Доменная печь и ее конструкция

Доменная печь и ее конструкция

Конструкция доменной печи (ДП) играет фундаментальную роль в ее надежной работе, металлургических характеристиках, стабильно высокой производительности и длительном сроке службы.

Конструкция современной доменной печи, как правило, основана на концепции отдельно стоящего блока с окружающей конструкцией здания, обеспечивающего доступ к печи и поддержку газовой системы доменной печи. Конструкция доменной печи должна обеспечивать оптимизацию потока шихты и газа с учетом потенциального сырья и условий эксплуатации печи на протяжении всей ее кампании.

В проекте доменной печи необходимо интегрировать свойства корпуса, охлаждающих элементов и огнеупорной футеровки, чтобы обеспечить хорошо сбалансированную общую работу комплекса доменной печи. Выбор правильных огнеупоров и систем охлаждения для каждой зоны доменной печи имеет решающее значение для успешной, экономичной и, прежде всего, безопасной эксплуатации доменной печи.

Все оборудование, необходимое для бесперебойной работы доменной печи, должно быть интегрировано при проектировании доменной печи. Основными видами такого оборудования являются оборудование верхней загрузки, оборудование литейного цеха (глиняные пистолеты, буровые установки для летки, манипуляторы для закрытия желобов, опрокидывающиеся желоба для чугуна и шлака, устройства смены стержней, отбойные буры и т. д.), фурменные штоки, различные типы клапанов ( например, клапаны горячего дутья, дышащий клапан, выпускные клапаны, уравнительные/предохранительные клапаны, клапаны управления потоком, запорные клапаны и т. д.), различные датчики (например, датчики температуры над шихтой и датчики газа под шихтой и т. д.), механические регистраторы линии запасов , подвижная и фиксированная броня для горла, запальные трубки приклада, измерители профиля и т. д.

При проектировании доменной печи должно быть предусмотрено оборудование, зарекомендовавшее себя как надежное, долговечное и высокопроизводительное в тяжелых условиях эксплуатации доменной печи.

Работа современной доменной печи достаточно сложна и требует необходимой аппаратуры автоматизации и контроля для контроля различных параметров управления. Это очень необходимо для достижения высокого уровня производительности, ожидаемого от современной печи.

Дизайн BF также должен обеспечивать возможность быстрого и точного построения.

Профиль лучшего друга

Профиль ДП имеет сложную конфигурацию, состоящую из цилиндров, соединенных с усеченными конусами, и состоит из нескольких зон:пода, чаши, днища и дымовой трубы. Стек далее делится на нижний стек и верхний стек. В очаге имеется мертвый слой жидкого металла, известный как мертвая зона. В каждой зоне есть обечайка, охлаждающие элементы и огнеупоры. Рабочий профиль печи устанавливается после износа определенного объема футеровки. В этих зонах печи протекают различные физико-химические процессы. Соотношения размеров различных зон варьируются в зависимости от полезного объема печи, но обычно они находятся в допустимых пределах.

Отношение общей высоты печи к диаметру днища для средних и больших доменных печей уменьшается примерно с 3 до 2,00 по мере увеличения полезного объема печи с 1000 до 5500 куб. Отношение диаметра пода печи к диаметру пода варьируется в пределах от 1,09 до 1,13 (в идеале должно быть от 1,05 до 1,10). Отношение диаметра колошника к диаметру колошника обычно колеблется в пределах от 0,62 до 0,71.

Точно так же высота различных зон для средних и больших печей зависит от их полезного объема, но обычно варьируется в определенном диапазоне. Высота мертвого слоя колеблется в пределах от 600 мм до 1700 мм. Высота горна увеличивается с полезным объемом печи и находится в пределах от 3200 мм до 5700 мм. Высота боша обычно находится в пределах от 3000 мм до 4000 мм. Высота брюшка в БФ минимальна по сравнению с другими высотами и обычно находится в пределах от 2000 мм до 3000 мм. Высота штабеля в БФ максимальна и обычно колеблется в пределах от 15 м до 20,7 м. Высота верхней цилиндрической части штабеля варьируется от 2,5 м до 3 м. Общая высота печи варьируется от 26 м до 36 м. Эффективная высота печи не включает высоту верхней цилиндрической части штабеля и обычно находится в пределах от 23 м до 33,5 м.

Углы наклона штабеля с брюшком и втулок с брюшком являются важными параметрами и обычно колеблются в пределах от 82,5 до 85,5 градусов и от 79,2 до 80,5 градусов соответственно.

Эффективная высота печи зависит от качества (прочности) имеющегося кокса. Высота доменной печи 33,5 м является почти ее практическим пределом при нормальной прочности имеющегося кокса. Следовательно, любое увеличение полезного объема должно достигаться за счет увеличения размера поперечного сечения печи при практически неизменной высоте печи. Это означает уменьшение отношения общей высоты к диаметру живота. Это также означает уменьшение угла наклона, создаваемого стопкой и брюшком. Угол наклона штабеля и днища может быть уменьшен до такой степени, чтобы это не препятствовало линейному расширению шихтового материала при повышении температуры.

Также площадь поперечного сечения очага зависит от интенсивности горения углерода. Это углерод, содержащийся в коксе (как доменном коксе, так и коксовом орехе) и вспомогательном топливе, и определяется содержанием углерода в общем дневном количестве топлива, подаваемого в печь, деленному на объем печи.

С увеличением диаметра печи необходимо соответствующее увеличение давления горячего дутья для обеспечения работы печи по центру. Это требует более высокого давления в верхней части печи, чтобы поддерживать разумный перепад давления в печи для плавного движения шихты.

Количество фурм в доменной печи обычно вдвое больше диаметра пода в нижней части печи среднего размера, а по мере увеличения объема печи оно превышает диаметр пода более чем в два раза.

Профиль конструкции нескольких российских доменных печей представлен на рис. 1.

Рис. 1. Конструктивные профили российских доменных печей

Характеристики зон БФ

Характеристики различных зон доменной печи важны и должны учитываться при проектировании доменной печи. Эти характеристики описаны ниже.

• Зона мертвого человека – высокие температуры и давление жидких расплавов и печных газов.
• Зона горна – высокие температуры окружающей среды, постоянное движение жидких продуктов плавки, химическая активность продуктов, давление и химическая активность газов, попадание влаги в горн.
• Нижняя часть зоны загрузки – высокие температуры окружающей среды, постоянное движение шихтовых материалов, газов, шлаков и жидкого чугуна, химическая активность шлаков, давление шихты и газов
• Верхняя часть затворной зоны – Постоянное движение шихтовых материалов и газов, воздействие цинка (Zn) и соединений щелочных металлов, высокие температуры.
• Нижняя половина зоны дымовой трубы – непрерывное движение шихтовых материалов и газов, воздействие цинка, соединений щелочных металлов и высоких температур.
• Верхняя половина зоны дымовой трубы — непрерывное движение газов и шихтовых материалов, действие закопченного углерода и цинка.

Конструкция огнеупоров доменной печи должна учитывать эти условия, существующие в различных зонах доменной печи.

Горячее дутье поступает в топку вблизи границы горна и зазора и образует зону, в которой происходит горение кокса в шихте. Сгорание углерода кокса происходит в ограниченном объеме горна. Большая часть тепла, выделяемого этим процессом на наиболее интенсивной его стадии, концентрируется у стенок топки. Температуры в области ниже зоны сжигания кокса составляют от 1500°С до 1650°С на периферии печи и зависят от количества жидкого чугуна и шлака, скопившегося в этой части печи, и количества времени, затраченного на сжигание кокса. для его транзита является важной характеристикой. Однако эта температура несколько ниже на периферии, чем в центре печи, из-за охлаждающего эффекта пода.

Газы, выходящие из фурменной области горна, имеют температуру до 2000°С, а нисходящие материалы выше и ниже зазора имеют температуру около 500°С и даже ниже. Эта разница является причиной интенсивного теплообмена, происходящего в этой области и сопровождающегося резкими изменениями температуры. Такой интенсивный нагрев невозможен в верхней части затылочной части и шахты, так как вся имеющаяся энергия расходуется на прямое восстановление. В результате температура в направлении высоты изменяется относительно мало в нижней части вала по сравнению с втулкой. Верхняя область, в которой происходит интенсивный нагрев, находится в нижней части цилиндрического свода печи и над шахтой. Материалы, загружаемые в печь, имеют температуру около 30°С, а газы, поднимающиеся в печи навстречу движению этих материалов, имеют температуру во много раз большую.

Как в горне, так и в других частях доменной печи температура газа снижается на 100°C до 250°C по мере продвижения от стен к центральной части печи.

Увеличение горизонтальных размеров печи в поде и поду смещает максимум скорости газа к центру печи и тем самым снижает скорость газа в периферийной области. В результате температура этой области снижается вместе с воздействием топочных газов на футеровку.

Кроме того, для бесперебойной работы доменной печи конструкция и производительность периферийного оборудования и сооружений должны соответствовать требованиям доменной печи и быть интегрированы с ней. К основному периферийному оборудованию и сооружениям относятся средства обработки, подачи и загрузки шихтовых материалов доменной печи, воздуходувки и воздухонагреватели для подачи горячего дутья соответствующей температуры и давления, средства для обращения с доменным газом и его очистки, литейный цех для откачки жидкого металла. и жидкий шлак, оборудование для обработки чугуна, гранулирование жидкого шлака и обращение с гранулированным шлаком, водоочистные сооружения.