Фундамент и металлоконструкции доменной печи

Основанием доменной печи является фундамент (рисунок 3.1), состоящий из опоры или подошвы, расположенной ниже отметки заводского пола и наружной части - пня. Он может быть одновременно опорой прилегающих сооружений, связанных с конструкцией поддоменника и литейного двора.

Разновидностью современной конструкции является фундамент, выполненный из обычного бетона в виде монолитной плиты в нижней части и из жароупорного в верхней (в состав которых входят цемент не ниже марки 300 и портландцемент марки 400).

Фундамент представляет собой мощный железобетонный армированный массив, рассчитанный на огромные нагрузки (вес доменной печи объемом 5000 м³ с шихтой достигает 440 кН, а с учетом возможных динамических ударов подвисающих материалов до 490 кН). Основание его закладывают на твердом материковом грунте; по возможности оно должно доходить до скалы изверженного или осадочного происхождения. При слабом грунте фундамент опирают на свайное основание или делают опускной колодец, причем отметка подошвы фундамента должна быть на расстоянии, равном глубине промерзания, а глубина забивки свай при этом зависит от качества грунта, который должен выдерживать нагрузку не менее 245 кПа. Это защищает фундамент от больших неравномерных осадок, которые допускают в пределах 100 мм с неравномерностью 0, 001. Особенно опасны лессовидные грунты, дающие осадки тем значительнее, чем больше влаги попадает в почву в непосредственной близости от фундамента.

 

Рисунок 3.1 - Фундамент доменных печей объемом 5000 - 5500 м³

Осадки нарушают монолитность фундамента, сопряжение наклонного моста или ленточного транспортера с верхом печи и центровку засыпного аппарата, ось которого отклоняется от оси печи. Это отражается на распределении материалов, ровности хода и создает условия для искажения профиля печи.

Развитие трещин в фундаменте и его неравномерная осадка могут нарушить сплошность массива лещади и привести к осевому прорыву горна. Подобные аварии были в практике как зарубежного, так и отечественного доменного производства. Возникновению их способствуют условия работы фундамента. После задувки печи температура пня постепенно возрастает, создаются напряжения, происходят структурные изменения в бетоне с образованием трещин. Происходит постепенное разрушение бетона, так как гидроалюминат и гидроксид кальция, выделяющиеся в процессе гидратации цемента, при высокой температуре теряют гидратную воду. При этом разрушается кристаллическая решетка цементного камня, снижается его прочность, особенно при нагреве бетона до 547 °С.

Выделяющийся оксид кальция гасится влагой воздуха с увеличением объема, а разница величин деформаций цементного камня и заполнителя приводит к образованию микротрещин в местах их соприкосновения, что и обусловливает постепенное термическое разрушение фундамента. Ослабление этого разрушения достигают сооружением верхней части фундамента из жароупорного бетона высотой 3, 0-3, 5 м, способного благодаря огнеупорному наполнителю (бою шамота) выдерживать температуру до 1100 °С при допуске для несущей части фундамента 250 °С. Применяемое в настоящее время охлаждение низа лещади воздухом или водой капитально решает вопрос защиты фундамента от термического разрушения. Температура поверхности его на границе с лещадью практически не превышает 100-150 °С.

Известковый и доломитовый щебень понижают термостойкость бетона. Кристаллический кварц при 753 °С подвергается перерождению с большим увеличением объема, поэтому лучше всего готовить бетон, применяя гравий.

Массив фундамента должен иметь хорошую сплошность, т. е. не иметь пустот и рыхлых полостей. Все материалы, применяемые для бетонирования, тщательно подготавливаются с точки зрения фракционного состава, отсутствия посторонних примесей и мусора. Бетонирование ведут ускоренным темпом, без перерывов от начала и до конца в целях получения максимальной однородности тела фундамента.

За состоянием фундамента ведут систематическое наблюдение как визуально, так и с помощью контрольно-измерительной аппаратуры (термопар). При появлении глубоких трещин проводят их инъектирование огнеупорным раствором. При капитальных ремонтах 1-го разряда бетон фундамента после удаления кладки лещади проверяют на степень дегидратации заливкой по­верхности пня водой. Размягчающуюся часть его удаляют и вновь бетонируют огнеупорным бетоном с восстановлением арматуры.

Существует несколько типов несущих конструкций доменных печей.

Шотландский (рис. 3.2, а), с опорой колошника через кожух и моратор на так называемые основные колонны печи. Число колонн обычно делают кратным числу фурм. Другое сочетание неудобно, так как затрудняет обслуживание фурм и создает неравномерное размещение их по окружности горна.

Несмотря на меньшую массу конструкции и более низкую стоимость по сравнению с другими типами, она имеет существенный недостаток - передает вибрации от скипового подъемника и оборудования колошника непосредственно на печь. Кроме того, схема не обеспечивает возможности проведения скоростных ремонтов и реконструкций доменных печей поскольку требует демонтажа колошникового устройства или сооружения специальной опорной системы при смене кожуха.

Немецкий (рис. 3.2, б), с опорой колошника на четыре самостоятельные колонны. Несмотря на улучшенное обслуживание горна, в этой конструкции не исключено наличие значительных напряжений, так как вес шахты передается полностью на заплечики и фурменную зону.

Усиление конструкций до необходимой прочности затруднено ухудшением доступа к заплечикам. При этом большое значение имеет расстояние от кожуха печи до колонн, так как от этого зависит конструктивное решение, обеспечивающее передачу массы кожуха на колонны.

Рис. 3.2 - Различные типы металлоконструкций доменных печей

 

Комбинированный (рис. 3.2, в), в котором уменьшены указанные выше напряжения, но усложнено обслуживание горна. Схема обеспечивает достаточную прочность и работоспособность кожуха печи даже при появлении в нем больших трещин. Это особенно важно для печей, работающих на шихте со значительным содержанием цинка, который с последующим образованием цинкита создает большие давления на кожух во всех направлениях.

Японский (рис. 3.2, г), с шестью колоннами, имеющими кронштейны (применяют на современных печах Японии). Колонны тяжелы из-за эксцентриситета нагрузок. Диаметр кольцевого воздухопровода, расположенного вне колонн, значительно больше, чем в других вариантах. Это увеличивает и утяжеляет детали фурменного устройства. Возможности организации напольного транспорта вокруг горна ограниченны.

Американский (рис. 3.2, д), с четырьмя колоннами, разработанный в последние годы в США. В этом случае устраняются последствия вибрации, вызываемые загрузочными устройствами, и имеется широкий доступ для обслуживания леток и фурм горна.

Самонесущий кожух шахты без маратора. Эту конструкцию применяли на доменных печах полезным объемом 3200, 5000 и 5500 м³. Опора колошникового устройства при этом выполнена в двух вариантах в зависимости от типа литейного двора. При прямоугольной его форме опора состоит из шести колонн, связанных вокруг печи кольцевой балкой, передающих нагрузку на фундамент печи. Опорную балку выполняют из стали 10Г2С1. На печах с кольцевыми литейными дворами опорные колонны отсутствуют и колошниковое устройство опирается на перекрытие шатра поддоменника (рис. 3.3).

Рис. 3.3 - Самонесущий кожух доменной печи

с опорой на шатер поддоменника

 

Данными конструктивными решениями исключают необходимость в мараторе, который является наиболее слабым узлом шахты при обычной конструкции с опорой на колонны. Маратор вместе с примыкающими к нему царгами кожуха непрерывно испытывает переменные деформации, с одной стороны, от сжатия под действием горизонтальной составляющей реакции колонн, а с другой - от кольцевых усилий, возникающих от внутреннего давления, создаваемого газом и материалами в печи. Растягивающие силы преобладают над сжимающими и являются причиной образования напряжений в кладке маратора с последующим разрушением кирпича. В силу этого мараторные (основные) колонны не воспринимают в полной мере массу расположенных выше конструкций (кожуха, кладки, холодильников) и шихты, что способствует ослаблению мараторного узла и нарушению его прочности.

Улучшение службы футеровки достигают устранением переменных напряжений в кладке и кожухе. Конструктивно это осуществляют подвешиванием верхней части шахты к кольцевой балке на колошнике в восьми точках с одновременным креплением подвесок кольцевого воздухопровода к кожуху низа шахты. Постоянно действующие на него растягивающие усилия исключают переменные напряжения.

Таким образом, кожух печи, кроме внутренних сил давления, обусловленных комплексом происходящих в печи процессов, испытывает внешние силы, а именно вес металлоконструкций и атмосферные явления. При нормальной температуре кожуха не выше 60-80 °С эти силы не представляют опасности. Однако при сильном нагреве кожуха они могут вызвать существенные его деформации.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: