Доронин С.В. Конструктивные формы металлургического оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

Печь может эксплуатироваться и без добавления в теплоноси-

тель сыпучего материала. В этом случае инжектором засасывается часть

отработанного теплоносителя, т. е. печь работает с частичной рецирку-

ляцией теплоносителя.

При разработке данной конструктивной формы за счет услож-

нения кинематики, введения дополнительных подвижных элементов

обеспечивается упрощение структуры и улучшение ряда технико-

экономических показателей, а именно упрощение обслуживания и по-

вышение надежности.

2.2. ПЕЧИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ

Эти агрегаты применяют и для сушки, и для обжига. Устройство

различных одноподовых печей КС [20] (рис. 52, a) сходно, конкретная

же конструкция печи КС отличается размерами и отдельными элемента-

ми, определяемыми особенностями обрабатываемого материала.

Основой печи является футерованный корпус. Единственный

вид механического оборудования – загрузочный питатель или дозатор.

Важным технологическим элементом печи является сопло для подачи

воздуха. Количество сопел на одну печь (площадью 16–40 м

) составляет

от 850 до 2100 шт. Это цилиндрические устройства диаметром до 100–

150, длиной 150–450 мм со сменными головками, имеющими вертикаль-

ные, горизонтальные или наклонные отверстия диаметром 4–8 мм, вы-

полняемые из жаростойких материалов (сталь Х18Н10Т и др.).

Рис. 52. Печи кипящего слоя: а – одноподовая; б – многоподовая; 1 – подина; 2 –

горелка; 3 – загрузочная камера (форкамера); 4 – корпус; 5 – футеровка; 6 – свод;

7 – газоотводящий патрубок; 8 – разгрузочный порог; 9 – змеевик (охладитель);

10 – воздухораспределительное сопло; 11 – воздушная камера; 12 – задвижка с

пневмоприводом; 13 – воздухопровод; 14 – зона охлаждении; 15 – передаточное

устройство; 16 – зона обжига; 17 – зона подогрева; 18 – винтовой питатель; 19 –

пылеуловитель

Начиная с 1962 г., внедрено обогащенное кислородом дутье.

Существует тенденция предпочтительного применения многоподовых

(многозонных) печей КС (рис. 52, б).

Рассмотрение конструктивных форм печей кипящего слоя пока-

зывает, что особенность их структурных схем заключается в практиче-

ски полном отсутствии подвижных механических частей. В связи с этим

приемы формообразования сводятся к выбору формы рабочего про-

странства, количества и расположения подин и дутьевых сопел.

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Получение жидкого металла обеспечивается большим количест-

вом разнообразного оборудования, основанного на применении различ-

ных технологических процессов. В качестве типичного оборудования

для анализа конструктивных форм приняты типичные представители

пирометаллургического (шахтные печи, конвертеры), гидрометаллурги-

ческого (электролизеры), электрометаллургического (дуговые печи,

электролизеры) оборудования.

3.1. ШАХТНЫЕ ПЕЧИ

Шахтные печи применяют в цветной металлургии на медепла-

вильных заводах для плавки кусковых сульфидных руд; на никелевых

заводах – для плавки агломерата, брикетов и кусковых окисленных ни-

келевых руд, а также кусковых сульфидных медно-никелевых руд; на

свинцовых заводах – для плавки агломерата и переплава бедного штейна

и шликеров; на оловянных заводах – для плавки шлаков и других обо-

ротных материалов. В черной металлургии к печам шахтного типа отно-

сятся доменные печи для выплавки чугуна.

В качестве топлива в шахтных печах используют кокс, загру-

жаемый в строгой последовательности с порциями шихты. Расход кокса

зависит от состава шихты. Для его снижения и интенсификации процес-

са плавки необходим подогрев дутья и обогащение его кислородом до

28–30%. Шахтные печи имеют в основном одинаковое устройство и

принцип действия, и отличаются друг от друга лишь конструктивным

исполнением отдельных узлов, что объясняется спецификой технологи-

ческих процессов. Современные печи имеют прямоугольное сечение, но

применяют и круглые печи, диаметр которых составляет 1,5–1,6 м. Раз-

мер длинной стороны сечения прямоугольных печей зависит от заданной

производительности. В печах для плавки свинца этот размер составляет

не более 10 м, а для печей на медно-никелевых заводах достигает 26,5 м,

что позволяет переплавлять до 2500 т шихты в сутки.

На рис. 53 показана принципиальная схема шахтной печи [20].

Основными ее элементами являются: горн 1, фурмы 2, шахта 4, колош-

ник 7 и газоход 8. Шихту загружают через окна 9, расположенные с двух

сторон на колошнике по длинным боковым сторонам печи (в некоторых

печах колошник открыт и шихта загружается сверху непосредственно в

шахту). Для защиты стенок 5 от повреждения шихтой загрузочные окна

оборудованы отбойными плитами 6. Снизу в разогретую шихту вдувают

через фурмы 2 воздух, обогащенный кислородом. Воздух к фурмам по-

дается от коллектора 3. В результате сгорания топлива и серы, содержа-

щейся в шихте, в нижней зоне шахты создается температура 1450–1500

°С. Горячие газы поднимаются вверх и подогревают опускающуюся на-

встречу им шихту. Температура уходящих в газоход 8 газов составляет

150–300 °С. Продукты плавки скапливаются в горне 1.

В печах для плавки свинца свинец выпускают из горна непре-

рывно через сифон, расположенный на длинной стороне печи; штейн и

шлак удаляют через специальный выпускной кессон, расположенный в

торце печи ниже фурм. Из кессона по чугунному желобу они поступают

в отстойник, где происходит их разделение.

Рис. 53. Принципиальная схема шахтной печи: 1 – горн; 2 – фурмы; 3 – коллек-

тор; 4 – шахта; 5 – стенки; 6 – отбойные плиты; 7 – колошник; 8 – газоход; 9 –

окно

Одна из конструкций шахтных печей для свинцовой плавки

(рис. 54) содержит все главные элементы, присущие другим шахтным

печам. Она установлена на железобетонном фундаменте и охвачена ме-

таллическим каркасом 3, собранным из вертикальных колонн, изготов-

ленных из двутаврового или швеллерного проката. Колонны соединяют-

ся горизонтальными ригелями, воспринимающими нагрузку от кессонов.

Шахта печи 7 составлена из водоохлаждаемых стальных кессо-

нов 16, 17, установленных в два ряда. В нижней части кессонов 12 раз-

мещены фурмы 9, 18, соединенные посредством труб с коллектором 2

для подвода дутья. У верхней отметки горна размещены выпускные

медные водоохлаждаемые кессоны 19. Шлак выпускается через сифон

10.

Рис. 54. Шахтная печь для свинцовой плавки: 1 – желоб; 2 – коллектор; 3 – кар-

кас; 4 – колошник; 5 – газоход; 6 – кладка; 7 – шахта; 8 – водоподвод; 9, 18 –

фурмы; 10 – сифон; 11 – горн; 12 – нижняя часть кессонов; 13 – лебедки; 14 –

шиберы; 15 – окна; 16, 17, 19 – кессоны

Горн 11 установлен на подушке высотой до 300 мм, выложенной

из красного кирпича на фундаменте печи. Кожух горна сварен из листо-

вой стали толщиной 10–15 мм. Изнутри на кожух нанесен слой жаро-

стойкого бетона, поверх которого из огнеупорного кирпича выложена

подина в форме обратной арки. Розлив свинца осуществляется через же-

лоб 1.

Колошник 4 составлен из отдельных стальных элементов и

кладки 6. Шатер, укрывающий колошник – это стальной футерованный

кожух. Усилие от веса колошника и шатра передается на каркас печи.

Над шатром расположен газоход 5.

Загрузка печи осуществляется с двух продольных сторон через

окна 15, каждое из которых оборудовано двумя шиберами 14, управляе-

мыми лебедками 13 с электромеханическим приводом.

Основой конструктивной формы шахтной печи является ее

внутреннее рабочее пространство. Основным приемом его формообразо-

вания является учет физико-механических свойств обрабатываемых ма-

териалов, изменения их агрегатного состояния при прохождении раз-

личных зон рабочего пространства печи. Именно эти факторы опреде-

ляют наличие по высоте печи участков различных поперечных сечений,

а также высоту этих участков.

Лещадь шахтной печи является одним из важнейших ее элемен-

тов. Известны лещади доменных печей с полусферической внутренней

поверхностью.

Особенность описываемой лещади доменной печи (рис. 55) [25]

заключается в том, что, с целью увеличения срока службы, лещадь вы-

полняют полусферической формы с параллельным расположением внут-

ренней и наружной поверхностей. Лещадь по всей наружной поверхно-

сти охлаждается водой, циркулирующей в трубках плитовых холодиль-

ников.

Рис. 55. Лещадь доменной печи: 1 – плитовые холодильники; 2 – огнеупорные

клиновые блоки

Полусферическая форма внутренней поверхности лещади вы-

полняется за счет радиальной укладки клиновых огнеупорных блоков

(углеродистых или других), причем каждый ряд перекрывает нижеле-

жащий.

Наружная полусферическая поверхность лещади охлаждается

плитовыми холодильниками 1, а внутренняя поверхность имеет полу-

сферическую форму и выполнена из огнеупорных клиновых блоков 2.

В рассмотренном техническом предложении формообразование

лещади доменной печи непосредственно направлено на повышение на-

дежности и срока службы конструкции. Это достигается полусфериче-

ской формой лещади, обеспечивающей оптимальное и равномерное рас-

пределение внутренних силовых факторов.

Футеровка металлургических печей является одним из элемен-

тов, определяющих их долговечность и межремонтные периоды. Из-

вестна футеровка колошника доменной печи, выполненная из сегментов

лоткообразной формы, соединенных между собой и закрепленных на

подвесках болтами. Основным недостатком этой конструкции является

то, что невозможна частичная замена сегментов, так как во время мон-

тажа сегменты собираются на болтах в кольца и после закладки их огне-

упорной футеровкой превращаются в неразборный узел.

Для обеспечения выборочной замены дефектных участков футе-

ровки и сокращения времени ремонта предлагается [26] футеровку про-

изводить плитами-сегментами крестообразной формы, полученной пу-

тем пересечения горизонтальной полкой вертикальных стенок, имеющих

крюкообразные кронштейны, с помошью которых их навешивают на

несущие кольца, закрепленные в подвесках (рис. 56). Последние выпол-

нены с зубообразными выступами, выше которых закреплены стопорные

Г-образные кронштейны.

Рис. 56. Футеровка колошника доменной печи: 1 – плита-сегмент; 2 – подвеска; 3

– болт; 4, 12 – кронштейн; 5 – кожух; 6 – зубообразные выступы; 7 – Г-образные

кронштейны; 8 – несущее кольцо; 9 – крюкообразные кронштейны; 10 – огне-

упорный материал; 11 – опорные кольца

Футеровка состоит из плит-сегментов 1, крестообразной формы,

подвесок 2, закрепленных болтами 3 на кронштейнах 4, приваренных к

кожуху 5 печи. Подвески имеют зубообразные выступы 6 и Г-образные

кронштейны 7. Между выступами и кронштейнами крепятся несущие

кольца 8, разрезанные на сегменты.

Футеровку осуществляют следующим образом. Подвески с по-

мощью болтов закрепляют на кронштейне 4, затем на зубообразные вы-

ступы 6 и закладывают несущие кольца 8 (разрезные), которые фикси-

руются кронштейнами 7. На несущие кольца навешивают плиты-

сегменты с помощью крюкообразных кронштейнов 9. После навески в

плиты-сегменты закладывают огнеупорный материал 10. К нижним тор-

цам подвесок приваривают горизонтальные опорные кольца 11, а под

них подводят кронштейны 12, которые приварены к кожуху печи. Пли-

ты-сегменты в смежных кольцах располагают со смещением, что позво-

ляет поднимать любой элемент, выводил его из замка и вводить во время

установки, при этом разбирается минимальный объем кладки на данном

элементе.

Прием формообразования в рассмотренном техническом пред-

ложении сводится к приданию структурным элементам футеровки до-

полнительных функциональных качеств при сборке и разборке конст-

рукции за счет их усложнения. При этом структура системы остается

практически неизменной.

Кожух шахтной печи выполняет функции герметизации рабоче-

го пространства печи и, частично, воспринимает весовые нагрузки. Ко-

жух доменной печи изготавливается из листовой стали, и на внутренней

стороне его кольцевыми поясами закрепляются плитовые холодильники

для охлаждения кожуха и огнеупорной кладки. В процессе работы печи

доменный газ проникает через поры и трещины в кладке и соединитель-

ные швы холодильников, омывает кожух и нагревает его. Это ослабляет

кожух и способствует его разрыву, в результате чего газ выходит из печи

и загазовывает атмосферу вокруг нее.

Для обеспечения газового уплотнения кожуха, предотвращаю-

щего выход доменного газа из печи в атмосферу, предлагается на внут-

ренней стороне кожуха для установки плитовых холодильников выпол-

нять изолированные ячейки, каждая из которых снабжена штуцерами

подвода инертного газа (рис. 57) [27].

На внутренней поверхности кожуха 1 выполняются ячейки 2 пу-

тем приварки к нему радиальных ребер 3 и горизонтальныx полок 4, из-

готовленных из листовой стали толщиною 6-8 мм. Размеры ребер и по-

лок по радиусу печи равны толщине плитового холодильника 5 плюс

100-120 мм Каждая ячейка по высоте вмещает один плитовой холодиль-

ник, а по горизонтали два-восемь холодильников. Каждая ячейка снаб-

жена самостоятельными штуцерами 6 подвода инертного газа (напри-

мер, азота) и штуцером 7 для периодической установки манометра, с

помощью которого определяется давление газа в ячейке.

Рис. 57. Кожух доменной печи: 1 – кожух; 2 – ячейки; 3 – ребра; 4 – полки; 5 –

плитовой холодильник; 6, 7 – штуцеры

При установке плитовых холодильников их крепление осущест-

вляется без прорези отверстий в кожухе 1 (электросваркой). Стыковые

швы между плитовыми холодильниками не заполняются. Кладка кирпи-

ча к приваренным ребрам и полкам осуществляется впритык. В зазор

между кожухом и холодильником каждой ячейки подается холодный

инертный газ (например, азот) под давлением выше давления газа в печи

на 0,1-0,3 ати, который предотвращает проникновение печного газа к ко-

жуху печи.

Формообразование кожуха доменной печи в данном случае ха-

рактеризуется усложнением структуры – введением дополнительного

слоя защитных элементов. При этом ячеистая структура этого слоя обес-

печивает высокую надежность выполнения дополнительной функции –

предотвращения утечки в цеховое пространство печных газов.

Известны качающиеся желоба для одноносковой разливки чугу-

на из доменной печи. Однако в момент поворота желоба последний пе-

ресекает струю металла, в результате чего происходит разбрызгивание

его.

Предлагаемый качающийся желоб [28] отличается от известных

тем, что в его боковой поверхности имеется отверстие для слива чугуна

в ковш, стоящий на первом пути, а поворот желоба в плоскости его по-

перечного сечения производится пневмоприводом (рис. 58). Такое вы-

полнение желоба исключает разбрызгивание металла при переводе струи

из ковша в ковш.

Рис. 58. Качающийся желоб: 1 – желоб; 2 – опорные ролики; 3, 5 – ковши; 4 –

привод; 6 – отверстие

Разливка чугуна осуществляется при помощи желоба 1, который

установлен на опорных роликах 2. В момент заполнения ковша 3, стоя-

щего на первом пути, желоб 1 приводом 4 поворачивается в первое по-

ложение. После заполнения ковша желоб поворачивается во второе по-

ложение. Металл поступает в ковш, стоящий на втором пути. Таким об-

разом, заполнение ковша происходит через отверстие 6 в боковой по-