Общее понятие о профиле доменной печи

Общее понятие о профиле  доменной печи

 

 

Профиль доменной печи, ограничивающий ее рабочее пространство, так называемый «полезный объем», является важнейшей  частью конструкции печей. В зависимости  от его очертаний доменная печь может  быть склонна к периферийному  или осевому ходу, к неустойчивости заданного режима и даже к настылеобразованию. Поэтому исключительно важно создание так называемого «рационального» профиля доменной печи, обеспечивающего стабильный ровный ход и максимальное использование восстановительной способности газа.

 

 

История его развития имеет  много этапов — от крайне несовершенного профиля завода «Фекерхаген» (Германия) до современных типовых, рассчитанных на любые условия плавки, что нельзя считать правильным, поскольку различные минералогические, гранулометрические и физико-химические особенности разного минерального сырья имеют свою специфику при переработке в доменной печи.

 

Создавать профиль доменной печи для проплавления только какого-то одного из них практически невозможно, поэтому важно создание так называемого  рационального профиля, пригодного для всех условий доменной плавки. Вопрос о том, каким он должен быть, обсуждался многократно, но научного и  практического обоснования его  очертания нет и до настоящего времени. Многие рекомендации ограничиваются только статистическими данными  на основе службы отдельных зон профиля  в сопоставимых условиях.

Рисунок 1. Профиль доменной печи:

 H — полная высота; H0 — полезная высота; hг — высота горна; hз — высота заплечиков; hр — высота распара; hш — высота шахты; hк — высота колошника; dг - диаметр горна; D — диаметр распара; dк — диаметр колошника; альфа — угол наклона шахты; бета — угол наклона заплечиков

 

 

Исследованиями причин износа кладки шахт доменных печей установлен процесс разрушения в совокупности с распределением газов и материалов в печи, а также с числом воздушных фурм и их характеристиками.

 

Конструктивно профиль доменной печи по естественному разгару обрамляется  футеровкой толщиной не выше 345 мм, находящейся  полностью в сфере влияния  вертикальной или вертикально-горизонтальной системы охлаждения, которая обеспечивает так называемую нижнюю реакционную  температуру материала футеровки. Она устанавливает равновесное  состояние в тепловом балансе  кладки, обеспечивая минимальный  износ ее и сохранение гарнисажа, а следовательно, и очертание профиля.

 

Такая конструкция шахт была принята в 60-х годах XX в. на печах  Кузнецкого металлургического комбината (КМК) с последующей продажей лицензий ряду зарубежных стран. В настоящее  время она является обязательной составляющей конструкции доменной печи.

 

Рекомендованная центральным  Гипромезом толщина футеровки в 575 мм является приближением к тонкостенной. Дополнительный кирпич — 230 мм, находящийся вне зоны охлаждения (она действует на глубину 300—350 мм), быстро разрушается. Образующийся при этом профиль произволен и ничего общего с рациональным профилем доменной печи не имеет. Таковым является только профиль по естественному разгару, совмещающий в себе единую конфигурацию проектного и рабочего объема печи.

 

Критерием распределения  шихты по сечению колошника служит отношение руды к проходящему  через нее газу. Этот показатель полезной неравномерности обеспечивает устойчивость шихтовых материалов. Излишнее приближение эллипсов движения к  границам профиля — причина разгара  его вследствие увеличения периферийности движения газов.

 

Чрезмерное отдаление  — наоборот, отклонение газового потока в центральную область шахты  с возможным образованием каналов  и настылей в связи с застоем шихты на периферии. (Центральная область — сечение шахты между периферийной и осевой зонами. Этим определяется разница между осевым и центральным потоками газа, понятие о которых многими авторами не различаются.)

 

Стабилизация эллипсоидов  движения шихты легко регулируется методом «сверху и снизу». Увеличение горизонтальных размеров печей по сравнению  с первыми типовыми профилями  доменных печей Гипромеза (и при увеличении полезной высоты на 30%) снижает возможность этих отклонений и уменьшает относительные потери .веса шихты на трение материалов о стенки шахты, что способствует достижению более плавного и ровного хода.

 

 

Домницы - история развития профиля доменной печи

 

 

 История развития профиля  доменной печи имеет свое начало  от домницы XIV в., рабочее пространство которых представляло собой два усеченных конуса, сложенных широкими основаниями (рис. 1). Первые доменные печи XV в. мало чем отличались от домниц, за исключением несколько большей высоты — от 4,5 до 6,5 м при диаметре распара 2-3 м и горна 0,7—0,8 м.

 

 

Увеличение производительности доменных печей и уменьшение расхода  топлива благодаря улучшению  использования газов по мере разгара  кладки привели к необходимости  увеличения рабочего пространства. Развитие профиля печи шло главным образом  по пути расширения средних по высоте поперечных его размеров.

 

Слабость воздуходувных  средств, отсутствие нагрева дутья  и малая прочность древесного угля, единственного для того времени  вида топлива, препятствовали увеличению высоты домницы. Увеличение диаметров колошника и горна сдерживали из-за отсутствия механизированных средств загрузки и уборки продуктов плавки, которые производились исключительно вручную.

Рисунок 1. Профиль домницы (XIV в.)

 

 

Повышение температуры  в горне доменных печей считалось  нежелательным из опасения выплавки чугуна с излишне высоким содержанием  кремния. Появившаяся впоследствии возможность увеличения количества дутья и его нагрева, лучшее использование  при этом газа благодаря улучшению  газораспределения и теплообмена  вследствие разгара профиля при  освоении выплавки более холодных передельных чугунов оставались неиспользованными.

 

До середины XIX в. объемы домницы увеличивали главным образом путем увеличения диаметра распара. Производительность оставалась крайне низкой и не превышала 1,6 т/сут.

 

В этот период характерной  была немецкая печь завода «Фекерхаген» (1838 г.), по профилю которой можно отчетливо определить причины ее малопроизводительной работы.

 

Заметное несоответствие диаметров горна и колошника  и особенно распара обусловило плохое использование газов, омывающих  преимущественно центральную часть  печи и недостаточно обрабатывавших шихтовые материалы на периферии.