. При ударе факела о поверхность ванны увеличивается его турбулентность, которая ускоряет догорание частиц. Это ускорение наиболее эффективно у тех топок, горелки которых размещены над самой шлаковой ванной. У потолочных горелок, размещенных высоко над ванной, удар пламени о под менее эффективен, так как кинетическая энергия потоков из горелок поглощается вязкой средой в пространстве между потолком и подом топки.
Шлак с трудом пристает к холодной поверхности труб топки. Налипающий на трубы шлак быстро охлаждается и образует на стенах после затвердевания наносы, которые время от времени падают на под плавильной камеры. В результате постоянного падения шлаковых наносов топка самоочищается и обеспечивает высокий паросъем. Постоянный налет из расплавленного шлака на гладких трубах образуется только в области наивысших температур пламени на высоте 2 - - 4 м над шлаковой ванной. Остальная поверхность стен топки остается сравнительно чистой, и шлаковые наносы, если они сами не отваливаются, легко сдуваются или смываются струей воды.
По иному образуются несплавления. Они наблюдаются в условиях оплавления кромок, причем нередко на большую глубину. Однако сплошность сварного соединения не достигается из-за шлаковых прослоек. Шлаковые прослойки могут глубоко проникать в шов, создавая несплошности уже не между оплавленной кромкой и швом, а внутри самого шва. Известно, что жидкий шлак примерно в 3 - 4 раза менее плотен, чем жидкая аустенитная сталь. Поэтому капельки шлака легко всплывают на поверхность металлической ванны и сливаются с шлаковой ванной.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11