Колошниковое устройство

Кожух

Увеличение объемов доменных печей, режим повышенного давления газа на колошнике и другие факторы интенсификации процесса требуют тщательного подхода к выбору металла для изготовления кожуха. Прочность и способность его противо­стоять деформациям должны быть рассчитаны также и на на­грузку крепящихся к нему различных вспомогательных соору­жений. В современном исполнении он представляет собой свар­ную конструкцию, состоящую из конических и цилиндрических поясов (царг), изготовленных из низколегированных марок ли­стовой стали: 14Г2, 16Г2АФ, 10Г2С1, 15ХСНД и др., характери­зующихся высокой ударной вязкостью, большой прочностью, достаточной пластичностью и термостойкостью. Поэтому леги­рованные стали с большими прочностными характеристиками, такие как аустенитные, нержавеющие или ферритные, для со­оружения кожуха непригодны, поскольку они увеличивают склонность его к деформациям и образованию трещин (первые в силу высокого коэффициента термического расширения, вторые вследствие потери пластичности при повышенном нагреве в слу­чае частичного или полного износа кладки).

Кожух выполняют из листовой стали толщиной 30 – 50 мм, неодинаковой по высоте печи. Так, на доменной печи объемом 5000 м³ толщина листа (сталь 16Г2АФ) принята равной в ниж­ней части лещади 38 мм, в верхней части лещади, горне, фур­менной зоне, заплечиках и распаре 45, в шахте 38 – 30, колош­нике и куполе 45 мм. На доменной печи объемом 3200 м³ толщи­на листа (сталь 10Г2С1) составляет в лещади 40 – 50, в горне, за­плечиках и распаре 50, в шахте, колошнике и куполе 30 – 40 мм.

За рубежом кожух печи выполняют также цельносварным из котельной стали и стали других марок. Толщина у основания до 60, на колошнике 30 мм. Имеются печи с толщиной кожуха 70 (Бельгия) и 50 мм (Франция). В Японии предлагается со­оружать кожух шахты, распара и заплечиков в виде единой цельнометаллической конструкции при одинаковой толщине кладки с приваркой опорного кольца к кожуху печи для пере­дачи нагрузки на колонны.

Кожух печи в процессе эксплуатации испытывает различные напряжения. Кроме растягивающих кольцевых (горизонталь­ных) усилий от давления шихты и термического расширения кладки в радиальном направлении, имеют место и вертикальные (меридиональные) нагрузки.

Поэтому деформация может значительно превышать величи­ну нагрузок, соответствующих началу текучести металла. Она бывает переменной по высоте и окружности вследствие неравно­мерности давления кладки и холодильников на кожух. Трение между кладкой и кожухом препятствует перераспределению этих деформаций по окружности печи.

Так, в цилиндрическом кожухе лещади зафиксированы рас­тягивающие меридиональные напряжения 102 – 126 МПа, а под чугунной леткой они составляют 309 МПа. В этой же области установлено резкое повышение растягивающих кольцевых уси­лий до 431 МПа при 212 – 231 МПа на других участках. В ко­жухе стен горна эти напряжения равны пределу текучести ме­талла. В конической части кожуха фурменной зоны над чугун­ной леткой отмечены кольцевые растягивающие напряжения 124,5 МПа, а в остальных зонах горна 42 – 91 МПа.

Сжимающие меридиональные напряжения в том же кожухе фурменной зоны составляют 30,4 – 66,6 МПа и растягивающие под леткой – 41 МПа. В кожухе шахты меридиональные сжи­мающие усилия достигают 147 – 196 МПа при отсутствии растя­гивающих кольцевых напряжений. На величину напряжений влияет конструкция кожуха. Так, в зоне лещади при осевых уси­лиях, достигающих 400 МПа, в случае конической формы ко­жуха возникают напряжения до 525 МПа от изгибающих мо­ментов в местах конструктивных переломов, стыков вертикаль­ных плитовых холодильников, а также в местах с малой вели­чиной зазора между кладкой и холодильниками. Это указывает на преимущество цилиндрической конструкции горна перед ко­нической, имеющей большое количество разрывов кожуха, осо­бенно в районе чугунной летки.

Разнонаправленные меридиональные и кольцевые напряже­ния, а также неравномерный нагрев кожуха и рост кладки вы­зывают дополнительные местные растягивающие силы, влеку­щие за собой разрывы кожухов.

Напряжения особенно велики в течение первого месяца по­сле задувки печи в период разогрева огнеупорной кладки и кон­струкций. В дальнейшем они стабилизируются и постепенно снижаются. Величина напряжений зависит и от температуры атмосферного воздуха, с понижением которой они резко увели­чиваются.

В связи с напряженностью металла в кожухе печи отверстия в нем для воздушных амбразур, шлаковых леток усиливают накладками, а для чугунной летки специальной стальной рамой. Вырезы для холодильников шахты должны быть минимальны­ми по числу и площади и не иметь острых углов во избежание излишних напряжений. В нижней части (под лещадью) кожух печи иногда имеет так называемое «донышко», назначение ко­торого сводится к предупреждению газопроницаемости в леща­ди и увеличению ее прочности.

Верхняя часть кожуха – купол шахты – стягивается «ос­новным» кольцом, литым стальным фланцем, являющимся так­же опорой для чаши большого конуса засыпного аппарата. Сим­метричные вырезы в куполе имеют круглое или овальное сече­ние и служат для примыкания газоотводов. Вырезы усилены мощными стальными амбразурами для придания жесткости.

Колошниковое устройство доменной печи представляет собой комплекс металлоконструкций различного назначения.

Газоотводы для равномерного отвода газа устанавливают в кратном количестве не менее четырех (на доменной печи 5000м³ сделано восемь газоотводов). Газоотводы соединяются попарно, выводятся вверх на отметки, превышающие расположение остальных элементов печи. Образующиеся вертикальные газо­отводы называются «свечами». В зависимости от принятой схе­мы колошникового устройства число свечей колеблется от двух до четырех. Свечи перекрываются так называемыми «атмосфер­ными клапанами», отрегулированными на определенное задан­ное давление газа в печи, при превышении которого они само­произвольно открываются.

Атмосферный клапан (рисунок 2.5) состоит из собственно кла­пана 1, седла 2 и корпуса 3. Сопрягающиеся поверхности клапана и седла упрочняются твердыми сплавами и пришлифовываются. Верх корпуса выполнен вместе со стойками, несущими на себе ось 4, опирающуюся на подшипники качения. Двуплечий рычаг 5, опускающий и поднимающий клапан, закреплен на оси и соединен шарнирно с собственно клапаном. К длинному пле­чу рычага присоединяется канат, идущий к лебедке атмосфер­ного клапана, при помощи которой производится маневрирова­ние им при текущих остановках и ремонтах.

Рисунок 2.5 – Атмосферный клапан печи

К другому плечу подвешен контргруз, рассчитанный на оп­ределенную величину давления в печи, при превышении которо­го клапан должен открываться и выпускать газ в атмосферу. Маневрирование клапанами при текущих остановках и ремон­тах производится при помощи специального привода. Высота свечей рассчитана на частичное оседание и возвращение в печь выносимой с газом колошниковой пыли. С этой целью им прида­ется достаточно широкое сечение до 0,4 – 0,5 площади сечения колошника в месте примыкания к куполу печи и до 0,25 – 0,30 в вышележащих сечениях.

На верхней так называемой балансирной площадке колошни­кового копра для смены атмосферных клапанов и других дета­лей, а также для подъема различных грузов при ремонтах уста­новлены консольно-поворотные краны грузоподъемностью до 6,5 т, вылетом стрелы 6750 мм и поворотом стрелы на 180°.

Колошниковый копер – мощная конструкция, опираемая на колошниковую площадку – служит основанием для крепления всех деталей колошникового устройства, в том числе и верха скипового моста, кроме свечей и газоотводов. На колошниковом копре крепятся площадки для балансиров конусов засыпного аппарата, шкивов скипового подъема и обслуживания атмос­ферных клапанов, различных люков и заглушек на вертикаль­ных газоотводах. К нему же присоединяется приемная направ­ляющая воронка засыпного аппарата и консольная балка с гру­зоподъемной тележкой для обслуживания ремонтных работ на колошнике. В большинстве случаев балка имеет дополнительное крепление кронштейнами, крепящимися на шарнирных опорах к куполу печи. В связи с большим увеличением веса колошнико­вого оборудования и соответственно грузоподъемности тележки (с 30 до 150 т) балка перестала быть консольной и имеет в сов­ременных проектах вторую опору – металлическую решетча­тую колонну, связанную с пылеуловителем.

Для обеспечения условий безопасности все площадки колош­никового устройства соединяются лестницами и имеют запасные выходы к площадкам лифта, наклонного моста, куполам возду­хонагревателей и пылеуловителей.

Изнутри газоотводы и свечи футерованы огнеупорным кир­пичом толщиной 115 мм во избежание излишнего нагрева метал­ла, быстрого износа от абразивного действия газа с пылью, а также для уменьшения конденсации пара при остановках печей.