11.05.2018

Обзор зарубежных конструкций и современные тенденции развития охлаждения шахт доменных печей


За рубежом в шахтах доменных печей преимущественно применяют горизонтальные холодильники различных типов — сварные и литые коробчатые с естественным переливом воды из одного холодильника в другой, а также с принудительной циркуляцией.

Направленное движение воды в таких холодильниках осуществляется устройством перегородок. Практикуется изготовление холодильников из медных сплавов.

Для удобства смены холодильники изготовляют клиновидной формы.

Высота охлаждаемой части шахты обычно находится в пределах 6,0—8,0 м, достигая в отдельных случаях 12 м, а также всей высоты шахты (ФРГ).

Вместе с тем существуют печи с уменьшенным числом рядов холодильников в шахте (3—5), а также неохлаждаемые шахты.

Холодильники располагают в шахматном порядке на расстоянии 500—900 мм по вертикали и 920—1200 мм по горизонтали. Расстояние от холодильников до рабочего пространства составляет 200—300 мм.

В шахте обычно применяют алюмосиликатную футеровку толщиной 900—1200 мм; в отдельных случаях верхнюю часть выполняют из материала высокой механической прочности, нижнюю — из материала с высокими огнеупорными свойствами.

В США в настоящее время из алюмосиликатных огнеупоров изготавливают универсальный доменный кирпич высшего класса, используемый для футеровки всех зон печи.

Независимо от применяемых конструкций холодильников и качества огнеупоров наиболее интенсивный разгар кладки наблюдался в нижней части шахты на расстоянии 2,5—3,0 м от маратора.

В Англии испытывали углеродистую футеровку в шахте.

При высокой стойкости углеродистых огнеупоров в заплечиках отмечена неудовлетворительная служба их в шахте, особенно в верхней ее части. Так, на двух доменных печах завода Эпплби-Фродингем, футерованных по всей высоте углеродистым огнеупором, быстрый разгар кладки наблюдался в верхней части после года работы. После 2—3 лет работы кладка изнашивалась полностью, за исключением некоторой части высотой 4—6 м от мараторного кольца.

Небольшой срок службы толстостенных шахт привел к мысли о целесообразности максимально возможного сокращения ее толщины (до толщины одного кирпича, равной 200—300 мм) и даже полного исключения кладки.

Так, в конце прошлого века Бургере (Германия) предложил принять в шахте вместо футеровки чугунные толстостенные плиты с выступающими ребрами и залитым в них огнеупорным кирпичом.

Вся шахта по системе Бургерса состояла из поясов высотой по 1,5 м каждый. Плиты соединяли болтами и скрепляли стальными бандажами. Охлаждение осуществляли при помощи системы брызгал, по высоте шахты находилось несколько водосборных корыт.

Широкому распространению шахты такой конструкции препятствовали сложность изготовления и низкая стойкость плит из-за образования в них трещин, нарушавших герметичность печи.

Печи с наружным поливом, незакрепленной тонкостенной кладкой, не имели преимуществ перед толстостенными шахтами, так как такая система не предохраняла кладку от обрушения (сначала в нижней части, а затем по всей высоте), а работа с оголенным кожухом и непостоянным защитным слоем гарниссажа приводила к перегреву и деформациям кожуха.

Дальнейшее развитие конструкция шахт получила в Чехословакии (с 1926 г.), ФРГ и Англии.

Последние конструкции тонкостенных шахт, разработанные в Чехии, представляют собой цельно-сварной кожух с прикрепленными к нему наклонными неохлаждаемыми ребрами, между которыми закладывается кладка толщиной 150—250 мм.

Исследования проф. С. Черноха показали, что тонкостенные шахты характеризуются следующими преимуществами перед толстостенными:

1) появляется возможность увеличить полезный объем действующих печен; 2) повышается герметичность шахты, что особенно важно при увеличении давления газа под колошником.

Вместе с тем проф. С. Чернох указывает на необходимость более тщательного подбора профиля при переходе на тонкостенные шахты.

В ФРГ стали ограничивать толщину кладки шахты до 500 мм с охлаждением ее укороченными горизонтальными холодильниками.

С целью увеличения стойкости в условиях работы на цинксодержащих рудах на заводе в Хукингене испытывали конструкцию тонкостенной шахты (350—400 мм), охлаждаемой наружным поливом.

Для поддержания кладки от обрушения на кожухе были наварены уголки сечением 180х180х20 мм и длиной 2,5—3,3 м, расположенные в шахтном порядке на расстоянии по вертикали 1,0 м. Однако уже в первые 4 месяца работы кладка шахты обрушилась, и печь работала при непостоянном гарниссаже. В дальнейшем наблюдалась деформация и разрывы кожуха. Расходы воды на охлаждение шахты после 1,5 месяцев работы составлял 300 м3/ч, тепловые потерн 840 тыс. ккал/ч. После 20 месяцев работы тепловые потери возросли до 2,5 млн. ккал/ч.

По сравнению с другой доменной печью того же завода, охлаждаемой горизонтальными холодильниками, доменная печь, имеющая тонкостенную шахту, работала с худшими производственными показателями. Опыт работы подобной конструкции шахты еще на двух доменных печах другого завода показал, что печи после разгара шахты начинали работать с повышенным расходом кокса.

В Англии применение тонкостенной шахты стало результатом исследования причин образования настылей и борьбы с ними. Под этим углом зрения в работе приведен анализ службы огнеупорной футеровки и сделан вывод, о том, что независимо от типа применяемых огнеупоров образование настылей и зависания шихты являются результатом взаимодействия между шихтой и огнеупорами.

На этом основании выдвинута идея о создании тонкостенной шахты без огнеупорной футеровки, так называемой самофутерующейся печи.

Принципиальное отличие конструкции самофутерующейся печи заключается в том, что необходимые очертания рабочего пространства образуются не огнеупорной кладкой, а из компонентов шихты. В отличие от печей с периферийными холодильниками или с поверхностным охлаждением последнее достигается не сцеплением слоев шихты с жидкими и пластическими составляющими с охлаждающей поверхностью, а при помощи специальных поддерживающих устройств.

Эти задерживающие кольцевые устройства устанавливают по всей высоте печи и пространство между ними может заполняться как твердыми, так и жидкими компонентами шихты.

Попавший первоначально между полками материал можно рассматривать как механическую смесь устойчивых и неустойчивых составляющих шихты в зависимости от их местоположения и температурных условий.

Потеря неустойчивых элементов в результате физико-химических превращений и замена их устойчивыми приводит к накоплению только устойчивых. С течением времени материал, попавший между кольцевыми полками, приобретает такие же прочностные свойства и газонепроницаемость, какими обладают настыли.

В США в связи с неудовлетворительной стойкостью шахт в настоящее время намечается тенденция к уменьшению толщины кладки, а также к переходу на охлаждение периферийными плитовыми холодильниками.

Тонкостенная шахтa применена в 1063 г. на одной из печей полотым объемом 1040 м3 завода фирмы «Армко Стил корпорейшен». Толщина кладки в наиболее тонкой части шахты составила 475 мм.

Шaxтa печи охлаждается 15 рядами горизонтальных холодильников, рабочая поверхность которых расположена по проектному профилю. Кладка утолщается к мараторному кольцу. Заплечики охлаждаются также горизонтальными холодильниками.

Печь имеет 24 воздушные фурмы и по 2 шлаковые и чугунные летки.

Представляют интерес работы, проведенные на одном американском заводе по усовершенствованию системы охлаждения двух доменных печей с диаметром горна 6,3 м.

На одной печи в 1964 г. в заплечиках вместо традиционного охлаждения 8 рядами горизонтальных медных холодильников с толщиной кладки 570 мм применены вертикальные гладкие холодильники.

Холодильники толщиной 150 и шириной порядка 750 мм имеют высоту до 3,5 м; толщина кладки сокращена до 340 мм. Считается, что при такой конструкции холодильников обеспечивается хорошая газоплотность и возможность достижения высокой стойкости в результате образования гарниссажа, а при отсутствии его — за счет значительной толщины металлической плиты.

Тепловые потери с охлаждающей водой при вертикальных плитовых холодильниках по данным замеров вдвое меньше, чем при медных горизонтальных.

На другой доменной печи аналогичные изменения осуществлены в нижней части шахты (рис. 102).
Вместо обычных 12 рядов горизонтальных медных холодильников, закладываемых на глубину 450 мм, установлено 4 ряда вертикальных чугунных плит толщиной 120 мм и по 30 холодильников в ряду на высоту ~8 м над мараторным кольцом. Толщина кладки перед холодильниками составляет 675 мм при общей толщине 775 мм.

Кладка выполнена без зазора, вплотную к холодильникам.

Зазор между холодильниками и кожухом толщиной 50—75 мм заполнен специальной полиуретановой пеной, обеспечивающей хорошую изоляцию кожуха и исключающей циркуляцию газов.

Каждый холодильник прикреплен к кожуху тремя болтами (возможно свободное перемещение при расширении кладки).

Отличительной чертой этой конструкции является применение специальных натяжных регулируемых канатов на каждые три холодильника для компенсации тепловых расширений и лучшего контакта холодильников с кладкой.

Газоплотность кожуха обеспечивается при помощи специальных колпаков со съемными крышками, устанавливаемых на болтах, и защитных гофрированных трубок, приваренных к кожуху и к охлаждаемой трубке.

На печи предусмотрено вертикальное соединение холодильников шахты; имеется 30 вертикальных контуров (по одному холодильнику из каждого ряда).

Такое соединение холодильников упрощает коммуникации и обслуживание (всего две кольцевые площадки), а также обеспечивает более равномерную подачу воды во все секции.

Еще одной особенностью реконструированной печи является установка в шахте опытной панели размером 1.8х7,8х0,45 м из блоков, отлитых из жаропрочных огнеупоров. Опытные блоки при пористости огнеупора >1,0% и более высокой теплопроводности (в четыре раза большей, чем обычные огнеупоры) по прочностным свойствам превосходят огнеупоры в 3—5 раз.

Перед опытным участком выложена защитная кладка толщиной 230 мм.

Потери тепла с охлаждающей водой в шахте с измененной системой охлаждения составляют: 12,6 тыс. ккал/(м2*ч) при медных горизонтальных холодильниках; 14,4 тыс. ккал/(м2*ч) — при периферийных с обычной кладкой и 21,5 тыс. ккал/(м2*ч) в районе опытной панели с блоками повышенной теплопроводности.

Показания термопар, заложенных в кладку на расстоянии 150 мм от холодильников, указывают на более интенсивное охлаждение футеровки из литых огнеупоров: температура в местах замера составляет 250° С по сравнению с 320—400° С при обычном огнеупоре.

Автор считает, что периферийное охлаждение в шахте доменных печей следует устанавливать в сочетании с высокопрочным, малопористым и высокотеплопроводным огнеупорным материалом, тогда появится возможность образования на рабочей поверхности кладки постоянного защитного слоя гарниссажа и, следовательно, увеличения срока службы шахты.

Таким образом, обобщая опыт проектирования и эксплуатации отечественных и зарубежных доменных печей, можно выделить два принципиально различных по своему назначению конструктивных решения охлаждения шахты.

1. Неохлаждаемая изолирующая стенка из высококачественного огнеупорного материала, характеризуемого низкой теплопроводностью, толщина которой будет диктоваться необходимостью тепловой изоляции кожуха от действия высоких температур. Для обеспечения независимости отдельных участков кладки от целостности нижележащих и соседних участков при возможном их разгаре могут быть применены охлаждаемые кронштейны, которые должны служить опорой для кладки.

Такую конструкцию применяют на большинстве наших доменных печей, однако при этом кладку выполняют из огнеупора, не соответствующего предъявляемым к нему требованиям, а охлаждаемые элементы не соответствуют своему назначению.

Эти недостатки доменщики пытаются компенсировать применением чрезмерно толстой кладки, что приводит лишь к частым ремонтам для замены холодильников и кладки, увеличению расхода огнеупоров и ремонтных затрат.

Несколько иное положение с комбинированными холодильниками плита — кронштейн, которые должны обеспечивать более длительный межремонтный период вследствие двустадийного износа холодильников: сначала должны выйти из строя выступы, затем — основные плиты.

2. Конструкция тонкостенной шахты (300—500 мм) с интенсивным охлаждением рабочей поверхности периферийными плитовыми холодильниками, в которой огнеупорная кладка заменена подвижной оболочкой из размягченной шихты и шлаков.

Защитный слой кладки перед охлаждаемой поверхностью необходим для начального задувочного периода.

Ниже более подробно сравнивается работа холодильников комбинированных (плита—кронштейн) и периферийных, без опорных выступов.





Яндекс.Метрика