title-icon
Яндекс.Метрика
» » Значение главнейших размеров профиля доменной печи

Значение главнейших размеров профиля доменной печи

Производительность доменной печи прежде всего зависит от ее вместимости, или полезного объема М.А. Павлов полезным объемом называет объем, заполненный плавильными материалами и продуктами плавки (от горизонта засыпи до выпускного отверстия для чугуна). Некоторые авторы считают полезный объем от уровня засыпи до горизонта фурм. Это неверно, так как объем горна ниже фурм играет весьма существенную роль в доменном процессе.
Основные размеры печи:
1) по высоте: а) полная и полезная высота доменной печи; б) высота отдельных зон — цилиндрической части колошника, шахты, цилиндрической части шахты (распара), заплечиков, горна;
2) поперечные размеры: диаметр горна, диаметр распара, диаметр колошника.
Кроме этих размеров, весьма существенное значение имеют углы наклона стен шахты и стен заплечиков.
Рассмотрим значение каждого из перечисленных размеров.
Полезная высота. Полезная высота доменной печи, согласно М.А. Павлову, это расстояние от оси чугунной летки до горизонта засыпи на колошнике. Так как этот горизонт может быть переменным, то условно за этот горизонт принимается положение нижней кромки конуса в опущенном состоянии. Полной высотой доменной печи называется расстояние от оси чугунной летки до верхней кромки опорного кольца кожуха шахты, на котором покоится воронка засыпного аппарата. Таким образом, полная высота больше полезной на расстояние, занимаемое засыпным аппаратом; она зависит от конструкции засыпного аппарата и фактически не имеет непосредственного отношения к профилю доменной печи.

Полезная высота доменной печи зависит в современных условиях от прочности применяемого горючего; она тем выше, чем прочнее горючее. Предельной полезной высотой в современных условиях считается 27—29 м. От полезной высоты зависит максимально допустимый полезный объем доменной печи, поскольку, как это было установлено еще Грюнером, существуют предельные отношения высоты к поперечному сечению. При чрезмерном увеличении поперечного сечения доменной печи неравномерность работы печи по сечению настолько возрастает, что достижение удовлетворительных результатов доменной плавки становится невозможным.
Диаметр горна. Как указывалось выше, первоначально доменные печи имели очень узкие горны. Это вызывалось тем, что маломощные примитивные воздуходувные машины, приводимые в действие силой воды, подавали в единицу времени очень мало воздуха; соответственно мало сгорало углерода и мало выделялось тепла; для того чтобы получать в горне доменной печи достаточно высокую температуру, необходимую для поддержания в расплавленном состоянии чугуна и шлака, старались уменьшить объем горна, где происходило горение. Узкие горны долго сохранялись и после того, как в распоряжении металлургов появились воздуходувные машины, которые могли подавать в единицу времени гораздо больше дутья, чем это требовалось для печей с узким диаметром горна. Как уже указывалось, увеличение полезного объема достигалось чрезмерным расширением распара, что вело к плохому использованию объема; рабочим объемом фактически оказывался объем пространства, расположенного непосредственно над горном (рис. 103). Материалы же, расположенные вне этого пространства, опираясь на пологие заплечики, оставались почти недвижимыми, уплотнялись, делались труднопроницаемыми для газов и фактически в процессе не участвовали. Лишь со второй половины XIX в. началось постепенное уширение горна доменных печей.
Диаметр горна с 1,0—1,5 м был постепенно увеличен до 5—6 м в печах среднего размера и до 7—8 м — в самых больших печах. В самое последнее время построено несколько печей с диаметром горна 8,54 м.
Практика покажет, насколько можно увеличить диаметр горна сверх уже достигнутого без ущерба для нормальной работы доменных печей.
Следует иметь в виду, что вопрос о рациональном диаметре горна, так же и о любом другом размере профиля доменной печи, нельзя рассматривать изолированно, без учета того, насколько выдержана пропорциональность между этими размерами.
Диаметр распара. В современных коксовых печах с рациональным профилем отношение диаметра распара к диаметру горна находится в пределах 1,1—1,15. В больших и самых больших современных доменных печах диаметр распара колеблется в пределах от 7,0 до 9 м.
Естественно возникает вопрос о том, почему диаметр распара должен быть больше диаметра горна, правильно ли то, что расширение горна, начавшееся около столетия тому назад, остановилось на указанных выше соотношениях, не следует ли сделать диаметр горна равным диаметру распара.
Анализируя имеющийся опыт, мы считаем несомненным, что доведение диаметра горна до величин диаметра распара было бы неправильным на следующим двум причинам:
а) при диаметре горна, равном диаметру распара, стенки печи над фурмами будут быстро разгорать;
б) при диаметре горна, равном диаметру распара, чрезвычайно усилится периферийный поток газов вследствие того, что область горения и тем самым зона разрыхления материалов приближаются непосредственно к стенкам шахты.
Диаметр колошника. Этот размер зависит, во-первых, от диаметра распара, во-вторых, от диаметра большого конуса. Кроме того, должна существовать определенная зависимость между диаметром горна и колошника.
Наклон стен шахты необходим для обеспечения разрыхления столба шихтовых материалов и создания оптимально развитого периферийного потока газов. Последнее необходимо потому, что, как показал опыт, при недостаточно развитом периферийном потоке газов неизбежен неровный ход печи, частые похолодания, проход к фурмам неподготовленных материалов и т. д.
Конусность стен шахты необходима еще и для того, чтобы исключить возможность попадания к стенам распара большого количества жидких и полужидких масс, которые будут образовывать на стенках настыли и препятствовать прохождению газов.
Однако, с другой стороны, недопустима и слишком большая разница между диаметром распара и колошника, так как в этом случае будут создаваться благоприятные условия для чрезмерного развития периферийного потока газов. Чрезмерно развитый периферийный поток газов недопустим, так как он вызывает резкое увеличение расхода кокса и быстрый износ футеровки печи.
При опускании шихтовых материалов вниз руда как тело более тяжелое, чем кокс, в большей степени оттесняет кокс к стенкам шахты. Поэтому при большой разнице между диаметрами распара и колошника к стенкам распара будет приходить много кокса и мало руды, что и вызывает развитие периферийного потока газов.
Зависимость между диаметрами колошника и большого конуса объясняется тем, что разность между диаметром колошника и диаметром большого конуса определяет величину зазора между стенками колошника и кромкой большого конуса. При большом зазоре между конусом и стенками колошника гребень материалов, ссыпающихся с большого конуса, будет располагаться на некотором расстоянии от стен колошника. В силу этого у стен печи будет располагаться меньше руды, чем на некотором расстоянии от них, что нежелательно, так как способствует развитию периферийного потока газов. При малом зазоре материалы будут ударяться о стенки колошника и отражаться от них, что также будет неблагоприятно влиять на распределение материалов.
Оптимальная величина зазора зависит от физических свойств шихтовых материалов, от других размеров печи и условий ее работы и колеблется в пределах 600—900 мм (на одну сторону).
Установление определенной зависимости между диаметром горна и колошника с первого взгляда может показаться излишним, поскольку при проектировании профиля исходят из определенных соотношений между диаметрами колошника и распара, с одной стороны, и горна и распара — с другой. Однако такая точка зрения неправильна, ибо она не учитывает, что в процессе работы печи происходит разгар стенок распара и его поперечные размеры увеличиваются, в то время как диаметры колошника и горна практически можно считать неизменными.
Экспериментальными данными еще не установлено, в каких пределах лежит оптимальное соотношение между диаметрами колошника и горна.
Высота горна. При данном диаметре горна объем его зависит от высоты горизонта фурм над лещадью. Объем горна определяется суточной производительностью печи: чем выше производительность печи, тем больше должен быть объем горна. Так как при увеличении объема печи (в целях увеличения производительности) диаметр горна становится больше, то увеличивать высоту горна для достижения необходимого объема приходится лишь намного. Высота горна в современных доменных печах колеблется в пределах от 2,2 до 2,5 м и в самых больших печах не превышает 3,00 м (считая от оси воздушных фурм до оси чугунной летки). Чрезмерная высота горна вредна вследствие того, что в этом случае температура на лещади сильно понижается и вновь образующиеся продукты плавки, приходя в нижние горизонта горна, будут охлаждаться и выходить из горна с недостаточно высокой температурой.
Чрезмерно низкий горн недопустим, так как в этом случае трудно избежать подхода жидкого металла к шлаковой фурмочке, что грозит серьезной аварией.
Верхняя кромка горна поднимается над горизонтом фурм на расстоянии 0,4 м. Этот размер имеет лишь конструктивное значение.
Помимо высоты горна имеет значение также высота шлаковой фурмы над лещадью. Эта высота выбирается с таким расчетом, чтобы при наибольшем скоплении в горне чугуна последний не мог доходить до шлаковой фурмы. Вместе с тем, нельзя чрезмерно приближать горизонт шлаковой фурмы к горизонту воздушных фурм, потому что в этом случае через шлаковую фурму будет спускаться слишком мало шлака, и основная масса его будет выпускаться через чугунную летку, что нежелательно. Обычно высота горизонта шлаковой фурмы составляет 0,6— 0,67 всей глубины горна.
Высота цилиндрической части шахты у распара. Цилиндрический распар стали делать в доменных печах в целях увеличения объема доменной печи без увеличения общей высоты и поперечных размеров. Иногда устраивали цилиндрический распар для того, чтобы уменьшить угол наклона шихты, не меняя диаметров колошника и распара.
Высота цилиндрического распара сильно колебалась, и этому не придавалось значения. Между тем такой взгляд следует признать неправильным.
Несомненно, что изменение высоты цилиндрической части шахты у распара будет оказывать влияние на ход процессов в доменной печи. Однако недостаток экспериментальных данных не позволяет указать, какую высоту цилиндрической части шахты у распара следует считать оптимальной.
Высота цилиндрической части колошника. Цилиндрический колошник стали делать примерно в то же время, как и цилиндрический распар, и с теми же целями, т. е. для некоторого увеличения объема и регулирования угла наклона шахт при сохранении общей высоты и поперечных размеров. Между тем высота цилиндрического колошника оказывает существенное влияние на распределение материалов. Наличие цилиндрического колошника способствует уменьшению разницы в распределении материалов при изменении уровня засыпи. Вследствие этого печь, лишенная цилиндрического колошника, будет работать крайне неустойчиво, так как распределение материалов на колошнике будет резко меняться с каждой подачей, загруженной выше или ниже нормального уровня засыпи.
Кроме того, высота цилиндрической части колошника оказывает влияние на распределение газов, потому что при меньшей высоте цилиндрического колошника расширение сечения печи, и, следовательно, разрыхление материалов будет происходить раньше, чем при наличии более высокого цилиндрического колошника. Таким образом, цилиндрический колошник как бы играет роль «газового затвора».
На основании практических данных оптимальной высотой цилиндрической части колошника считают 2,2—3,0 м.
Высота заплечиков. Высота заплечиков определяет положение горизонта, на котором начинается сужение рабочего пространства печи. Необходимо, чтобы начало сужения соответствовало уменьшению объема плавильных материалов, получающемуся в результате интенсивного расплавления железной губки и пустой породы руды. Возможно, что при большой высоте заплечиков сужение рабочего пространства будет происходить прежде, чем уменьшится объем плавильных материалов; это поведет к затруднениям в сходе шихтовых материалов. При чрезмерно малой высоте заплечиков сильно уменьшается угол наклона стенок заплечиков; пологие заплечики, широко применявшиеся в прошлом, нецелесообразны, так как такие заплечики представляют удобную опору для пяты, своды которых могут образоваться из плавильных материалов, а это будет способствовать подвисаниям шихты.
Современные доменные печи имеют в большинстве случаев высоту заплечиков 3000—3200 мм.
Угол наклона заплечиков. О величине угла наклона заплечиков можно судить по вышесказанному. В современных доменных печах угол наклона заплечиков колеблется в пределах от 80 до 83°.
Угол наклона стен шахты. Стенам шахты необходимо сообщать наклон по причинам, указанным выше. Кроме того, при угле наклона стен шахты, близком к вертикальному, у стен печи в области шлакообразования накопится очень много полужидких тестообразных масс, что затруднит проход газов и будет способствовать образованию настылей. В современных доменных печах угол наклона шахты колеблется в пределах от 85 до 86°30'. Меньший угол шахты принимаемся при работе на весьма пылеватых и рыхлых рудах, больший угол — при работе на плотных кусковых рудах. Существует мнение, что этот угол велик и его целесообразно уменьшить до 83—82°. Это мнение основано на том, что в работающих печах угол наклона шахты всегда значительно ниже проектного. Опыт показывает, что новая печь достигает наиболее высокой производительности лишь спустя несколько месяцев после задувки, когда кладка шахты разгорит и угол наклона шахты уменьшится. Следует иметь в виду, однако, что чрезмерное уменьшение угла наклона шахты недопустимо, так как при этом создаются благоприятные условия для развития периферийного потока газов.

title-icon Подобные новости