Основные размеры профиля, его составные части

Профиль доменной печи, ограничивающий ее рабочее пространство, так называемый «полезный объем», является важнейшей частью конструкции печей. В зависимости от его очертаний доменная печь может быть склонна к периферийному или осевому ходу, к неустойчивости заданного режима и даже к настылеобразованию. Поэтому исключительно важно создание так называемого «рационального» профиля, обеспечивающего стабильный ровный ход и максимальное использование восстановительной способности газа. История его развития имеет много этапов - от крайне несовершенного профиля завода «Фекерхаген» (Германия) до современных типовых, рассчитанных на любые условия плавки, что нельзя считать правильным, поскольку различные минералогические, гранулометрические и физико-химические особенности разного минерального сырья имеют свою специфику при переработке в доменной печи. Создавать профиль для проплавления только какого-то одного из них практически невозможно, поэтому важно создание так называемого рационального профиля, пригодного для всех условий доменной плавки. Вопрос о том, каким он должен быть, обсуждался многократно, но научного и практического обоснования его очертания нет и до настоящего времени. Многие рекомендации ограничиваются только статистическими данными на основе службы отдельных зон профиля в сопоставимых условиях.

Исследованиями причин износа кладки шахт доменных печей установлен процесс разрушения в совокупности с распределением газов и материалов в печи, а также с числом воздушных фурм и их характеристиками.

Конструктивно профиль по естественному разгару обрамляется футеровкой толщиной не выше 345 мм, находящейся полностью в сфере влияния вертикальной или вертикально-горизонтальной системы охлаждения, которая обеспечивает так называемую нижнюю реакционную температуру материала футеровки. Она устанавливает равновесное состояние в тепловом балансе кладки, обеспечивая минимальный износ ее и сохранение гарнисажа, а следовательно, и очертание профиля.

Такая конструкция шахт была принята в 60-х годах XX в. на печах Кузнецкого металлургического комбината (КМК) с последующей продажей лицензий ряду зарубежных стран. В настоящее время она является обязательной составляющей конструкции доменной печи.

Рекомендованная центральным Гипромезом толщина футеровки в 575 мм является приближением к тонкостенной. Дополнительный кирпич - 230 мм, находящийся вне зоны охлаждения (она действует на глубину 300-350 мм), быстро разрушается. Образующийся при этом профиль произволен и ничего общего с рациональным профилем не имеет. Таковым является только профиль по естественному разгару, совмещающий в себе единую конфигурацию проектного и рабочего объема печи.

Критерием распределения шихты по сечению колошника служит отношение руды к проходящему через нее газу. Этот показатель полезной неравномерности обеспечивает устойчивость шихтовых материалов. Излишнее приближение эллипсов движения к границам профиля - причина разгара его вследствие увеличения периферийности движения газов. Чрезмерное отдаление - наоборот, отклонение газового потока в центральную область шахты с возможным образованием каналов и настылей в связи с застоем шихты на периферии.

Стабилизация эллипсоидов движения шихты легко регулируется методом «сверху и снизу». Увеличение горизонтальных размеров печей по сравнению с первыми типовыми профилями Гипромеза (и при увеличении полезной высоты на 30 %) снижает возможность этих отклонений и уменьшает относительные потери веса шихты на трение материалов о стенки шахты, что способствует достижению более плавного и ровного хода.

Доменная печь является плавильным агрегатом шахтного типа, т. е. с вытянутым в высоту рабочим пространством, в котором осуществляется принцип противотока. Внутреннее очертание рабочего пространства доменной печи называется профилем (рисунок 1.1). Профиль печи делится на пять частей в зависимости от их геометрического очертания и технологического назначения. Верхняя часть печи, имеющая цилиндрическую форму, называется колошником. Наибольшая по объему часть печи, имеющая форму усеченного конуса, обращенного большим основанием вниз, называется шахтой. Наиболее широкая часть печи, имеющая форму цилиндра, называется распаром. Нижняя часть печи, также имеющая форму цилиндра, называется горном. Пространство между распаром и горном, имеющее форму усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх, называется заплечиками. Такая конфигурация рабочего пространства создает благоприятные условия для протекания необходимых аэродинамических и физико-химических процессов.

Основными размерами профиля печи являются: полная и полезная высота, высота отдельных частей — колошника, шахты, распара, заплечиков и горна, диаметры горна, распара и колошника. Соотношением этих размеров определяются углы наклона шахты и заплечиков. Размеры профиля определяют общий размер доменной печи, который характеризуется величиной полезного объема. Полезным объемом печи называют объем, заполненный шихтовыми материалами и продуктами плавки.

Рассмотрим значение каждого из перечисленных размеров профиля.

Полезная высота доменной печи — это расстояние от оси чугунной летки до поверхности материалов на колошнике. Так как уровень засыпи материалов может изменяться, то условно за этот горизонт принимается положение нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Полезная высота доменной печи определяется прочностью твердого топлива. Несоответствие высоты печи прочности твердого топлива приводит к разрушению последнего, в результате чего в нижней части печи об­разуется большое количество мелких фракций, загущающих шлак, который загромождает горн и препятствует нормальной работе печи. Максимальная по­лезная высота современной доменной печи - 33, 5 м.

От полезной высоты зависит максимальный полезный объем доменной печи, так как существует предельное значение отношения высоты к размерам поперечного сечения, уменьшение которого ниже определенной величины не позволяет достичь удовлетворительных результатов доменной плавки. Увеличение полезного объема осуществляется за счет преимущественного увеличения поперечных размеров. Так, отношение полезной высоты к диаметру распара Н_пол: D_р для печи объемом 1033 м³ равно 3, 18, а для печи объемом 5000 м³ - 2, 08.

Полной высотой доменной печи называется расстояние от оси чугунной летки до верхней кромки опорного кольца кожуха колошника, на котором укреплена воронка большого конуса засыпного аппарата. Полная высота больше полезной на величину, определяемую размером воронки засыпного аппарата, и зависит от конструкции засыпного аппарата.

Рисунок 2.1 - Профиль доменной печи: Н, Но — соответственно полная и полезная высота печи; h_г, h_з, h_р, h_ш, h_к — соответственно высоты горна, заплечиков, распара, шахты и колошника; d_г, d_р, d_к - соответственно диаметры горна, распара и колошника; а, β — соответственно углы наклона шахты и заплечиков.

 

Диаметр горна определяется количеством сжигаемого топлива в единицу времени. Практика работы доменных печей показывает, что увеличение диаметра горна не вызывает нарушений в доменном процессе и не ухудшает технических показателей плавки. Работа больших доменных печей доказала экономичность печей с широкими горнами. Максимальный диаметр горна на современной доменной печи - 14, 7 м. Однако необходимо соблюдать определенную пропорцию между диаметром горна и остальными размерами профиля.

Высота горна - это расстояние от оси чугунной летки до нижней кромки заплечиков. Высота горна при заданном диаметре определяется количеством продуктов плавки, накапливаемых в горне между выпусками. Так как при увеличении объема печи, а следовательно, и ее производительности, диаметр горна возрастает, то высота его увеличивается незначительно. Чрезмерная высота горна недопустима вследствие снижения температуры в нижней его части и охлаждения накапливаемых продуктов плавки. Высота горна в современных доменных печах колеблется от 3, 2 до 4, 4 м.

Диаметр распара в значительной мере определяет распределение газового потока по сечению печи. При малом диаметре распара, приближающемся к диаметру горна, чрезмерно усиливается периферийный поток газа. При этом угол наклона заплечиков приближается к 90°, что приводит к быстрому разгару огнеупорной кладки над зонами горения. Чрезмерное увеличение диаметра распара усиливает неравномерность распределения материалов и газового потока в печи. Поэтому рациональный профиль печи обеспечивается отношением диаметра распара к диаметру горна, равным 1, 09-1, 14.

Высота распара определяет угол наклона шахты при постоянных диаметрах распара и колошника. Углом наклона шахты определяются правильное распределение газового потока по сечению печи и опускание столба шихтовых материалов. Высота распара для печей с различным полезным объемом колеблется от 1, 7 до 2, 3 м. Изменение высоты распара оказывает значительное влияние на ход процессов в печи.

Диаметр колошника определяет распределение материалов в верхней части печи. Увеличение размеров доменных печей долгое время сдерживалось боязнью увеличивать диаметр колошника, так как опасались недостаточной загрузки рудной частью шихты осевой зоны печи при ссыпании ее с засыпного аппарата. Практика работы больших доменных печей опровергла эти опасения.

Диаметр колошника зависит от диаметра распара: величина отношения диаметра колошника к диаметру распара должна находиться в пределах 0, 67-0, 75. При одинаковой высоте шахты этим отношением определяется угол ее наклона. Наклон стен шахты необходим для обеспечения разрыхления столба шихтовых материалов и для того, чтобы избежать кострения материалов из-за увеличения их объема при нагревании. Большой наклон стен шахты не допустим, так как создаются благоприятные условия для чрезмерного развития периферийного потока газа, вызывающего высокий расход топлива и низкую стойкость огнеупорной кладки шахты.

Высота колошника оказывает существенное влияние на распределение материалов в печи. Наличие цилиндрического колошника способствует уменьшению неравномерности в распределении материалов при изменении уровня засыпи. Доменная печь, лишенная цилиндрического колошника или с недостаточной его высотой, работает крайне неустойчиво, так как распределение материалов на колошнике резко изменяется с каждой подачей, загруженной ниже или выше нормального уровня засыпи. Высота колошника для печей с различным полезным объемом колеблется от 2, 5 до 3, 0 м.

Высота заплечиков при заданной высоте горна определяет положение горизонта, на котором начинается сужение рабочего пространства печи. Начало сужения должно соответствовать уменьшению объема Плавильных материалов в результате перехода рудной части шихты в жидкое состояние. При большой высоте заплечиков рабочее пространство печи будет сужаться раньше, чем уменьшится объем материалов, что затруднит их нормальное опускание. Малая высота заплечиков уменьшает угол их наклона, что также ухудшает условия опускания столба материалов. В современных печах высота заплечиков колеблется от 3, 0 до 3, 7 м.

Высота шахты определяет угол наклона ее стен при постоянных диаметрах распара и колошника и заданной высоте распара.

Современные доменные печи характеризуются профилем с пропорциональными размерами отдельных элементов, что обеспечивает высокую производительность их при низком удельном расходе топлива. Увеличение полезного объема печей сопровождается пропорциональным увеличением их поперечных размеров. При этом отношение поперечных размеров к высоте неуклонно повышается (отношение полезной высоты к диаметру распара снизилось с 3, 18 для печи с полезным объемом 1033 м³ до 2, 24 для печи с полезным объемом 5000 м³). Наблюдается тенденция к некоторому отставанию увеличения диаметра колошника от увеличения диаметра распара, приводящее к снижению величины отношения d_к: D_р (0, 71 для печи полезным объемом 1033 м³ и 0, 63 - для 2300 м³). Непропорциональное увеличение диаметра распара при постоянной высоте шахты снижает величину угла ее наклона и, следовательно, приводит к неправильному распределению газового потока по сечению печи. Этот недостаток устранен на печах полезным объемом 2700, 3000, 3200, 5000 м³ (d_к: D_р соответственно равно 0, 66, 0, 656, 0, 675, 0, 67).

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: