2.1. Конструкция и расчет основных механизмов доменных печей

2.1.1. Конструкция доменных печей

Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом для получения чугуна, в котором расходуется огромное количество шихты и дутья. Современная, наибольшая по размерам, доменная печь ежесуточно расходует около 23000т шихты, 18000 т дутья, 1700т природного газа и выдает 12000т чугуна, 4000 т шлака и 27000 т колошникового газа.

Доменная печь — агрегат шахтного типа (рис. 2.1). 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. Накапливающиеся в горне чугун и шлак с температурой 1450-1500° С периодически выпускают через чугунные и шлаковые летки.

Общий вид доменной печи, оборудованной двухконусным засыпным аппаратом, показан на рис. 2.1. Печь опирается на фундамент 7, 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 и 19, служащие для отвода из печи доменного газа; засыпной (загрузочный) аппарат и ряд других механизмов, связанных с загрузкой шихты •и отводом газа. В частности, 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 чу чуй 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

Профиль доменной печи — очертание ее рабочего пространства, ограниченного футеровкой, показан на рис 2 2

Рис 2 1 Общий вид доменной печи Рис 2 2 Профиль доменной печи

с двухконусным засыпным аппаратом

В поперечном сечении доменная печь является круглой Элементы, очерченные сплошной линией, образуют полезный объем печи (в него не входят объем 1 ниже оси чугунной летки, где находится несливаемый слой жидкого чугуна и ограниченный куполом 3 печи объем 2, в котором расположены элементы засыпного аппарата.) В табл 2 1 приведены основные размеры некоторых отечественных типовых печей Полезной высотой Я называют расстояние от оси чугунной летки до низа боль­шого конуса 5 или низа вращающегося распределителя шихты (лотка) в опущенном

положении. Полная высота печи Нп — расстояние от оси чугунной летки до верхней кромки колошникового фланца 4, который служит опорой засыпного аппарата.

*

Таблица 2.1

Кожух доменной печи сварен из стальных листов. Толщина его в верхней части составляет 20-40, а в нижней 40-60 мм. Делают кожух из сталей с высокой ударной вязкостью, прочностью, пластичностью и термостойкостью (16Г2АФ, 10Г2С1, 14Г2 и др.) Большая часть печей имеет кожух с маратором или мараторным кольцом (см. рис. 2.1, поз. 7), т. е. горизонтально расположенным кольцом из стального листа. Через маратор и колонны (рис. 2.1, поз. 2) нагрузка верхней части печи передается на фундамент. В последние годы отечественные печи объемом 3000-5000 м3 стали делает с самонесущим, т. е. гладким кожухом без маратОрного кольца.

В нижней части печи (2/3 высоты от фундамента) между кожухом и футеровкой установлены плитовые холодильники. Они представляют плиту с залитой в ней стальной трубкой в виде змеевика для циркулирующей воды. За рубежом начали применять холодильники из меди. Иногда применяют горизонтальные холодильники; плита такого холодильника заглублена в футеровку и служит опорой для кирпичной кладки.

Футеровку доменной печи (выше горна) делают из высококачественного шамот­ного кирпича с содержанием AI2O3 более 39, 41 и 42%. Иногда применяют карби­докремниевый кирпич (>72% Si С и >7% азота). Футеровку горна выполняют из углеродистых блоков, устойчивых против разъедания шлаком. Лешадь (массив кладки ниже горна высотой ~ 5,6 м) выкладывают из углеродистых блоков и из высокоглиноземистых муллитовых (> 65 % AI2O3) изделий.

В верхней части горна по его окружности с равными промежутками устанавли­вают воздушные фурмы, через которые в печь поступает нагретое до 1100-1300 ° С дутье, природный газ и другие топливные добавки (мазут, пылеугольное топливо). Число фурм составляет от 16 до 42 на больших печах.

Чугунная летка представляет собой сквозной канал в кладке горна шириной 250-300 и высотой 400-500 мм заполненный огнеупорной леточной массой. Для

выпуска чугуна в массе просверливают отверстие диаметром 50-80 мм с помощью сверлильной машины, вращающей бур. После выпуска чугуна канал летки забивают огнеупорной массой с помощью электропушки.

Чугунные летки располагают на 600-1800 мм выше лещади, а ниже леток нахо­дится несливаемый или «мертвый» слой жидкого чугуна; этот слой необходим для предотвращения размывания лещади потоками чугуна в горне. Печи малого объема имеют одну чугунную летку, объемом 2000 м3 — две, объемом 2700 м3 — три, а печи объемом 3200-5500 м3 — четыре летки. На больших печах с четырьмя поочередно работающими летками число выпусков чугуна в сутки достигает 18-24, на печях объемом 1000 м3 оно равно 4-5.

Шлаковые летки располагают выше оси чугунных леток на 1,4-2,0 м. На печах объемом 2700 м3 и менее имеется по две шлаковых летки, служащих для выпуска так называемого «верхнего» шлака; кроме того часть шлака вытекает вместе с выпус­каемым чугуном через чугунные летки («нижний» шлак). На печах объемом 3200- 5500 м3, имеющих четыре чугунных летки, практически весь шлак выходит через чугунные летки вместе с чугуном, и на этих печах делают одну шлаковую летку, имеющую резервное значение. Летку закрывают и открывают с помощью шлакового стопора.