Глава 2. КОНСТРУКЦИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество ших­ты и дутья. Современная, наибольшая по размерам, доменная печь ежесуточно расходует около 23000 т шихты, 18000 т дутья, 1700 т природного газа и выдает 12000 т чугуна, 4000 т шлака и 27000 т колошникового газа. Таким образом, в большой доменной печи ежеминутно выплавляется около 9 т чугуна. Для обеспечения непрерывной подачи и выпуска столь большого количества материалов необходимо, чтобы конструкции печи были просты и очень надежны.

§1. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ПЕЧИ

Доменная печь — печь шахтного типа (рис. 20). Сверху в печь порциями непрерывно загружают шихтовые материалы — агломерат (окатыши) и кокс, которые медленно опускаются вниз; длительность их пребывания в печи составляет 4—6 ч. В нижнюю часть печи (верх горна) через фурмы подают дутье — нагретый воздух; у фурм за счет кислорода дутья сгорает кокс с выделением тепла, а горячие продукты сго­рания движутся через столб шихты вверх, нагревая ее; вре­мя пребывания газов в печи составляет 3—12 с. При опуска­нии нагревающейся шихты в ней из оксидов восстанавливает­ся железо, которое науглероживается, расплавляется и кап­лями стекает в горн, формируя чугун, а невосстановившиеся оксиды в нижней части печи (низ шахты, распар) расплавля­ются, образуя шлак, который также стекает в горн. Накап-

Рис. 20. Общий вид доменной

печи с двухконусным засыпным

аппаратом:

1 — фундамент; 2 — колонна;

3 — летка для выпуска чугуна;

4 — чугунные желоба; 5 — фур­менные устройства; б — коль­цевой воздухопровод; 7 — ма-раторное кольцо кожуха; 8 — футеровка; 9 — стальной ко­жух; 10 — колошник; 11 — большой конус; 12 — малый ко­нус; 13 — вращающий механизм

засыпного устройства; 14 —

приемная воронка; 15, 19 —

газоотводы; 16 — скип; 17 —

норонка; 18 — наклонный мост;

20 — воронка (чаша); 21 —

летка для выпуска шлака; 22 —

площадка

ливающиеся в горне чугун и

шлак, имеющие температуру

1450-1500 °С, периодически

выпускают через чугунные и

шлаковые летки.

Общий вид доменной печи,

оборудованной двухконусным засыпным аппаратом, показан на рис. 20. Печь опирается на фундамент 1, большая часть которого заглублена в землю. Снаружи печь заклю­чена в сплошной стальной кожух 9. Внутри кожуха на­ходится футеровка 8, охлаждаемая холодильниками, которые крепятся к внутренней поверхности кожуха. В нижней части печи (горне) расположены летки 3 для выпуска чугуна и летки 21 для выпуска шлака. Вокруг печи проложен кольце­вой футерованный воздухопровод 6, в который из воздухона­гревателей подается горячее дутье (воздух); кольцевой воздухопровод служит для подвода дутья к многочисленным расположенным по окружности печи фурменным устройствам 5, через которые дутье поступает в верхнюю часть горна. Выше колошника 10 печи расположено колошниковое устройство. Оно включает газоотводы 15, 19, служащие для отвода из

печи доменного газа; засыпной (загрузочный) аппарат и ряд других механизмов, связанных ci загрузкой шихты и отводом газа. Показаны элементы засыпного аппарата: большой конус 11, закрывающий воронку (чашу) 20; малый конус 12, закры­вающий воронку 17, и механизм 13, обеспечивающий их вра­щение; приемная воронка 14, в которую шихтовые материалы высыпают из скипа 16 путем его опрокидывания, причем скип доставляют на колошник по рельсам наклонного моста 18.

Тяжесть кожуха и футеровки верхней части печи пере­дается на фундамент через мараторное кольцо 7 кожуха и колонны 2. Выпускаемый из печи через летки 3 жидкий чугун поступает в располагаемые на рабочей площадке 22 чугунные желоба 4 и по ним в чугуновозные ковши; выпускаемый через летки 21 шлак по расположенным на площадке 22 шлаковым желобам стекает в шлаковозные ковши либо на установки припечной грануляции жидкого шлака.

§2. ПРОФИЛЬ ПЕЧИ И ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ

Профилем доменной печи называют очертание рабочего прост­ранства, ограниченного футеровкой. В горизонтальных (по­перечных) сечениях профиль представляет собой окружности переменного диаметра. Профиль печи в вертикальном осевом сечении представлен на рис. 21; основные элементы профи­ля— это горн, заплечики, распар, шахта и колошник, сос­тавляющие полезный объем печи, т.е. объем от оси чугунной летки — О.Ч.Л. — до низа подвижных элементов засыпного аппарата в опущенном положении (в полезный объем не вхо­дят объем 1 нижней части горна от оси чугунной летки до кладки лещади, где находится несливаемый слой жидкого чу­гуна, и ограниченный куполом 3 печи объем 2, в котором расположены элементы засыпного аппарата).

Колошник имеет форму цилиндра и служит для приема за­гружаемой сверху шихты. Ниже колошника расположена расши­ряющаяся книзу шахта; это расширение необходимо, чтобы обеспечить свободное опускание шихтовых материалов, объем которых увеличивается в результате нагрева. Распар, пред­ставляющий собой короткий цилиндр, служит для создания плавного перехода от расширяющейся шахты к сужающимся за­плечикам. Заплечики выполнены в виде усеченного конуса; такая их форма необходима, поскольку здесь происходит

Рис. 21. Профиль доменной печи

плавление рудной части шихты, в результате чего объем шихты умень­шается и суживающиеся заплечики не позволяют шихте слишком быстро опускаться в горн. Последний имеет цилиндрическую форму, в нижней его части скапливаются жидкие чугун и шлак, а в верхнюю подают дутье и ** здесь сгорает топливо (кокс).

Основным размером доменной печи является полезный объем. В нашей стране доменные печи строятся по типовым проектам, в соответствии с которыми предусмотрены следующие величины полезного объема, м³: 1033, 1386, 1513, 1719, 2002, 2300, 2700, 3000, 3200, 4500, 5000 и 5500.

Основные размеры профиля печи — это полезная высота, высота и диаметр отдельных элементов профиля, полная вы­сота печи. Полезной высотой Я (рис.21) называют расстоя­ние от оси чугунной летки до низа большого конуса 5 или низа вращающегося распределителя шихты (лотка) в опущен­ном положении. Полная высота печи Я_п (рис.21)- расстоя­ние от оси чугунной летки до верхней кромки колошникового фланца 4, который служит опорой засыпного аппарата.

Оптимальные соотношения между размерами выработаны на основании многолетнего опыта эксплуатации печей. Известен ряд методов приближенного расчета размеров печи. Напри­мер, по методу Н.К.Леонидова их рассчитывают, исходя из величины полезного объема V. Полезную высоту Я находят из выражения: Я = 6,42V⁰-². Высоты h и диаметры D отдельных частей печи вычисляют по следующим эмпирическим формулам, м: для горна А_Г = 0,125Я, D_r = 0,342K°'⁴⁴; для заплечи­ков Л₃ = 0,11Я; для распара Л_Р = 0,07Я, Г>_р= 0,384^⁴⁴; для шахты Л_Ш = 0,60Я; для колошника Л_К = 0,095Я, D_K = = 0.593F⁰-³³.

Полная высота обычно изменяется в пределах от 1,085 до 1,11 полезной высоты. Угол наклона шахты а составляет

Таблица 1. Основные размеры доменных печей

Полезный объем печи, м³

Параметр

1033 1719 2002 3200 5000 5500

Высота, м:

82-85°, угол р наклона заплечиков 79-81°. Отношение по лезной высоты к диаметру распара составляет 2,83-2,11, как правило, уменьшаясь при росте полезного объема печи. Отношение диаметра колошника к диаметру распара равно 0,62-0,7 и диаметра распара к диаметру горна 1,1—1,13.

В табл. 1 приведены основные размеры некоторых оте­чественных типовых печей. Можно видеть, что по мере уве­личения объема печи заметно возрастают поперечные размеры элементов профиля при незначительном росте высоты. Это объясняется тем, что высота существующих печей достаточна для завершения в основном теплообмена между опускающейся шихтой и поднимающимся потоком горячих газов, и кроме то­го, увеличение высоты печи нежелательно, поскольку ведет к росту давления столба шихты на ее нижние слои, повышая вероятность раздавливания непрочного кокса.