Чем определяется полезный объем печи

Коэффициент использования полезного объема доменной печи R — показывает, с какого объема доменной печи ( в м3) выплавляется 1 т чугуна в сутки. [1]

Для получения сравнимых данных о производительности печей различного объема вводится коэффициент использования полезного объема доменной печи . [2]

Основными показателями, характеризующими производительность и экономичность работы доменной печи, являются коэффициент использования полезного объема доменной печи и удельный расход кокса. [3]

Основными показателями работы доменной печи являются: производительность ( т / сутки), удельный расход кокса ( т / т) чугуна и коэффициент использования полезного объема доменной печи ( КИПО), который представляет собой частное от деления величины полезного объема на производительность. Чем лучше ведется процесс, тем ниже показатель, так как с каждого 1 м3 объема печи снимается больше чугуна. [4]

В настоящее время проводятся дальнейшие испытания по применению в доменном процессе природного газа в дутье, обогащенном кислородом, что даст еще большую экономию кокса и повысит коэффициент использования полезного объема доменной печи . [5]

Коэффициент использования полезного объема доменной печи ( КИПО) К показывает, с какого объема доменной печи ( в м3) выплавляется 1 т чугуна в сутки. [6]

Что означает более полное использование доменных и мартеновских печей, можно показать на следующих цифрах. Улучшение коэффициента использования полезного объема доменных печей против запланированного только на одну сотую даст, например, в 1965 году увеличение производства чугуна почти на миллион тонн, а увеличение съема стали только на одну десятую тонны с квадратного метра пода мартеновских печей обеспечивает прирост производства стали более чем на 800 тысяч тонн в год. Как видите, товарищи, есть за что бороться. [7]

Основным показателем работы доменной печи принято считать: коэффициент использования полезного объема доменной печи ( КИПО) — это отношение полезного объема доменной печи V ( м3) к ее среднесуточной производительности Р ( т) выплавленного тугуна. [8]

Одним из главных по казателей работы доменных печей принято считать коэффициент использования полезного объема доменной печи ( К. Так как производительность печи Q стоит в формуле в знаменателе, то чем меньше коэффициент использования полезного объема доменной печи, тем лучше она работает. [10]

Нельзя не остановиться на таком важном резерве в нашей металлургии, каким является дальнейшее улучшение использования металлургических агрегатов. Известно, например, что в среднем по металлургическим заводам страны коэффициент использования полезного объема доменных печей составляет сейчас 0 77, съем стали с одного квадратного метра пода мартеновской печи составляет 7 55 тонны. [11]

Производительность оборудования во многом зависит от качества исходного сырья и материалов. Например, в черной металлургии повышение качества кокса и железной руды улучшает коэффициент использования полезного объема доменных печей . [12]

Он равен отношению полезного объема W ( м8) к суточному выпуску чугуна Q ( т): k — W / Q. Так как производительность печи Q стоит в формуле в знаменателе, то чем меньше коэффициент использования полезного объема доменной печи , тем лучше она работает. [14]

Сера — одна из самых вредных примесей, входящих в состав углей. Каждая десятая доля процента серы в угле увеличивает примерно на 2 — 2 5 % расход кокса и флюсов при плавке, значительно снижая коэффициент использования полезного объема доменной печи . Кроме того, сера частично переходит в металл, ухудшая его качество. [15]

источник

Важнейшие технико-экономические показатели работы доменных печей 1 страница. 1. Коэффициент использования полезного объёма доменной печи (КИПО) – это отношение полезного объема печи V (м3) к ее среднесуточной производительности Р (т)

1. Коэффициент использования полезного объёма доменной печи (КИПО) – это отношение полезного объема печи V (м 3 ) к ее среднесуточной производительности Р (т) выплавленного чугуна.

(м 3 /т)

Чем ниже КИПО, тем выше производительность печи. Для большинства доменных печей КИПО = 0,5…0,7 (для передовых – 0,45)

2.Удельный расход кокса, К – это отношение расхода кокса за сутки А(т) к количеству чугуна, выплавленного за это же время Р(т).

Удельный расход кокса в доменных печах составляет 0,5…0,7 (для передовых – 0,36…0,4)

K – важный показатель, так как стоимость кокса составляет более 50% стоимости чугуна.

Процессы прямого получения железа из руд.

Процессы прямого получения железа из руд

Под процессами прямого получения железа понимают такие химические, электрохимические или химико-термические процессы, которые дают возможность получать непосредственно из руды, минуя доменную печь, металлическое железо в виде губки, крицы или жидкого металла.

Такие процессы ведутся, не расходуя металлургический кокс, флюсы, электроэнергию (на подготовку сжатого воздуха), а также позволяют получить очень чистый металл.

Методы прямого получения железа известны давно. Опробовано более 70 различных способов, но лишь немногие осуществлены и притом в небольшом промышленном масштабе.

В последние годы интерес к этой проблеме вырос, что связано, помимо замены кокса другим топливом, с развитием способов глубокого обогащения руд, обеспечивающих не только высокого содержания железа в концентратах (70…72%), но и почти полное освобождение его от серы и фосфора.

Получение губчатого железа в шахтных печах.

Схема процесса представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема установки для прямого восстановления железа из руд и получения металлизованных окатышей

При получении губчатого железа добытую руду обогащают и получают окатыши. Окатыши из бункера 1 по грохоту 2поступают в короб 10 шихтозавалочной машины и оттуда в шахтную печь 9, работающую по принципу противотока. Просыпь от окатышей попадает в бункер 3 с брикетировочным прессом и в виде окатышей вновь поступает на грохот 2. Для восстановления железа из окатышей в печь по трубопроводу 8 подают смесь природного и доменного газов, подвергнутую в установке 7конверсии, в результате которой смесь разлагается на водород и оксид углерода . В восстановительной зоне печи Всоздается температура 1000…1100 0 C, при которой и восстанавливают железную руду в окатышах до твёрдого губчатого железа. Содержание железа в окатышах достигает 90…95%. Для охлаждения железных окатышей по трубопроводу 6 в зону охлаждения печи подают воздух. Охлаждённые окатыши 5 выдаются на конвейер 4 и поступают на выплавку стали в электропечах.

Восстановление железа в кипящем слое.

Мелкозернистую руду или концентрат помещают на решётку, через которую подают водород или другой восстановительный газ под давлением 1,5 МПа. Под давлением водорода частицы руды находятся во взвешенном состоянии, совершая непрерывное движение и образуя «кипящий», «псевдосжиженый» слой. В кипящем слое обеспечивается хороший контакт газа-восстановителя с частицами оксидов железа. На одну тонну восстановленного порошка расход водорода составляет 600…650 м 3 .

Получение губчатого железа в капсулах-тиглях.

Используют карбидокремниевые капсулы диаметром 500 мм и высотой 1500 мм. Шихта загружается концентрическими слоями. Внутренняя часть капсулы заполнена восстановителем – измельч¨нным тв¨рдым топливом и известняком (10…15%) для удаления серы. Второй слой – восстанавливаемая измельч¨нная руда или концентрат, окалина, затем еще один концентрический слой – восстановителя и известняка. Установленные на вагонетки капсулы медленно перемещаются в туннельной печи длиной до 140 м, где происходит нагрев, выдержка при 1200 0 C и охлаждение в течение 100 часов.

Восстановленное железо получают в виде толстостенных труб, их чистят, дробят и измельчают, получая железный порошок с содержанием железа до 99 %, углерода – 0,1…0,2%.

Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5% углерода, при большем его содержании значительно увеличиваются твёрдость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения.

Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).

Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне. Поэтому сущность любого металлургического передела чугуна в сталь – снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:

.

Одновременно с железом окисляются кремний, фосфор, марганец и углерод. Образующийся оксид железа при высоких температурах отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их.

Процессы выплавки стали осуществляют в три этапа.

Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

Температура металла сравнительно невысокая, интенсивно происходит окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей: кремния, марганца и фосфора.

Наиболее важная задача этапа – удаление фосфора. Для этого желательно проведение плавки в основной печи, где шлак содержит . Фосфорный ангидрид образует с оксидом железа нестойкое соединение . Оксид кальция – более сильное основание, чем оксид железа, поэтому при невысоких температурах связывает и переводит его в шлак:

.

Для удаления фосфора необходимы невысокие температура ванны металла и шлака, достаточное содержание в шлаке . Для повышения содержания в шлаке и ускорения окисления примесей в печь добавляют железную руду и окалину, наводя железистый шлак. По мере удаления фосфора из металла в шлак, содержание фосфора в шлаке увеличивается. Поэтому необходимо убрать этот шлак с зеркала металла и заменить его новым со свежими добавками .

Второй этап – кипение металлической ванны – начинается по мере прогрева до более высоких температур.

При повышении температуры более интенсивно протекает реакция окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты:

.

Для окисления углерода в металл вводят незначительное количество руды, окалины или вдувают кислород.

При реакции оксида железа с углеродом, пузырьки оксида углерода выделяются из жидкого металла, вызывая «кипение ванны». При «кипении» уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, выравнивается температура по объ¨му ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькам , а также газы, проникающие в пузырьки . Вс¨ это способствует повышению качества металла. Следовательно, этот этап — основной в процессе выплавки стали.

Также создаются условия для удаления серы. Сера в стали находится в виде сульфида ( ), который растворяется также в основном шлаке. Чем выше температура, тем большее количество сульфида железа растворяется в шлаке и взаимодействует с оксидом кальция :

Образующееся соединение растворяется в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому сера удаляется в шлак.

Третий этап – раскисление стали заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле.

При плавке повышение содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород – вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах.

Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.

Осаждающее раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо.

В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды: , которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак.

Диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. Следовательно, оксид железа, растворённый в стали переходит в шлак. Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметаллических включений и повышается ее качество .

В зависимости от степени раскисления выплавляют стали:

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше.

Кипящая сталь раскислена в печи неполностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода: ,

Образующийся оксид углерода выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично – в изложнице, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа ( ), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа ( ), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.

Чугун переделывается в сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатах: мартеновских печах, кислородных конвертерах, электрических печах.

Производство стали в мартеновских печах

Мартеновский процесс (1864-1865, Франция). В период до семидесятых годов являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла – стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь.

Мартеновская печь (рис.2.2.) по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное

топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.

Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. В передней стенке имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней – отверстие 9 для выпуска готовой стали.

Рис.2.2. Схема мартеновской печи

Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. С обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи 2, которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива используют природный газ, мазут.

Для подогрева воздуха и газа при работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора 1.

Регенератор – камера, в которой размещена насадка – огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, предназначен для нагрева воздуха и газов.

Отходящие от печи газы имеют температуру 1500…1600 0 C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250 0 C. Через один из регенераторов подают воздух, который проходя через насадку нагревается до 1200 0 C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом, на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6.

Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли и направляются во второй регенератор.

Охлажд¨нные газы покидают печь через дымовую трубу 8.

После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны, и поток газов в печи изменяет направление.

Температура факела пламени достигает 1800 0 C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов. Готовую плавку выпускают через отверстие, расположенное в задней стенке на нижнем уровне пода. Отверстие плотно забивают малоспекающимися огнеупорными материалами, которые при выпуске плавки выбивают. Печи работают непрерывно, до остановки на капитальный ремонт – 400…600 плавок.

В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса:

– скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома.

– скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.

Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали, в шлаке преобладают основные оксиды, то процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые – кислым.

Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой.

В печь загружают железную руду и известняк, а после подогрева подают скрап. После разогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун. В период плавления за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна: кремний, фосфор, марганец и, частично, углерод. Оксиды образуют шлак с высоким содержанием оксидов железа и марганца (железистый шлак). После этого проводят период «кипения» ванны: в печь загружают железную руду и продувают ванну подаваемым по трубам 3 кислородом. В это время отключают подачу в печь топлива и воздуха и удаляют шлак.

Для удаления серы наводят новый шлак, подавая на зеркало металла известь с добавлением боксита для уменьшения вязкости шлака. Содержание в шлаке возрастает, а уменьшается.

В период «кипения» углерод интенсивно окисляется, поэтому шихта должна содержать избыток углерода. На данном этапе металл доводится до заданного химического состава, из него удаляются газы и неметаллические включения.

Затем проводят раскисление металла в два этапа. Сначала раскисление идет путем окисления углерода металла, при одновременной подаче в ванну раскислителей – ферромарганца, ферросилиция, алюминия. Окончательное раскисление алюминием и ферросилицием осуществляется в ковше, при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в ковш.

В основных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые конструкционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильных электропечах.

В кислых мартеновских печах выплавляют качественные стали. Применяют шихту с низким содержанием серы и фосфора.

Стали содержат меньше водорода и кислорода, неметаллических включений. Следовательно, кислая сталь имеет более высокие механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, е¨ используют для особо ответственных деталей: коленчатых валов крупных двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

Основными технико-экономическими показателями производства стали в мартеновских печах являются:

· производительность печи – съ¨м стали с 1м 2 площади пода в сутки (т/м 2 в сутки), в среднем составляет 10 т/м 2 ; р

· расход топлива на 1т выплавляемой стали, в среднем составляет 80 кг/т.

С укрупнением печей увеличивается их экономическая эффективность.

Производство стали в кислородных конвертерах.

Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Первые опыты в 1933-1934 – Мозговой.

В промышленных масштабах – в 1952-1953 на заводах в Линце и Донавице (Австрия) – получил название ЛД-процесс. В настоящее время способ является основным в массовом производстве стали.

Кислородный конвертер – сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом.

Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 0 для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30%), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит и плавиковый шпат для разжижения шлака.

Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах представлена на рис. 2.3.

Рис.2.3. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

После очередной плавки стали выпускное отверстие заделывают огнеупорной массой и осматривают футеровку, ремонтируют.

Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап рис. (2.3.а), заливают чугун при температуре 1250…1400 0 C (рис. 2.3.б).

После этого конвертер поворачивают в рабочее положение (рис. 2.3.в), внутрь вводят охлаждаемую фурму и через не¨ подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Одновременно с началом продувки загружают известь, боксит, железную руду. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Под фурмой развивается температура 2400 0 C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла теплотой, выделяющейся при окислении.

Фосфор удаляется в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура невысока (содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15 %). При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера.

Сера удаляется в течение всей плавки (содержание серы в чугуне должно быть до 0,07 %).

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш (рис. 2.3.г), где раскисляют осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, затем сливают шлак (рис. 2.3.д).

В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.

Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

Производство стали. Производство цветных металлов

Производство стали в электропечах

Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами:

а) легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока;

б) можно получать высокую температуру металла,

в) возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений.

Электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных сплавов и сталей.

Различают дуговые и индукционные электропечи.

Схема дуговой печи показана на рис. 3.1.

Рис.3.1. Схема дуговой плавильной печи

Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6. Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна или желоба. Печь загружают при снятом своде.

Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн. В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных – с кислой.

В основной дуговой печи осуществляется плавка двух видов:

а) на шихте из легированных отходов (методом переплава),

б) на углеродистой шихте (с окислением примесей).

Плавку на шихте из легированных отходов ведут без окисления примесей. После расплавления шихты из металла удаляют серу, наводя основной шлак, при необходимости науглероживают и доводят металл до заданного химического состава. Проводят диффузионное раскисление, подавая на шлак измельченные ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Так выплавляют легированные стали из отходов машиностроительных заводов.

Плавку на углеродистой шихте применяют для производства конструкционных сталей. В печь загружают шихту: стальной лом, чушковый передельный чугун, электродный бой или кокс, для науглероживания металлов и известь. Опускают электроды, включают ток. Шихта под действием электродов плавится, металл накапливается в подине печи. Во время плавления шихты кислородом воздуха, оксидами шихты и окалины окисляются железо, кремний, фосфор, марганец, частично, углерод. Оксид кальция из извести и оксид железа образуют основной железистый шлак, способствующий удалению фосфора из металла. После нагрева до 1500…1540 0 C загружают руду и известь, проводят период «кипения» металла, происходит дальнейшее окисление углерода. После прекращения кипения удаляют шлак. Затем приступают к удалению серы и раскислению металла заданного химического состава. Раскисление производят осаждением и диффузионным методом. Для определения химического состава металла берут пробы и при необходимости вводят в печь ферросплавы для получения заданного химического состава. Затем выполняют конечное раскисление алюминием и силикокальцием, выпускают сталь в ковш.

При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов.

В дуговых печах выплавляют высококачественные углеродистые стали – конструкционные, инструментальные, жаростойкие и жаропрочные.

Индукционные тигельные плавильные печи

Выплавляют наиболее качественные коррозионно-стойкие, жаропрочные и другие стали и сплавы.

Вместимость от десятков килограммов до 30 тонн.

Схема индукционной тигельной печи представлена на рис 3.2.

Рис. 3.2. Схема индукционной тигельной печи

Печь состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4 (основные или кислые огнеупорные материалы) с металлической шихтой, через индуктор от генератора высокой частоты проходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500…2000 Гц).

При пропускании тока через индуктор в металле 1, находящемся в тигле, индуцируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Для уменьшения потерь тепла, печь имеет съ¨мный свод 2.

Тигель изготавливают из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Для выпуска плавки печь наклоняют в сторону сливного ж¨лоба.

Под действием электромагнитного поля индуктора при плавке происходит интенсивная циркуляция жидкого металла, что способствует ускорению химических реакций, получению однородного по химическому составу металла, быстрому всплыванию неметаллических включений, выравниванию температуры.

В индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методомпереплава, или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления.

После расплавления шихты на поверхность металла загружают шлаковую смесь для уменьшения тепловых потерь металла и уменьшения угара легирующих элементов, защиты его от насыщения газами.

При плавке в кислых печах, после расплавления и удаления плавильного шлака, наводят шлак из боя стекла . Для окончательного раскисления перед выпуском металла в ковш вводят ферросилиций, ферромарганец и алюминий.

В основных печах раскисление проводят смесью из порошкообразной извести, кокса, ферросилиция, ферромарганца и алюминия.

В основных печах выплавляют высококачественные легированные стали с высоким содержанием марганца, титана, никеля, алюминия, а в печах с кислой футеровкой – конструкционные, легированные другими элементами стали.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.017 с) .

источник

Профиль доменной печи — это очертание ее рабочего пространст­ва в вертикальном сечении, проходящем через ось печи. Профиль печи характеризуется тремя диаметрами (диаметром горна — d_г, распара — D , колошника — d_к ), двумя углами (угол наклона стен заплечи­ков — б₃ и шахты –б_ш ), полезной высотой — Н , которая счита­ется от уровня чугунной летки до кромки большого конуса в опущен­ном состоянии, а также высотными размерами всех остальных элементов профиля (горна — h_г, заплечиков – h_з, распара – h_р, шахты – h_ш, колошника — h_к ).

Расчет профиля доменной печи заключается в определении разме­ров всех указанных элементов.

Диаметр распара и полезная высота печи определяется из следу­ющих двух выражений:

Здесь коэффициент «а» определяет отклонение профиля печи от ци­линдра, а коэффициент «в» представляет собой отношение полезной высоты печи к диаметру распара. Численные значения коэффициентов «а» и «в» для печей различного полезного объема представлены в табл.2.1.

Значение коэффициентов «а» и «в» для доменных печей

Для приводимого численного примера выражения 2.1 и 2.2 за­пишутся в виде:

Подставив в первое выражение Н_о = 2,79 * D, в окончательном виде по­лучим:

D = 3 √1719 : (0,58 * 2,79) =10,2 м

Принимаем диаметр распара равным 10,2 м.

В этом случае полезная высота доменной печи будет равна:

Принимаем полезную высоту доменной печи – 28,46 м.

Высота заплечиков доменной печи не подлежит в настоящее время четкому аналитическому расчету и поэтому принимается равной для печей указанного полезного объема (см. табл. 2.1) в пределах 3,0 — 3,7 м.

Угол наклона стен заплечиков имеет значение 79 — 81 град; при строительстве доменных печей большого объема имеется тенден­ция к уменьшению этого угла.

Принимаем h_з равной 3,0 м, а угол наклона стен заплечиков (б_з) равным 80 градусам. В этом случае мож­но определить диаметр горн.

Отсюда диаметр горна будет равен:

d_г = 10,2 – 2*3,0*tg (90 о — 80°) = 9,082 м.

Принимаем диаметр горна равным 9,10 м.

Далее необходимо уточнить угол наклона стен заплечиков по выражению (2.3):

(90 о – б_з ) = (10,2-9,1) / (2*3,0) = 0,1834.

Отсюда уточненное значение б_з составит 79 °35’12”.

Необходимо проверить отношение (D: d_г), значение которого не должно выходить за пределы 1,10 — 1,15.

В нашем случае численное значение этого отношения равно:

т.е. не выходит за допустимые пределы.

Высота горна ( h_г ) может быть определена следующим образом.

Удельная производительность печи до частичной замены кокса пылеугольным топливом будет равна:

Тогда суточная производительность доменной печи объемом 1719 м 3 составит:

При удельном выходе шлака 0,336 т/т чугуна его суточный выход

Принимая 18- разовый выпуск чугуна и шлака в сутки (при условии, что шлак выпускается из печи через чугунную летку) и имея в виду, что плотность чугуна равна 6,9 т/м 3 , а шлака 2,4 т/м 3 , в объемном отношении за один выпуск доменная печь дает:

чугуна – 3575,5 : (18 *6,9) = 28,8 м 3 ,

шлака — 1201,4 : (18* 2,4) = 27,8 м 3 .

Этот объем жидких расплавов нужно разместить в горне печи, имея в виду, что его объем занят кусками кокса, порозность слоя ( е ) которого составляет 0,35 — 0,40 м 3 /м 3 .

Тогда уровень чугуна ( h_ч ) и шлака ( h_ш ) в межкусковых пространствах кокса определится следующим образом:

где V_чиV_ш — соответственно выход чугуна и шлака за выпуск.

h_ч = 4 * 28,8 : ( 3,14 * 9,1 2 * 0,40 ) = 1,1 м,

h _ш = 4 * 27,8 : (3,14 * 9,1 2 * 0,40 ) = 1,07 м

Таким образом, уровень расплавов в горне печи будет равен:

Если иметь в виду, что уровень шлака перед началом выпуска не должен подходить к оси воздушных фурм ближе 0,4 м (из-за опа­сения заливания их шлаком и нарушений технологического процесса плавки), а от оси воздушных фурм до верхней кромки горна должен быть установлен конструктивный размер, равный 0,5 м, то высота горна ( h_г ) составит величину:

Принимаем высоту горна печи равной 3,1 м.

Удельная производительность печи после частичной замены кокса пылеугольным топливом будет равна:

Тогда суточная производительность доменной печи объемом 1719 м 3 составит:

При удельном выходе шлака 0,336 т/т чугуна его суточный выход

Принимая 18- разовый выпуск чугуна и шлака в сутки (при условии, что шлак выпускается из печи через чугунную летку) и имея в виду, что плотность чугуна равна 6,9 т/м 3 , а шлака 2,4 т/м 3 , в объемном отношении за один выпуск доменная печь дает:

чугуна – 4900: (18 *6,9) = 39,5 м 3 ,

шлака — 1646 : (18* 2,4) = 38,1 м 3 .

Этот объем жидких расплавов нужно разместить в горне печи, имея в виду, что его объем занят кусками кокса, порозность слоя ( е ) которого составляет 0,35 — 0,40 м 3 /м 3 .

Тогда уровень чугуна ( h_ч ) и шлака ( h_ш ) в межкусковых пространствах кокса определится следующим образом:

где V_чиV_ш — соответственно выход чугуна и шлака за выпуск.

h_ч = 4 * 39,5 : ( 3,14 * 9,1 2 * 0,40 ) = 1,5 м,

h _ш = 4 * 38,1 : (3,14 * 9,1 2 * 0,40 ) = 1,4 м

Таким образом, уровень расплавов в горне печи будет равен:

Если иметь в виду, что уровень шлака перед началом выпуска не должен подходить к оси воздушных фурм ближе 0,4 м (из-за опа­сения заливания их шлаком и нарушений технологического процесса плавки), а от оси воздушных фурм до верхней кромки горна должен быть установлен конструктивный размер, равный 0,5 м, то высота горна ( h_г ) составит величину:

Принимаем высоту горна печи равной 3,8 м.

Далее, задаваясь отношением d_к : D = 0,68 (для доменных печей указанное отношение меняется от 0,65 до 0,68), опреде­ляется диаметр колошника ( d_к ):

Принимаем диаметр цилиндрической части колошника 6,9 м. Высота шахты ( h_ш ) определяется из выражения:

Входящее в это выражение значение угла наклона стен шахты (б_ш) для печей объемом 1719 — 5580 м 3 меняется в пределах 83-85 град.

Принимая значение б_ш для нашего примера равным 84°, нахо­дим высоту шахты проектируемой печи:

h_ш = (10,2 – 6,9) : 2 * tg (90 ° — 84 °) = 17,77 м.

Принимаем высоту шахты равной 17,8 м.

Далее уточняем угол наклона стен шахты печи:

( 90° — б_ш ) = (10,2 – 6,9) :(2 * 17,8) = 0,0927.

Уточненный угол наклона шахты печи будет равен 84° 46’ 0”.

Высота цилиндрической части колошника определяется из усло­вия вместить сюда 2-3 подачи. Подачей называется порция матери­алов, ссыпающаяся в печь с большого конуса. Она определяется, прежде всего, полезным объемом доменной печи. Величина коксовой составляющей в подаче (V_К.П.) находится из выражения:

Для наших условий минимальное и максимальное значение V_к.п. сос­тавит:

V_к.п. = 1719 0,708 * 0.063: 1719 0,727 * 0.071= 12,3 : 15,97 м 3

Если иметь в виду, что рудная нагрузка (отношение массы желе­зорудной части шихты в подаче к массе кокса) составляет обычно 3,2 — 4,2 т/т (принимаем 3,2 т/т), а насыпная масса агломерата равна 1,8 т/м 3 , кокса-0,45 т/м 3 , окатышей-1,9 т/м 3 ,то величина железорудной части пихты ( V_а.п. ) в подаче равна:

V_а.п. = (14,1 * 0,45 * 3,2 ) : 1,8 = 10,2 м 3 .

Таким образом, объем шихты, ссыпающийся с большого конуса, будет равен:

При диаметре колошника 6,9 м высота, занимаемая одной пода­чей (h_п), составит:

h_п = (24,3 * 4 ) : ( 3,14 * 6,9 2 ) = 0,51 м.

а высота двух подач составит величину примерно 1,0 м.

Наконец, необходимо учесть так называемый «уровень засыпи» — расстояние от кромки большого конуса в опущенном состоянии до уровня шихты в печи. Уровень засыпи составляет обычно 1,5-1,7 м. Высота цилиндрической части колошника будет равна:

Объем распара определяется путем суммирования объемов горна (V_г ), заплечиков (V₃ ), шахты (V_ш ), цилиндрической части колошника (V_к ) и вычитанием этой суммы из заданного полезного объема печи ( V_о ).

Находим объемы элементов профиля проектируемой печи:

V_г = (3,14 х 9,1 2 х 3,8) : 4 = 247 м 3 , V_з = 3,14 х 3,0 (9,1 2 + 9,1 х 10,2+10,2 2 ) : 12 = 219,5 м 3 , V_ш = 3,14 х 17,8 (10,2 2 + 10,2х6,9 + 6,9 2 ) : 12 = 1034 м 3 , V_к = (3,14 х 6,9 2 х 2,5) : 4 = 93,4 м 3 . Объем распара (V_р) будет равен:

Для приводимого численного примера объем распара составит:

V_р = 1719 — (247 + 219,5 + 1034 + 93,4) = 124,5 м 3 .

Тогда при найденном ранее диаметре распара 10,2 м его высота будет равна:

h_р = (124,5 * 4) : (3,14 * 10,2 2 ) = 1,5 м.

Уточним полезную высоту доменной печи (V_о) путем суммирова­ния высотных размеров горна, заплечиков, распара, шахты и колошни­ка:

Н_о = 3,8 + 3,0 + 1,5 + 17,8 + 2,5 = 28,6 м.

Высота «мертвого слоя» ( h_м._с) для печей объемом 1719 -5580 м 3 обычно равна 1,1 — 1,7 м.

Результаты расчета профиля проектируемой печи представлены в таблице 2.2.

Основные размеры доменной печи объемом 1719 м 3

источник

Коэффициент использования полезного объема доменной печи R»»-° показывает, с какого объема доменной печи (в м3) выплавляется 1 т чугуна в сутки. Определяется отношением произведения объема печи Vя на число календарных суток Т»1 за вычетом времени простоя печи на капитальном ремонте в сутках Т»1 р к количеству выплавленного за данный период чугуна (в переводе на передельный чугун) q, т. е. [c.93]

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ПРОИЗВОДСТВА — техническое и экономическое состояние производства на определенный момент времени. Т.-э. у. п. зависит от возрастной структуры используемого производственного аппарата, его технического состояния, степени механизации и автоматизации, прогрессивности применяемых технологических процессов, качества выпускаемой продукции и эффективности производства, уровня квалификации кадров, организации производства и труда. Достигнутый Т.-э. у. п. предприятия отражает его возможности по выпуску продукции, соответствующей требованиям заказчиков, мирового рынка. В отдельных отраслях применяются дифференцированные показатели Т.-э. у. п. Так, в черной металлургии — это коэффициент использования полезного объема доменных печей, расход слитков стали на 1 т готового проката, степень использования такого прогрессивного способа, как разливка стали непрерывным способом в машиностроении и металлообработке — изготовление заготовок и деталей с использованием прогрессивных методов пластической деформации и т. д. Показатели Т.-э. у. п. используются при планировании производства, развития науки и техники, обновления производственного аппарата. [c.329]

Производительность оборудования во многом зависит от качества исходного сырья и материалов. Например, в черной металлургии повышение качества кокса и железной руды улучшает коэффициент использования полезного объема доменных печей. [c.128]

Коэффициент использования полезного объема доменных печей. в номинальное время (Л1а/ н) . . 1,75 1,19 0,98 0,8 0,77 0,75 [c.283]

Чем ниже коэффициент использования полезного объема доменной печи, тем лучше ее использование. Полезный объем является наиболее характерным параметром доменной печи, определяющим со производительность. Среднесуточна я производительность доменной печи зависит от времени фактич. работы, горячих и холод- [c.269]

Совр. состояние Ч. м. СССР характеризуется высоким технич. уровнем. Св. 70% всех доменных печей работает с повышенным давлением газа под колошником. Ок. 60% всей выплавки чугуна происходит с применением природного газа. Произ-во офлюсованного агломерата составляет св. 1400 кг/т чугуна, а выпуск неофлюсованного агломерата почти прекращен. Доля агломерата в шихте доменных печей превышает в среднем 80%, а на ряде крупных з-дов печи работают только на агломерате. Температура дутья на большинстве з-дов значительно возросла, и более трети всех доменных печей работает с нагревом дутья выше 900°. Средний коэффициент использования полезного объема доменных печей (по номинальному времени работы) в 1963 составлял 0,717 (в 1950 — 0,977). [c.396]

Пример. Требуется определить сменную норму выработки бригады, обслуживающей доменную печь, суточная производительность которой исчислена по следующим данным полезный объем печи — 1500 м3, коэффициент использования полезного объема печи — 0,8. Выплавляется литейный чугун марки № 3. [c.18]

В развитии советской металлургической промышленности имеются значительные достижения. По ряду технико-экономических показателей предприятия черной металлургии превзошли наиболее развитые капиталистические страны. В Советском Союзе построены самые мощные в мире мартеновские и доменные печи, установки непрерывной разливки стали, значительно улучшены технологические процессы выплавки металла. На одном из металлургических заводов достигнут коэффициент использования полезного объема доменных печей 0,464. В мартеновском цехе производство стали на одного рабочего значительно увеличилось. Мартеновская двухванная печь и блюминг по производительности не имеет себе равных в мире. На этом заводе впервые применена установка сухого тушения кокса с помощью инертных газов. На Криворожском металлургическом заводе имени В. И. Ленина построена доменная печь с полезным объемом 2700 м3, с годовой выплавкой чугуна более 1 700 тыс. т. Освоено и внедрено в широких масштабах применение природного газа и кислорода. [c.14]

Нормативы не остаются неизменными. С развитием хозяйства, прогрессом техники, совершенствованием организации труда и производства нормативы улучшаются. Особое значение имеет улучшение нормативов использования машин и оборудования например, коэффициента использования полезного объема доменной печи, съема стали с квадратного метра пода мартеновской печи, числа часов работы электростанции, добычи угля на один комбайн и т. д. Важнейшее значение имеет, далее, снижение норм расхода труда и материалов на единицу продукции. [c.236]

Коэффициент использования полезного объема доменной печи (КИПО) 137 [c.319]

На крупных предприятиях достигается высокий (уровень использования агрегатов, производственных площадей, трудовых и материальных ресурсов, а также побочных продуктов произ-ва и отходов. Напр., в 1960 число часов использования среднегодовой мощности по районным электростанциям РСФСР составило 5351, а по сельским — 1 611 коэффициент использования полезного объема доменных печей составил в 1960 на 1 т в среднем по СССР —0,753 м3 по РСФСР — 0,699 м3 Магнитогорскому комбинату — 0,601 м3 комбинату им. Серова — 0,570 м3. Среднесуточный съем стали с 1 ж2 площади пода составил в I960 в среднем по РСФСР — 7,61 т Магнитогорскому комбинату — 9,22 т Кузнецкому комбинату — 9,38 т Нижне-Тагильскому комбинату — 9,91 т. К. п. позволяет рационально использовать рабочую силу с учетом специальности и квалификации работника, сосредоточивать наиболее квалифицированные кадры на важнейших, решающих участках произ-ва. На крупных предприятиях создаются научно-исследовательские центры, лаборатории, конструкторские и технология, отделы, что улучшает тохнич. подготовку произ-ва новых видов продукции и сокращает сроки их освоения. Создаются условия для укрупнения вспомогательных служб предприятия (ремонтного, инструментального, транспортного х-ва) и построения их на более совершенной технич. и организационной основе. На крупных предприятиях имеется возможность более рациональной организации материально-технич. снабжения (см. Материально-техническое снабжение народного хозяйства). [c.351]

Скоростные методы работы получили широкое распространение в других отраслях нар. х-ва. В 1959 в текстильной пром-сти ударник коммунистич. труда ткачиха Ю. М. Вечерова (ф-ка Солидарность ) увеличила число оборотов ткацких станков в металлургич. пром-сти доменщики и сталевары, применяя методы интенсификации технологич. процессов, улучшили коэффициент использования полезного объема доменных печей и увеличили съем стали с I м2 пода мартеновских печей. На опыте передовиков произ-ва и технич. достижениях нашей пром-сти основываются методы ускорения горнопроходческих работ, бурения нефтяных скважин, увеличения скоростей и мощностей тракторов для выполнения с.-х. работ. [c.174]

При установлении плановых заданий по выпуску продукции необходимо проверить их обеспеченность наличием соответствующих производственных мощностей с учетом ввода новых основных фондов в течение предстоящего периода. Для правильного выявления производственных мощностей и планирования их использования надо базироваться па прогрессивных тех-нико-экономич. нормах, отражающих передовую технологию и организацию произ-ва, новаторскую практику лучших участков, цехов и предприятий. Технико-экономич. нормы производительности оборудования (или его использования) различаются по своему составу и характеру в разных отраслях пром-сти, а также в различных технологич. фазах одной и той же отрасли. Напр., в черной металлургии норма использования оборудования в произ-ве чугуна выражается в виде коэффициента использования полезного объема доменных печей, в произ-ве стали — в виде уд. съема стали с 1 м2 пода мартеновских печей, в произ-ве проката — в виде средней производительности прокатных станов в тоннах за час. В текстильной пром-сти нормы исполь- [c.220]

Важнейшим показателем, характеризующим работу доменных цехов, является т. н. коэффициент использования полезного объема доменных печей. Он предста- [c.269]

источник

Основными расчетами конструкции доменной печи являются расчет основных геометрических параметров печи, расчет количества фурм, чугунных и шлаковых леток.

Профилем доменной печи называют очертание рабочего пространства, ограниченного футеровкой. В горизонтальных (поперечных) сечениях профиль представляет собой окружности переменного диаметра. Профиль печи в вертикальном осевом сечении представлен на рис. 6.1; основные элементы профиля — это горн, заплечики, распар, шахта и колошник, составляющие полезный объем печи, т.е. объем от оси чугунной летки — до низа подвижных элементов засыпного аппарата в опущенном положении (в полезный объем не входят объем 1 нижней части горна от оси чугунной летки до кладки лещади, где находится несливаемый слой жидкого чугуна, и ограниченный куполом 3 печи объем 2, в котором расположены элементы засыпного аппарата).

Рис. 6.1

Колошник имеет форму цилиндра и служит для приема загружаемой сверху шихты. Ниже колошника расположена расширяющаяся книзу шахта; это расширение необходимо, чтобы обеспечить свободное опускание шихтовых материалов, объем которых увеличивается в результате нагрева. Распар, представляющий собой короткий цилиндр, служит для создания плавного перехода от расширяющейся шахты к сужающимся заплечикам. Заплечики выполнены в виде усеченного конуса; такая их форма необходима, поскольку здесь происходит плавление рудной части шихты, в результате чего объем шихты уменьшается, и суживающиеся заплечики не позволяют шихте слишком быстро опускаться в горн. Последний имеет цилиндрическую форму, в нижней его части скапливаются жидкие чугун и шлак, а в верхнюю подают дутье и здесь сгорает топливо (кокс).

Основным размером доменной печи является полезный объем. В нашей стране доменные печи строятся по типовым проектам, в соответствии с которыми предусмотрены следующие величины полезного объема, м 3 : 1033, 1386, 1513, 1719, 2002, 2300, 2700, 3000, 3200, 4500, 5000 и 5500, однако, несмотря на это металлургические заводы зачастую строят доменные печи отличные от типовых проектов.

Производство всего объема чугуна Группой НЛМК осуществляется в 4-х доменных печах. Наряду с доменной печью «Россиянка» в эксплуатации находятся доменные печи: ДП №4 (объем 2000 м 3 ), ДП №5 и ДП №6 (объем 3200 м 3 ). Доменные печи №2 (объем 1000 м 3 ) и №3 (объем 2000 м 3 ) остановлены в июле 2012 г. и в мае 2013 г.

В настоящее время в эксплуатации на НЛМК находятся четыре доменных печи:

ДП №4 (мощность 1,8 млн тонн), ДП №5 (2,7 млн тонн), ДП №6 (2,9 млн тонн) и ДП №7 «Россиянка» (3,4 млн тонн).

Производительность доменной печи №6 составляет 7397 т/сут., соответственно годовая производительность равна 2700 тыс. т/год.

Учитывая годовую производительность трубозаготовочного стана 900/750х3 равную 2500 тыс. тонн, для производства чугуна выберем доменную печь с полезным объемом 3200 м 3 и годовой производительностью 2700 тыс. тонн.

Основные размеры профиля печи — это полезная высота, высота и диаметр отдельных элементов профиля, полная высота печи. Полезной высотой H (рис. 6.1) называют расстояние от оси чугунной летки до низа большого конуса 5 или низа вращающегося распределителя шихты (лотка) в опущенном положении. Полная высота печи Hп (рис. 6.1) — расстояние от оси чугунной летки до верхней кромки колошникового фланца 4, который служит опорой засыпного аппарата.

Оптимальные соотношения между размерами выработаны на основании многолетнего опыта эксплуатации печей. Известен ряд методов приближенного расчета размеров печи. Например, по методу Н.К. Леонидова их рассчитывают, исходя из величины полезного объема V.

Полезную высоту H находят из выражения: H = 6,42V 0,2 .

Высоты h и диаметры D отдельных частей печи вычисляют по следующим эмпирическим формулам, м:

Полезная высота доменной печи

где H — полезная высота доменной печи, м;

V — полезный объем доменной печи, м 3 ;

Н — полезная высота доменной печи, м;

V — полезный объем доменной печи, м 3 ;

где h_з — высота заплечиков, м;

Н — полезная высота доменной печи, м;

Н — полезная высота доменной печи, м;

где D_р — диаметр распара, м;

V — полезный объем доменной печи, м 3 ;

Н — полезная высота доменной печи, м;

где h_к — высота колошника, м;

Н — полезная высота доменной печи, м;

где D_к — диаметр колошника, м;

V — полезный объем доменной печи, м 3 ;

Полная высота обычно изменяется в пределах от 1,085 до 1,11 полезной высоты. Угол наклона шахты б составляет 82-85°, угол в наклона заплечиков 79-81°.

Таким образом, полная высота будет равна Н_п=1,1Н (10); угол наклона шахты б=83 0 ; угол наклона заплечиков в=80 0 .

Полная высота доменной печи

Н — полезная высота доменной печи, м;

Печи малого объема имеют одну чугунную летку, печи объемом около 2000 м 3 — две, печи объемом 2700 м 3 — три, а печи объемом 3200-5500 м 3 — четыре летки. На больших печах с четырьмя поочередно работающими летками, число выпусков чугуна в сутки достигает 18-24, на печи объемом 1000 м 3 оно равно 4-5.

Шлаковые летки располагают выше оси чугунных леток на 1,4-2,0 м. На печах объемом 3200-5500 м 3 , имеющих четыре чугунных летки, практически весь шлак выходит через чугунные летки вместе с чугуном, и на этих печах делают одну шлаковую летку, имеющую резервное значение.

Основываясь на приведенных данных, при расчете доменной печи количество чугунных и шлаковых леток примем равным четырем.

Число фурм зависит от диаметра горна и его примерно определяют по следующей зависимости: n = 3D_г — 8 (11).

Основные размеры профиля печи и технические характеристики приведены на сборочном чертеже.

источник

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Факультет металлургии, машиностроения и транспорта

КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ПРОФИЛЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Методические указания к изучению курса по дисциплине

«Технология металлургического производства»

Рекомендовано ученым советом ПГУ им. С. Торайгырова

кандидат технических наук, профессор

К65 Конструкция и расчет профиля доменной печи. Методические указания к изучению курса по дисциплине «Технология

металлургического производства» / сост. ,

. – Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2007. – 33 с.

В методическом указании приводятся общие сведения по конструкции профиля доменной печи и основные способы расчета профиля доменной печи.

Методическое указание разработано в соответствии с государственным стандартом специальности 050709 «Металлургия» ГОСО РК 3.08.335 – 2006.

©Павлодарский государственный университет

Значительные достижения металлургической науки в последние годы обусловлены использованием современных методов исследования и контроля, позволивших значительно углубить представления о металлургических процессах. Представить сущность процессов, протекающих при металлургическом переделе железных руд, невозможно без использования современных знаний в области физической химии, кристаллографии, физики твердого тела, теплофизики, газодинамики и других фундаментальных дисциплин.

История развития профиля доменной печи берет начало от домниц ХIV века, рабочее пространство которых представляло собой два усеченных конуса, сложенных широкими основаниями. Первые доменные печи ХV века мало отличались от домниц, за исключением несколько большей высоты – от 4,5 до 6,5 м при диаметре распара 2 – 3 м и горна 0,7 – 0,8 м. Температура в нижней части печи в то время уже составляла 1350–1450 0С, а содержание FeO в шлаке 3 – 6 %. В этих условиях выгорание углерода из железа под шлаком было сведено к минимуму – продуктом плавки сделался исключительно чугун. В дальнейшем были, изобретены эффективные способы передела чугуна в сталь и процесс получения стали из руды сделался двухступенчатым с чугуном в виде промежуточного продукта передела.

Доменная печь была изобретена не каким-либо лицом, она явилась плодом коллективного творчества многих поколении металлургов, осуществивших многовековой переход от примитивных сыродутных горнов к домницам и, наконец, к доменным печам.

Современная доменная печь (название от старославянского «дмение» – «дутьё»)- это непрерывно работающий агрегат шахтно­го типа, течение процесса в котором основано на противотоке шихтовых материалов и горячих газов. Несмотря на кратковре­менность пребывания газов в печи, тепловой коэффициент их полезного действия, равный 85 – 87%, является одним из луч­ших для металлургических объектов.

Особенностью современного доменного производства в ми­ровой практике является значительное увеличение единичной мощности агрегатов с одновременным совершенствованием конструкций и оборудования, как самих доменных печей, так и вспомогательных сооружений.

В настоящее время в СНГ работают печи полезным объе­мом до 5000 м3, намечается ввод печей объемом до 5500 м3 с избыточным давлением газа на колошнике до 245 кПа, температурой горячего дутья 1350 – 1400°С, обогаще­нием его кислородом до 35% и использованием различных ви­дов добавочного топлива. Увеличение абсолютного расхода шихтовых материалов и количества чугуна (достигающего в настоящее время 10000, а в будущем 13000 – 14000 т/сут) обус­ловило большие изменения в конструктивных решениях всего комплекса доменного производства.

1.1 Общее понятие о профиле

Очертание рабочего пространства доменной печи в верти­кальном осевом сечении, ограниченного огнеупорной кладкой, называется профилем. Поскольку разгар футеровки начинается с момента ввода печи в эксплуатацию, профиль ее не является постоянным.

Следует различать профили проектный (расчетный) и ра­бочий, стабилизирующийся в зависимости от условий работы и конструктивных особенностей печи, в том числе от системы ох­лаждения. Рабочий профиль как очертание «рабочего простран­ства» печи иногда значительно отличается от проектного.

Это не исключает влияния последнего на ход доменной пе­чи и технико-экономические показатели ее работы. Чем пра­вильнее расчет профиля печи, тем лучше использование хими­ческой и физической энергии газов, ровнее ход печи, равномер­нее разгар футеровки и больше стабильность соотношений ос­новных размеров рабочего и проектного профилей. При нерав­номерном разгаре футеровки, т. е. при искажении профиля, производительность печи снижается, а расход кокса увеличива­ется. В этой связи важно не только найти целесообразный про­ектный профиль, но и следить постоянно в процессе эксплуата­ции за его «чистотой» и относительной равномерностью раз­гара.

Сочетание этих условий дает возможность получить так на­зываемый «рациональный профиль», обеспечивающий быстрое достижение после задувки печи проектных показателей и боль­шую ее производительность для данных конкретных условий производства.

1.2 Основные размеры профиля и его составные части

Профиль доменной печи (рисунок 1.1) подразделяется на со­ставные части. Горн — нижняя цилиндрическая часть печи – в свою очередь делится на верхний и нижний, или соответствен­но на фурменную зону и металлоприемник. Подина последнего называется лещадью. Часть металлоприемника ниже подошвы чугунной летки носит название зумпфа, или «мертвого» слоя (высотой h). Эта зона, постоянно заполненная жидкими продук­тами плавки, защищает лещадь от воздействия процессов, про­исходящих в горне. Высота h в высоту горна hг не входит.

Верхняя кромка воронки большого конуса

Н – полная высота; Но – полезная высо­та;

hг – высота горна; hз – высота заплечиков;

hp – высота распара; hш – высота шихты;

hк – высота колошника; dг – диаметр горна;

D – диаметр распара; Dk – диаметр колошника;

α – угол наклона шахты; β – угол наклона заплечиков.

Рисунок 1.1 – Профиль доменной печи

Между наиболее широкой цилиндрической частью профи­ля – распаром и горном находятся заплечики, представляющие собой усеченный конус, обращенный широким основанием к распару.

Выше распара находятся шахта, имеющая форму усеченно­го конуса, и цилиндрический колошник.

Основными размерами профиля являются: полезная и пол­ная высота печи, высота отдельных его частей (горна, заплечи­ков, распара, шахты, колошника) и диаметры горна, распара и колошника. Основные размеры указанных частей профиля определяют рабочее пространство печи, т. е. так называемый ее полезный объем Vo, равный объему лечи от оси чугунной летки до кромки большого конуса засыпного аппарата в крайнем опущенном положении. Расстояние между ней и осью чугунной летки называется полезной высотой Ho.

Уровень засыпи шихты принято поддерживать на 1,0-1,5 м ниже указанного положения большого конуса.

Полной высотой в отличие от полезной называется расстоя­ние от оси чугунной летки до верхней кромки основного опор­ного кольца колошника, на которое опирается чаша большого конуса засыпного аппарата. Разность полной и полезной высот определяется размером чаши и ходом большого конуса.

Отношения полезной высоты и диаметра колошника к диа­метру распара (соответственно Но: D и dk: D), а также диамет­ра распара к диаметру горна (D: dг) определяют конфигура­цию профиля, в том числе углы наклона шахты (α) и запле­чиков (β).

2 Конструкция доменной печи

Основанием доменной печи является фундамент (Рисунок 2.1). Фундамент состоит из собственно опоры, или плиты фундамен­та, расположенной ниже отметки заводского пола, и наружной части так называемого пня. Фундамент печи может быть одно­временно опорой прилегающих сооружений, связанных с конст­рукцией поддоменника и литейного двора.

Разновидностью современной конструкции является фунда­мент, выполненный в виде монолитной плиты из железобетона марки 300 в нижней части и из жароупорного бетона в верхней.

Фундамент печи представляет собой мощный железобетон­ный армированный массив, выдерживающий огромные нагрузки (вес доменной печи объемом 5000 м3 с шихтой достигает 440 кН).

Основание фундамента закладывается на твердом материко­вом грунте и должно по возможности доходить до скалы изверженного или осадочного происхождения. При слабом грунте фундамент опирают на свайное основание или делают опускной колодец. Причем отметка подошвы фундамента должна быть на расстоянии, равном глубине промерзания, а глубина забивки свай при этом зависит от качества грунта, который должен выдерживать нагрузку не менее 245 кПа. Это предохраняет фундамент от больших неравномерных осадок. Последние допускаются в пределах 100 мм с неравномерностью 0,001. Особенно опасны лессовидные грунты, дающие осадки тем значительнее, чем больше влаги попадает в почву в непосредственной близости от фундамента.

Рисунок 2.1 – Фундамент доменной печи объемом 5000 м3

Осадки нарушают монолитность фундамента, сопряжение наклонного моста с верхом печи и центровку засыпного аппара­та, ось которого отклоняется от оси печи. Это отражается на распределении материалов, ровности хода и создает условия для искажения профиля печи.

Развитие трещин в фундаменте и его неравномерная осадка могут нарушить сплошность массива лещади и привести к осе­вому прорыву горна. Подобные аварии были в практике как за­рубежного, так и отечественного доменного производства. Во­зникновению их способствуют условия работы фундамента. По­сле задувки печи температура пня постепенно возрастает, со­здаются напряжения, происходят структурные изменения в бе­тоне с образованием трещин. Происходит постепенное разру­шение бетона, так как гидроалюминат и гидроксид кальция, вы­деляющиеся в процессе гидратации цемента, при высокой тем­пературе теряют гидратную воду. При этом разрушается кри­сталлическая решетка цементного камня, снижается его про­чность особенно при нагреве бетона до 547°С.

Выделяющаяся окись кальция гасится влагой воздуха с уве­личением объема, а разница величин деформаций цементного камня и заполнителя приводит к образованию микротрещин в местах их соприкосновения, что и обусловливает постепенное термическое разрушение фундамента. Ослабление этого разру­шения достигается сооружением верхней части фундамента из жароупорного бетона высотой 3,0 – 3,5 м, способного благодаря огнеупорному наполнителю – бою шамота – выдерживать температуру до 1100°С при допуске для несущей части фундамента 250°С. Применяемое в настоящее время охлаждение низа леща­ди воздухом или водой капитально решает вопрос защиты фун­дамента от термического разрушения. Температура поверхности его на границе с лещадью практически не превышает 100 – 150°С.

Известковый и доломитный щебень понижают термостой­кость бетона. Кристаллический кварц при 753°С подвергается пе­рерождению с большим увеличением объема. Поэтому предпоч­тительней всего готовить бетон, применяя гравий.

Массив фундамента должен иметь хорошую сплошность, т. е. не иметь пустот и рыхлых полостей. Все материалы, употребляемые для бетонирования, тщательно подготавливаются с точки зрения гранулометрического состава, отсутствия посторонних примесей и собственно мусора. Бетонирование ведут ускоренным темпом, без перерывов от начала и до конца в целях полу­чения максимальной однородности тела фундамента.

Существует несколько типов несущих конструкций доменных печей:

1 Американский (рисунок 2.2, а), преимущественно применяемый в Англии, с опорой колошника через кожух и моратор на так называемые основные колонны печи. Число колонн обычно равно или вдвое меньше числа фурм, другое сочетание неудобно, так как затрудняет обслуживание фурм и создает неравномер­ное размещение их по окружности горна.

Рисунок 2.2 – Различные типы металлоконструкций доменных печей

Несмотря на меньший вес конструкций и более низкую стои­мость, по сравнению с другими типами, она имеет существенный недостаток – передает вибрации от скипового подъемника и обо­рудования колошника непосредственно на печь.

2 Немецкий (рисунок 2.2, б) с опорой колошника на четыре самостоятельные колонны. Несмотря на улучшенное обслужива­ние горна, в этой конструкции не исключено наличие значитель­ных напряжений, так как вес шахты передается полностью на заплечики и фурменную зону.

3 Комбинированный (рисунок 2.2, в), в котором уменьшены указанные втором пункте напряжения, но усложнено обслуживание горна.

4 Японский (рисунок 2.2, г) с шестью колоннами, имеющими кронштейны (применяется на современных печах в Японии). Колонны тяжелы в связи с эксцентриситетом нагрузок. Диаметр кольцевого воздухопровода, расположенного вне колонн, зна­чительно больше, чем в других вариантах. Это значительно уве­личивает и утяжеляет детали фурменного устройства. Возмож­ности организации напольного транспорта вокруг горна огра­ничены.

5 Американский (рисунок 2.2, д) с четырьмя колоннами, разра­ботанный в последнее время в США. В этом случае устраняют­ся последствия вибрации, вызываемые загрузочными устройст­вами, и имеется широкий доступ для обслуживания леток и фурм горна.

6 Самонесущий кожух шахты без моратора. Эта конструк­ция применена на доменных печах полезным объемом 3200 и 5000 м3. Опора колошникового устройства при этом выполнена в двух вариантах. На печи объемом 3200 м3 опора состоит из шести колонн, связанных вокруг печи опорной кольцевой бал­кой и передающих нагрузку на фундамент печи. Опорная балка сделана из стали 10Г2С1. На печи объемом 5000 м3 опорные ко­лонны отсутствуют и колошниковое устройство опирается на пе­рекрытие шатра поддоменника (рисунок 2.3). Данными конструк­тивными решениями исключается необходимость в мораторе, который является наиболее слабым конструктивным узлом шахты при обычной конструкции с опорой на колонны. Моратор вместе с примыкающими к нему царгами кожуха непрерывно испытывает переменные деформации, с одной стороны, от сжа­тия под действием горизонтальной составляющей реакции ко­лонн и, с другой стороны, от кольцевых усилий, возникающих от внутреннего давления, создаваемого газом в печи. Растягиваю­щие силы преобладают над сжимающими и являются причиной образования напряжений в кладке моратора с последующим разрушением кирпича.

Улучшение службы футеровки достигается устранением пе­ременных напряжений в кладке и кожухе. Конструктивно это осуществляется подвешиванием верхней части шахты к кольцевой балке на колошнике в восьми точках с одновременным креплением подвесок кольцевого воздухопровода к кожуху низа шахты. Постоянно действующие на него растягивающие усилия исключают переменные напряжения.

Таким образом, кожух печи, кроме внутренних сил давления, обусловленных комплексом происходящих в печи процессов, испытывает внешние силы, а именно: вес металлоконструкций, атмосферные явления. При нормальной температуре кожуха не выше 60 – 80°С эти силы не представляют опасности. Однако при сильном нагреве кожуха они могут вызвать существенные его деформации.

Рисунок 2.3 – Фундамент современной доменной печи с опорой колошника на шатер поддоменника

2.3 Колонны и опорные кольца

В течение длительного периода существования чугунопла­вильного производства опорные колонны были обязательным элементом металлоконструкций доменных печей, передающим нагрузку всего верхнего строения печи на ее фундамент.

В отечественной и немецкой практике колонны, как правило, делались клепаными из листового или профильного металла. Впоследствии их стали делать сварными или цельнокатаными. Материалом для их изготовления служат низколегированные стали типа 15ХСНД.

Рисунок 2.4 – Поперечное сечение опорных колонн (1 – 6)

Наиболее рациональной конструкцией из числа приведенных на рисунке 2.4 следует считать колонну 1, принятую в свое время для типовых печей Гипромеза. Колонна имеет наружные уголь­ники (с целью облегчения изготовления) и промежуточную стенку, предназначенную для усиления колонны на случай ча­стичной потери ее несущей способности. Кроме того, мощность колонны принимается с запасом прочности, рассчитанным на возможность выхода из строя одной колонны полностью и передачи дополнительных нагрузок на соседние. Для придания колоннам большей прочности внутрь полости их перпендикулярно к оси вклепывались, а теперь ввариваются диафрагмы. К тор­цам колонн крепятся опорные листы. Верхний лист крепится под углом к оси печи, поскольку опорное кольцо шахты гори­зонтально, а колонны для увеличения доступа к горну устанав­ливаются наклонно. Нижний срез колонны из-за нижнего опор­ного башмака делается перпендикулярным к ее оси. Для плот­ного прилегания торцов колонн к опорным листам и соответст­вующей передачи нагрузок срезы обрабатываются.

Опоры колонн. Колонны, несущие большие нагрузки, долж­ны надежно опираться на пень фундамента. Для этого их за­крепляют в фундаменте на отдельных опорах: чугунных литых башмаках или фундаментных кольцах–клепаных, чугунных литых, в настоящее время сварных. Иногда колонны связывают­ся с массивом пня специальными фундаментными болтами. Пло­щадь опор зависит от нагрузки на колонны и допускаемого на­пряжения бетона фундамента. Опоры размещают ниже кладки лещади на 2–3 м для защиты в случае выхода чугуна на гори­зонте лещади. Внутренняя полая часть колонн от низа до рабо­чей площадки заполняется бетоном.

Опорные кольца шахты. Передача давления на колонны со стороны кладки шахты, ее холодильников, частично заплечиков я колошникового устройства (в зависимости от типа несущих конструкций) осуществляется через верхнее опорное кольцо – моратор, представляющий собой мощную кольцевую балку. Коль­цо состоит из горизонтальных листов и вертикального листа пер­вого пояса (царги) кожуха шахты и соединяется с верхом колонн при помощи болтов через промежуточную опорную плиту. По­верхности соприкосновения листов и плиты тщательно обраба­тываются.

Моратор является основой для огнеупорной кладки шахты и допускает раздельное и одновременное выполнение футеровки низа и верха доменной печи.

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.

2.5 Колошниковое устройство

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.

Вертикальные газоотводы в верхней своей части соединяются симметрично в два наклонных газоотвода, нисходящих к одному или двум пылеуловителям. Сечение газоотводов в 3 – 4 раза больше сечения свечей. Уклон нисходящих газоотводов к горизонту не менее 30 – 370 в зависимости от физических свойств проплавляемого сырья, а также во избежание осаждения в них колошниковой пыли и их залипания.

Конфигурация газоотводов зависит от их числа, расстояния между печью и пылеуловителями, способа подвода к ним газа (снизу или сверху) и от крепления колошникового устройства – копер или соединительные балки между свечами. Для сохранения кожуха газоотводов их футеруют таким же кирпичом, как и свечи. Толщина стенки кожуха принимается обычно 10 – 12 мм.

По длине газоотводов в верхней их половине делаются люки для вентиляции и осмотра во время ремонтов. На поверхности газоотводов располагаются лестницы для наблюдения за их состоянием и для перехода с пылеуловителя на колошник

3 Определение размеров профиля

Длительное время принципы расчета профиля печей считалось секретом фирмы и материалы, касающиеся этого вопроса, не публиковались.

Немецкий металлург А. Ледебур в 1873 г. впервые рекомендовал рациональные, по его мнению, соотношение элементов профиля и установил методику определения их абсолютных размеров.

Оценку работы доменной печи он характеризовал коэффициентом использования объема, выражая его количеством тонн чугуна, выплавляемого за сутки в одном кубическом метре объема печи Q, необходимый для выплавки заданного количества чугуна в сутки, а затем и высоту печи

где 2,85 – коэффициент, соответствующий определенным соотношениям высоты печи и других частей ее профиля при условии, что все размеры (высоты и диаметры отдельных элементов) прямо пропорциональны высоте печи.

В частности, высота: горна hг=0,10Н; заплечиков hз=0,21Н; распара hр=0,04Н; шахты hш=0,65Н; диаметр горна: dг=0,17Н; распара D=Н:3,5=0,2857Н; колошника dк=0,2Н или dк=0,2·3,5=0,7 D.

При этом угол наклона заплечиков — неизменная величина 0,5(0,2857÷0,1700):0,21= ctg β (β=74037′). Угол наклона шахты также –неизменная величина для различных условий работы печи 0,5(0,2857÷0,2000):0,65= ctg α (α=86023’`).

Эти положения, как было установлено академиком , являлись ошибочными, так как размеры отдельных элементов профиля по мере увеличения высоты печи растут неодинаково, что подтверждается как изменением размеров их на протяжении всего развития профиля, так и практикой строительства печей более позднего периода.

3.1 Метод определения профиля

Установив несоответствие соотношения А. Ледебура для определения отдельных элементов профиля, академик предложил метод расчета, основанный на отрицании прямой пропорциональности между различными частями профиля и общей высотой печи. Зависимость ее от полезного объема печи V0, м3 выразил формулой

где n – коэффициент, являющейся переменной величиной, тем больший 2,85, чем выше отношение Н:D.

В основу определения размеров профиля , положил полезный объем печи, который при заданной производительности определяется через коэффициент его использования

Коэффициент использования полезного объема печи (м3·сут/т), пропорционален ее объему, приходящемуся на 1т выплавленного чугуна.

где V – объем шихты без уминки, приходящийся на 1т чугуна, м3;

r – коэффициент уминки, равный 12,5% при работе на коксе и 25% на древесном угле, или соответственно 0,875 и 0,750;

t – время пребывания шихты в печи, определяется по времени аналогичных плавок, ч.

После определения полезного объема печи можно найти другие размеры профиля, используя его взаимосвязь с полной высотой печи и диаметром распара, установленную по методике Павлова на основании результатов изучения многих доменных печей различного объема. Эта зависимость выражается формулой

где К – коэффициент, связывающий полезный объем печи с полной высотой Н и диаметром распара D, и учитывающие отклонение профиля печи от цилиндра.

Значение коэффициента К может возрастать с увеличением угла заплечиков, высоты цилиндрического распара и отношение Н:D. Вычисленный в свое время Павловым для печей всевозможных объемов и отношения Н:D коэффициент К составлял в среднем 0,54, а в современных условиях 0,56-0,63.

При определении полной высоты печи и диаметра распара исходил из отношения Н:D, рекомендуя его для древесноугольных печей равным 5,0÷4,25, а для коксовых 4,25÷3,50 (последнее значение для печей, работающих на слабом коксе или имеющих предельную высоту). Задаваясь соответствующим отношением Н:D, можно определить значения

где n и m – коэффициенты, величина которых при К=0,54 и различных отношениях Н:D, по методике Павлова, составляют величины приведенные в таблице 1.

источник