Определение размеров и установление профиля доменных печей

В последнее время накопленный при исследованиях доменного процесса опыт дает возможность более обоснованно подходить к установлению отдельных размеров профиля, однако многие вопросы остаются еще неясными (например, оптимальная высота цилиндрического распара, заплечиков, цилиндрической части колошника и др.).
Полезный объем печи выбирается исходя из заданной производительности и коэффициента использования полезного объема. Коэффициент использования полезного объема доменной печи представляет собой условную величину — отношение полезного объема к суточной производительности. При этом чем лучше работает печь, тем меньше затрачивается полезного объема на 1 т суточной производительности. Коэффициент использования полезного объема доменных печей зависит от интенсивности плавки и качества сырых материалов. На большинстве наших доменных печей в настоящее время достигнут коэффициент использования полезного объема 0,7—0,9, а на некоторых печах этот коэффициент опускается ниже 0,7.
Полезная высота доменной печи выбирается в зависимости от прочности кокса, на котором будет работать проектируемая печь. Для наиболее прочного кокса полезная высота печи монет приниматься в пределах 25,5—28,5 м; для кокса средней прочности полезную высоту печи принимают равной 23—25 м.
Для определения диаметра распара в зависимости от полезного объема и высоты печи М.А. Павлов предлагает следующую формулу:

где H — полная высота печи, т. е. расстояние от выпускного отверстия для чугуна до верхней кромки воронки засыпного аппарата; для современных коксовых печей полная высота доменной печи превышает полезную на 3—3,5 м;
Vп — полезный объем;
D — диаметр распара;
k — коэффициент, учитывающий отклонение профиля печи от цилиндрического; для цилиндра этот коэффициент равен 0,785, для печей современного профиля — в пределах 0,52—0,54.
Особо важное значение при расчете профиля печи имеет выбор диаметра горна. М.А. Павлов рекомендует при выборе диаметра горна исходить из интенсивности горения, выражаемой в килограммах кокса, сжигаемого на 1 м2 площади сечения горна в 1 час; при этом из соображений практического удобства количество сжигаемого у фурм горючего принимается равным количеству горючего, загруженного в печь (в действительности 15— 20% С горючего сжигается кислородом шихты и не доходит до фурм).
Для этой цели М.А. Павлов, исходя из данных практики, составил таблицу (табл. 61), в которой показана интенсивность горения и расход горючего; таблица может служить для выбора интенсивности горения, подходящей для печей различной мощности.

При расчете профиля, после определения суточной производительности проектируемой печи, следует задаться, исходя из условий работы печи, удельным расходом кокса и определить суточный расход кокса. Зная суточный расход кокса, следует выбрать соответствующую этому расходу интенсивность горения; делением часового расхода горючего в килограммах на интенсивность горения определяется площадь сечения горна, после чего установить диаметр горна уже не трудно.
При пользовании таблицей, составленной М.А. Павловым, следует учитывать, что интенсивность горения кокса в наших доменных печах несколько выше указанной M.А. Павловым, так как в деле интенсификации доменной плавки достигнуты большие успехи.
Верность выбранного диаметра горна проверяется отношением полезного объема печи к площади горна и отношением диаметра распара к диаметру горна. В современных доменных печах отношение полезного объема печи к сечению горна выражается числами, лежащими в пределах 24—28. Рациональным отношением диаметра распара к диаметру горна для современных коксовых печей, согласно М.А. Павлову, следует считать отношение, не выходящее за пределы 1,1—1,15.
Для определения высоты горна прежде всего необходимо установить объем горна. М.А. Павлов, основываясь на размерах лучших современных печей, предлагает для определения объема горна между горизонтами фурм и выпускного отверстия для чугуна пользоваться нижеследующими данными:

После определения полезного объема горна при помощи вышеуказанных отношений расстояние выпускного отверстия до фурм определяется делением объема горна на величину поперечного сечения горна.
Общая высота горна получается прибавлением к полученной величине 400—500 мм для коксовых печей и 250—300 мм для древесноугольных. Полная высота горна определится после прибавления толщины «мертвого слоя» чугуна, которая обычно принимается для коксовых печей 300—450 мм и для древесноугольных 200—250 мм.
Высота горизонта шлаковых фурм обычно составляет 0,6—0,07 всей глубины горна.
Диаметр колошника, по рекомендации М.А. Павлова, следует, в среднем принимать равным dк = 0,7 D (диаметр распара), отходя в некоторых случаях, в зависимости от местных условий, в сторону некоторого уменьшения или увеличения этой величины.
Более узкие колошники с отношением, которое меньше указанного среднего значения (до dк = 0,67 D), М.А. Павлов рекомендует принимать при работе на богатых, но весьма пылеватых рудах, которые ложатся при широких колошниках слоем слишком малой толщины.
Более широкие колошники ( dк = 0,75 D) М.А. Павлов рекомендует для руд бедных, кусковатых, занимающих большой объем и тем самым дающих достаточно толстый слой и при сравнительно широких колошниках.
Высота отдельных частей профиля расчетом обычно не определяется, кроме высоты горна, о чем говорилось выше. Высота заплечиков определяется принятым диаметром распара и углом наклона стенок заплечиков; высота цилиндрического распара и колошника подбирается так, чтобы получить заданный полезный объем. Высота шахты есть разность между полезной высотой и суммой высот горна, заплечиков, цилиндрического распара и колошника. Было бы правильней устанавливать высоту цилиндрического распара и колошника на основании данных об оптимальных размерах этих параметров, но из-за отсутствия соответствующих исследований сделать это пока невозможно.