Промышленные печи

Промышленные печи и трубы

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Конструкция доменной печи

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.

Футеровка металлоприемника в печах объемом 2000—3200 ж3 достигает толщины 1600— 2500 мм и, так же как и лещадь, охлаждается вертикальными плитовыми холодильниками. Нижнюю часть футеровки металлоприемника выполняют из углеродистых блоков.

Чугунная летка располагается несколько выше лещади, в связи с чем на последней образуется мертвый слой жидкого чугуна, предохраняющий ее от разрушения чугуном (при выпуске последнего через летку) и шлаком. В месте прохода чугунной летки углеродистые блоки заменяют кладкой из высокоглиноземистого кирпича. Летку выкладывают в виде прямоугольного канала размером 200X300 мм и заключают в специальную металлическую раму. Чугунную часть летки во время работы печи закрывают пробкой из огнеупорной массы, забиваемой при помощи механизма, называемого электропушкой. Для выпуска чугуна в пробке пробивают электробуром отверстие.

Шлаковые летки (обычно их две) располагают на высоте 1800—2600 мм от лещади. Шлаковая фурма конической формы охлаждается водой и имеет отверстие для выпуска шлака диаметром 65 мм.

Фурма входит в медный холодильник, поверх которого имеется еще один чугунный холодильник со змеевиком. Отверстие шлаковой летки закрывают специальным стопором.

Кладка фурменной зоны подвергается действию высокой температуры (1600—1700° С) и химическому воздействию капель шлака и чугуна, стекающих в металлоприемник; она выполняется из шамотного кирпича марки ША с тонкими швами. Толщина футеровки фурменной зоны колеблется от 1250 до 345 мм.

Конструкция воздушных фурм аналогична устройству шлаковых, только отверстие для вставки сопла, подающего воздух, больше отверстия для выпуска шлака (диаметр 175—200 мм). Конец воздушной фурмы несколько выступает из футеровки внутрь печи, чтобы отвести поток газа от футеровки.

Заплечики подвергаются действию высокой температуры, истиранию кусками руды и кокса и разъеданию каплями шлака. Их выполняют из шамотного кирпича марки ША с тонкими швами. Во всех современных печах применяют тонкостенные заплечики с футеровкой толщиной 345 мм, охлаждаемой плитовыми холодильниками. Благодаря интенсивному охлаждению заплечиков на их поверхности образуется слой шлака с большим содержанием углерода — гарнисаж, защищающий кладку от воздействия жидких продуктов плавки.

Распар бывает тонкостенный — с футеровкой толщиной 345 мм и толстостенный — с футеровкой толщиной 1380—690 мм. Футеровка тонкостенного распара аналогична футеровке заплечиков, а толстостенного — футеровке шахты.

Температура в шахте изменяется от 1000 до 1100° С в нижней части, до 200—350° С — в верхней части. В связи с этим для кладки шахты применяют менее огнеупорный кирпич марки ШБ, чем для низа доменной печи. Кладка шахты в основном подвергается истирающему действию опускающихся кусков шихты. Помимо этого, в верхней части шахты в зоне температур 300— 700° С происходит отложение в порах и трещинах кирпича и в швах кладки сажистого углерода, металлического цинка и окиси цинка — цинкита.

Сажистый углерод образуется в газах в результате так называемой реакции Белля: 2СО=СС>2+С, протекающей в присутствии окиси железа при температуре 450—700° С. Сажистый углерод со временем претерпевает полиморфные превращения (переходя из одной модификации в другую), сопровождающиеся увеличением объема, что влечет за собой  разрушение  кладки.

Аналогичное действие на кладку оказывает содержащийся в некоторых железных рудах цинк. Отлагаясь в кладке и соединяясь в дальнейшем с окисью или двуокисью углерода, он переходит в окись цинка (Zn+C02=ZnO+CO, Zn+CO = ZnO-fС), что сопровождается увеличением объема.

В связи с этим для футеровки шахты применяют высокопрочный кирпич, хорошо сопротивляющийся истиранию. При этом кирпич должен быть плотным, малопористым, без трещин и с малым содержанием окиси железа.

Кладка толстостенного распара (или шахты) печей объемом до 2000 м3 основывается на широком металлическом кольце, называемом моратором, опирающемся на кЪлонны. В печах объемом 2700, 3200 и 5000 мъ распар (шахта) опирается на консоль вертикального холодильника. Толщина футеровки шахты 750— 920 мм. В нижней части шахта охлаждается аналогично горну и заплечикам плитовыми вертикальными холодильниками или в старых печах горизонтальными холодильниками, закладываемыми в кладку. Колошниковую часть кладки шахты предохраняют от разрушения ударами загружаемых материалов стальными защитными сегментами. Колошниковое устройство служит для равномерной загрузки шихты в печь и отвода газов.

Засыпной аппарат состоит из приемной воронки, куда засыпают материал, малого конуса, закрывающего снизу приемную воронку, и большого конуса, прилегающего к чаше, прикрепленной на фланце опорного кольца шахты. Малый конус закреплен на полой штанге, внутри которой проходит штанга большого конуса. При загрузке сначала опускают малый конус и материал из приемной воронки высыпается на большой конус, затем малый конус поднимают, закрывая отверстие приемной воронки, а большой конус опускают, высыпая материалы в печь. Двойной запор сделан для того, чтобы во время засыпки газы не выбивались наружу. Опускание и подъем конусов производят при помощи рычагов — балансиров, соединенных с тросом конусной лебедки. Приемная воронка состоит из неподвижной и вращающейся частей. Последняя для равномерного распределения материалов по окружности печи поворачивается вместе с малым конусом на определенный угол после загрузки каждой очередной порции материалов. Работа засыпного устройства автоматизирована и связана с работой скипового подъемника. Колошниковый газ, имеющий температуру 150—300° С, уходит в газоотводы через четыре отверстия в куполе печи.

  Доменные цехи. В доменном цехе производится выплавка чугуна из ...

  Как получают металлы. Металлические материалы

  Основы технологии черных металлов. Доменное производство.