yandex.metrica
Конструкция доменной печи

Конструкция доменной печи и вспомогательное оборудование

Современная доменная печь является крупным сооружением общей высотой более 40 м и массой 10 тыс. т. При этом конструк­ция ее должна быть выполнена с большой точностью без малей­шего перекоса и с минимальной неравномерностью осадки. В про­тивном случае расстроится работа засыпного устройства, а также могут возникнуть другие серьезные неполадки при эксплуатации печи. Поэтому большое значение для успешного сооружения и работы доменной печи имеет правильный расчет и установка фундамента.

Железобетонный фундамент доменной печи (рис. 22) имеет многогранную, обычно восьмиугольную форму и состоит из двух частей. Нижняя часть (так называемая подошва) заглублена на 6—7 м в грунт и представляет собой монолитную железобетонную плиту. Площадь ее основания выбирается в зависимости от допустимых нагрузок на грунт, составляющих обычно 192— 254 кн/м2 (1,9—2,5 кГ/см2). Кольцевая арматура по периметру подошвы воспринимает усилия, возникающие в результате тер­мических напряжений. Допустимая температура в несущей плите фундамента составляет 250° С.

Фундамент доменной печи и кладка лещади

Верхняя часть фундамента, пень, выступающий над уровнем земли примерно на 5 м, имеет меньшие поперечные размеры и строится из жароупорного бетона. Она подвержена действию высоких температур от теплового потока из зоны жидкого чугуна. Огнеупорность жароупорного бетона 1400—1500° С, допустимая температура нагрева — до 1100° С, предел прочности 14,2— 17,2 Мн/м2 (140—170 кГ/см2), плотность 1600—1800 кг/см3, пористость 20—35%.

Нижняя часть футеровки и металлических конструкций домен­ной печи непосредственно опирается на фундамент, верхняя же часть печи — от распара до колошника — чаще всего имеет опору на фундамент через колонны (см. рис. 22), поддерживающие мораторное кольцо.

На пне фундамента устанавливают швеллеры или специальные плиты с каналами для воздушного охлаждения. На них помещают лист, служащий основанием огнеупорной кладки нижней части горна—лещади. Материалами для изготовления лещади (ближе к оси печи) служат высокоглиноземистый кирпич (62% Аl2Oостальное SiO2), углеродистые и графитированные блоки (по пери­ферии). Высота лещади достигает 5,5 м, что необходимо для пре­дохранения материала фундамента от перегрева. Опасность пере­грева увеличивается по мере разгара лещади. Температура ле­щади и верхней части фундамента контролируется установкой специальных термопар. Более длительной и надежной службе лещади способствует ее охлаждение. Последнее улучшается благодаря выкладке нижних рядов лещади на все ее сечение из графитированных блоков, имеющих повышенную теплопроводность 156 вт/(м·град) или 134 ккал/(м·ч·град) при 1000° С. Периферия лещади на всю высоту облицована плитовыми холодильниками водяного охлаждения или снабжена испарительным охлаждением.

Верхние слои лещади подвергаются давлению слоя чугуна и шлака, через которые передается также и давление газа в печи. При недостаточно качественных швах возможно проникновение в них жидкого чугуна, затвердевание и расплавление (при колеба­ниях температуры), расклинивание кладки и всплывание кирпи­чей. Поэтому к выкладке лещади предъявляются высокие требо­вания по горизонтальности рядов, вертикальные швы в рядах практически не должны совпадать и толщина швов не должна превышать 0,5 мм.

Стенки горна выше лещади служат в тяжелых условиях, так как подвержены воздействию чугуна и шлака, которые оказывают значительное давление, имеют высокую температуру и химически воздействуют на кладку. Кладка верхней части горна, кроме того, испытывает воздействие раскаленных окислительных газов, обра­зующихся при горении кокса. Для удлинения срока службы кладки горна ее интенсивно охлаждают плитовыми холодильни­ками. Эти холодильники, как и холодильники лещади, пред­ставляют собой чугунные плиты толщиной 160 мм с залитыми в них стальными трубами диаметром около 45 мм, по которым проходит вода. Они укреплены в несколько рядов один над дру­гим на стальном сварном кожухе горна из брони толщиной 20 — 30 мм.

Большая часть футеровки горна современной доменной печи выполняется из углеродистых блоков. Этот материал хорошо про­тивостоит химическому воздействию шлака и чугуна, не смачи­вается этими жидкими фазами и способствует более интенсивному охлаждению внутренней поверхности горна. Толщина кладки металлоприемника горна на крупных доменных печах составляет до 1300 мм. Зазоры между кладкой и холодильниками и между холодильниками и кожухом горна заполняют для компенсации теплового расширения хромистым железняком.

В горне размещают устройства для подвода дутья и выпуска продуктов плавки. Это — фурмы с фурменными приборами для подачи в горн горячего дутья и топливных добавок, шлаковые летки для выпуска накапливающегося в верхней части металлоприемника верхнего шлака и чугунные летки для выпуска чугуна и нижнего шлака, вытекающего из печи вместе с чугуном.

Фурмы равномерно располагаются по окружности горна в верхней его части на 400—500 мм ниже перехода горна в заплечики. Число фурм определяется из расчета: n = 2d + 1, или в последнее время из расчета: n = 2d, где d — внутренний диаметр горна в метрах. Некоторое сокращение числа фурм во вновь проектируемых печах максимального объема связано с тем, что при значительном повышении давления в печи уменьшается кинетическая энергия дутья, изменяется зона его реагирования у фурм.

Фурменный прибор

Расстояние между осями фурм по внутренней окружности горна находится в пределах 1,3—2,0 м. При этом зоны воздействия дутья (зоны разрыхления) у смежных фурм смыкаются или касаются друг друга, создавая общую зону воздействия дутья. Ее протяженность в глубь горна в большой мере зависит от линейных скоростей и кинетической энергии подаваемого дутья. При больших диаметрах горна рекомендуется линейная скорость дутья до 200 м/сек.

Горячее дутье к фурмам поступает из кольцевого футерован­ного воздухопровода, опоясывающего печь на уровне верха запле­чиков и имеющего диаметр в свету до 1500 мм. К каждой фурме идет воздухоподводящий рукав.

Фурменный прибор (рис. 23) состоит из полой водоохлаждаемой медной фурмы 1, литого медного холодильника 2, чугунного холо­дильника с залитой стальной спиральной трубкой (амбразуры) 3, сопла 4, примыкающего к фурме, подвижного колена 5 с глядел­кой и‘неподвижного колена с шарниром 6. Конструкция позво­ляет сменить фурму за 4—7 мин. Фурма, сопло, подвижное и не­подвижное колено соединены на шлифованных шаровых заточках, что компенсирует возможные неточности сборки прибора. Подвиж­ное колено подвешивают к неподвижному колену на двух шар­нирных подвесках с клиньями. Натяжной болт 7 прижимает сопло к фурме, а подвижное колено — к соплу.

Наиболее распространены фурмы с внутренним коническим суживающимся каналом, выступающие внутрь горна на 200— 300 мм. Это расстояние называют высовом фурмы. Внутренний диа­метр фурм в свету составляет от 120 до 300 мм.

В современных доменных печах делают две шлаковые летки. Это обеспечивает возможность бесперебойного выпуска шлака и попеременный его выпуск из разных районов горна. Последнее благоприятно действует на работу печи. Шлаковые летки смещены на значительный угол от чугунной летки для удобства обслуживания выпуска и приема шлака. Одна из леток располагается под углом 45—60° к чугунной летке, а другая под углом 60—90° к первой. Шлаковые летки располагают ниже оси фурм на 1400— 1600 мм, чтобы предотвратить заливание фурм шлаком при макси­мальном его подъеме перед выпуском из печи.

Шлаковый прибор (рис. 24) состоит из медной штампованной или литой водоохлаждаемой фурмочки 1 (обычно внутренним диа­метром 65 мм), литого медного полого холодильника 2, чугунного холодильника с залитой стальной спиральной трубкой — ка­душки 3 и чугунного внешнего холодильника-амбразуры 4. Амбразура соединяется с рамой шлакового прибора 5, которая закрепляется на кожухе печи 6.

В нижней части металлоприемника горна расположена чугун­ная летка или две чугунные летки (в печах объемом 2000—2700 м3). Это наиболее уязвимая часть в конструкции горна, так как ее огнеупорная футеровка интенсивно размывается при выпуске больших масс чугуна и особенно шлака.

Плитовые холодильники горна имеют у чугунной летки вырез для леточного канала. Летку обрамляют стальной литой рамой, приклепанной к кожуху печи, с проемом 620×754 мм. Холодиль­ник и рама у чугунной летки предохраняются от воздействия чу­гуна и шлака огнеупорной футеровкой и набойкой, так называе­мым футляром. При углеродистой футеровке горна канал чугун­ной летки выкладывают двумя фасонными углеродистыми блоками с облицовкой шамотным или глиноземистым кирпичом. Это предот­вращает разрушение блоков от действия влаги сырой леточной массы, которой закрывают само леточное отверстие после очеред­ного выпуска чугуна.

Углеродистая футеровка подвергается окислительному воздей­ствию главным образом в месте установки фурм и шлаковых леток. Окислителями при этом являются горячее дутье и продукты его взаимодействия с коксом вблизи фурм, а также кислород воздуха при смене частей шлакового и фурменного приборов. Для предохра­нения от окислительного воздействия углеродистую футеровку вокруг фурм и леток окружают арками из шамотного или глино­земистого кирпича. В некоторых случаях, особенно на уже дей­ствующих печах, верхняя часть футеровки горна полностью выло­жена из высококачественного шамотного или глиноземистого кирпича.

Шлаковый прибор

Заплечики в большинстве случаев делают тонкостенными с толщиной кирпичной футеровки до 345 мм. При условии их ин­тенсивного охлаждения вместо быстро срабатывающейся первоначальной кладки на внутренней поверхности образуется гарниссаж. Он представляет собой затвердевший слой, состоящий главным образом из шлака. Гарниссаж при правильной работе является достаточной защитой от дальнейшего воздействия на стенки агрессивных доменных шлаков, имеющих на горизонте заплечи­ков повышенные содержания закиси железа и марганца.

Ребристый холодильник заплечиков Необходимое для получения устойчивого гарниссажа интен­сивное охлаждение достигается чаще всего применением пери­ферийных ребристых холодильников (рис. 25). Такие холодильники имеют увеличенную охлаждающую поверхность. Ребристые холодильники делают толщиной 270 мм, из которых 150 мм приходится на часть с ребрами и залитыми кирпичами и 120 мм на наружную металлическую часть с охлаждающими трубками.

В верхней части шахты при более низких температурах возможно отложение в кладке сажистого углерода, так как условия здесь благоприятствуют протеканию распада СО (пониженные температуры и наличие железного катализатора). Иногда возможно также отложение в кладке других веществ — окиси цинка, щелочей и пр.

Условия работы распара и шахты позволяют лучше сохранить футеровку и внутренние очертания этих частей печи, чем это возможно в заплечиках. Для этого следует использовать высококачественные огнеупорные материалы при значительной толщине стенок и не столь интенсивном охлаждении, как в заплечиках. Кладку шахты производят из высоко плотного высокообожженного шамотного кирпича. Общая толщина кладки может достигать 1265 мм в нижней и 1035 мм в верхней части шахты. Холодильники, устанавливаемые в шахте, охлаждают участки кладки на значительную глубину. Для этой цели применяют холодильники ящичного (коробчатого) типа.

Их устанавливают перпендикулярно поверхности кладки шахты в 12—15 рядов (по 24 в ряду) на 1/2—2/3 высоты шахты.

В более поздних конструкциях предусмотрены также распар и шахта с меньшей толщиной стенок и охлаждением плитовыми или ребристыми холодильниками. Так для печи объемом 2002 м3 толщина кладки распара и охлаждаемой части шахты составляет 690 мм, холодильники имеют толщину 235 мм, толщина неохлаждаемой части шахты равна 920 мм.

Наиболее новым вариантом охлаждения кладки доменной печи, в том числе и шахты, является испарительное охлаждение. При этом происходит значительно большее поглощение тепла, расходуемого на парообразование, а не просто на нагрев воды. Вода должна быть химически чистой для предотвращения образования накипи. Малый расход воды обеспечивается применением замкнутой системы циркуляции.

Колошник печи служит в условиях более низких температур, не превышающих 400° С, однако подвержен механическому воздей­ствию от ударов загружаемых материалов. Поэтому его футеровка защищается массивными чугунными плитами, обычно корытооб­разной формы. Они крепятся к кожуху печи специальными под­весками, допускающими некоторый рост кладки. Футеровку раз­мещают внутри защитных плит.

0

Нажмите здесь, чтобы оставить комментарий