3.2. Опорные конструкции. Фундамент. Устройство и охлаждение низа печи

Фундамент доменной печи является одним из ответственных элементов конструкции печи. Он служит для равномерной передачи нагрузки от печи и связанных с ней устройств на грунт. Фундамент должен обладать прочностью и термической устойчивостью, не должен давать осадку (не более 100 мм с неравномерностью до 0,001 мм относительно вертикальной оси). Особенно опасна неравномерная осадка, приводящая к нарушению центровки засыпно­го аппарата и другим негативным последствиям.

Фундамент доменной печи состоит из двух основных элементов - подо­швы (подземная часть) и пня (наземная часть). Схема устройства фундамента доменной печи полезным объемом 2002 м³ показана на рис. 3.2.

Конструкцию фундамента рассчитывают исходя из нагрузки, обуслов­ленной массой доменной печи с шихтой и жидкими продуктами плавки, с уче­том термических воздействий вследствие нагрева нижней части печи. Разме­ры фундамента также зависят от геологических и гидрогеологических усло­вий строительной площадки, типа (прочности) грунта и глубины его промер­зания*. При слабом грунте фундамент располагают на железобетонных сваях или на железобетонном опускном колодце.

Наземную часть фундамента - пень - выполняют из жаропрочного бе­тона, в состав которого входят портландцемент марки не ниже 400, шамотный порошок такого же помола, как и портландцемент, и бой шамотного кирпича. Такой бетон имеет огнеупорность 1400-1500 °С и предел прочности на сжатие 1,37-1,67 МПа. До недавнего времени пень фундамента выполняли в виде ста­кана с углублением, которое заполняли огнеупорной кладкой. Так как стенки углубления нагревались меньше, чем дно, то в пне появлялись трещины вслед­ствие возникновения температурных напряжений. Поэтому, начиная со вто­рой половины прошлого века, начали строить печи на фундаменте с гладким пнем. На рис. 3.3 показан фундамент одной из самых мощных доменных пе­чей полезным объемом 5000 м³.

Для предохранения от термического воздействия фундамент современ­ных доменных печей на стыке огнеупорной кладки и бетона искусственно ох­лаждают воздухом. Температуру нагрева пня фундамента контролируют зало­женными в него термопарами.

П одошва фундамента представляет собой 8-ми или 16-угольную плиту толщиной около 4 м из обычного бетона, по периметру которой закладывается кольцевая арматура (Ø 28-32 мм), воспринимающая термические напряже­ния. Бетонирование (≈ 15-16 тыс т бетона) осуществляют непрерывно, что­бы обеспечить максимальную однородность и сплошность фундамента

Сгальные колонны, опирающиеся на подошву фундамента, восприни­мают нагрузку от массы шахты и колошникового устройства через специаль­ное кольцо - моратор (рис. 3.4)

Крепление колонн к фундаменту осуществляется индивидуально или на одном опорном металлическом кольце, уложенном в фундамент, что обеспе­чивает жесткость системы Для более равномерной передачи нагрузки на фун­дамент под кольцом устанавливают башмаки, расширяющие опорную площадь каждой колонны Число колонн выбирают, учитывая максимальное удоб­ство обслуживания горна Раньше считалось, что число колонн должно быть

равным половине числа фурм, однако уже на печах объемом 1513 и 1719 м³ число колонн было сокращено до шести. Сей­час устанавливают четыре ко­лонны коробчатого или двутав­рового сечения, футерованные огнеупорным кирпичом На рис. 3.5 показана опорная сис­тема печи без моратора. При на­личии колонн, воспринимаю­щих нагрузку колошника и пло­щадок, кожух не разгружается полностью от нагрузок домен­ной печи, т е. эта конструкция является переходным вариан­том от традиционной колонной опоры с моратором к самонесу­щему кожуху.

Изготовление самонесу­щего кожуха требует меньших первоначальных капитальных вложений, такой кожух имеет более высокую эксплуатацион­ную стойкость, меньше подвер­жен образованию трещин, депланации и др. Его изготавлива­ют из малоуглеродистой или низкоуглеродистой стали, обла­дающей достаточной пластич­ностью и хорошо противостоя­щей воздействию переменных температур и перенапряжений вокруг отверстий для фурм, ле­ток, холодильников и газоотводов. Толщина кожуха рассчиты­вается в зависимости от разме­ра и зоны печи и составляет обычно на уровне лещади и горна 45-80 мм, заплечиков -30—50мм, шахты и колошника-25-40 мм.

Кожух печи выполняют цельносварным, что особен­но важно при работе печи на повышенном давлении газа. Места выхода водопровод­ных труб холодильников, а также болты крепления холо­дильников к кожуху тщатель­но обваривают, предупреждая продувы газа Вырезы в кожу­хе для установки арматуры фурменных устройств, шла­ковых и чугунных леток, га­зоотводов усиливаются ме­таллическими листовыми на­кладками или крепежными фланцами.

Для обслуживания печи на различных горизонтах вок­руг кожуха расположены пло­щадки, связанные между со­бой лестницами и имеющие выход в сторону лифта.

Лещадь современной печи выполняют комбиниро­ванной из углеродистых бло­ков и высокоглиноземистых огнеупоров (рис. 3.6). После сооружения фундамента на поверхность пня укладыва­ют металлическое днище (донышко) толщиной 180мм в виде донных холодильников с залитыми в них трубами ди­аметром 140 мм, предназна­ченными для охлаждения ле­щади и фундамента принуди­тельной подачей воздуха.

Нижнюю часть лещади, опирающуюся на днище, на высоту 1600 мм выкладывают графитизированными блоками, причем в центральном круге лещади блоки устанавливают вертикально, а на периферии - горизонтально. Блоки уклады­вают на углеродистой пасте, подогретой до 30-50 °С. Толщина вертикальных швов не должна превышать 2,5 мм, горизонтальных -1,2 мм. Блоки на пери­ферии укладывают так, чтобы вертикальные швы располагались не в одной плоскости.

Каждый последующий ряд футеровки лещади на периферии выклады­вают углеродистыми блоками на плашку толщиной 550 мм, а центральный круг - высокоглиноземистым кирпичом на торец высотой 550 мм.

Таким способом укладывается семь горизонтальных рядов (для печи 2002 м³) с обязательной перевязкой вертикальных швов, что достигается сме­щением кирпичей вышележащего ряда к кирпичам нижележащего на угол 22°30' (рис. 3.7). Толщина радиальных и междурядных швов не должна пре­вышать 0,5 мм, а кольцевых - 0,75 мм. Для кладки высокоглиноземистых ог­неупоров применяют раствор жидкой консистенции из муллитового пласти­фицированного мертеля. Оставляемый компенсационный зазор между пери­ферийными углеродистыми блоками и высокоглиноземистой футеровкой цен­трального круга заполняют углеродистой массой. Общая толщина лещади фу­теровки печи полезным объемом 2002 м³ составляет 5460 мм.

И спытана конструкция лещади с цельно-углеродистой футеровкой, где в отличие от комбинированной центральный круг выполнен также углеродис­тыми блоками, установленными на торец (рис. 3.8).

На доменной печи №5 металлургического комбината «Азовсталь» по­лезным объемом 1513 m³ в 1984 г. во время ремонта первого разряда лещадь была выполнена цельноуглеродистой. В 1989 г. на этой печи произошел прорыв горна через холодиль­ник верхней лещади. Ко­миссия, расследовавшая причины прорыва горна, пришла к заключению о не­целесообразности устрой­ства цельноуглеродистой лещади и рекомендовала при осуществлении капи­тального ремонта первого разряда возвратиться к кон­струкции типовой комбини­рованной лещади.

По периметру огне­упорная кладка лещади ох­лаждается расположенны­ми в два ряда по высоте вер­тикальными плитовыми холодиль­никами (рис. 3.9)толщиной 160мм, отлитыми из чугуна. В тело холо­дильника заливаются стальные бес­шовные трубы в виде змеевика, предназначенные для циркуляции охлаждающей воды. Холодильники крепятся к кожуху четырьмя болта­ми. Выводы змеевиков и болтов об­вариваются электросваркой. Зазор между холодильниками заполняет­ся чугунной замазкой, состоящей из 90% чугунной стружки, 8% сухого нашатыря и 2% серы.

Между углеродистой футе­ровкой и холодильниками оставля­ют компенсационный зазор 100-150 мм, заполняемый углеродистой массой. Зазор между кожухом и хо­лодильником заполняют под давле­нием полу густым раствором, содер­жащим 68% мертеля, 20% цемента марки 600 и 12% хризолитового ас­беста.

Стены горна от уровня лещади до уровня шлаковых леток выкладывают из углеродистых блоков трапециевидной формы, соблюдая те же требования, что и при кладке лещади. Выше оси шлаковых леток кладку стен горна выпол­няют шамотным кирпичом класса А, так как углеродистые блоки в фурменной зоне будут подвергаться окислению. По этой же причине стены горна в местах расположения проемов чугунных (рис. ЗЛО) и шлаковых леток (рис. 3.11) выкла­дывают шамотным кирпичом. Кладку углеродистых блоков осуществляют на углеродистой пасте, а шамотного кирпича - па пластифицированном шамотно-глинистом растворе. Толщина междурядных и радиальных швов шамотной кладки не должна превышать 0,5, а кольцевых - 0,75 мм. Внутреннюю по­верхность стен горна выкладывают шамотным кирпичом толщиной 230 или 345 мм на высоту углеродистых блоков. Толщина стен горна уменьшается от лещади до заплечиков с 2200-1450 до 345 мм, т. е. до толщины стен заплечи­ков (рис. 3.12).

О хлаждение кладки горна осуществляют вертикальными гладкими плитовыми холодильниками, опоясывающими горн в два ряда по высоте. Конструктивно холодильники горна не отлича­ются от холодильников лещади, измене­на только форма холодильников фурмен­ной зоны и холодильников в зонах воз­душных фурм, шлаковых и чугунных ле­ток (рис. 3.13).

Зазоры между кладкой горна и хо­лодильниками, между холодильниками и кожухом заполняют так же, как и соот­ветствующие зазоры в зоне лещади.

В некоторых странах (Германия, Франция и др.) горн и лещадь доменной печи охлаждаются наружной поливкой кожуха, без использования плитовых хо­лодильников.

В нижней части горна на расстоя­нии 600-1700 мм от лещади располага­ют отверстие для выпуска чугуна. Домен­ные печи большой производительности оборудуют двумя или четырьмя чугунны­ми летками, расположенными в плане так, чтобы обеспечить качественное вы­полнение горновых работ у чугунных леток. Устройство чугунной летки пока­зано ранее (см. рис. 2.1).

Шлаковые летки располагают на высоте 1400-1800 мм от уровня чугунной летки. Арматура шлако­вой летки представлена на рис. 2.2.

В верхней части горна на расстоянии 2700-3400 мм от уровня чугунной летки по окружности І орна с равными промежутками устанавливают воз­душные фурмы. Толщина футеровки на горизонте установки воздушных фурм составляет 950-1150мм. Устройство кладки в зоне воздушной фурмы показано на рис. 3.14. Комплекс устройств, служащих для подвода дутья в горн из кольцевого воздухопро­вода, называется фурменным прибором (рис. 3.15). Он состоит из полой сварной водоохлаждаемой мед­ной фурмы 13, полого литого медного или бронзово­го холодильника 12, чугунной амбразуры с залитым в ней охлаждающим спиральным змеевиком 11, стального футерованного огнеупорным материалом сопла 14, подвижного колена 16, шарового патруб­ка 8, переходного патрубка 6, соединенного с кольце­вым воздухопроводом 5. Переходный и шаровой патрубки и подвижное колено футеруют внутри кирпичом или огнеупорной набивкой.

В оздушная фурма, фурменный холодильник и амбразура устанав­ливаются телескопически - фурма в заточке холодильника, холодильник в за­точке амбразуры. Амбразура болтами крепится к фланцу 10, который приваривается к кожуху горна Для уплотнения между фланцем 10 и фланцем амб­разуры в кольцевую вставку 75 укладывают асбестовый шнур, а шаровые со­единения фурмы, сопла, подвижного колена и шарового патрубка шлифуются.

Ф урма, холодильник и амбразура охлаждаются проточной водой. С при­менением высоконагретого дутья охлаждению водой подвергают и шаровые заточки подвижных соединений.

Подвижное колено прижимает сопло к фурме при помощи натяжного устройства 1, прикрепленного к кожуху горна с помощью серьги. К шаровому патрубку колено крепится двумя шарнирными подвесками 2 с клиньями. Затягивая клинья, можно обеспечить плотное прилегание шарнирных заточек колена и шарового патрубка в рабочем положении, а ослабив клинья - развернуть подвижное колено в положение, удобное для смены воздушной фурмы или холодильника фурменной зоны.

Торцевая стенка у подвижного колена, выполненная в виде фланца, име­ет гляделку - трубку со стеклом, через которую наблюдают за состоянием на фурмах. Фланец гляделки можно открывать для чистки сопла, фурмы и ко­лена.

Ф урменный прибор подвешивается на тяге со стяжной гайкой к опорно­му кольцу шахты (моратору) или к кожуху заплечиков. Число фурм зависит от размера печи. Обычно на современных печах устанавливают 16,18,20,28 и 42 (на печи 5000 м³) фурм. Диаметр фурм в свету изменяется от 150 до 220 мм, высов фурм от проектной футеровки в глубь горна равен 150-200 мм. Подвод природного газа осуществляется через отверстие во фланце фурмы или специ­альной трубкой, проходящей через водоохлаждаемую полость фурмы и вва­ренной во внутреннюю трубу фурмы вблизи фланца.

Воздушная фурма - наиболее часто заменяемый элемент в системе ох­лаждения доменной печи. К остановкам печи чаще всего прибегают вслед­ствие прогара воздушных фурм и необходимости их замены. Кроме того, при температуре горячего дутья более 1000 °С резко возрастают потери тепла с охлаждающей фурму водой. Предпринято много попыток создать конструк­цию фурмы с высокой противопрогарной стойкостью и теплоизоляционной защитой.

Сейчас в доменное производство внедряются футерованные медно-стальные воздушные фурмы (рис. 3.16). Их применение позволяет наряду с эконо­мией тепла и повышением срока службы защитного слоя (соизмеримого с ре­сурсом работы обычной воздушной фурмы) значительно снизить расход доро­гостоящей меди путем частичной замены ее сталью. Так, например, экономия меди, достигнутая на доменной печи металлургического комбината «Криворожсталь» при использовании медно-стальной фурмы составила 17,5%, а ее стоимость оказалась на 102-105 грн, ниже стоимости обычной медной. Кроме того, в конструкции новой фурмы ре­ализована оригинальная идея подвода воды в охлаждаемую полость, позволя­ющая устранить застойные зоны цирку­ляции воды, что значительно увеличи­ло ее противопрогарную стойкость.

Изготовленные из алюминиевого сплава - силумина (Si - 1,5-1,25%; Мn - 0,3-0,5; А1 - 93-96,2%) фурмен­ные холодильники (рис. 3.17) имеют ряд преимуществ по сравнению с бронзовы­ми. Масса алюминиевых фурменных хо­лодильников примерно в три раза мень ше массы фурменных холодильников, из­готовленных из бронзы, что облегчает выполнение операций при их замене, со­кращается время простоя доменных пе­чей, так как для замены алюминиевого холодильника не требуется применение различных грузоподъемных приспособ­лений и механизмов

Так как стоимость силумина в три раза меньше стоимости бронзы и масса холодильника также в три раза меньше массы холодильника из бронзы, то общая стоимость облегченного холодильника, в среднем, в девять раз ниже стоимости бронзового.

Практика эксплуатации алюмини­евых холодильников показала, что резь­бовое соединение стальных водоподво-дящих труб, ввернутых в корпус, постепенно разрушается электрохимической коррозией Поэтому при отливке холодильника в кокильную форму необходи­мо в торец холодильника, через который подводится вода, заливать стальной бандаж или стальные башмаки с резьбовыми отверстиями для крепления сталь­ных водопроводных труб Замена бронзы на менее теплопроводный силумин не сказалась отрицательно на стойкости фурменного холодильника