ЗАСИПНІ (ЗАВАНТАЖУВАЛЬНІ) ПРИСТРОЇ

ОХОЛОДЖЕННЯ ДОМЕННОЇ ПЕЧІ

У доменному цеху вода витрачається на охолодження самої печі, очищення газу, охолодження чушок чавуну на розливній машині і на грануляцію шлаку.

Система охолодження доменної печі повинна працювати чітко і безперебійно, тому що навіть короткочасна затримка подачі води призводить до прогару холодильників, а іноді й до більш тяжких наслідків. Тому на насосних станціях поряд з працюючими обов'язково передбачені резервні насоси, а в цеху передбачають резервні водонапірні башти. Вода в цех подається по двох незалежних магістралях; в разі перебою з подачею води по одній магістралі її замінює інша. Для очищення вода пропускається через фільтри, потім вона надходить в кільцеві труби, звідки розподіляється по ділянкам печі.

Найбільш відповідальні холодильники, прогар яких особливо небезпечний (повітряні і шлакові фурми, їх холодильники і холодильники чавунної льотки), живляться від індивідуального водопроводу. Інші холодильники об'єднуються в секції, і вода перетікає послідовно з одного холодильника в інший.

В сучасних доменних печах застосовують випарну систему охолодження, розроблену в СРСР і вперше впроваджену в 1958 р. на мартенівських печах. Сутність випарного охолодження полягає в тому, що тепло від охолоджуваних елементів відводиться шляхом перетворення його в приховану теплоту пароутворення. В систему подається вода при температурі 30 °С і вище; в результаті нагрівання і випаровування води від охолоджуваних елементів відводиться понад 600 ккал, з яких 70 ккал витрачається на нагрів води до 100 °С (до кипіння), а 539 ккал – на випаровування води (539 ккал – прихована теплота пароутворення води за атмосферним тиском).

В системі випарного охолодження доменних печей здійснено принцип багаторазової циркуляції. Охолоджуючі деталі підключаються двома трубами до баку-сепаратору, з яких однією подається вода в деталь, а іншою – пароводяна суміш відводиться в бак, де відділяється від пари. У системі застосовується хімічно очищена вода.

Випарне охолодження має ряд переваг в порівнянні з водяним: збільшується термін служби охолоджуваних деталей, не потрібні споруди остудних пристроїв (градирень, ставків, басейнів і т.д.), скорочується витрата електроенергії, використовується тепло, що втрачається піччю охолоджуваною водою, витрата води знижується до 300 м³/год (замість 1770 м³/год при водяній системі охолодження).

Двохконусний засипний пристрій складається з приймальної воронки, обертового розподільника і засипного апарату (рис. 21).

Завантаження шихтових матеріалів через засипне пристрій проводиться наступним чином: матеріали з скіпа через приймальну воронку потрапляють в воронку малого конуса, де за допомогою розподільника шихти можуть бути повернені на будь-який кут. Необхідність такого повороту викликається односторонньою і не центральною подачею матеріалів на колошник доменної печі, внаслідок чого в одній половині воронки може бути на 30 – 40% більше шихти, ніж на протилежному. Якщо в такому положенні опустити шихту в засипний апарат, а з нього в піч, то на одній стороні печі буде зосереджуватись більше матеріалів, ніж на протилежний. Це призведе до порушення розподілу матеріалів і газів і викличе розлад ходу печі. Щоб цього не сталося, матеріали в розподільнику шихти після висипання кожного скіпа повертають на визначений кут (12°, 15°, 30° і т.д.) в залежності від заданої програми.

Конуси засипного пристрою працюють в визначеній послідовності, причому щоб не допустити викиду газів в атмосферу, коли один конус відкритий, другий – закритий.

Рис. 21. Засипний пристрій:

1 – приймальна воронка; 2 – воронка розподільника; 3 – малий конус; 4 – чаша великого конуса; 5 – великий конус; 6 – газовий затвор; 7 – монтажна балка; 8 – візок монтажної балки; 9 – консольно-поворотний кран; 10 – захисні сегменти колошника печі

До переводу доменних печей на підвищений тиск різниця між тиском газів на колошнику печі і атмосферним була незначною і не викликала небезпеку вигину штанги нижнього або верхнього конуса засипного пристрою. В теперішній час більшість вітчизняних доменних печей працює при підвищеному тиску газів, що перевищує атмосферний у 1 – 2 і більше разів. У цих умовах щоб уникнути поломок штанг стало необхідно вирівнювати тиск під і над конусами перед їх опусканням. Для цієї мети служать два зрівняльних клапана. Один з них (наповнючий) з’єднує робочий простір печі з міжконусним простором і вирівнює тиск по обидва боки нижнього конуса. Другий (вихлопний) скидає надлишковий тиск в міжконусному просторі перед опусканням верхнього конуса.

На рис. 22 приведена схема пристрою для підвищення тиску колошникових газів. Пристрій працює наступним чином. Перед опусканням великого конуса 1 по окремому трубопроводу 2 в міжконусний простір 3 подається під тиском очищений газ, що надходить від спеціального скрубера 4, встановленого за пиловловлювачами 5. Трубопровід 2 розгалужується і виходить в міжконусний простір 3 з двох сторін. На вертикальних ділянках трубопроводів 2 встановлено два зрівнювальних клапанів 6, які працюють паралельно. В трубопроводи зрівняльних клапанів врізані два трубопроводи 7, які йдуть вгору і закінчуються двома атмосферними клапанами малого конуса. Перед опусканням малого конуса атмосферні клапани відкриваються, і відбувається вирівнювання тиску в міжконусному просторі і під малим конусом.

Рис. 22. Схема пристрою для підвищення тиску колошникових газів

Шихту подають на колошник в скіпах по похилому мосту, по якому рухаються одночасно два скіпа: один опускається, інший піднімається. Скіп являє собою вагонетку з двома скатами (рис. 23). Обсяг скіпа сучасної доменної печі складає 14 м³, тобто в скіп може бути завантажено близько 7 т коксу. Вивантаження матеріалів з скіпа відбувається при його перекиданні в той момент, коли він займає крайнє верхнє положення. З рис. 24 видно, що скіп перекидається тому, що передні колеса у верхній частині скіпового моста котяться по рейках, загинаються вниз, у той час як задні колеса котяться по інших рейках, що викликає підйом низу скіпа вгору.

Рис. 23. Загальний вигляд скіпу

Рис. 24. Схема перекидання скіпу

В даний час на доменних печах все більшого поширення отримують безконусні завантажувальні пристрої (БЗП) лоткового типу, в яких вивантаження шихтових матеріалів здійснюється через систему дозування і розподільного лотка, з допомогою якого доставляється в будь-яку точку поверхні колошника (рис. 25).

Зазначена конструкція БЗП містить наступні основні конструктивні елементи:

- приймальна воронка, призначена для прийому і направлення потоку матеріалів в будь-який з бункерів.

- верхні газоущільнюючі клапани, встановлені на верхніх фланцях горловин бунке-рів з атмосферою прни їх завантаженні та замиканні під час вивантаження шихти в піч.

- шихтові бункера, призначені для накопичення та шлюзування порції шихти перед завантаженням у доменну піч.

- шихтові затвори, призначені для утримання шихти в бункерах.

У БЗП лоткового типу шихтові затвори служать також для регулювання масової витрати шихти з бункерів, здійснюваної за допомогою системи ваговимірювання.

- нижні газоущільнюючі клапани, що служать для сполучення бункерів з робочим простором печі в процесі вивантаження та замикання їх в період завантаження матеріалів.

- відсічні засувки, призначені для відділення шихтових трактів БЗП від робочого простору доменної печі з метою проведення ремонтних робіт.

- розподільник шихти.

Рис. 25. Схема і компонування обладнання БЗП лоткового типу:

1 – конвеєр подачі шихти; 2 – рухома приймальна воронка; 3 – заслінка приймальної

воронки; 4 – верхні газоущілюнюючі клапани; 5 – бункера; 6 – шихтові затвори;

7 – нижні газоущільнюючі клапани; 8 – відсічний пристрій;

9 – редуктори; 10 – розподільний лоток

У конструкції БЗП лоткового типу розподільник шихти складається з механізму обертання і вимірювання лотка, приводу і власне лотка.

Механізм обертання і зміни кута нахилу лотка розміщується в підкупольному просторі доменної печі і охолоджується газом-охолоджувачем.

Розподільчий лоток виконаний у вигляді жолоба, робоча поверхня якого захищена зносостійкою футеровкою. Зовнішня поверхня лотка захищена кожухом, в простір між якими подається газ-охолоджувач.

До конструктивних особливостей обладнання БЗП, пов'язаних з технологією завантаження матеріалів відносяться:

- обсяг приймальної воронки при скіповій подачі шихти на колошник повинен відповідати ємності одного скіпа; кут нахилу стінок воронки дорівнює 45 – 50 °, а діаметр випускаючої горловини складає 0,85 – 0,95 від діаметру верхнього газоущільнюючого клапана;

- діаметр верхніх і нижніх газоущільнюючих клапанів складає 800 – 1000 мм;

- шихтові бункера;

- місткість корисна, для доменних печей об'ємом:

1719 м³ – не менш 20 м³;

2000 м³ – не менш 40 м³;

2700 – 3200 м³ – не менш 40 м³;

5000 – 5600 м³ – не менше 75 м³.

Внутрішня поверхня нижньої (конічної) частини бункера має нахил 45 – 55 °.

Контроль завантаження і вивантаження матеріалів здійснюється системою ваговимірювання, якою обладнаний кожен бункер; похибка зважування матеріалів в бункерах повинна бути не більше 3%; для забезпечення нормальної роботи ваговимірювального пристрою наповнювальні трубопроводи газу обладнані компенсаторами.

Система дозованого вивантаження матеріалів з бункера, крім ваговимірювання матеріалів, включає управління роботою шихтового затвору; передбачається два основні режими вивантаження матеріалів з бункера по заданим кутовим положенням розподільного лотка:

- поділ порції (вміст одного бункера) на частини в залежності від маси завантаженої шихти;

- поділ порції на частини в функції часу.

Шихтовий затвор секторного типу має можливість плавного регулювання масової витрати вивантажуванної з бункера шихти в межах робочого ходу сектора; точність зупинки сектора ± 0,25°, що відповідає коливанням масової витрати ± 1%. Регулювання масової витрати шихти за допомогою шихтового затвора проводиться в межах 0,25–1,0 м³/с.

Обертовий розподільчий лоток має можливість зупинки в 11 кутових положеннях в межах від 0 до 53 відносно осі обертання; точність зупинки лотка ± 0,25; швидкість обертання лотка з робочою частотою 8 об/хв при установці в «гаражне» положення швидкість 3 м/хв; кількість гаражних положень – 3 – 6; перетин лотка – півколо з внутрішнім радіусом 500 мм, довжина лотка розраховується з урахуванням можливості завантаження матеріалів безпосередньо до захисних плит колошника при рівні засипу 0,5–1,0 мм.

Матеріал на обертовий розподільний лоток надходить з вертикальної воронки; внутрішній діаметр воронки дорівнює 650 – 750 мм в залежності від обсягу доменної печі; у верхній частині воронки встановлюються конічна та циліндрична вставки, за допомогою яких формується розподіл матеріалів по перетину воронки.

Розподільчий лоток може виробляти таку укладку шихтових матеріалів на колошнику доменної печі:

- кільцеву;

- багатокільцеву (спіральну);

- секторну;

- точкову.

При кільцевому завантаженні розподільний лоток встановлюється тільки на один заданий кут. Здійснюється в автоматичному і ручному режимі управління.

Багатокільцевим завантаженням (спіральним) здійснюється розподіл матеріалів по колу і радіальному перерізу колошника із застосуванням двох і більше кутових положень розподільного лотка. Зміна кута нахилу здійснюється в залежності від зміни маси або часу закінчення надходження шихтових матеріалів з бункера завантажувального пристрою.

Приклад: задані положення кутів 8 – 4, вага залізорудної порції матеріалу 80 т. Це означає, що матеріал повинен бути розподілений в печі на 5-ти кутових положеннях лотка. При цьому вагодозуючий пристрій робить розподіл ваги матеріалу за програмою, яка передбачає кількість кутових положень лотка (в даному прикладі 5 положень).

Таким чином, після зсипання 16 тонн матеріалу лоток переходить в наступне за програмою кутове положення (8 т – 16 т, і т.д. по повного вивантаження матеріалу з бункера).

При відмові вагодозуючої системи, багатокільцеве завантаження матеріалів можна вести в залежності від часу. Приклад: для зсипання 80 тонн матеріалів встановлено час 105 сек, при заданій програмі роботи лотка 8 – 4 перехід його з одного кутового положення в інше буде здійснюватися через кожні 21 сек.

Багатокільцеве завантаження застосовується, як правило, в якості основного режиму роботи і здійснюється як в автоматичному так і ручному режимах.

Секторне завантаження матеріалів застосовується для ліквідації канального ходу або перекосу рівня засипу. Цей вид завантаження здійснюється в дистанційному режимі з пульта управління завантажувальним пристроєм.

Під час секторного завантаження матеріали завантажуються в певний, обраний змінним майстром печі, сектор. Вісь сектора задається кутами: 0°; 60°; 120°; 180°; 240°; 300°. Величина сектора визначається обраною амплітудою часу ходу лотка вправо і вліво від встановленої осі.

Під час секторного завантаження привід лотка обертається зі швидкістю 500 об/хв. Завантаження матеріалів в сектор може бути перерване без зупинки лотка шляхом перемикання на кільцевій режим.

При точковому режимі задану порцію матеріалу можна вивантажити в будь заздалегідь встановлений сектор перетину колошника (для цього необхідно задати окружне і кутове положення лотка).

Послідовність роботи механізмів системи завантаження стосовно доменної печі об'ємом 5000 м³ з конвеєрним транспортуванням шихти здійснюється відповідно до програми і вибору основних параметрів режиму завантаження.

Матеріал з бункерів шихтоподачі запитується після відкриття шихтового затвору того завантажувального бункера, який за програмою повинен завантажуватися, тобто як тільки шихтовий затвор бункера відкриється для вивантаження, запитується наступна порція.

З ЦПУ (центрального пульта управління) печі задається:

- маса порцій коксу, агломерату, окатишів і добавок;

- рівень засипу;

- кут відкриття шихтових затворів.

Передбачена можливість набору трьох програм:

- Програма А;

- Програма Б;

- Програма А + Б. Завантаження доменної печі здійснюється циклами порцій коксу і залізорудної частини шихти. Кількість порцій, що задаються в програмах А чи Б – 24, при програмі А + Б – 48. У циклі може бути задано будь-яке поєднання коксових, рудно-флюсових і рудно-коксових порцій.

Програма завантаження набирається на панельному (матричному) комутаторі в ЦПУ. При наборі програми встановлюється:

- вид матеріалу в кожній порції;

- порядок завантаження порцій в циклі;

- номер бункера завантажувального пристрою для кожної порції;

- кутове положення при кільцевій або інтервал кутових положень – при багато-кільцевій системі завантаження;

- початок і кінець програми (циклу).

Інтервал між порціями визначається сигналом про проходження хвостової частини попередньої порції першої контрольної точки.

При проході початку порції до другої контрольної точки, розташованої над конвеєром на відстані 80 м від головного барабана, надсилається команда в систему управління механізмами завантажувального пристрою для підготовки заданого бункера до прийняття шихти. При отриманні сигналу від вагодозуючої системи "бункер порожній" (БП), шихтовий затвор спочатку повністю відкривається для скидання залишків матеріалів, а потім закривається. Потім закривається нижній газовий клапан і дається команда на відкриття вихлопного клапана. Після вирівнювання тиску з атмосферою, закривається вихлопний клапан, відкривається верхній газовий клапан і стулки приймальної воронки, бункер готовий до прийняття чергової порції шихти.

Коли головна частина порції, що знаходиться на конвеєрі, проходить позицію третьої контрольної точки (точка знаходиться на відстані 10 м від головного барабана) система управління завантажувальним пристроєм запитує чи готовий бункер до прийому матеріалу. Якщо готовність бункера не підтверджується, конвеєр зупиняється. В іншому випадку, при проходженні порції матеріалу четвертої контрольної точки в систему управління видається інформація про всі програмні завдання для цієї порції матеріалу.

При проходженні хвостової частини порції п'ятої контрольної точки "5" (позиції "4" і "5" суміщені і знаходяться у головного барабана) через 3с дається команда на закриття стулок воронки. Після закриття стулок приймальної воронки закривається верхній газовий клапан і відбувається первинне вирівнювання тиску в бункері получистим доменним газом до встановленого нижче, ніж тиск під колошником на 30 КПа (0,3 кгс/см²); вторинне додавлювання здійснюється азотом, але не вище 20 КПа (0,2 кгс/см²), ніж тиск під колошником.

Команда на розвантаження порції материалу з бункера подається при досягненні усіма працюючими зондами встановленого рівня засипу. При цьому робота механізмів, що беруть участь в розвантаженні, виконується в наступній послідовності:

- зонди піднімаються;

- відкривається нижній газовий клапан;

- відкривається шихтовий затвор.

Одночасно з відкриттям шихтового затвору запитується нова порція шихти з бункерів шихтоподачі.

При повному розвантаженні бункеру та отриманні сигналу "нуль вага" шихтовий затвор спочатку повністю відкривається і закривається, після чого закривається нижній газовий клапан і бункер знаходиться в режимі очікування [2].