Конструкция доменной печи

Чугун выплавляют в доменных печах, представляющих собой агрегаты шахтного типа. Процесс выплавки чугу­на непрерывный. Сверху в доменную печь загружают шихтовые материалы (агломерат, окатыши, кокс, флю­сы), а в нижнюю часть печи вдувают воздух, В результате сгорания кокса в нижней части печи образуются газы, состоящие из оксидов углерода в смеси с азотом и водородом. Восходя­щий поток газа разогревает твердые шихтовые материа­лы, которые по мере сгорания кокса и проплавления ших­ты опускаются. При определенных температурах начина­ется разложение сложных соединений и восстановление железа из оксидов. Этот процесс завершается науглеро­живанием железа, его расплавлением. Расплав скапли­вается в нижней части печи, в него переходят частично восстановившиеся кремний, марганец и некоторые дру­гие элементы, а также фосфор, сера. Этот расплав — чу­гун, содержащий более 92 % Fе; 3,5—4,3 % С, остальное Мn, Si, Р, S. Из печи чугун периодически выпускается.

Внутренний объем печи, ограниченный ог­неупорной кирпичной кладкой (футеровкой), обычно на­зывают полезным объемом. Наиболее крупные доменные печи имеют полезный объем более 5000 м³ и их произво­дительность достигает 12000т чугуна в сутки, т.е. еже­минутно выплавляется около 9 т чугуна.

Общий вид и разрез современной доменной печи по­казан на рис. 6. Внутреннее очертание вертикального разреза рабочего пространства печи называют ее профи­лем, в котором различают колошник, шахту, распар, за­плечики и горн (рис. 7). Профиль выбирают таким, чтобы в печи происходило равномерное опускание загружен­ных материалов и равномерное распределение по гори­зонтальному сечению печи поднимающихся снизу газов.

Ниже колошника расположена шахта, расширение ко­торой книзу позволяет материалам свободно опускаться вниз. Заплечики, наоборот, имеют сужающуюся книзу конусообразную форму, обусловленную тем, что в них происходит уменьшение объема материалов в связи с об­разованием жидких продуктов плавки и выгоранием кокса, между шахтой и за­плечиками находится на­иболее широкая цилин­дрическая часть — рас­пар.

Фундамент печи. Мас­са доменной печи вместе с находящимися в ней ма­териалами может дости­гать 30 тыс. т. Для равно­мерного распределения давления такой массы на грунт подземную часть фундамента (подошву) делают в виде восьми­угольной железобетонной плиты толщиной до 4 м, а надземную часть (пень) — из жароупорно­го бетона. На подошву фундамента опираются стальные колонны, кото­рые поддерживают стальное кольцо, опоясывающее доменную печь. Это кольцо называется мараторным. Оно воспринимает нагрузку ме­таллических конструкций печи.

Рис. 6. Общий вид доменной печи:

1 — летка для выпуска чугуна;

2— фурменное устройство для подачи комбинированного дутья;

3 — ци­линдрическая часть колошника;

4 — большой конус загрузочного устройства;

5 — малый конус за­грузочного устройства;

6 — враща­ющийся распределитель шихты;

7 — приемная воронка;

8 — скип;

9 — наклонный мост;

10— межко­нусное пространство;

11 — летка для выпуска шлака;

12 — рабочая площадка

Рис. 7. Вертикальный разрез доменной печи объемом 5580 м³:

1 - фундамент; 2 - воздушное охлаждение низа лещади; 3 - лещадь;

4 -горн; 5 - заплечики; 6 - распар; 7- шахта;

8 - колошник

Рис. 8. Конструкция лещади и горна:

1—кладка лещади; 2 — кладка горна; 3 — шлаковая летка;

4 — воздушные фурмы; 5 — кольцевой трубопровод горя-

чего дутья; 6 - стальной кожух гор­на; 7 — чугунная летка;

8 — кожух лещади; 9 — каналы охлаждения низа лещади;

10 — фундамент; 11 — трубопровод для подачи воздуха

для охлаж­дения

Лещадь и горн. Над фундаментом печи расположена лещадь толщиной до 5,5 м (рис. 8). Нижнюю часть ле­щади выкладывают из графитированных углеродистых блоков, наружную — из углеродистых блоков, а центральную из высокоглиноземистого кирпича. Нижняя часть горна от лещади до леток служит для накопления чугуна и шлака. Кладка лещади и горна заключена в плитовые чугунные холодильники, в которых по тру­бам циркулирует вода. Между лещадью и пнем обычно помещают металлические плиты с пазами для воздушного охлаждения. Металлические холодильники и футеров­ку снаружи охватывает стальной кожух из листа толщи­ной 40—50 мм. Между кладкой и холодильниками оставляют зазор 100—120 мм, плотно заполняемый угле­родистой массой.

В горне расположены летки для выпуска чугуна и шлака. Современная доменная печь имеет от одной до четырех расположенных выше лещади на 600—1800 мм чугунных леток, через которые 6—8 раз в сутки выпус­кают накопленный в горне чугун, с которым сходит и часть шлака. Выше уровня чугунных леток на 1400—2000 мм расположены шлаковые летки (одна или две), предназначенные для выпуска так называемого «верхне­го» шлака. Ось шлаковой летки располагают под углом 45—60° по отношению к оси чугунной летки и обрамля­ют водоохлаждаемой арматурой, называемой шлаковым прибором, который помещают в проем горновых плитовых холодильников и крепят к кожуху печи. Если шла­ковых леток две, то вторую располагают под углом 60—90° к первой. Шлаковые отверстия закрывают ме­таллической пробкой при помощи стопорного устройства. В крупных печах выпуск всего шлака обычно осуще­ствляют вместе с чугуном через одну и ту же летку.

Фурмы. По окружности верхней части горна с рав­ными промежутками распо­ложено от 18 до 42 фурм для подачи в печь нагретого до 1100—1300 °С воздуха. Пол­ный набор устройств для подвода воздушного дутья в горн из кольцевого воздухопровода называют фурменным прибором (рис.9), который состоит из медной водоохлаждаемой фурмы с внутренним диаметром до 200 мм, закрепленной в хо­лодильниках и выступающей внутрь печи из кладки на 300 мм. Воздух к фурме подается по стальному футеро­ванному соплу, которое подсоединено к подвижному ко­лену и далее, через неподвижный фурменный рукав, к кольцевому воздухопроводу. В торце фурменного при­бора имеется гляделка для наблюдения за протекающи­ми в горне процессами.

В случае применения для интенсификации плавки природного газа или мазута их подают в печь через стальные трубки, проходящие через фурму.

Рис. 9. Фурменное устройство:

1-механизм прижима фурменного

устройства к амбразуре, 2-гляделка, 3-крепление колена,

4-кадушка; 5-сопло; 6-амбразура; 7-фурма

Распар и шахту выкладывают из шамотного кирпича; снаружи устраивают холодильники различной конструк­ции для отвода тепла от кладки и продления срока ее службы.

Колошник и колошниковое устройство. Колошник, располагаемый в верхней части шахты, изготавливают из стальных плит. Между плитами и кожухом печи на­ходится слой кладки из шамотного кирпича.

Колошниковое устройство представляет собой систе­му механизмов, предназначенных для загрузки в печь шихты, отвода из нее газов и проведения монтажных ра­бот. Основной частью устройства является засыпной ап­парат (рис. 10), который состоит из приемной воронки, малого конуса, вращающегося распределителя шихты, большого конуса и газового затвора. Материалы подают на колошник при помощи двух тележек — скипов, дви­жущихся по наклонному мосту. Когда один нагруженный скип поднимается вверх, второй пустой скип опускается. При подходе к засыпному аппарату скип опрокидывает­ся и материал высыпается в приемную воронку на поверхность малого конуса. Поскольку на малый конус ма­териал поступает всегда со стороны наклонного моста, это приводит к неравномерному его распределению на малом конусе. При опускании малого конуса шихта ссы­пается на большой конус и при опускании большого ко­нуса шихта ссыпается на колошник доменной печи. С по­мощью вращающегося распределителя приемная воронка вместе с малым конусом и порцией шихты каждый раз поворачивают на 60°. Это позволяет набрать и равно­мерно распределить по поверхности большого конуса порцию шихты за 5—6 опусканий малого конуса. Таким образом достигается равномерное распределение шихты по горизонтальному сечению колошника после опуска­ния большого конуса. Наличие двух, поочередно опуска­ющихся конусов, устраняет прорыв газа из печи в окру­жающее пространство.

Существуют засыпные аппараты, состоящие из при­емной воронки, в которую шихта подается с транспортерной ленты. Далее материалы поступают в два промежу­точных бункера с герметическими затворами и во враща­ющийся распределитель шихты. В этом случае вместо большого конуса применено более сложное устройство {рис. 11). Такая загрузка применяется на сверхмощных печах.

Из купольной части колошника газ отводят с по­мощью четырех футерованных кирпичом газоходов, ко­торые сначала соединяются попарно, а затем в один об­щий газоход, опускающийся к пылеуловителям. Для вы­пуска газа в атмосферу при остановках печи в верхних точках газоотводов располагают атмосферные клапаны, открываемые с помощью электрической лебедки.

Охлаждение печи. Система охлаждения доменной пе­чи предотвращает преждевременный износ и разрушение кирпичной кладки и деталей, работающих в зонах высо­ких температур. При водяном охлаждении используют холодную техническую воду, а при испарительном — хи­мически очищенную, что предотвращает коррозию труб и образование на их внутренних стенках накипи. В пер­вом случае в холодильники нижней (заплечики, горн, лещадь) и верхней (распар, шахта) зон подают воду с напором 0,5 и 0,8 МПа. Фурмы постоянно охлаждают­ся водой под давлением на 0,5 МПа больше, чем давле­ние газа в печи. При испарительном охлаждении исполь­зуют скрытую теплоту парообразования воды в холо- дильниках лещади и горна.

Рис. 10. Конструкция конусного засыпного аппарата доменной печи:

1 — приемная воронка; 2—вращающаяся воронка малого конуса;

3—малый конус; 4 — межконусное пространство; 5 — большой конус;

6 — скип

Рис. 11. Конструкция засыпного аппарата доменной печи с транспортерной

подачей шихты:

1 — транспортер; 2 — бункеры о затворами; 3 — распределитель шихты

Дата добавления: 2015-07-17