10.05.2018

Служба холодильников доменных печей


Одним из малоизученных вопросов является выбор рациональной конструкции холодильников доменных печей. Технический уровень доменного производства за последние десятилетия сильно возрос, роль системы охлаждения повысилась. Можно с уверенностью скачать, что современный прогресс доменного производства невозможен без правильного решения проблемы охлаждения. Однако техника охлаждения доменных печей значительно отстала. Главные конструктивные элементы охлаждения — холодильники печи — проектировали и изготовляли без какой-либо научно-технической основы. Обычно новейшие достижения в системе охлаждения сводились к повторению удачных решений на какой-либо печи, без анализа причин подобного успеха. Благодаря этому получили распространение случайные решения. Технология отливки холодильников поступила в ведение персонала литейных цехов, где основная задача сводилась к соблюдению технических условий заказчика и минимальному количеству брака по литью.

К конструированию и изготовлению холодильников стали подходить научно в период создания испарительного охлаждения. Были исследованы причины разрушения холодильников, температурные условия их работы, особенности изготовления и, наконец, выбраны оптимальная конструкция, материал холодильников и технология их отливки. Данный раздел книги посвящен изложению основных сведений по созданию научно обоснованной конструкции холодильников и технологии их отливки.

Назначение холодильников состоит в защите кожуха доменной печи от нагрева при разрушении защитной кладки, а также для поддержания кладки в районе шахты. В настоящее время на доменных печах применяют плитовые, кронштейновые и горизонтальные холодильники (закладные и плавающие).

Можно выделить три характерные причины разрушениях холодильников печи:

а) физико-химические процессы, происходящие при высоких температурах в материале холодильников;

б) термические напряжения, связанные с неравномерным температурным полем в холодильниках и жестким креплением холодильников к кожуху печи;

в) литейные напряжения, возникающие в холодильниках при неправильной технологии отливки и рамной конструкции.

Разрушения в результате физико-химических процессов

Структура чугунных отливок, находящихся длительное время под воздействием высоких температур, подвергается значительным изменениям — наблюдается «рост» чугуна с последующим ухудшением его механических свойств. Явление роста заключается в постепенном увеличении объема чугунных изделий. В обыкновенном сером чугуне (например, марки СЧ 15-32) рост начинается при температуре ~500°С и особенно интенсивно протекает в интервале 700—800°С.

В чугуне, легированном хромом, рост и снижение механических свойств протекают при более высоких температурах. Например, при содержании ~0.5% Cr чугун выдерживает длительный нагрев до 600°C. Изменение механических свойств чугуна, применяемого для холодильников, было исследовано на ряде доменных печей.

По результатам исследований можно сделать следующие основные выводы:

1) структура и механические свойства чугуна, из которого изготовлена основная плита холодильника, в процессе кампании печи не изменяются и сохраняют свое первоначальное состояние, что обусловлено хорошим охлаждением плиты;

2) в холодильниках с частично отключенными охлаждаемыми трубками (из четырех две отключены) наблюдается значительный износ там, где трубки отключены. Чугунная плита разрушается до половины толщины и более;

3) чугунные ребра холодильников подвергаются износу. Peбpa длиной 345 мм (доменная печь № 4 Донецкого металлургического завода) уменьшились до 100—150 мм; ребра длиной 150 мм (доменная печь № 2 Донецкого металлургического завода и № 3 металлургического завода им. Ильича) до 80—100 мм;

4) результаты всесторонних металлографических, химических и механических исследований показали, что структура и механические свойства чугуна на концах ребер изменились. Этот вывод основан на следующих фактах:

а) предел прочности чугуна на поверхности ребер снижается до 35%, а твердость — до 23% первоначальной величины;

б) плотность чугуна со стороны обогреваемой поверхности ребер уменьшается на 8%, что непосредственно подтверждает его необратимое перерождение;

в) в слое чугуна на поверхности ребер увеличивается количество общего и свободного углерода в виде графита. Это является результатом разложения перлита на феррит и графит в результате длительного нагрева;

д)чугун на участках холодильников с выключенным охлаждением переродился в результате длительного нагрева.

Внешний вид плитового холодильника шахты после длительной работы печи № 3 на металлургическом заводе им. Ильича, работавшей с испарительным охлаждением, представлен на рис. 17.
Из сказанного выше следует, что разрушению подвержены плохо охлаждаемые участки холодильников, температура которых превышает 500° С. Длительная надежная служба холодильников возможна только при хорошем его охлаждении, т. е. при температуре ниже 500° С.

Разрушение в результате термических напряжений

Холодильник при работе в печи разогревается. В плитовых холодильниках постепенно снижается температура плиты в направлении от обогреваемой поверхности к фронту охлаждающих трубок. В результате такого нагрева плитовый холодильник удлиняется и коробится. Если холодильник жестко прикреплен к кожуху, то в нем возникают значительные термические напряжения, которые могут привести к поломке плиты. Такими плитовыми холодильниками были оборудованы первые доменные печи с испарительным охлаждением; низкая стойкость холодильников на этих печах в значительной степени обусловлена их неправильной конструкцией и жестким креплением к кожуху печи. Механическое напряжение в плите холодильника при его жестком креплении можно определить по рис. 18.
Вид разрушенного холодильника, который был жестко прикреплен к кожуху, приведен на рис. 19. К неудовлетворительному (или аварийному) состоянию холодильников приводит также жесткое крепление при помощи болтов к кожуху. Однако авторам неизвестны случаи поломки холодильников по этой причине. Надо полагать, что тепловые деформации компенсируются в результате больших зазоров в болтовых отверстиях. Термические напряжения от неравномерного температурного поля также не приводят к разрушению холодильников.

Разрушения в результате литейных напряжений

При отливке холодильников возникают литейные напряжения. Эти напряжения достигают особенно высоких значений, если в плиту холодильника залит кирпич. Это можно объяснить тем, что при затвердевании происходит усадка чугуна (сокращаются литейные размеры), а кирпич сохраняет примерно постоянные размеры, поэтому в отливке возникают напряжения.

Таким образом, надежная работа холодильников может быть достигнута в результате хорошего охлаждения, эластичного крепления к кожуху печи, рациональной конструкции и правильной технологии отливки.





Яндекс.Метрика