книги из ГПНТБ / Тарасов, В. П. Загрузочные устройства шахтных печей

С увеличением мощности доменных печей между штангами ма­ лого и большого конусов наблюдались значительные продувы газа. Поэтому уже в 1925 г. Н. Г. Маевский предложил устанавливать здесь уплотнение (авт. свид. СССР, № 8280, 1925 г.). По мере повы­ шения давления газа на колошнике конструкция сальникового уплот­ нения изменялась. Повсеместно применявшиеся вначале паровые уплотнения (лабиринтное и с помощью сопел) не обеспечивали до­ статочной плотности. Кроме того, материал штанги, подвергаясь агрессивному воздействию пара и его конденсата, коррозировал, что ускоряло его износ в районе уплотнения. Малоэффективными ока­ зались и комбинированные сальнико-паровые уплотнения. На мно­ гих заводах сальниковую набивку удлинили, что увеличило продол­ жительность работы уплотнения. Затем стали применять двух-

нтрехсалы-шковые уплотнения, которые успешно эксплуатируются

ив настоящее время.

По мнению автора, наиболее рациональным является уплотне­ ние, применяемое на некоторых печах завода «Азовсталь». Его осо­ бенностью является промежуточная кольцевая масляная ванна, образованная двумя вкладышами (рис. 13), в которую через каждый час автоматически нагнетается смазка. Сверху и снизу масляную ванну уплотняют набивкой типа «Рациональ» и дополнительно снизу параннтовой прокладкой. Корпус и грундбуксы выполняются разъ­ емными, а все болты и гайки из нержавеющей стали.

Маневрирование конусами, т. е. их подъем и опускание, в боль­ шинстве случаев производятся с помощью конусных лебедок и балан­ сиров. Имеются раздельные рычажные балансиры для малого и боль­ шого конусов, которые облегчают центровку при монтаже, но при этом усложняется система направляющих шкивов. Известны также шкивные балансиры и балансиры с раздельным грузом, которые опробованы в ограниченном количестве.

Распределитель шихты типовой конструкции состоит из стацио­ нарной приемной воронки, вращающейся воронки с приводом и опорно-упорными роликами, малого конуса со штангой п подпятни­ ком для вращения и системы автоматического управления програм­ мой загрузки.

Приемная воронка состоит из щита и нижней направляющей части, диаметр которой несколько меньше диаметра вращающейся воронки. На некоторых доменных печах применяют лабиринтное уплотнение зазора между приемной и вращающейся воронками, что значительно уменьшает выброс пыли при открывании малого конуса. Иногда используют вентиляционное устройство для отсоса загрязненного воздуха (Э. Э. Кларк. Пат. Франции, № 1348691, 1961 г., приоритет Великобритании № 3218, 1962), что особенно важно для шахтных печей, работающих на цинковых и свинцовых рудах. Вентиляционный отсос пыли от загрузочного устройства до­ менных печей широко применяют в Японии. Для удобства монтажа и демонтажа приемную воронку делают разъемной.

Вращающуюся воронку также изготавливают из двух частей. Нижнюю часть отливают из стали 35Л с последующей наплавкой

20

контактной поверхности твердым сплавом. В некоторых случаях и внутреннюю поверхность нижней части наплавляют в виде сетки твердым сплавом. Верхнюю часть сваривают из свальцованных стальных листов и футеруют защитными плитами из марганцовистой стали или модифицированного чугуна. Плиты к воронке крепят болтами с клиновой затяжкой и с потайными головками.

Обе части вращающейся воронки устанавливают в корпус, на котором имеются специальные фланцы для крепления сегментов.

Рнс. 14. Схема водяного (с) и комбинированных (б, в) уплотнений вра­ щающейся воронкн распределителя:

/ — вращающаяся воронка с перегородкой водяного затвора; 2 — уплот­ нительные кольца; 3 — корпус затвора; 4 — элементы прижима (волни­ стая полоса, пружина)

верхней и нижней беговых дорожек для опорных роликов. Это по­ зволяет обходиться без верхних контропорных роликов, которые устанавливались на распределителях старой конструкции. Между неподвижным корпусом распределителя и подвижным корпусом вра­ щающейся воронки имеется уплотнение.

Уплотнению вращающейся воронки распределителя конструк­ торы и эксплуатационники всегда уделяли большое внимание. При работе доменных печей с нормальным давлением газа на колошнике хорошо зарекомендовал себя в эксплуатации распределитель шихты с водяным уплотнением конструкции Уралмашзавода (рис. 14, а). В корпус такого затвора снизу из водопровода поступает вода, ко­ торая поддерживается на уровне, определяемом местом вывода ее в отводные трубы. Трубы собираются в кольцо, из которого вода уходит в канализацию. Во избежание выброса воды из затвора во время самопроизвольных и искусственных осадок шихты корпус затвора почти по всей окружности выше линии отвода воды имеет кар­ ман такого объема, что в нем может поместиться вся вода, заполняю­

2L

щая водяной затвор. При резком повышении давления газа вода выбрасывается частично или полностью в карман, ио, как только давление падает, она снова заполняет затвор, прекращая дальней­ ший выход газа.

Для быстровращающнхся распределителей шихты на заводе в Эри (США) применили комбинированное уплотнение, состоящее из во­ дяного затвора и уплотнительных колец [16]. Наиболее удачной оказалась конструкция из шести уплотнительных колец из бронзы, микарты и неопрена. Кольца прижимаются к перегородке воронки волнистой пластинкой (рис. 14, б) или пружиной (рис. 14, в). Такой затвор оказался герметичным и долговечным при избыточном давле­ нии газа на колошнике, равном 0,35 ат.

ВСССР комбинированное уплотнение, сочетающее водяной за­ твор с сальниковым, было предложено в 1950 г. (В. П. Селиверстов, В. С. Бирюк, Ф. Б. Скормим. Авт. свид. СССР, № 116989, 1950 г.). Впоследствии примерно такое же уплотнение для герметизации вра­ щающихся заслонок было использовано в предложении работников Ждановского металлургического завода нм. Ильича.

Всвязи с переходом доменных печей на работу с повышенным давлением газа на колошнике стали применять сухое уплотнение, различные виды которого показаны на рис. 15. Применявшееся вна­ чале односальниковое уплотнение (рис. 15, а) из двух рядов графитизированного асбеста оказалось недостаточным для создания хо­ рошей герметичности. Утечка газа приводила не только к высокой загазованности атмосферы, но и к абразивному износу стенок во­ ронки, неподвижного корпуса и фланца сальника. Ликвидация та­ ких «продувов» затруднительна и возникает необходимость прежде­ временной замены засыпного устройства. Позже применили двух­ сальниковое уплотнение (рис. 15, б). В таком уплотнении первый сальник состоит из трех рядов графитизированного асбеста и второй из одного или двух рядов. Кроме того, в нем увеличено количество подаваемой смазки и точек ее подвода. Все это позволило значительно улучшить уплотнение вращающейся воронки. На некоторых заводах применяют дополнительное резиновое уплотнение (рис. 15, в) или водяное охлаждение неподвижного корпуса (рис. 15, г) М. С. Воронов предложил [17] сальнико-пневматическое уплотнение вращающейся воронки (рис. 15, д), которое отличается тем, что уплотняющие кольца прижимаются к стенкам воронки сжатым воздухом. Такое уплотне­ ние обеспечивает большую герметичность и будет необходимо при увеличении избыточного давления газа на колошнике до 2,5—3,0 ат. Известны также горизонтальные уплотнения вращающейся воронки, одно из которых показано на рис. 15, е (авт. свид. СССР, № 94918, 1954 г.). Уплотнение состоит из лабиринта и сальника, плотно при­ жатого винтами к горизонтальной площадке вращающейся воронки.

Ксальнику в лабиринт подается густая смазка, что значительно повышает герметичность и срок службы уплотнения. Вместо смазки

влабиринт можно вводить пар или сжатый воздух.

К- П. Гуляницким было предложено ртутно-водяное уплотнение (авт. свид. СССР, № 95754, 1953 г.). После сравнительно продолжи-

22

Рис. 15. Виды сухого уплотнения вращающейся воронки:

23

тельной его эксплуатации выявились существенные недостатки, такие как потеря ртути. Кроме того, возникали затруднения в об­ служивании такого устройства.

На заводе Вестерален-хютте (ФРГ) применяли простое горизон­ тально-лабиринтное уплотнение, которое было заменено затем более надежным горизонтальным уплотнением с компенсатором (рис. 16).

в межремонтные сроки заменяют разъемными конусами. Для плот­ ного прилегания конуса к воронке ее контактную поверхность обычно обтачивают непосредственно на доменной печи с помощью специального приспособления. При проточке воронку вращают при­ водом распределителя шихты.

Угол наклона поверхности малого конуса составляет 51°, а угол наклона контактной поверхности 62—63°. Так делают потому, что большая конусность контактной поверхности повышает плотность его прилегания к воронке. Кроме того, перелом поверхности конуса

24

над контактным поясом создает естественный трамплин, предохра­ няющий до некоторой степени этот участок от абразивного износа ссыпающейся шихтой.

Штангу малого конуса изготавливают из трубы и защищают разъемными кольцами. Через фланец она опирается на ролики, которые находятся в неподвижных обоймах. Обоймы уплотнены сальниками и переходят в траверсу. Во избежание продувов в местах

Рис. 17. Виды уплотнений места стыка малого конуса с полой штангой:

/ — штанга; 2 — нижняя обойма защитных колец; 3 — втулка; 4 — малый конус; 5 — уплотнительное кольцо; 6 — асбестовый шнур; 7 — нажим­ ная втулка; 8 — мягкий пруток (из аустенитной стали)

гой и конусом наваривают уплотнительное кольцо (рис. 17, а), ко­ торое закрывают нижней обоймой защитных колец. На металлурги­ ческом заводе им. Дзержинского над участком резьбового соединения плотно насаживают удлиненную фланцевую втулку и сваривают ее кольцевым швом по линии стыка со штангой и конусом (рис. 17, б). На ММК применяют асбестовый шнур и нажимную втулку, которую после сборки также приваривают к штанге и конусу (рис. 17, в). На некоторых заводах втулку сваривают со штангой через мягкий пруток (рис. 17, г). Однако эти соединения полой штанги с малым конусом не обеспечивают полной надежности в эксплуатации. Слу­ чаи обрыва конусов имели место на многих металлургических за­ водах и особенно на заводах Юга, где шихтовые материалы более аб­ разивны.

Штангу малого конуса целесообразно делать разъемной (авт. свид. СССР, № 262126, 1962 г.), что облегчает монтаж и демонтаж загрузочного устройства. Обе части полой штанги соединяют муфтой с цилиндрической резьбой. Для стопорения на штанге предусмотрено

25

специальное кольцо с торцовыми шлицами. Во время демонтажа сое­ динительную муфту разрезают, а штангу используют для повторной эксплуатации.

Увеличение надежности и долговечности оборудования засыпного устройства типовой конструкции

За последние годы, в связи с применением повышенного давления газа на колошнике стойкость засыпных аппаратов значительно сни­ зилась. Это приводит к тому, что при удовлетворительном состоянии других механизмов печь останавливают на ремонт III разряда, стои­ мость которого превышает 100 000 руб.

Основной причиной низкой стойкости засыпного аппарата типо­ вой конструкции является образование неплотностей по линии контакта конуса с чашей, через которые устремляется с большой скоростью загрязненный колошниковый газ, вызывая абразивный износ конуса и чаши. Этот износ находится в прямой зависимости от скорости газа. С учетом сжатия струи при выходе из щели, а также потерь напора на трение и местные сопротивления величину скорости газа в щели можно рассчитать по формуле [19, 20]

где w0— средняя скорость движения газа, приведенная к нормаль­

р— среднее давление в щели, мм вод. ст.;

Я— коэффициент трения газа о стенки, определяемый опыт­ ным путем;

I — глубина щели, мм;

,о0 — приведенная плотность газа, кг/м3;

at — поправка на тепловое расширение газа; р о — давление атмосферы, мм вод. ст.

Расчеты скорости истечения газа при различных его давлениях и ширине щели 1,0 мм дали следующие результаты (при этом темпе­

На рис. 18 приведены кривые изменения скорости истечения газа через щели разной ширины в зависимости от давления. В начальной стадии продува, когда ширина образовавшейся неплотности между

26

конусом п чашей составляет 0,1—0,3 мм, скорость продува невелика ввиду большой потери давления газа на преодоление сопротивления, что способствует интенсивному износу контактной поверхности конуса и чаши. Затем скорость газа заметно возрастает. При щели больше 0,6 мм нарастание скорости значительно снижается.

Абразивный износ засыпного аппарата можно выразить через количество металла, снятого частичками пыли, движущимися в по­ токе газа [22]:

пыли.

Из формулы (11) следует, что количество снятого металла про­ порционально кубу скорости, концентрации пыли и времени абра­ зивного воздействия запыленной газовой струи на детали засыпного аппарата. Кроме того, на абразив­ ные свойства пыли большое влия­ ние оказывают форма, твердость и размеры ее частичек [22 ]. Изнаши-

вающая способность колошниковой пыли возрастает с уменьшением размера зерен и увеличением содержания частиц кварца (рис. 19). Указанные факторы учитываются в формуле (11) коэффициентом Си который находят опытным путем. Однако эта формула далеко не полностью отражает действительную картину износа засыпного ап­ парата. Существует еще целый ряд других причин, которые оказы­ вают значительное влияние на срок службы конуса и чаши. Стой­ кость засыпных аппаратов, изготовленных на одном и том же маши­ ностроительном заводе и работающих примерно в одинаковых усло­ виях, весьма различна.

27

В первые годы работы доменных печей с повышенным давлением газа на колошнике были нередкими случаи сквозных продувов ко­ нусов и чаш из-за литейных дефектов (раковины, трещины, пузыри, плены, песочины и др.). Засыпные аппараты выходят из строя вслед­ ствие износа контактной поверхности конуса и чашн запыленным газом в местах нарушения плотности их прилегания. Такие неплот­ ности чаще всего возникают в результате деформаций чаши и опор­ ного колошникового кольца (вследствие остаточных напряжений после отливки и наплавки твердым сплавом, неравномерного про­ грева по окружности, попадания конденсата из уравнительных кла­ панов и т. д.), а также из-за раскачивания нижнего конуса при его подъеме [23—25]. Неплотности контактной поверхности с течением времени могут возникать и в результате абразивного износа чаши п особенно конуса ссыпающимися шихтовыми материалами.

Для сравнения стойкости засыпных аппаратов с учетом влияния различных факторов ввели так называемый коэффициент стойкости Кс, который равен [26]:

] / ОШ (р- — 1)3 Я

( 12)

= -------- Го*--------

где 0 — число опусканий нижнего конуса за кампанию;

Ш— масса шихты, загруженной через засыпное устройство в те­ чение кампании, т;

рсреднее абсолютное давление газа на колошнике, ат;

П— средний вынос колошниковой пыли, кг/т чугуна. Формула (12) применяется ограниченно, так как она рассчитана

на сравнение стойкости засыпных аппаратов, работающих в одинако­ вых условиях по шихте и дутью. В ней не учитываются абразивные свойства колошниковой пыли и температурные условия работы за­ сыпного аппарата. Но замена скорости газовой струи давлением газа на колошнике, а времени — количеством проплавленной шихты и числом опусканий нижнего конуса является весьма удачной. После подстановки в формулу (12) коэффициента Съ зависящего от абра­ зивных свойств пыли, получим

С известными оговорками коэффициент стойкости, определяемый по данной формуле, с достаточной точностью отражает стойкость конусов и чаш, работающих в различных условиях.

Как уже отмечалось, срок службы засыпных аппаратов во мно­ гом зависит от тщательности их изготовления, качества наплавки износостойкими сплавами. Это достаточно подробно изложено в оте­ чественной технической литературе [20, 21 и др.]. Следует, однако, отметить основные положения, которые выработаны в течение два­ дцатилетней практики наплавки конусов и чаш засыпных аппаратов. Из всех износостойких сплавов наиболее подходящим является сор- майт-1. В процессе его наплавки ток постоянный, так как только при

28

стабильной дуге обеспечивается наиболее высокое качество наплав­ ленного слоя. Автоматическая наплавка производительней и качество при этом выше, чем при ручном способе. Контактные поверхности следует наплавлять поперечными слоями, чтобы трещины распола­ гались горизонтально или под небольшим углом к линии горизонта.

Положительной стороной автоматической наплавки является также способность такого слоя сормайта хорошо сплавляться с сормайтом при точечных проварах, т. е. после автоматической наплавки можно провести качественный ремонт выявленных дефектов (черновин, раковин, непроваров, широких трещин и т. д.).

Качество наплавки во многом зависит от состава и толщины об­ мазки электродов при ручной наплавке и от состава и способа подачи флюса при автоматической. При малой толщине слоя обмазки на­ блюдается нестабильная дуга. Излишняя толщина слоя затрудняет расплавление электрода, и некоторые компоненты обмазки перехо­ дят в основной металл, изменяя его свойства. Исследования [27 ] показали, что увеличение различных включений в наплавленном слое способствует образованию трещин.

Наплавка под флюсом с большой амплитудой колебания электрода затруднена, а иногда и невозможна. В связи с этим применяется наплавка открытой дугой, преимуществом которой являются отсут­ ствие флюсовой аппаратуры и операции удаления шлаковой корки, возможность наблюдения за формированием валиков. При надежной работе аппаратуры наплавка ведется в течение длительного времени без какого-либо вмешательства оператора. Разработанная в институте О. Е. Патона установка У-125М с наплавочным аппаратом А-841М обеспечивает высокую производительность и хорошее качество на­ плавки. Наплавка производится порошковой лентой ПЛ-ЗООХ25НЗСЗ, обеспечивающей следующий состав наплавленного металла, %:

Содержание серы и фосфора не более 0,04%, твердость наплавлен­ ного металла 50—58 HRC, толщина слоя 8— 10 мм.

Заслуживает внимания наплавка контактной поверхности под углом 45°. Это значительно снижает износ шихтовыми материалами поверхности по образующей конуса. Можно ожидать, что стойкость засыпных аппаратов при этом значительно возрастет.

Конструктивные изменения конуса и чаши также оказывают су­ щественное влияние на срок их службы. Так, на металлургическом заводе им. Петровского опробовали паровое уплотнение в месте прилегания конуса к чаше. Для этой цели на контактной поверх­ ности чаши расточили специальную канавку, в которую подавали пар для противодействия напору газа, прорывающегося из печи в межконусное пространство. Пароподводящие трубки вначале рас­ полагали с внешней стороны чаши, что затрудняло их осмотр и за­ мену в случае появления продувов или других дефектов. Кроме того, предполагали, что при таком подводе пар, поступающий под боль шим давлением, ударяется непосредственно о поверхность конуса

29