книги из ГПНТБ / Табунщиков, Н. П. Производство извести

ГЛАВА VII

КОНСТРУКЦИИ ШАХТНЫХ ИЗВЕСТКОВО-ОБЖИГАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕН

КОНФИГУРАЦИЯ ШАХТЫ

В настоящее время в промышленности эксплуатируются печи, имеющие самые разнообразные формы шахты: а) цилиндрические; б) конические; в) усеченные конуса, сочетающиеся между собой или с цилиндрической частью; г) цилиндрические овального сечения; д) призматические прямоугольного сечения (с закруглениями пря­ мых углов).

Сточки зрения равномерности распределения кускового материа­ ла наиболее приемлемым является круглое сечение шахты, так как при этом сохраняется равновероятность распределения материала во всех направлениях. В случае прямоугольного или овального се­ чения практически невозможно обеспечить равномерное распреде­ ление материала с помощью одного устройства и поэтому в верхней части печи предусматривается установка двух или нескольких загру­ зочных устройств.

При распределении материала в шахте квадратного и прямо­ угольного сечения всегда существует возможность обогащения круп­ ными кусками шихты в углах вследствие их удаленностиот оси. Неравномерное распределение кусков будет вызывать и перераспре­ деление газовых потоков.

Равномерность схода материала из шахты зависит главным обра­ зом от конструкции выгрузочного устройства и в меньшей степени — от конфигурации шахты. Следует отметить, что вопрос равномерного схода материала трудней решается для щелевых печей (овального се­ чения) и легче для печей круглого сечения.

Конфигурация шахты влияет и на перераспределение компонен­ тов шахты при ее движении. Это явление наблюдается в конических шахтах, обращенных большим основанием книзу.

Изучение характера движения карбонатного сырья и топлива было проведено [1] на геометрических моделях печей, имеющих шах­ ту в форме цилиндра и усеченного конуса.

Для отбора проб шихты в модель был вмонтирован пробоотбор­ ник, имевший один или два концентрически расположенных цилин­ дра. Пробоотборник отделялся от низа модели шибером. Содержимое каждого участка подвергалось анализу на содержание в нем топли­ ва. Для составления шихт использовали как известняк, так и мел, в качестве топлива применяли кокс и антрацит. Результаты опытов приведены в табл. 16.

120

Под проскоком топлива следует понимать относительную долю уменьшения содержания его по отношению к исходному содержа­ нию. Проскок топлива был наименьшим при цилиндрической форме шахты и соотношении размеров кусков карбонатное сырье : топливо, равном 1: 1 . Уменьшение размеров кусков топлива вызывает боль­ ший проскок его в промежутки между кусками карбонатного сырья. Для конической формы шахты характерен неодинаковый проскок топлива в периферийном и центральном участках — в периферий­ ном участке наблюдается резкое обеднение шихты, превышающее в несколько раз обеднение центрального участка. Это говорит о том, что куски топлива при опускании шихты движутся преимуществен­ но по вертикальной траектории, независимо от угла наклона стенки шахты. Расширение шахты вызывает разрыхление периферийного слоя и более интенсивный проскок топлива в нижележащие слои.

Отсюда следует, что конусность шахты в зоне подогрева желатель­ на, но в очень ограниченных размерах. Для предохранения футеров­ ки от воздействия высоких температур достаточно иметь обедненный слой шихты у стены, равный трем-четырем диаметрам среднего кус­ ка карбонатного сырья. Увеличение толщины слоя вызовет образо­ вание заметного недопала в извести. Таким образом, для печей, ра­ ботающих на шихте с кусками размером 40— 120 мм, сужение шахты

пределения воздуха по поперечному сечению и уменьшения габари­ тов выгрузочного устройства предпочтительна коническая форма шахты. Опыт эксплуатации промышленных печей показывает, что в зоне охлаждения допустима конусность, соответствующая углу наклона образующей шахты к горизонту 98°.

121

ФУТЕРОВКА ПЕЧЕН

Стойкость футеровки печи существенно влияет на длительность ее безремонтного пробега и тем самым — на технико-экономические показатели работы. Чем больше пробег печи, тем больше объем про­ изведенной продукции, тем меньше затраты на 1 т извести. Длитель­ ность службы футеровки зависит от свойств и качества огнеупоров, качества кладки (толщины швов между кирпичами и их количест­ ва), интенсивности работы печи, удельного расхода тепла на 1 кг СаО, наличия золы топлива и ее состава, количества образующих плав примесей, содержания СО и элементарного углерода в газах

и др.

Влияние свойств и качества огнеупоров на работу печи будет рас­ смотрено ниже. Здесь же проанализируем влияние технологических показателей режима обжига и особенностей самой кладки.

Интенсивность работы печи и удельный расход тепла определяют рабочую температуру в зоне обжига. С повышением температуры создаются более жесткие условия для эксплуатации огнеупоров и срок службы их сокращается.

Наличие примесей в сырье и золы в топливе определяет возмож­ ность образования расплавов, которые очень сильно влияют на из­ нос огнеупоров. Образующийся в печи расплав содержит основные окислы. Он легко проникает в стыки между кирпичами, значительно увеличивая поверхность химического взаимодействия расплава с огнеупором. Это резко ускоряет химическую коррозию огнеупора.

Длительность службы огнеупорной футеровки существенно сокра­ щается, если при ее кладке приходится подтесывать кирпичи. Огне­ упор с поврежденными гранями и плоскостями быстрее разрушает­ ся, поэтому при ремонте футеровки нужно применять кирпич, кото­ рый не требует ручной подгонки.

Немаловажное значение имеет и сама кладка печи: размеры кир­ пичей, толщина швов. Для увеличения срока службы футеровки стремятся применять крупногабаритные кирпичи или огнеупорные блоки, в результате чего резко сокращается число швов. Толщина швов не должна превышать 2 мм. Ширина огнеупорной кладки обыч­ но составляет 1—2 длины кирпича. Чаще всего для футеровки ис­ пользуют кирпич марки Д (доменный). За огнеупорной кладкой ос­ тавляют зазор для компенсации теплового расширения огнеупора, который можно засыпать теплоизолирующим порошком, например трепелом, или шамотным порошком. Затем следует теплоизоляцион­ ная кладка из легковесных огнеупоров. Между теплоизоляционной кладкой и стальным кожухом печи также оставляют зазор шириной от 65 до 120 мм, который заполняется трепелом или другим тепло­ изолирующим материалом.

Для характеристики тепловых потерь через кладку печи приводим экспериментальные данные для печей с толщиной кладки 0,7 и 1,25 м (рис. 32). Кладка печи (кривая /) состоит из слоя огнеупора шириной 345 мм и слоя кирпичной кладки шириной 250 мм. Между слоями имеется зазор, равный 25 мм, а между кладкой печи и сталь­

122

ным кожухом — зазор шириной 60 мм. Зазоры заполнены молотым шамотным порошком. Огнеупорная футеровка печи (кривая 3) состо­ ит из двух рядов огнеупора толщиной по 345 мм. Между ними имеет­ ся теплоизоляционная засыпка шириной 50 мм, а между огнеупор­ ной и кирпичной кладками такая же засыпка шириной 100 мм. Тол­ щина кирпичной кладки в нижней части шахты достигает 500 мм, а в средней и верхней — 370 мм.

лятором является слой порошковой засыпки и теплоизоляционная

молотым трепелом. Применение этих материалов позволяет умень­ шить толщину кладки и вес обмуровки при обеспечении низких те­ пловых потерь в окружающую среду.

Огнеупорные материалы. Огнеупорными материалами называют неметаллические материалы, стойкие при температурах выше 800— 1000 °С. Условия работы огнеупоров чрезвычайно сложны и опре­ деляются как физико-химическими процессами, протекающими при высоких температурах внутри огнеупорного материала, так и про­ цессами взаимодействия с атмосферой печи и обжигаемым материа­ лом. Кроме того, под воздействием высоких температур огнеупоры претерпевают как упругие, так и пластические деформации [2].

Огнеупоры характеризуются следующими свойствами:

123

т е р м о с т о й к о с т ь — сопротивление огнеупора растре­ скиванию при температурных напряжениях; зависит от структуры и теплофизических свойств огнеупора (теплопроводности, температу­ ропроводности, коэффициента теплового расширения и др.);

п о с т о я н с т в о о б ъ е м а — отсутствие самопроизвольных изменений объема и линейных размеров при высоких температу­ рах — усадки и расширения;

ш л а к о у с т о й ч и в о с т ь — сопротивление разрушению от воздействия обжигаемого материала и газовой среды;

м е х а н и ч е с к а я п р о ч н о с т ь — стойкость против ме­ ханических воздействий (удар, истирание).

Шамотные огнеупоры содержат от 30 до 46% А120 3, остальное (от 70 до 54%) — Si02. Огнеупорность шамота растет с увеличением содержания А120 3. Свойства шамотных изделий существенно зави­ сят от фракционного состава шамотного порошка, используемого для изготовления изделия, и метода формования. Шамотный поро­ шок является наиболее стабильной, устойчивой и плотной частью огнеупора. Поэтому увеличение содержания шамота в массе повы­ шает термостойкость, точность размеров и плотность изделий (табл. 17). Наиболее высококачественными считаются многошамот­ ные изделия, содержащие до 80—95% шамота.

глиноземистым шамотным порошком. Масса наносится непосред­ ственно на остатки футеровки.

Х р о м о м а г н е з и т о в ы е о г н е у п о р ы подразделяют­ ся на два вида в зависимости от содержания Сг20 3: магнезитохроми­

124

сокую стоимость, применение его оказывается экономически выгод­ ным.

Л е г к о в е с н ы е т е п л о и з о л я ц и о н н ы е о г н е ­ у п о р ы , являющиеся одновременно и огнеупором и теплоизоляцион­ ным материалом, применяются при отсутствии воздействия шлаков или золы топлива. Они не могут нести какой-либо существенной ме­ ханической нагрузки и применяются для кладки второго слоя фу­ теровки за стенкой первого слоя, выполненной из обычного плотного огнеупора.

Применение теплоизоляционных огнеупоров сокращает тепловые потери в окружающую среду, аккумуляцию тепла кладкой при разо­ греве печи и уменьшает вес кладки. Снижение коэффициента тепло­ проводности легковесных огнеупоров достигается увеличением их пористости. Легковесные шамотные огнеупоры характеризуются по­ казателями, приведенными в табл. 19.

1?5

Хранение огнеупорных материалов. Прибывающий на завод огне­ упорный материал следует разгружать и транспортировать в склад­ ские помещения в условиях, не допускающих его увлажнения. Луч­ ше всего разгружать огнеупорный материал под навесом, в непо­ средственной близости к складским помещениям, отсортировывая битый и увлажненный кирпич. В дождливую погоду, в случае отда­ ленности места разгрузки от склада, кирпич при перевозке должен быть укрыт.

Склад для хранения огнеупорных материалов обязательно дол­ жен быть крытым, сухим, проветриваемым и достаточно просторным. Водоразборные краны необходимо изолировать во избежание случай­ ного увлажнения кирпича.

Все хранимые на складе огнеупорные материалы следует раскла­ дывать в штабеля или клетки по маркам, классам и сортам. Материа­ лы, предназначенные для теплоизоляционных засыпок и приготовле­ ния специальных растворов, необходимо хранить в отдельных за­ кромах, в условиях, исключающих увлажнение и загрязнение этих материалов (особенно загрязнение известковой пылью).

ЗАГРУЗОЧНО-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Равномерность распределения шихты в печи является решающим фактором для достижения наилучших показателей ее работы.

В промышленности применяется большое число различных кон­ струкций загрузочно-распределительных устройств, что само по се­ бе указывает на их несовершенство [3]. Наиболее характерными, на­ шедшими применение в промышленности, являются следующие устройства.

Прямой конус-рассекатель. Устройство состоит из приемной во­ ронки с отверстием, которое закрывается прямым конусом-рассека­ телем. Конус-рассекатель отбрасывает шихту в периферийное коль­ цо, образуя гребень возле стен печи, а в центральной части шахты возникает воронка. Наличие воронки вызывает сегрегацию кусков за счет различия углов естественного откоса. В результате мелкая фракция накапливается на гребне, а крупная — скатывается к его основанию, т. е. к оси шахты. Сопротивление слоя шихты вдоль оси становится существенно ниже, чем в периферийном кольце. У такой печи наблюдается так называемый «центральный ход». Поскольку куски твердого топлива всегда меньше кусков известняка, то они накапливаются вместе с мелкой фракцией у стен, что при эксплуата­ ции печи приводит к быстрому износу футеровки.

Ввиду явного несовершенства конструкции прямой конус заме­ няется другими распределительными устройствами, но еще исполь­ зуется на некоторых заводах.

Прямой конус в сочетании с качающимися пластинами и отбой­ ной обечайкой (рис. 33). В отличие от прямого конуса-рассекателя в данной конструкции имеются качающиеся пластины 5, которые отклоняются на различный угол в зависимости от веса ударяющихся

126

о них кусков. При этом мелкие фракции должны попадать в централь­

ную часть печи.

Для предохранения футеровки печи от разрушения падающими крупными кусками карбонатного сырья предусмотрена коническая обечайка 6, которая выполняет также роль отбойника, направляю­ щего крупнокусковой материал к оси печи.

Неравнобокий конус с секторным вырезом (рис. 34) — устройство с неравнобоким рассеивающим конусом с секторным вырезом, пово­ рачивающимся после каждой загрузки на 45°, в сочетании с отбой­ ной обечайкой. Оно представляет собой конус, срезанный таким обра-

Рис. 33. Прямой рассеивающий конус в сочетании с качающимися пластинами и отбойной обечай­ кой:

1 — приемный бункер; 2 — рассеиваю­ щий конус; 3 — крепление качающихся пластин; 4 — крепление рассеиваю­ щего конуса; 5 — качающиеся пла­ стины; 6 — отбойная обечайка.

зом, что горизонтальная проекция является частью спирали, шлю* зового устройства для шихты и приемного бункера-воронки.

Неравнобокий конус с секторным вырезом не выполняет функции запорного устройства, поэтому он совершает только поворот вокруг своей оси, не перемещаясь в вертикальном направлении. В силу это­ го куски материала при загрузке попадают на него, имея уже неко­ торую начальную скорость. Часть кусков, после удара о конус, отскакивает по направлению к периферии печи, часть скользит по его поверхности и в зависимости от длины образующей конуса попа­ дает в участки, удаленные на различные расстояния от оси шахты. Некоторые куски, преимущественно мелкая фракция, попадают че­ рез секторный вырез к оси печи.

Размеры конуса выбираются с таким расчетом, чтобы основная масса шихты ударялась об отбойную обечайку и затем отбрасывалась по направлению к оси шахты.

Разъемный конус со спиральным срезом и с отбойником, повора­ чивающийся вместе с бункером (рис. 35). В этой конструкции конус разрезан в горизонтальном направлении на две части. Верхняя часть перемещается по вертикали и служит затвором шлюзового устрой­ ства; нижняя часть неподвижна относительно промежуточного бун­ кера и может вращаться только вместе с бункером. Запорная часть.

127

конуса подвешивается на тросе, перекинутом через блок. Основная масса шихты распределяется боковой поверхностью спиралеобраз­ ного конуса, а часть ее направляется отбойником к оси приемника.

Поворотный конус со спиральным срезом и с отбойником (рис. 36) состоит из приемного бункера-воронки, запирающегося прямым ко­ нусом, и промежуточного бункера с использованием в качестве за­ твора конуса со спиральным срезом, который является одновременно

и распределительным органом. Распределительный конус поворачи­ вается после каждой загрузки на определенный угол.

При загрузке шихты кусковой материал сползает по поверхности конуса и, в зависимости от длины образующей, отбрасывается на различные расстояния по направлению к стенкам печи. С самой ко­ роткой образующей материал направляется на отбойник и далее в центральную часть печи. После каждой загрузки кусковой материал располагается в горизонтальной плоскости печи по спирали, начало

128

которой находится на оси шахты против отбойника, а конец достига­

ет стены (рис. 37).

Соотношение между компонентами шихты в отдельных участках слоя зависит от размеров конструктивных элементов данного устрой­ ства, а именно: разворота спиралеобразного среза, длины и угла на­ клона отбойника, высоты сбрасывания материала, соотношения диа­ метров шахты и конуса и т. п.

Рис. 36. Поворотный конус со спи­ ральным срезом и с отбойником (макет).

Рис. 37. Схема распределения мате-

гч т» тт п тт /~1 л л и п ч т п л ПОТТТТ 1 / Л и \ 7 Р Л М Г*Л

Одним из основных недостатков этого устройства, как и всех остальных конструкций конусов-рассекателей, является то, что они не могут ликвидировать сегрегацию материала, происшедшую в при­ емном бункере. Сегрегация неизбежна при разгрузке шихты не по оси бункера, а сбоку, что вынуждены делать из-за осевой подвески распределительного устройства. У основания образующего конуса скапливаются наиболее крупные фракции кускового материала, а в вершине конуса — мелочь. Сегрегированная шихта будет сепариро­ ваться самим распределительным конусом, заполнять один сегмент шахты крупнокусковой шихтой, а другой — преимущественно мелко­ кусковой (рис. 38).

Для ликвидации такого распределения шихты вынуждены были прибегнуть к установке поворотного приемного бункера, вращаю-