Конструкция доменной печи

КОНСТРУКЦИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ И ЕЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

ПРОФИЛЬ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ И МЕТОДЫ ЕГО РАСЧЕТА

 

1. Размеры профиля  и его развитие 

Доменная печь относится к числу плавильных агрегатов шахтного типа. Рабочим пространством доменной печи называется объем, ограниченный огнеупорной футеровкой Очертание рабочего пространства называется профилем доменной печи. В горизонтальных сечениях профиль печи представляет окружности переменного диаметра, а в вертикальном сечении по оси печи—сложную симметричную конфигурацию, показанную на рис. 98. Форма и размеры профиля доменной печи обусловлены физико-химическими, газодинамическими и механическими процессами, протекающими в рабочем пространстве доменной печи.

Исходя из условий этих процессов профиль печи делится на пять частей, различающихся конфигурацией и размерами. Нижняя цилиндрическая часть печи называется горном. К горну примыкает расширяющаяся кверху коническая часть, называемая заплечиками. Наиболее широкая часть печи, имеющая форму цилиндра, называется распаром.

Сверху к распару примыкает наибольшая по объему часть печи — шахта, имеющая форму сужающегося кверху усеченного конуса. Наиболее узкая верхняя цилиндрическая часть, соединяющаяся с шахтой, называется колошником. Сумма объемов перечисленных частей профиля составляет объем рабочего пространства доменной печи.

Основным размером доменной печи является полезный объем — это объем рабочего пространства печи, ограниченный снизу горизонтальной плоскостью, проходящей через ось чугунной летки, а сверху — горизонтальной плоскостью, проходящей через основание большого конуса засыпного аппарата в опущенном положении.

Важнейшими размерами профиля доменной печи являются полезная и полная высота печи; высота горна, заплечиков, распара, шахты и колошника; диаметры горна, распара и колошника; углы наклона стен шахты и заплечиков. Высотные и поперечные размеры профиля и углы наклона стен взаимосвязаны. Изменение одного из этих размеров вызывает изменение и других размеров.

Размеры профиля доменной печи имеют очень важное значение:

1) от размеров профиля  зависит полезный объем, а следовательно, и производительность печи;

2) от соотношения размеров  зависит степень приближения  профиля к рациональному, т. е. обеспечивающему наиболее благоприятное протекание доменного процесса.

Рассмотрим значение каждого из размеров профиля и условия, которыми эти размеры определяются.

Полезная высота доменной печи —это расстояние от оси чугунной летки до основания большого конуса засыпного аппарата в опущенном положении. Чем больше полезная высота, тем больше полезный объем доменной печи. Предельная полезная высота ограничивается прочностью горючего. Увеличивать полезный объем печи только за счет роста поперечных размеров недопустимо, так как существует предельное отношение поперечных размеров к полезной высоте, превышение которого ухудшает показатели работы печи. Следовательно, дальнейшее увеличение полезного объема связано с улучшением качества горючего.

 

Максимальная полезная высота современной работающей доменной печи достигает 33,5 м.

Полной высотой доменной печи называется расстояние от оси чугунной летки до верхней кромки опорного кольца кожуха печи, к которому крепится большая воронка засыпного аппарата. Полная высота больше полезной на величину расстояния от опорного кольца до основания большого конуса в опущенном положении. Максимальная полная высота самой большой работающей доменной печи 36,1 м.

Диаметр горна определяется производительностью печи и остальными размерами профиля во взаимосвязи с мощностью воздуходувных машин и качеством шихтовых материалов. Условиями увеличения диаметра горна являются улучшение газопроницаемости шихты и создание мощных воздуходувных машин, что в последние годы дало возможность увеличить диаметр горна от 8,2 до 14,7 м при соответствующем увеличении и других размеров профиля. Результаты работы больших доменных печей показывают, что достигнутый диаметр горна не является предельным.

Высота горна измеряется расстоянием от оси чугунной летки до нижней кромки заплечиков и должна соответствовать количеству продуктов плавки, накапливаемых в горне между выпусками. Уменьшение высоты горна приводит к сгоранию шлаковых и воздушных фурм, а чрезмерное увеличение — к понижению температуры в нижней части горна и к охлаждению продуктов плавки. Высота горна на современных доменных печах изменяется в пределах от 3,2 до 4,4 м. '

Расстояние от оси чугунной летки до низа огнеупорной футеровки печи — лещади — называется мертвым слоем. Назначение его состоит в предохранении лещади от действия высоких температур жидкого металла и в обеспечении нормального протекания процессов в горне. Высота мертвого слоя изменяется от 0,6 на малых доменных печах до 1,7 м на больших.

Диаметр распара влияет на распределение газового потока и движение шихтовых материалов. Являясь промежуточным по высоте доменной печи поперечным размером, диаметр распара должен быть связан с поперечными размерами горна и колошника вполне определенными соотношениями, которые обеспечивали бы плавное (без кострения) движение шихты и рациональное распределение газового потока. Диаметр распара самой большой работающей доменной печи достигает 16,1 м, а отношение его к диаметрам горна и колошника равно соответственно 1,10 и 1,49.

Высота распара должна соответствовать высоте зоны, где увеличение объема материалов вследствие их нагревания компенсируется уменьшением объема материалов, переходящих в жидкое состояние. Определение размеров этой зоны и ее положения по высоте печи затруднительно, поэтому высота распара и его положение определяются соотношением высотных и поперечных размеров печи с тем, чтобы получить соответствующие углы наклона стен шахты и заплечиков. Высота распара современных доменных печей изменяется в пределах от 1,7 до 2,3 м, а его положение по высоте печи определяется высотой заплечиков.

Диаметр колошника влияет на распределение материалов при загрузке их в доменную печь и на характер их движения в печи. Этот размер должен быть увязан с диаметром распара определенным соотношением. При чрезмерном уменьшении диаметра колошника. По отношению к диаметру распара в печи будет развит периферийный поток газа, который вызовет увеличение расхода кокса и повышенный износ огнеупорной кладки печи. Увеличение диаметра колошника по отношению к диаметру распара сверх допустимых значений вызовет тугой ход шихты вследствие малого наклона стен шахты

Диаметр колошника самой большой работающей доменной печи достигает 8,2 м, а отношение его к диаметру распара 0,64.

Высота колошника в значительной мере влияет на распределение материалов. Цилиндрическая форма колошника позволяет стабилизировать влияние уровня засыпи на распределение материалов. Высота колошника определяется в зависимости от возможных колебаний высоты столба шихты. Для печей различного объема высота колошника изменяется в пределах от 2,5 до 3 м.

Высота заплечиков должна соответствовать горизонту, на котором начинается уменьшение объема материалов вследствие ^перехода части их в жидкое состояние. Чрезмерно высокие заплечики затрудняют сход материалов, так как сужение рабочего. пространства происходит раньше, чем начинается уменьшением объема материалов при их плавлении. При малой высоте стены заплечиков получаются пологими, что также препятствует нормальному опусканию материалов. У современных печей высота заплечиков колеблется от 3 до 3,4 м.

Угол наклона стен заплечиков определяется высотой заплечиков и разностью диаметров распара и горна. В современных доменных печах угол наклона стен заплечиков изменяется от 79 до 81°.

Высота шахты находится в прямой зависимости от полезной высоты печи. Диаметр шахты вверху определяется диаметром колошника, внизу — диаметром распара. Угол наклона шахты имеет очень важное значение для обеспечения нормального движения материалов и распределения газового потока по сечению. Он определяется высотой шахты и разностью диаметров распара и колошника Угол наклона стен шахты изменяется в пределах от 85° 30' у печей малого объема до 83° 30' у печей большого объема.

Развитие профиля доменной печи началось с момента возникновения доменного производства и продолжается и в настоящее время. Профиль первых доменных печей представлял собой два усеченных конуса, сложенных большими основаниями. Позже заметили, что при разгаре огнеупорной кладки производительность печи увеличивалась, а расход горючего уменьшался, поэтому начали увеличивать размеры рабочего пространства. В связи с тем что увеличению высоты печи, диаметра горна и диаметра колошника препятствовали низкая прочность горючего, малая мощность воздуходувных средств и ручная загрузка шихты, объем печи увеличивали преимущественно за счет расширения распара.

Постепенно профиль печи приобретал уродливые размеры с непропорционально широким распаром. Печи с таким профилем работали плохо вследствие частых подвисаний шихты.

С появлением паровых воздуходувных машин объем доменных печей заметно увеличился в основном за счет увеличения высоты. Применение минерального горючего вместо малопрочного древесного угля и более мощных воздуходувных машин привело к дальнейшему увеличению объема доменных печей. Так, уже в 80-х годах XIX в. сооружались доменные печи объемом 700—80Q м3. Однако профиль их был нерациональным. Диаметр горна был увеличен почти до размеров диаметра распара, тогда как колошник оставался узким из-за боязни ухудшить распределение материалов при загрузке в печь. Так появился бутылкообразный профиль доменной печи с узким колошником и преувеличенным диаметром горна. Опыт эксплуатации таких доменных печей показал несовершенство их профиля.

Под влиянием разработанных акад. М. А. Павловым основ профилирования доменных печей советские проектировщики в 20-х годах XX в. разработали первый типовой проект доменной печи полезным объемом 930 м3, профиль которой отличался про- порциональными размерами отдельных элементов. Это обеспечило наряду с другими мероприятиями высокую производительность и низкий расход кокса.

Вслед за первым типовым проектом был создан второй типовой проект доменной печи полезным объемом 1300 м8. За последние три десятилетия в СССР благодаря достигнутым успехам в области подготовки сырья, создания современного оборудования и накопления опыта строительства построены доменные печи объемом | 1386, 1513, 1719, 2002, 2300, 2700, 3000, 3200 и 5000 м3.

Характеристика профилей работающих доменных печей СССР  приведена в табл. 28. Увеличение полезного объема доменных печей, построенных за годы советской власти, сопровождается пропорциональным увеличением поперечных размеров профиля, а их отношение к высоте неуклонно возрастает. Это стало возможным вследствие повышения газопроницаемости шихты и применения мощных воздуходувных машин.

 

 

 

 

 

 

 

 

Объем печи, м
2002	2300	2700	3000	3200	5000
32 358	33 150	33 650	34 950	35 290	36 100
29 400	30 200	31 200	32 200	32 190	33 500
3 600	3 800	3 900	3 900	3 900	4 400
3 000	3 200	3 400	3 200	3 400	3 700
1 700	1 700	2 200	2 000	2 300	1 700
18 200	19 000	18 700	20 100	19 600	20 700
I 2 900	2 500	3 000	3 000	2 990	3 000
1 101	—	1 699	1 740	—	1 113
9 750	10 500	11 000	11 600	12 000	14 700
10 900	11 700	12 300	12 800	13 100	16 100
7 300	7 300	8 100	8 400	8 900	10 800
5 400	5 400	6 200	6 500	7 000	—
950950	950	950	950	950	—
84° 21 О6"	83° 23х 47"	83° 35' 33"	83° 45' 14"	85° 53'	82° 42' 17"
79° 09'	79° 22' 49"	79° 10' 38"	79° 22' 49"	80° 49'	79° 17' 13"
2,70	2,68	2,64	2,51	2,46	2,24
0,67	0,63	0,66	0,656	0,675	0,67
	1,11	1,12	1,12	1,09	1,095
20	20	20	28	28	36
1	2	2	3	4	4
2	2	2	1	1	1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 30

Результаты расчета профиля доменной печи полезным объемом 2700 м3 различными методами .

Элементы профиля	Метод расчета
	А. Н. по формулам для серии «нормальных» профилей	Рамма •по формулам для серии геометрически подобных профилей	М. А. Павлова	типовая доменная печь
Диаметр, мм:
распара	11 900	И 550	12 300	12 300
горна	11 200	10 400	11 ООО	11 000
колошника	7 950	8 100	8 200	8 100
Высота печи, мм:
полная	37 000	41 000	33 650	33 650
полезная	32 600	34 000	31 200	31 200
Высота частей профиля,
мм:
горна	/ 3 700	4 000	3 900	3 900
заплечиков	3 200	4 000	3 400	3 400
распара	2 600	2 300	2 200	2 200
шахты	20 100	20 800	18 700	18 700
колошника	2 300	2 900	3 000	3 000
Углы наклона:
заплечиков	84° 13'	81° 52'	79° 10'	79° 10' 38"
шахты	84° 45'	85° 14'	83° 45'	83° 35' 33"