Устройство доменной печи. Материал, используемый для футеровки доменной печи, должен удовлетворять следующим требованиям: 1) иметь высокие теплоизоляционные свойства

Материал, используемый для футеровки доменной печи, должен удовлетворять следующим требованиям: 1) иметь высокие теплоизоляционные свойства, чтобы обеспечить минимальные потери тепла через стенки и предохранить металлический кожух и другие устройства печи от чрезмерного нагрева; 2) обладать достаточной прочностью, чтобы противостоять механическим воздействиям от опускающихся шихтовых материалов и химическим воздействием со стороны расплавленного чугуна и, особенно - шлака. Указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяет огнеупорный материал - шамот. По химическому составу (60-70 % SiO₂ и 40-30 % А1₂О₃) он больше, чем другие огнеупоры, соответствует составу доменного шлака, благодаря чему в течение длительного времени удается сохранить проектный профиль печи, в том числе - ее нижней части - горна и заплечиков. Часто для футеровки горна применяют углеродистые блоки, обладающие высокой огнеупорностью и плохо смачиваемые шлаком. Толщина огнеупорной кладки шахты ~800 мм, горна 1300-1500 мм.

Железобетонная нижняя часть фундамента (подошва) имеет многогранную (восьмиугольную) форму, изготовляется как монолитная плита и заглубляется в грунт на 6-8 м (рис.). Допустимая температура в несущей плите фундамента составляет 250 °С.

Верхняя часть фундамента из жароупорного бетона (пень) выступает над уровнем земли в среднем на 5 м и имеет меньшие поперечные размеры и испытывает воздействие высоких температур тепловые потоков из зоны с жидким чугуном. Огнеупорность жароупорного бетона составляет 1400-1500 °С, допустимая температура его нагрева 1100 °С.

На фундамент опирается нижняя часть футеровки и металлических конструкций доменной печи. Верхняя часть футеровки (от распара до колошника) и соответствующие металлоконструкции имеют опору на фундамент через металлические колонны, поддерживающие опорное кольцо шахты (маратор).

Фундамент печи сверху заканчивается швеллерами или специальными плитами с каналами для воздушного или водяного охлаждения вышележащей огнеупорной кладки, находящейся в тяжелых тепловых условиях службы. На устройства охлаждения помещают металлический лист, который служит основанием огнеупорной кладки нижней части горна (лещади). Материалами для ее изготовления служат высокоглиноземистый кирпич в осевой зоне печи и углеродистые или графитированные блоки по периферии. Лещадь доменной печи для увеличения длительности и надежности ее службы имеет интенсивное охлаждение. Оно улучшается благодаря выкладке нижней части лещади на все ее сечение (а не только по периферии) графитированными блоками с повышенной теплопроводностью 156 Вт/(м^.°С) при 1000 °С. Периферия лещади на всю высоту облицована плитовыми холодильниками водяного охлаждения или снабжена испарительным охлаждением. Верхние слои лещади являются наиболее ответственной ее частью и находятся под действием давления слоев чугуна и шлака, а также давления газа из рабочего пространства печи. Нижняя часть горна (металлоприемник) испытывает воздействие жидких чугуна и шлака, которые оказывают значительное давление на стенки, имеют высокую температуру до 1500-1600 ⁰С и химически взаимодействуют с кладкой. Верхняя часть кладки горна подвержена, кроме того, воздействию раскаленных окислительных газов, образующихся при горении кокса. В связи с такими тяжелыми условиями службы стен горна, кладку интенсивно охлаждают плитовыми холодильниками того же типа, что и для охлаждения лещади. Они представляют собой чугунные плиты с залитыми внутрь 45-мм стальными трубами, по которым проходит вода. Основная часть футеровки горна изготовлена из углеродистых блоков. Толщина кладки металлоприемника на современных печах достигает 1300 мм.

В горне размещены устройства для подвода дутья в печь и выпуска из нее продуктов плавки фурмы для горячего дутья и топливных добавок, шлаковые летки для выпуска шлака из верхней части металлоприемника и чугунные летки для выпуска чугуна и нижнего шлака.

Рис.12 Фурменное устройство: 1 – механизм прижима фурменного устройства к амбразуре; 2 — гляделка; 3 — крепление колена; 4 — кадушка; 5 – сопло; 6 – амбразура; 7 - фурма

Фурмы расположены по окружности горна в верхней его части на 500 мм ниже перехода горна в заплечики. Число воздушных фурм на крупных доменных печах может достигать 40. Горячий воздух от кольцевого воздухопровода к фурмам подводят через неподвижное, подвижное колена и сопло (рис. 12). Конструкция устройства для подачи горячего дутья в печь позволяет в случае необходимости быстро разобрать его и заменить сгоревшую фурму (за 5-7 мин).

Летки. Для выпуска чугуна служат чугунные летки: от одной - на старых и до четырех - на новых доменных печах (рис. 13). После выпуска чугуна летку закрывают специальной огнеупорной массой. Шлаковая летка имеет совершенно иную конструкцию, чем чугунная (рис. 14): она представляет собой несколько конических холодильников, вставленных один в другой. Такое устройство позволяет осуществлять замену часто прогорающих шлаковых фурмочек. В настоящее время в связи с уменьшением относительного выхода шлака (благодаря использованию обогащенного сырья) его выпускают вместе с чугуном (через чугунную летку), и шлаковая летка не используется.

Рис.13 Чугунная летка: 1 - футляр из огнеупорной массы; 2- огнеупорная кладка; 3 - рама; 4 - холодильник	Рис. 14 Шлаковая летка: 1 – трубы для подвода и отвода воды; 2 – упоры; 3 –заклепки; 4 –фланец; 5 –амбразура; 6 –чугунный холодильник; 7 –медный холодильник; 8 – шлаковая фурма

Заплечики доменной печи чаще всего делают тонкостенными с толщиной кирпичной футеровки до 345 мм и интенсивно охлаждают периферийными ребристыми холодильниками с увеличенной за счет ребер охлаждающей поверхностью. В ребрах помещены кирпичи, а наружная часть имеет охлаждающие трубки для воды.

Условия работы распара и шахты менее напряженные и позволяют лучше сохранить футеровку и размеры профиля, чем в заплечиках. Для этого используют высококачественные огнеупорные материалы при значительной толщине стенок и не столь интенсивном их охлаждении, как в заплечиках. Для футеровки используют высокоплотный высокообожженный шамотный кирпич. Общая толщина футеровки в шахте составляет 1265 мм. Шахта охлаждается на ²/₃ высоты снизу.

Колошник доменной печи находится в условиях более низких температур, чем остальные ее части (<400°С), но подвержен механическому воздействию загружаемых в печь материалов. В связи с этим внутреннюю часть футеровки размещают внутри литых плит, которые крепят к кожуху печи подвесками, допускающими некоторый рост кладки. На участке перехода колошника в шахту и в верхней части шахты при 400-600 °С возможно отложение в кладке сажистого углерода, образующегося в результате распада СО, а также иногда оксида цинка, щелочей и пр.

Колошниковое устройство представляет собой металлическую конструкцию значительной высоты, предназначенную для поддержания механизмов загрузки шихты в доменную печь, отвода колошникового газа из печи и монтажных работ. На большинстве доменных печей установлены двухконусные загрузочные устройства (рис. 15), работающие по следующему режиму.

Рис. 15 Колошниковое устройство: 1 – приемная воронка; 2 – вращающаяся воронка малого конуса; 3 – малый конус; 4 – межконусное пространство; 5 – большой конус; 6 – скип

В обычном положении оба конуса прижаты к воронке и надежно изолируют внутреннее пространство печи от атмосферы. После разгрузки скипа в приемную воронку малого конуса, последний опускается, и в образующуюся щель шихта (кокс, агломерат, окатыши или флюс) падает на большой конус. Малый конус закрывается. Аналогично производится загрузка на большой конус материалов еще из двух-трех скипов. После того, как на большом конусе набрана подача, т. е. заданное количество кокса, рудного материала и флюса, при закрытом малом конусе опускается большой конус и порция шихты высыпается в печь. Сразу после освобождения большой конус закрывается. Таким образом, в любой момент времени внутреннее пространство доменной печи герметизировано.

Шихтовые материалы на колошник печи подаются с одной стороны. В связи с этим в воронке малого конуса образуется откос. Такое неравномерное распределение материала сохраняется на большом конусе и в печи. Длительная работа доменной печи с перекосом уровня шихты недопустима. Для устранения указанного явления приемная воронка малого конуса и сам конус сделаны вращающимися. После разгрузки скипа воронка вместе с конусом по заданной программе поворачивается на 60°, 120° и т. п., благодаря чему после разгрузки нескольких подач неравномерность полностью компенсируется.

Доменный газ из печи выходит через четыре газоотвода, которые затем соединяются попарно и опускаются к газоочистным устройствам. Для опоры засыпного аппарата и других устройств на колошнике доменной печи устанавливаются металлоконструкции, называемые копром.