3.4. Охлаждение шахты доменной печи крупногабаритными охлаждаемыми модулями

Защита огнеупорной кладки и кожуха доменной печи при помощи ли­тых чугунных холодильников с водяным или испарительным охлаждением, как показали исследования, имеет тот недостаток, что при повышенных теп­ловых нагрузках в холодильниках возникает необратимое увеличение объема чугуна на 5-12%, а в ряде случаев и больше Причиной такого роста объема является начинающееся при температуре 300-350 °С и достигающее макси­мума при 700-720 °С развитие реакции распада цементита (Fe₃C) с образова­нием трещиноватой пористости в чугуне, что ведет к выходу из строя охлади­тельного контура из-за науглероживания труб.

Для повышения стойкости чугунных плитовых холодильников приме­няют легированный или модифицированный магнием чугун с шаровидной формой графита. Такой чугун обладает более высокой стойкостью к объемно­му росту чугуна.

Для защиты трубок холодильника от науглероживания на их поверхность плазменным способом наносят глинозем или применяют для покрытия поверхности маршалитовую краску. Для повышения величины теплосъема и надеж­ности охлаждения иногда применяют двухконтурное расположение трубок в теле холодильника.

В условиях форсированного хода доменных печей, работающих на хо­рошо подготовленной шихте, наблюдается чрезмерный разгар футеровки шахты печи, что приводит к усиленному горению холодильников и продувам кожуха печи. Причина этого явления заключается в нарушении баланса тепла и усло­вий теплообмена на границе футеровки и рабочего пространства доменной печи вследствие как неровного хода печи, так и несовершенства применяемой конструкции шахты.

Опыт показывает, что толстостенная футеровка шахты уже в первые ме­сяцы работы печи изнашивается, и на стенах шахты образуется слой гарнисажа, толщина которого меняется в том или ином направлении в соответствии с изменениями в балансе тепла и условиями теплообмена в верхней части печи. Следовательно, конструкция шахты доменной печи должна обеспечить такой режим охлаждения., при котором роль футеровки выполнял бы слой гарнисажа, образующийся из шихтовых материалов на охлаждаемой поверхности и надежно защищающий элементы системы охлаждения и кожух печи.

Эта идея была проверена в промышленных условиях на доменных печах Донецкого металлургического завода и Мариупольского металлургического комбината им. Ильича. Шахта печи была выполнена в виде крупногабаритных охлаждаемых модулей, представляющих элементы шахты, общей длиной, рав­ной высоте охлаждаемой зоны. На кожухе смонтированы трубы охлаждения и монтажные приспособления. Вся охлаждаемая зона шахты монтируется из не­скольких (6-9) модулей, количество и ширина которых определяются внут­ренним диаметром колошникового опорного кольца, через которое модули вводятся в печь при монтаже, а также грузоподъемностью монтажного крана. С внутренней стороны модули бетонируются жаропрочным бетоном для за­полнения межтрубного пространства и создания теплозащитного слоя в начальном периоде работы доменной печи (рис. 3.28).

Ремонтопригодность модулей достаточно высока. В случае выхода из строя (прогар) скобы 4 (см. рис. 3.28) возможна ее замена с наружной стороны, с обязательным опусканием шихты до соответствующего уровня (отметка сгоревшей скобы).

В процессе эксплуатации защит­ный слой бетона изнашивается, а вме­сто него формируется слой гарнисажа на охлаждающих трубах. Рабочая поверхность стенки шахты приобрета­ет вид гофрированной поверхности, образуемой охлаждающими трубами. Трубы и промежутки между ними по­крываются слоем гарнисажа, толщина которого зависит от многих факторов, одним из них является расстояние между трубами охлаждения в конст­рукции модуля, что определяется условиями теплообмена и, следова­тельно, интенсивностью образования гарнисажа на стенке модуля.

Замена огнеупорной кладки шах­ты большой толщины (550-750 мм) на устойчивый гарнисажный слой при применении крупногабаритных ох­лаждаемых модулей успешно реализо­вана на всех доменных печах Мариу­польского металлургического комбината им. Ильича, доменной печи №11 Днеп­ровского металлургического комбината и др. Отсутствие огнеупорной кладки в конструкции стенки шахты приближает экран охлаждаемых элементов (труб) к рабочему пространству печи, что сопровождается усилением охлаждающего воздействия хладагента (воды или пароводяной смеси) на рабочую поверх­ность стенки.

Внутреннее пространство охлаждаемой части шахты обычно покрывает­ся равномерным слоем гарнисажа, что показал осмотр шахты ряда доменных печей, остановленных на капитальный ремонт II разряда (рис. 3.29). В верхней части иногда наблюдаются участки с толщиной гарнисажа до 200-300 мм. В нижних горизонтах охлаждаемой части шахты толщина гарнисажа может увеличиваться до 500 мм и более, что вызвано конструктивной особенностью соединения тонкостенной шахты с футеровкой распара прежней конструкции. Настылеобразования в шахте не наблюдалось.

Г арнисажное покрытие крупногабаритных модулей шахты доменной печи полезным объемом 2300 м³ имело аналогичный внешний вид. Бетонное покрытие труб охлаждения отсутствовало независимо от места расположения этих труб по высоте модуля. Бетон сохранился лишь в пространстве между тру­бами (ниже их осей) и кожухом модуля. Вместо бетона трубы охлаждения были покрыты слоем гарнисажа (толщиной до 100 мм), волнистая поверхность кото­рого повторяла шаг труб охлаждения в экранированной стенке модуля (рис. 3.30).

Гарнисаж имел слоистую структуру и включал кокс, шлак, железистый расплав с корольками металла, известняк, спеки матери­алов, входящих в состав шихты. В нижней части модулей гарнисаж представлял собой плотную, оплав­ленную массу; в верхней - рыхлую массу, хорошо отделяющуюся от труб и бетона модулей.

Характерной особенностью структуры гарнисажного покрытия является наличие графитного или углеродистого слоя непосредствен­но на поверхности труб охлажде­ния. Выделение углерода в этих участках можно объяснить интен­сивным протеканием реакции 2СО = СО₂ + С в результате резкого снижения температуры вблизи стенок труб охлаждения.

Стойкость гарнисажного покрытия и, следовательно, труб охлаждения модулей шахты, во многом определяется технологией доменной плавки. Так, воздействие печной среды на футеровку и трубы модулей может многократно усиливаться при неровном ходе печи, при ее работе с чрезмерно развитым как периферийным, так и центральным потоками газа, при нарушении режима от­работки жидких продуктов плавки, дутьевых параметров и других факторов.

На доменной печи №11 Днепровского металлургического комбината шах­та, выполненная из крупногабаритных модулей, проработала без капитально­го ремонта более 12 лет. Единичные выходы из строя труб охлаждения были ликвидированы на остановках. Состояние шахты удовлетворительное, не тре­бует ремонта.

В настоящее время с такой конструкцией шахты работают 27 доменных печей Украины и России.