Фундамент доменной печи это
Обновлено: 11.05.2024
Фундамент доменной печи
Доменные печи в современной металлургии могут иметь массу более 30 тыс. тонн. Фундамент доменной печи - это само основание установки. Состоит он из наружной детали – пня и подошвы, располагающейся пониже от уровня напольной заводской поверхности. Доменный фундамент также применяется в качестве опоры для соприкасающихся с печью конструкций (литейный двор, поддоменник).
Бетон служит основным сырьем для фундамента печи. Его нижняя часть представляет собой целостную плиту из обычного бетона, а верхняя часть выполнена из жароупорного бетона, где в растворе присутствует портландцемент марки 400 и цемент не менее 300-й марки. Фундамент способен выдержать неимоверные нагрузки, так как представляет собой армированную железобетонную глыбу.
Фундамент выкладывают на твердой материковой почве. Желательно, чтобы основание соприкасалось со скалой осадочного или изверженного происхождения. Но при строительстве на слабой почве изготавливают опору из свай. Большую опасность несут за собой лёссовидные почвы, которые при повышенной влажности дают большую осадку, чреватую нарушением целостности фундамента в целом и ровности хода. Последствиями могут быть искривления профиля доменной печи, появление трещин, осевой прорыв горна.
От температурного разрушения фундамент спасают современным методом охлаждения нижней части лещади с помощью воды или воздуха, поддерживая температурный режим в пределах 100-150 °С. Чтобы фундаментная плита не была пустотелой, для его бетонирования используют сырье, не содержащее ни малейшего мусора. Сам процесс бетонирования происходит в ускоренном ритме, безостановочно для получения однородного массива.
За состоянием доменного основания тщательно следят с помощью термопар (контрольно-измерительная аппаратура), проводятся капитальные ремонтные работы.
ФУНДАМЕНТ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
На грунт передается нагрузка от фундамента печи от ряда прилегающих вспомогательных устройств. В фундаменте печи (рис. 2.1) различают подземную подошву, передающую нагрузку на основание и надземную часть, обычно называемую пнем.
Неся на себе сооружение огромного веса и стоимости, связанное с прилегавшими сооружениями и устройствами, фундамент печи должен передавать нагрузку на грунт с соблюдением следующих условий:
- осадка не должна превышать 100 мм при неравномерности 0.001, иначе нарушается работа засыпного аппарата, газоотводов и других устройств;
- фундамент должен быть прочным, не давать трещин от термических напряжений;
- стоимость его должна быть, возможно, меньше.
Нагрузка на грунт под фундаментом доменной печи должна отвечать СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений»[4]. Допускаемое давление на грунт определяется по данный геологических и гидрологических изысканий.
В табл. 2.1-2.3 приведены данные о расчетном сопротивления грунтов основания R0, при глубине заложения подошвы фундамента на 2 м ниже дневной поверхности. При заложении грунта на не выветрившихся скальных породах 6eз карстовых
Рис. 2.1. Фундамент доменной печи полезным объемом 2002 м 3 .
1 - лещадь; 2 – охлаждение лещади; 3 – пень; 4 - металлические конструкции, укрепляющие фундамент; 5 – подошва.
пустот допускаемое давление независимо от заглубления фундамента принимается 1/15 предела прочности в этих пород R0(табл. 2.4). Глубина заложения фундамента зависит от глубины промерзания грунта и его качества. Учитывая губительные последствия осадки фундамента печи, предпочтительно выводить его на скальном грунте или на насосных грунтах, допускающих нагрузку 0,2. 0,25 МПа. При менее прочном грунте фундамент возводят на сваях или опускном колодце, доводя их до материка или вполне надежного грунта.
Расчетные сопротивления R0 крупнообломочных грунтов
| Крупнообломочные грунты | Значение R0, кПа (кгс/см 2 ) |
| Галечниковые (щебенистые) с заполнителем: | |
| песчаным | 600 (6) |
| пылевато-глинистым | 400…450 (4…4,5) |
| Гравийные (дресвяные) с заполнителем: | |
| песчаным | 500 (5) |
| пылевато-глинистым | 350…400 (3,5…4) |
Расчетные сопротивления R0 песков
| Пески | Значение R0 ,кПа (кгс/см 2 ) | |
| Плотные грунты | Средней плотности | |
| Крупные | 600 (6) | 500 (5) |
| Средней крупности | 500 (5) | 400 (4) |
| Мелкие: | ||
| маловлажные | 400 (4) | 300 (3) |
| влажные и насыщенные водой | 300 (3) | 200 (2) |
| Пылеватые: | ||
| маловлажные | 300 (3) | 250 (2,5) |
| влажные | 200 (2) | 200 (2) |
| насыщенные водой | 150 (1,5) | 100 (1) |
Расчетные сопротивления R0 глинистых (непросадочных) грунтов
| Пылевато-глинистые грунты | Коэффициент пористости | Значение R0 ,кПа (кгс/см 2 ) |
| Супеси | 0,5 0,7 | 300 (3) 200…250 (2…2,5) |
| Суглинки | 0,5 0,7 1,0 | 250…300 (2,5…3) 180…250 (1,8…2.5) 100…200 (1…2) |
| Глины | 0,5 0,6 0,8 1,0 | 400…600 (4…6) 300…500 (3…5) 200…300 (2…3) 100…150 (1…1,5) |
Значения предела прочности на одноосное сжатие Rc скальных грунтов
| Разность скальных грунтов | Показатель прочности Rс , мПа (кгс/см 2 ) |
| Очень прочные | более 120 (более 1200) |
| Прочные | 50…120 (500…1200) |
| Средней прочности | 15…50 (150…500) |
| Малой прочности | 5…15 (50…150) |
| Полускальные: | |
| пониженной прочности | 3…5 (30…50) |
| низкой прочности | 1…3 (10…30) |
| весьма низкой прочности | менее 1 (менее 10) |
Вес доменной печи вместе с конструкциями при глубине заложения фундамента до 3,5 м можно принять равным:
Нагрузка от составляющих печи (в тоннах, приходящихся на 1 м 3 полезного объема печи) показана в таблице 2.5.
УСТРОЙСТВО ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
Доменная печь – непрерывно работающий агрегат шахтного типа, течение процесса в котором основано на противотоке шихтовых материалов и горячих газов. Несмотря на кратковременность пребывания газов в доменной печи, тепловой эффект их полезного действия, равный 85-87 %, является одним из лучших для металлургических объектов.
Профиль доменной печи – это очертание рабочего пространства доменной печи в вертикальном осевом сечении, ограниченное огнеупорной кладкой. Поскольку разгар футеровки начинается с момента ввода печи в эксплуатацию, профиль ее не остается постоянным.
Следует различать профили проектный (расчетный) и рабочий, стабилизирующийся в процессе работы и конструктивных особенностей печи, в том числе от системы охлаждения. Рабочий профиль как очертание «рабочего пространства» печи иногда значительно отличается от проектного. Это не исключает роли последнего на ход доменной печи и технико-экономические показатели ее работы. Чем правильнее расчет профиля печи, тем лучше использование химической и физической энергии газов, ровнее ход печи, равномернее разгар футеровки и больше стабильность соотношений основных размеров рабочего и проектного профилей. При неравномерном разгаре футеровки, т.е. при искажении профиля, производительность печи снижается, а расход кокса увеличивается. В этой связи важно не только найти рациональный проектный профиль, но следить постоянно в процессе эксплуатации печи за его «чистотой» и относительной равномерностью разгара.
Сочетание этих условий дает возможность получить так называемый «рациональный профиль», обеспечивающий быстрое достижение после задувки печи проектных показателей и большую ее производительность для данных конкретных условий.
 |
Рисунок 8 - Профиль доменной печи
В нашей стране приняты следующие наименования и обозначения элементов профиля (рис. 8 ):
Н – полная высота печи – расстояние между уровнями оси чугунной летки и верха опорного кольца на колошнике, несущего загрузочное устройство,м;
Нп, Vп – полезная высота (м) и полезный объем (м 3 ) печи от уровня оси чугунной летки до уровня нижней кромки большого конуса в опущенном положении его или лотка при бесконусном загрузочном устройстве;
dг - диаметр горна, м;
D – диаметр распара, м;
dк – диаметр колошника, м;
do – диаметр большого конуса, м;
hг – полная высота горна – расстояние от оси чугунной летки до нижней кромки заплечиков, м;
hмс – высота «мертвого» слоя (зумпфа), м;
hз – высота заплечиков, м;
hр – высота распара, м;
hш – высота шахты, м;
hк – высота колошника – расстояние от верхней кромки шахты до уровня нижней кромки большого конуса в опущенном положении или лотка при бесконусном загрузочном устройстве, м;
ho- Высота засыпного аппарата, м;
hфз – расстояние между горизонтом воздушных фурм и шлаковых леток,
hм – высота металлоприемника, м;
ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ПРОФИЛЯ И ЕГО СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ
В объеме, ограниченном профилем, совершаются все основные процессы доменной плавки: горение кокса и топливных добавок у фурм, восстановление железа из оксидов, тепло- и массообмен между движущимися в противотоке материалами и газами, образование и завершающие стадии формирования чугуна и шлака. Поэтому размеры элементов профиля должны устанавливаться в соответствии с потребностями и состоянием хода доменного процесса.
Характерной особенностью оптимального хода доменного процесса является высокое, близкое к максимально допустимому , сопротивление шихты и газа при движении их в противотоке. Это обусловлено аналогичностью зависимостей процессов передачи тепла, массы и импульса и тем, что интенсивность первых двух желательна наибольшая, а последнего – не более определенных пределов (степень уравновешивания шихты подъемной силой газового потока должна быть не более 50-60%).
В связи с этим при выборе размеров рабочего пространства необходимо обращать внимание на создание условий для движения газов и материалов. С улучшением гранулометрического состава железорудного сырья повысится роль параметров, влияющих на ход процессов восстановления, в частности времени пребывания шихты в рабочем пространстве печи.
ГОРН – важнейший элемент рабочего пространства доменной печи, генератор тепла и фурменного газа, без которых невозможно зарождение и протекание доменного процесса. Горн предназначен для сжигания горючего, разделения и выравнивания температуры чугуна и шлака, окончательного формирования их состава.
Огнеупорную кладку горна выполняют комбинированной: до уровня фурм выполняют из углеродистых блоков, а в районах фурм, чугунной и шлаковой леток из шамотного (Al > 42 %) кирпича, поскольку углерод здест может окисляться кислородом дутья, диоксидом углерода, а также парами воды из огнеупорных масс.
Толщина футеровки на стыке горн – заплечики может быть равной 460,575 или 690 мм (все будет зависеть от величины расстояния от оси воздушных фурм до нижней кромки заплечиков : чем оно больше, тем больше нужно принимать толщину футеровки). У низа же горна она может достигать 1600 мм.
Охлаждается горн гладкими плитовыми холодильниками.
Футляром называют сухую огнеупорную массу, заполняющую окно в футеровке рамы чугунной летки (см. рис. ). В футляре вырезают гнездо для носка пушки, футляр должен поддерживаться в исправном состоянии, поэтому его ремонтируют по строго установленному графику. При ухудшении состояния футляра его стоит ремонтировать немедленно, несмотря на график. Ремонт футляра состоит из разборки, набивки и сушки. Прежде чем приступить к разборке футляра, необходимо обеспечить полную безопасность работ, для чего необходимы нормальная длина и надежное закрытие летки. Перед ремонтом футляра выпуск должен быть выдан по графику, печь полностью освобождена от продуктов плавки, летка хорошо продута и забита достаточным количеством леточной массы нормального качества.
Футляр разбирают с помощью фрезы и пневматического молотка. В процессе разборки надо следить, не краснеет ли летка (признак подхода чугуна), проверять состояние рамы чугунной летки, ее футеровки и отсутствие влаги. Разбирать футляр следует на глубину 300-350 мм. Первый горновой должен следить, чтобы в не разобранной массе футляра не оставались прожилки чугуна, шлака и рыхлой глины. Новый футляр набивают полукрепкой футлярной массой ударным пневматическим инструментом или с помощью тяжелой ручной трамбовки. После набивки футляра подготавливают гнездо для носка пушки глубиной 100 мм. Футляр сушат коксовым газом при помощи специальной горелки. Продолжительность сушки должна быть около 40 минут.
ЗАПЛЕЧИКИ. Необходимость заплечиков как элемента рабочего пространства доменной печи доказана практикой. Устранение их на некоторых доменных печах не дало положительных результатов.
В заплечиках, расположенных над горном и расширяющихся кверху, идут конечные стадии процессов плавления, восстановления. Для успешного их протекания объем заплечиков должен обеспечить достаточное время пребывания материалов в этой зоне при соответствующей организации противотока.
ЗАПЛЕЧИКИ – элемент профиля доменной печи, обеспечивающий желаемый характер схода материалов в горн, главным образом в фурменные очаги, определенное напряженное состояние в столбе шихты, особенно в нижней его части.
Анализ имеющихся данных теории и практики показал, что наличие заплечиков обеспечивает: более равномерный сход материалов и распределение газов по сечению в вышерасположенных зонах печи – распаре и шахте; уменьшение давления столба шихтовых материалов на горизонте воздушных фурм и снижению вероятности нижних подвисаний; увеличение объема средней части печи; удаление стен распара и заплечиков от действия высоких температур, развивающихся в фурменных очагах.
Конструкция заплечиков должна быть увязана с конструкцией соседних элементов: горна и распара. Необходимость этого диктуется различиями в толщине футеровки, конструкции холодильников и схеме металлических конструкций горна, заплечиков и распара.
В настоящее время на доменных печах применяется исключительно тонкостенная конструкция футеровки заплечиков толщиной 345 мм в один полуторный шамотный кирпич, который укладывается впритык к периферийным плитовым холодильникам с залитым кирпичом без притески. Иногда вместо шамота применяют карбидокремниевые огнеупоры. Кладка заплечиков быстро изнашивается и вместо нее на поверхности холодильников формируется слой гарнисажа (застывшего шлака и мелких кусков шихты).
РАСПАР – элемент профиля доменной печи, который является местом расположения зоны размягчения и плавления материалов. Не следует забывать, что устраивая цилиндрический распар в самой широкой части печи, мы заметно увеличиваем объем зон с температурами 1000-1100 о С, где отнимается значительная доля кислорода при восстановлении железорудного сырья. Это один из важнейших аспектов технологической роли распара.
Переход от тонкостенной футеровки заплечиков а более толстой футеровке распара осуществляется обычно скачком, с образованием уступа в кладке. Расширяют кладку в нижней части распара сразу, над горизонтальным мараторным холодильником на доменных печах с маратором или над горизонтальным холодильником, закрывающим холодильник заплечиков у безмараторных печей. Конструктивно верх распара и охлаждаемая часть шахты представляют единое целое.
ШАХТА. Основная технологическая роль шахты – предоставление достаточного объема и обеспечение времени пребывания для подготовки (прогрева и восстановления) железорудной составляющей части шихты к зоне плавления.
В настоящее время применяется так называемая тонкостенная футеровка шахты и распара. Тонкостенная шахта имеет в охлаждаемой части толщину кладки 575-690мм с охлаждением вертикальными ребристыми холодильниками, причем часть холодильников имеет горизонтальные выступы, которые служат опорой для кладки и способствуют удержанию гарнисажа.
В распаре и охлаждаемой части шахты по мере износа кирпича образуется слой гарнисажа. С тем, чтобы уменьшить давление от расширяющейся при нагреве кладки на кожух печи и предотвратить его разрыв, между футеровкой и вертикальными холодильниками по всей высоте печи (кроме распара) предусматривают зазор 70-200 мм., заполняемый шамотоасбестовой или пластичной углеродистой массой.
Кладку распара и охлаждаемой части шахты (
2/3 ее высоты снизу) выполняют из шамотного (Al2О3 >41-42%) или карбидокремниевого кирпича, а кладку верхней неохлаждаемой части шахты из шамота , содержащего > 39% Al2О3.
КОЛОШНИКОВАЯ ЗАЩИТА. Колошник вместе с загрузочным устройством должны обеспечить формирование желаемой структуры столба шихтовых материалов в присутствии восходящего потока газов.
Высота колошника должна быть достаточной для эффективного влияния на распределение материалов с помощью уровня засыпи. Этому удовлетворяет, как показала практика, значение ее в пределах 1,5-2,5 м, включая небольшое конструктивное расширение колошниковой защиты кверху. Привязку засыпного аппарата по высоте необходимо выполнить так, чтобы «эпицентр» зоны удара загружаемых в печь материалов находился в верхних 2/3 колошника.
Колошниковая защита состоит из металлических плит. Каждая пара таких плит крепится к подвеске (лист толщиной 30 мм) . Подвески расположены на печи через каждые 18 о . К самым нижним плитам крепится кольцевой металлический лист толщиной 30 мм., ширина его подбирается при проектировании и служит он для поддержания кладки за плитами. Плиты внутри заполняются кирпичом. Подвеска, состоящая из сегментов, крепится к кожуху болтами.
Колошниковое устройство представляет собой многоэтажную металлическую конструкцию, служащую для поддержания комплекса механизмов, предназначенных для загрузки шихты в печь, отвода газов и для монтажа оборудования.
Купол печи футеруют чугунными плитами с залитым кирпичом (иногда охлаждаемыми), иногда просто кирпичом или жаропрочным бетоном.
КОНСТРУКЦИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ
ФУНДАМЕНТ доменной печи является основанием и состоит из двух частей: подземная часть – подошва, которая опирается на свое основание, и вторая часть, выступающая над уровнем заводского пола – пень.
Основанием подошвы может быть грунт или искусственное свайное основание. Низ фундамента должен находиться ниже границы промерзания грунта в данной местности. В плане подошва представляет собой правильный многоугольник, на который опираются, кроме доменной печи, опорные конструкции поддоменника, а иногда и колошника. Поскольку подошва работает на изгиб, то низ подошвы имеет усиленную металлическую арматуру. Подошва выполняется из обычного бетона.
НА пне размещается непосредственно доменная печь. В плане пень круглый, а высота его зависит от высоты расположения чугунной летки. Пень также усиленно армируется. Выполняется из жаропрочного бетона. Заполнителем является бой шамотного кирпича.
После задувки печи температура фундамента сначала растет, а затем стабилизируется. Температуру фундамента контролируют с помощью термопар, которые вводят внутрь фундамента по трубам, забетонированным в фундаменте. Допустимая температура 1100 о С.
ЛЕЩАДЬ является дном рабочего пространства доменной печи, состоит из довольно емкого массива футеровки и системы охлаждения, заключенных в сплошной металлический кожух.
В настоящее время более целесообразной признана цельноуглеродистая кладка лещади.
Разгар футеровки лещади определяют по положению изотермы затвердевания чугуна (1420 К). Охлаждение дна и стен лещади удаляет эту изотерму от холодильников тем больше , чем выше теплопроводность огнеупора. Поэтому внизу лещади применяют наиболее теплопроводные огнеупорные изделия – графитированнные блоки. Между углеродистыми блоками и высокоглиноземистой кладкой лещади оставляется зазор 40 мм, заполняемый углеродистой массой.
Лещадь охлаждается вертикальными плитовыми холодильниками, охлаждение водяное или испарительное. Также имеется воздушное донное охлаждение лещади.
ЗАСЫПНОЙ АППАРАТ. Он предназначен для загрузки шихты, необходимого ее распределения по сечению колошника, т.е. печи и для обеспечения герметичности печи в процессе загрузки, т.е. для предотвращения попадания в печь воздуха, ведущего к возможности взрыва, и предотвращения выделения печного газа в атмосферу.
Большая часть доменных печей оборудована двухконусными засыпными аппаратами, сейчас же планируется на ОАО ММК постепенно сменить все двухконусные засыпные аппараты на бесконусные загрузочные утройства.
Двухконусный засыпной аппарат (см. рис ) , его основные элементы: большой конус 1 с воронкой (чашей) 2; вращающийся распределитель шихты, состоящий из малого конуса 4 и воронки 10; приемная воронка 6. Большой и малый конусы могут перемещаться вверх – вниз; в верхнем положении большой конус прижат к воронке 2, а малый к воронке 10, изолируя рабочее пространство печи от атмосферы. Малый конус подвешен на полой трубчатой штанге 5, большой на штанге – 3, проходящей внутри полой штанги 5, благодаря чему конусы могут опускаться и подниматься независимо друг от друга. Воронка 10 связана с приводом, обеспечивающим ее вращение вместе с малым конусом.
Основными достоинствами конусного загрузочного устройства являются:
1. Простота конструкции;
2. Сравнительно низкая стоимость.
1. Невысокая точность в управлении распределением;
2. Низкая стойкость. Срок службы засыпного аппарата определяет длительность работы печи между ремонтами третьего разряда;
3. Увеличение размера загрузочного устройства с увеличением объема печи в квадратичной зависимости от диаметра колошника.
Шихтовые материалы доставляют на колошник двумя скипами, движущими по рельсам наклонного моста; в крайнем верхнем положении скип опрокидывается, поскольку его передние колеса катятся по рельсам, загнутым вниз, а задние – по другим рельсам, загнутым вверх и поднимающим заднюю часть скипа. При этом порция шихты высыпается через приемную воронку на поверхность малого конуса, после чего он опускается на 0,8 м и материал опускается вниз на поверхность большого конуса, а малый конус сразу же поднимается. Время выгрузки материалов
Для загрузки шихтовых материалов в печь большой конус опускается на 0,6 м., длительность опускания
10 секунд. После опускания производится выдержка 4 секунды, а затем подъем в течение 16 секунд.
Далее на большой конус набирают новую подачу, но перед каждым опусканием малого конуса он с воронко поворачивается на 60 о .Загрузив эту подачу в печь путем опускания и подъема большого конуса , на него набирают следующую подачу, но при этом малый конус с воронкой поворачиваются уже на 120 о от исходного положения, затем при новом наборе на 180 о и т.д. Благодаря такой работе ВРШ материалы сравнительно равномерно распределяются по периферии колошника.
В процессе загрузки конусы работают поочередно, что обеспечивает герметичность печи.
После опускания малого в межконусном пространстве создается давление , соответствующее атмосферному , а большой конус находится под давлением газов в печи, что препятствует его опусканию. После же опускания большого конуса, в межконусном пространстве создается давление, равное давлению газов в печи, что препятствует открытию малого конуса. Для выравнивания давления в межконусном пространстве и печи подают чистый газ в межконусное пространство под давлением, близким давлению газов в печи. Это делают перед опусканием большого конуса при помощи уравнительных клапанов, а при опускании малого конуса сбрасывающий клапан выпускает из межконусного пространства в атмосферу. Работа уравнительных клапанов автоматизирована и сблокирована с работой конусов засыпного аппарата.
Слабым местом аппарата являются стыки конусов с соответствующими воронками. Здесь в связи с повышенным давлением в печи просачивается доменный газ и содержащаяся в нем пыль вызывает абразивный износ металла.
Таблица 4 - ПРОФИЛИ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ
| № | Наименование | № доменной печи | ||||||||
| 1. | Полезный объём, м 3 | |||||||||
| 2. | Диаметр, мм: | горна | ||||||||
| распара | ||||||||||
| колошника | ||||||||||
| 3. | Высота, мм: | горна | ||||||||
| оси воздушных фурм | ||||||||||
| Оси шлаковой лётки | ||||||||||
| заплечиков | ||||||||||
| распара | ||||||||||
| шахты | ||||||||||
| колошника | ||||||||||
| зумпфа | ||||||||||
| полезная | ||||||||||
| полная | ||||||||||
| 4. | объём, м 3 : | горна | ||||||||
| заплечиков | ||||||||||
| распара | ||||||||||
| колошника | ||||||||||
| шахты | ||||||||||
| 5. | Количество фурм, шт. | |||||||||
| 6. | Количество лёток: | чугунных | ||||||||
| шлаковых | ||||||||||
| 7. | Количество колонн: | горна | ||||||||
| шахты | ||||||||||
| 8. | Угол наклона, º ' '': | шахты | 84º56' | 85º840’72’’ | 85º05’09’’ | 85º | 85º32' | 85º19’07’’ | 83º24’31’’ | 83º24’31’’ |
| заплечиков | 78º53' | 78º08’33’’ | 80º14’51’’ | 79º89’ | 81º18' | 79º06’03’’ | 79º30’10’’ | 79º30’10’’ |
Таблица 5 - ХАРАКТЕРИСТИКА МЕХАНИЗМОВ ГОРНА
| № | Наименование, единицы измерения | № доменной печи | |||||||
| ЭЛЕКТРОПУШКИ | |||||||||
| 1. | Тип (модель) | МЗЧЛ2 | МЗЧЛ2 | Э-6-050 | МЗЧЛ2 | Э-6-050 | Э-6-050 | МЗЧЛ2 | МЗЧЛ2 |
| 0,25/170 | 0,25/170 | 0,25/170 | 0,25/170 | 0,25/170 | |||||
| 2. | Объем рабочего цилиндра, м 3 | 0,25 | 0,25 | 0,50 | 0,25 | 0,50 | 0,50 | 0,25 | 0,25 |
| 3. | Диаметр цилиндра, мм | ||||||||
| 4. | Ход поршня, мм | ||||||||
| 5. | Усилие на поршень, т.с. | ||||||||
| 6. | Удельное давление на глину, МПа | ||||||||
| 7. | Максимальный угол поворота | ||||||||
| 8. | Мощность электродвигателя механизма прессования, КВт | ||||||||
| 9. | Мощность электродвигателя прижимного устройства, КВт | – | – | – | |||||
| 10. | Мощность электродвигателя поворотного устройства, КВт | 7,5 | 7,5 | – | 7,5 | – | – | 7,5 | 7,5 |
| 11. | Усилие прижима носка пушки к летке, Н | 129 х 10 3 | 129 х 10 3 | – | 129 х 10 3 | – | – | 129 х 10 3 | 129 х 10 3 |
| 12. | Масса забивочной машины с электрооборудованием, кг | – | – | – |
| Продолжение таблицы 5 | |||||||||
| БУРМАШИНЫ | |||||||||
| 1. | Тип (модель) | МВЛ | МВЛ | ПКТИ | МВЛ | ПКТИ | ПКТИ | МВЛ | МВЛ |
| 2. | Скорость вращения бура, об/мин | ||||||||
| 3. | Максимальная глубина бурения, мм | ||||||||
| 4. | Угол наклона бура, º | 0 – 16 | 0 – 16 | 0 – 18 | 0 – 16 | 0 – 18 | 0 – 18 | 0 – 16 | 0 – 16 |
| 5. | Скорость подачи каретки м/мин | 2,4 – 38 | 2,4 – 38 | 2,4 – 38 | 2,4 – 38 | 2,4 – 38 | |||
| 6. | Размер пера бура мм | ||||||||
| 7. | Скорость отвода каретки м/мин | 31,0 | 31,0 | 43,1 | 31,0 | 43,1 | 43,1 | 31,0 | 31,0 |
| 8. | Максимальное усилие подачи бура вперед кгс |
Примечание: все механизмы забивочных машин имеют электромеханический привод от индивидуальных электродвигателей переменного тока.
Таблица 6 - ХАРАКТЕРИСТИКА ОБОРУДОВАНИЯ ЗАГРУЗКИ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ
| № | Наименование | № доменной печи | |||||||
| 1. | Тип шихтоподачи | Конвейерная | |||||||
| 2. | Количество коксовых грохотов, шт. | ||||||||
| 3. | Ёмкость рудной весовой воронки, т | ||||||||
| 4. | Ёмкость коксовой весовой воронки, м 3 | 8,6 | 8,6 | 12,0 | 7,0 | 7,0 | 7,0 | 17,0 | 17,0 |
| 5. | Ёмкость скипа главного подъема, м 3 | 10,8 | 10,8 | 10,8 | 10,8 | 10,8 | 10,8 | 13,5 | 13,5 |
| 6. | Тип лебедки скипового подъёмника | ЮУМЗ | ЮУМЗ | ЮУМЗ | ЮУМЗ | ЮУМЗ | ЮУМЗ | ЮУМЗ | ЮУМЗ |
| грузоподъёмность, т | 22,5 | 22,5 | 22,5 | 22,5 | 22,5 | 22,5 | 29,0 | 29,0 | |
| длина канатов, м | |||||||||
| диаметр каната, мм | |||||||||
| 7. | Тип лебёдки конусов | ЮУМЗ ЛК-45 | ЮУМЗ ЛК-45 | ЮУМЗ ЛК-45 | ЮУМЗ ЛК-45 | ЮУМЗ ЛК-45 | ЮУМЗ ЛК-45 | ЮУМЗ ЛК-45 | ЮУМЗ ЛК-45 |
| 8. | Диаметр малого конуса, мм | ||||||||
| 9. | Ход малого конуса, мм | ||||||||
| 10. | Диаметр большого конуса, мм | ||||||||
| 11. | Ход большого конуса, мм | ||||||||
| 12. | Объем межконусного пространства, м 3 |
РАБОТА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
Основной задачей персонала доменной печи является достижение максимальной выплавки чугуна кондиционного состава с наилучшими технико-экономическими показателями при обеспечении возможно более длительного периода работы печи между ремонтами и безопасности обслуживающего персонала.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ печи Р определяется количеством сожженного горючего (сухого кокса) Q т/сут и его удельным расходом q т/т чугуна:
Количество сожженного горючего растет с увеличением расхода поданного в печь дутья или с повышением в нем концентрации кислорода. Это один из путей увеличения производительности.
Другой путь повышения производительности – уменьшение расхода кокса на 1 т чугуна. Это осуществляется за счет вдувания в горн топливных добавок, использование в плавку богатого окускованного железорудного сырья с требуемой степенью офлюсования, применение высоконагретого дутьч, установление рационального газопотока в печи и др.
В зависимости от условий плавки пользуются одним из этих путей, а иногда сочетанием обоих.
Второй путь имеет преимущество перед первым. С уменьшением расхода удельного кокса понижается себестоимость чугуна: кокс явлвется самым дорогим сырьем доменной плавки.
Успешность доменной плавки оценивается КОЭФФИЦИЕНТОМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛЕЗНОГО ОБЪЕМА КИПО доменной печи.
где Vпол- полезный объем печи, м 3 ;
Р – производительность печи, т/сут
Чем меньше численное значение КИПО, тем лучше работает печь.
Важным техническим показателем хода доменной плавки является степень интенсивности плавки. В условиях эксплуатации печей наглядным показателем интенсивности плавки служит число подач, загруженных в печь за определенный промежуток времени (час, смена, сутки). Способ этот не пригоден для печей с разной величиной подач.
Для повышения интенсивности плавки требуется увеличение минутного расхода дутья (или при том же или несколько меньшем количестве дутья увеличение концентрации кислорода). Это может быть достигнуто за счет уменьшения гидравлического сопротивления столба шихты (понижение перепада давления по высоте печи), чему способствуют следующие мероприятия: повышение давления газа под колошником; уменьшение количества газов на 1 м 2 поперечного сечения печи в единицу времени (за счет увеличения концентрации кислорода в дутье, сокращения расхода кокса и повышении температуры дутья и др.); понижение выхода шлака (за счет употребления в плавку богатого рудного сырья);устранение мелочи ниже 5 мм из агломерата и окатышей; организация рационального распределения газовых потоков и т.п.
Удельный расход кокса (а при вдувании природного газа или других топливных добавок удельный расход углерода) является одним из важнейших производственных показателей доменной плавки. Величина его зависит от ряда факторов. На многие из них – содержание золы и серы в коксе, содержание железа в рудных материалах и др.- персонал печи воздействовать не может. В то же время в руках персонала имеется немало средств – природный газ (или другие топливные добавки), нагретое дутье, регулирование газовых потоков и др., - умело пользуясь которыми, можно существенно сократить удельный расход кокса.
Таблица 7 - Влияние различных факторов на удельный расход кокса и производительность доменной печи
Устройство доменной печи
Чугун выплавляют в доменных печах, представляющих собой шахтную печь. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, газообразными (СO, Н2) и твердым (С) восстановителями, образующимися при сгорании топлива в печи.
Процесс доменной плавки является непрерывным. Сверху в печь загружают исходные материалы (агломерат, окатыши, кокс), а в нижнюю часть подают нагретый воздух и газообразное, жидкое или пылевидное топливо. Газы, полученные от сжигания топлива, проходят через столб шихты и отдают ей свою тепловую энергию. Опускающаяся шихта нагревается, восстанавливается, а затем плавится. Большая часть кокса сгорает в нижней половине печи, являясь источником тепла, а часть кокса расходуется на восстановление и науглероживание железа.
Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество материалов. Современная доменная печь расходует около 20000 тонн шихты в сутки и выдает ежесуточно около 12000 тонн чугуна.
Для обеспечения непрерывной подачи и выпуска такого большого количества материалов необходимо, чтобы конструкция печи была проста и надежна в работе в течение длительного времени. Доменная печь снаружи заключена в металлический кожух, сваренный из стальных листов толщиной 25 – 40 мм. С внутренней стороны кожуха находится огнеупорная футеровка, охлаждаемая в нижней части печи с помощью закладываемых специальных холодильников – металлических коробок, внутри которых циркулирует вода. В связи с тем, что для охлаждения печи требуется большое количество воды, на некоторых печах применяют испарительное охлаждение, сущность которого состоит в том, что в холодильники подают воды в несколько раз меньше, чем при обычном способе. Вода нагревается до кипения и интенсивно испаряется, поглощая при этом большое количество тепла.
Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют профилем печи. Рабочее пространство печи включает:
- колошник;
- шахту;
- распар;
- заплечики;
- горн.
Колошник
Это верхняя часть доменной печи, через которую осуществляется загрузка шихтовых материалов и отвод доменного или колошникового газа. Основной частью колошникового устройства является засыпной аппарат. На большинстве доменных печей установлены двухконусные загрузочные устройства. В обычном положении оба конуса закрыты и надежно изолируют внутреннее пространство печи от атмосферы. После загрузки шихты в приемную воронку малый конус опускается и шихта падает на большой конус. Малый конус закрывается. После того, как на большом конусе будет набрано заданное количество шихты, большой конус опускается при закрытом малом конусе и шихта высыпается в печь. После этого большой конус закрывается. Таким образом, рабочее пространство доменной печи постоянно герметизировано.
Шихтовые материалы обычно подаются на колошник печи с одной стороны. В результате, в воронке малого конуса образуется откос. Длительная Работа доменной печи с перекосом уровня шихты недопустима. Для устранения этого явления приемная воронка и малый конус сделаны вращающимися. После загрузки шихты воронка вместе с конусом поворачивается на угол кратный 60, благодаря чему после разгрузки нескольких подач неравномерность полностью устраняется. 0
На современных печах могут устанавливаться более сложные по конструкции засыпные аппараты. Вместо большого конуса устанавливается вращающийся желоб, угол наклона которого может регулироваться. Такая конструкция позволяет изменять место подачи материалов по диаметру колошника.
В процессе доменной плавки образуется большое количество газа, который отводится из колошниковой части печи. Такой газ называют колошниковым. Газ содержит горючие составляющие СO и Н2 и, поэтому, используется как газообразное топливо в металлургическом производстве. Кроме того, проходя через столб шихты, газ захватывает мелкие частицы железосодержащих материалов, образуя так называемую колошниковую пыль. Пыль улавливается в специальных газоочистителях и используется как добавка к шихте при агломерации или получении окатышей.
Шахта
На долю шахты приходится большая часть общей высоты и объема печи. Профиль шахты, представляющий собой усеченный конус, расширяющийся к низу, обеспечивает равномерное опускание и разрыхление шихтовых материалов. Значительная высота шахты позволяет осуществлять тепловую и химическую обработку материалов поднимающимися горячими газами.
Распар
Это средняя цилиндрическая часть рабочего пространства печи, имеющая самый большой диаметр. Распар создает некоторое дополнительное увеличение объема печи и устраняет возможные задержки шихтовых материалов.
Заплечики
Это часть профиля печи, расположенная ниже распара и представляющая собой усеченный конус, обращенный широким основанием к распару. Обратная конусность заплечиков соответствует уменьшению объема проплавляемых материалов при образовании чугуна и шлака.
Это нижняя цилиндрическая часть печи, где осуществляются высокотемпературные процессы доменной плавки. В горне происходит горение кокса и образование доменного газа, взаимодействие между жидкими фазами, накопление жидких продуктов плавки (чугуна и шлака) и периодический их выпуск из печи. Горн состоит из верхней или фурменной части и нижней или металлоприемника. Подину металлоприемника называют лещадью.
В нижней части горна расположены чугунные и шлаковые летки, представляющие собой отверстия для выпуска чугуна и шлака. После выпуска чугуна летку закрывают специальной огнеупорной массой при помощи так называемой пушки, которая представляет собой цилиндр с поршнем. Перед открытием чугунной летки пушку заполняют леточной огнеупорной массой. После окончания выпуска чугуна пушку подводят к летке, и с помощью поршневого механизма леточная масса выдавливается из пушки и заполняет леточный канал. Для вскрытия чугунной летки служит специальная бурильная машина, которая рассверливает в леточной массе отверстие, по которому выпускают чугун.
Шлаковые летки располагаются на высоте 1500 – 2000 мм от уровня чугунной летки и закрываются с помощью шлакового стопора, представляющего собой стальной шток с наконечником. Выходящие из доменной печи чугун и шлак направляются по желобам в чугуновозные и шлаковозные ковши. В настоящее время шлак в основном выпускается вместе с чугуном и отделяется от чугуна специальным устройством на желобе печи.
Шлак, вытекающий из доменной печи через чугунную летку, отделяется от чугуна на желобе печи с помощью разделительной плиты и перевала, выпол-няющих роль гидравлического затвора. Чугун, имеющий высокую плотность, проходит в зазор под разделительной плитой, а более легкий шлак отводится в боковой желоб.
При необходимости поставки чугуна другим предприятиям его разливают в слитки (чушки) массой 30 – 40 кг на специальной разливочной машине.
В верхней части горна на расстоянии 2700 – 3500 мм от оси чугунной летки по окружности горна с равными промежутками устанавливаются воздушные фурмы, через которые подают в печь нагретое до 1100 – 1300 °С дутье, а также природный газ и другие топливные добавки (мазут, пылеугольное топливо). Каждая доменная печь обеспечивается дутьем от своей воздуходувки. Нагрев дутья осуществляется в воздухонагревателях регенеративного типа, когда под действием тепла сжигаемого газа вначале нагревается насадка воздухонагревателя из огнеупорного кирпича, а затем через нее пропускается воздух, забирающий тепло от насадки. В период нагрева насадки в камеру горения подается газ и воздух для его горения. Продукты сгорания, проходя через насадку, нагревают ее и уходят в дымоход. В период нагрева дутья холодный воздух поступает в нагретую насадку, нагревается, а затем подается в доменную печь. Как только насадка остыла настолько, что воздух не может быть нагрет до заданной температуры, его переводят на следующий воздухонагреватель, а остывший ставят на нагрев. Насадка воздухонагревателя охлаждается быстрее, чем нагревается. Поэтому блок воздухонагревателей доменной печи состоит из 3 – 4 аппаратов, из которых один нагревает воздух, а остальные разогреваются. Профиль доменной печи характеризуется диаметрами, высотами и углами наклона отдельных элементов. Размеры некоторых печей приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Размеры печей
| Размеры, мм | Полезный объем печи, м3 | ||
|---|---|---|---|
| 2000 | 3000 | 5000 | |
| Диаметр: | |||
| горна | 9750 | 11700 | 14900 |
| распара | 10900 | 12900 | 16300 |
| колошника | 7300 | 8200 | 11200 |
| Высота: | |||
| полная | 32350 | 34650 | 36900 |
| полезная | 29200 | 32200 | 32200 |
| горна | 3600 | 3900 | 4500 |
| шахты | 18200 | 20100 | 19500 |
Размеры каждой части печи должны быть увязаны между собой и находиться в определенных соотношениях с размерами других частей печи. Профиль печи должен быть рациональным, при котором обеспечиваются важнейшие условия доменного процесса:
- плавное и устойчивое опускание шихтовых материалов;
- выгодное распределение встречного газового потока;
- благоприятное развитие процессов восстановления и образование чугуна и шлака.
Основными величинами, характеризующими размеры рабочего пространства, являются полезный объем печи и полезная высота. Они включают высоту и объем, заполненные материалами и продуктами плавки. При определении этих параметров за верхний уровень берется отметка нижней кромки большого конуса засыпного устройства в опущенном положении, а нижнем уровнем является уровень оси чугунной летки.
Доменная печь
Доменная печь или домна – это используемая в металлургии большая вертикально расположенная шахтная печь, имеющая цилиндрическую форму и позволяющая выплавлять чугун и ферросплавы из железорудного сырья или шихты (железорудный агломерат, окатыши, кокс, флюсы).
Доменная печь футерована огнеупорной кладкой (верхняя часть шамотным кирпичом, нижняя — преимущественно углеродистыми блоками). Для предотвращения разгара кладки и защиты кожуха печи от высоких температур используют холодильники, в которых циркулирует вода. Кожух печи и колошниковое устройство поддерживаются колоннами, установленными на фундаменте.
Схема доменной печи:
- 1 – загрузочная воронка;
- 2– загрузочный конвейер;
- 3 – шахта;
- 4 – шлаковая лётка;
- 5 – фурма;
- 6 – шлаковоз;
- 7 – чугунная лётка;
- 8 – чугуновоз;
- 9 – отходящий газ;
- 10 – газоочистка;
- 11 – воздухонагреватели
Доменная печь заключена снаружи в сплошной стальной кожух с толщиной листов до 40—60 мм, футерованный изнутри огнеупорными изделиями и расположенный на фундаменте. Часть фундамента, которая возвышается над землей, называется пнем. Так как в пне развиваются температуры выше 200° С, то верхнюю часть его выполняют из жаростойкого бетона. На пне выкладывают лещадь. Кладка лещади эксплуатируется в очень тяжелых условиях, так как подвергается действию высокой температуры (порядка 1400—1550° С) и гидростатического давления чугуна, шлака и массы шихты. Помимо этого, чугун проникает в швы кладки. Если при этом кирпич не будет достаточно хорошо зажат соседними кирпичами, то он, имея меньшую объемную массу, чем чугун, всплывет. Этим самым ослабляется зажим соседних кирпичей, что может повлечь разрушение лещади. Поэтому лещадь выкладывают из высокоогнеупорных материалов (высокоглиноземистого кирпича) с очень тонкими швами между отдельными кирпичами (или блоками). Для понижения температуры кладки лещади по периферии внутри кожуха помещают холодильники — чугунные плиты с залитыми внутри их змеевиками, по которым циркулирует вода. Снизу лещади в современных печах располагают чугунные плиты с трубами, охлаждаемыми вентиляторным воздухом. Для улучшения передачи тепла от кладки лещади к холодильникам нижнюю часть лещади и периферию ее в верхней части выкладывают из графитированных или углеродистых блоков, имеющих большую теплопроводность, чем шамотный и высокоглиноземистый кирпич, а зазор между кладкой и холодильниками заполняют углеродистой массой. Высота лещади достигает 5000 мм. Кладка металлоприемника подвержена действию высоких температур (1500—1700° С) и разъедающему действию чугуна и шлака, поэтому ее также выкладывают из высокоогнеупорных материалов с тонкими швами.
Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до её капитального ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.
Изобретение доменной печи принадлежит Европе и относится к середине XIV века. В России же производство металла в доменных печах появилось лишь спустя почти два века. Современные доменные печи – результат исследовательских и конструкторских разработок целого ряда поколений ученых-металлургов.
Доменная печь является одним из наиболее эффективных материалосберегающих агрегатов; коэффициент извлечения железа для чугуна составляет 99.5—99.8 %. Доменная печь занимает головное положение в структуре металлургического предприятия. Качество производимого в доменной печи чугуна определяет параметры последующего сталеплавильного передела, доменный газ служит основой энергетического хозяйства предприятия, в доменной печи утилизируется (через агломерационное производство) большая часть собственных отходов металлургического производства. Доменное производство является практически безотходным, т. к. доменный шлак представляет собой самостоятельную готовую продукцию, пользующуюся спросом не меньшим, чем чугун, а доменные шламы и пыли являются постоянными компонентами шихты агломерационного процесса.
Читайте также: