Анализ работы применяемых конструкций холодильников шахт доменных печей

Взгляды на роль и значение охлаждения шахты крайне различны — от отрицания охлаждения шахты и необходимости создания высококачественного огнеупора до утверждения, что целесообразно применять интенсивное охлаждение плитовыми холодильниками без использования огнеупорной кладки.

Назначение охлаждения в шахте заключается в создании надежной защиты кожуха от действия высоких температур и сохранения заданных очертаний рабочего профиля на протяжении всего межремонтного периода работы печи.

В настоящее время в шахте применяют холодильники следующих типов: горизонтальные коробчатые и плитовыe (сменяемые); горизонтальные закладные (несменяемые); кронштейновые; комбинированные вертикально-горизонтальные (совмещенная в одном холодильнике плита — кронштейн); вертикальные плитовые с залитым кирпичом и с ребрами без залитого кирпича.

Конструкция холодильников представлена на рис. 95—97, устройство шахты с холодильниками указанных типов — рис. 98—101.

Часто объясняют положительную роль холодильников понижением температуры огнеупора в результате его охлаждения. Однако, как показало электромоделирование и замеры на действующих печах, охлаждающее действие холодильников проявляется только в непосредственной близости к ним, не распространяясь на температуру рабочей поверхности огнеупора.

В связи с этим физико-химический износ огнеупоров протекает практически одинаково с охлаждением и без него.

Кронштейновые и горизонтальные холодильники шахты, располагаемые в шахматном порядке, создают неравномерное поле в кладке, что становится источником возникновения термических напряжений и деформации кладки.

Разгар кладки и выход из строя одного из холодильников приводит к проникновению зоны высоких температур в глубь кладки и перегреву кожуха, вследствие чего необходим наружный полив.

Горизонтальные плавающие холодильники, установленные сплошными поясами, создают более ограниченную зону температур отложений углерода и цинка лишь при достаточно малом расстоянии между ними.

Наиболее равномерное поле создают вертикальные плитовые холодильники, однако, надежно защищая кожух от нагрева, они не способствуют сохранности кладки, так как не охлаждают ее и не предохраняют от обрушения.

Все холодильники локального действия (кронштейновые, горизонтальные плитовые, плавающие) мало пригодны для длительной работы в условиях форсированного ведения доменной плавки, дальнейшего увеличения полезного объема доменных печей и повышения давления газа под колошником.

Клиновидная форма холодильников, принятая для облегчения монтажных работ и замены холодильников в процессе кампании, исключает хорошую монолитность, способствует образованию щелей в кладке, снижая и без того низкую эффективность охлаждения.

При нарушении кладки горизонтальные плитовые холодильники втягиваются опускающейся шихтой.

Применяемые специальные амбразуры не исключают втягивания, при этом они ослабляют кожух и нарушают его газоплотность.

Кронштейновые холодильники более устойчивы против втягивания, однако, имея еще меньшую опорную поверхность, они разрезают кладку; при этом возможность ее обрушения не устраняется.

После обрушения кладки шахты во избежание перегрева кожуха печи, как правило, включают наружный полив.

Однако наружный полив не является надежным средством для сохранения кожуха, особенно при работе с повышенным давлением, поэтому печи обычно останавливают на ремонт для восстановления кладки.

Горизонтальные закладные холодильники (плавающие) применяли в Росии на Кузнецком и Нижне-Тагильском металлургических комбинатах в условиях работы печей на цинксодержащих рудах.

Металлический цинк и цинкиты, насыщающие кладку, вызывают значительный рост ее в вертикальном и поперечном направлениях, поэтому применение холодильников без жесткой самостоятельной опоры, способных перемещаться с кладкой, не нарушая водоплотности, было оправданным.

Однако в результате длительных поисков и промышленных экспериментов доменщиков HTMK и KMK пришли к выводу о целесообразности применения в шахте вертикальных плитовых холодильников.

Закладные горизонтальные холодильники не предохраняли шахту от разгара, они затягивались шихтой и быстро выходили из строя.

Кронштейновые холодильники оказались более стойкими, однако целостность кладки они также не обеспечивали. В зонах между холодильниками кладка интенсивно разрушалась до самого кожуха.

В результате повышения интенсивности охлаждения кладки за счет увеличения числа горизонтальных плавающих холодильников и частоты их расположения (вплоть до установки их сплошными поясами) также не удалось значительно увеличить стойкость шахты. He увенчалась успехом попытка применения вертикальных гладких холодильников толщиной 100—120 мм в сочетании с углеродистыми блоками.

Установка углеродистых блоков вплотную к плитовым холодильникам без компенсационного зазора привела к поломке большого числа холодильных плит из-за роста блоков вследствие насыщения цинком. Стойкость шамотной футеровки, которой заменили углеродистые блоки, также оказалась очень низкой. Через 7 мес. после задувки кладка в нижней части шахты полностью разрушилась и вышло из строя много плитовых холодильников.

В настоящее время все доменные печи HTMK оборудованы вертикальными плитовыми холодильниками, изготовленными по новой технологии, в сочетании с тонкостенной шахтой и испарительным охлаждением.

Аналогичная картина наблюдается и на Кузнецком металлургическом комбинате (KMK). Применявшиеся до последнего времени в шахте плавающие горизонтальные холодильники (плитовые чугунные и стальные коробчатые) в условиях форсированной работы доменных печен не обеспечивали необходимой стойкости шахт. Сочетание их с вертикальными плитовыми холодильниками, расположенными у кожуха, и углеродистой кладкой существенно не увеличило стойкости.

В настоящее время на всех доменных печах комбината применены вертикальные плитовые холодильники конструкции KMK с тонкостенной кладкой в шахте.

Низкая стойкость плитовых холодильников на ряде доменных печей в 60-х годах при работе как на водяном охлаждении, так и на испарительном, вызвала сомнения в работоспособности плитовых холодильников в шахте и предложения о необходимости создания такой конструкции, которая, являясь хорошей опорой для кладки и предохраняя се от разрушения, в случае разгара и выхода из строя кронштейна обеспечивала бы надежную защиту кожуха от перегрева.

Такие комбинированные холодильники были разработаны еще в 40-х годах В.Д. Сорокиным.

В настоящее время комбинированные холодильники применяют на ряде заводов при работе как с водяным охлаждением, так и с испарительным. Подробнее о работе комбинированных холодильников сказано ниже.

З.Н. Некрасовым, Г.Р. Тонконогом, А.П. Яковлевым и Ф.П. Тарановым была предложена конструкция шахты, основанная на идее сохранения кладки в шахте в результате заключения ее в специальные водоохлаждаемые блоки.

Вместо толстостенной кладки авторы рекомендуют устанавливать по всей высоте шахты специальные армированные водоохлаждаемые огнеупорные блоки. Каждый блок представляет собой холодильник высотой 1780 и шириной 1140 мм, прикрепляемый к кожуху при помощи болтов.

Блоки состоят из комбинации вертикальной плиты толщиной 100 мм и отлитых вместе с плитой горизонтальных ребер длиной 450 мм. Пространство между ребрами заполняют огнеупорным кирпичом.

В каждом блоке вертикальная плита и горизонтальные ребра охлаждаются самостоятельно с помощью залитых в них трубок.

Недостатком такой конструкции следует признать трудность достижения высоких прочностных свойств рабочих ребер блоков из-за ослабления охлаждающего действия при значительном удалении трубок от рабочей поверхности ребер.