§ Охлаждение печей

§ 4. Охлаждение печей
Многие элементы конструкции металлургических пе­чей, работающие в зоне высоких температур, имеют спе­циальное охлаждение. Это предохраняет их от прогара, повышает стойкость кладки, поддерживает температуру в пределах не допускающих разрушение и износ материалов. В некоторых случаях охлаждение способствует созданию гарнисажа, защитного слоя стенки печи.
Охлаждающей средой может быть воздух, вода или па­роводяная смесь. Воздушное охлаждение деталей приме­няется в случае, если плотность теплового потока на стен­ку детали не превышает 2 кВт/м². Этот способ применяет­ся, например для охлаждения лещади доменной печи.
Наибольшее распространение имеют водяное проточное охлаждение и замкнутые системы испарительного охлаж­дения печей.
Водяное (проточное) охлаждение
Водяное охлаждение обеспечивает интенсивный отвод тепла от детали или элемента печи. Значение коэффициен­та теплоотдачи а зависит от плотности теплового потока, конструкции детали, температуры и скорости охлаждаю­щей воды и ряда других факторов и находится в пределах 10² – 10⁵ Вт/м²К. Детали печей не защищенные футеров­кой воспринимают тепловые потоки в среднем 200 – 800 кВт/м², а футерованные или покрытые гарнисажем от 5 до 150 кВт/м².
Особенностью водяного охлаждения является низкий допустимый уровень нагрева воды. При нагреве до 40 – 60°С из воды происходит выпадение солей, образование шлама, накипи на стенке. Средний коэффициент теплопро­водности накипи 0,3 Вт/(мК). Это приводит к росту тер­мического сопротивления стенки и повышению ее темпера­туры. Поэтому воду нагревают только до 35 – 50°С или в среднем на 10°С, что приводит к очень большим ее расхо­дам. Применение оборотного цикла и химической очистки воды хоть и удорожает систему охлаждения, но в целом оказывается целесообразным.
Из опыта известно, что средняя расходная скорость воды для предотвращения осаждения механических взвесей в детали не должна быть меньше 0,8 м/с. Другим условием при выборе скорости является создание такой циркуляции, при которой для заданной плотности теплового потока на деталь не возникало бы местное кипение.
Для выбора минимальной скорости можно использо­вать эмпирическую формулу, м/с
, (87)
где q – плотность теплового потока, кВт/м²; d_Э – эквива­лентный диаметр полости охлаждаемой детали, м.
Так для охлаждения рам и кессонов мартеновской печи минимальная скорость для предотвращения местного ки­пения равна 2 – 5 м/с, для фурм и холодильников доменной печи 0,5 – 3 м/с, для глиссажных труб методических печей 1 – 1,2 м/с. Отсюда следует, что в охлаждаемых деталях сложной конфигурации невозможно создать условия, пре­дотвращающие поверхностное кипение и образование на­кипи. Таким образом водяное охлаждение не устраняет опасности прогара в местах накипи и прорыва воды.
Начиная с 1950 г. на металлургических заводах страны стали переходить с водяного охлаждения на испаритель­ное.