Таблица 4 – Состав колошникового газа
| Элемент | CO2 | H2 | CO | N2 |
| Содержание, % | 20.69 | 8.22 | 23.53 | 47.56 |
Степень прямого восстановления Rd = 23,7%.
Степень использования восстановительной способности водорода и окиси углерода соответственно: 0,421 и 0,468
Отношение степеней использования водорода и окиси углерода находится в пределах 0,9–1,2. В данном расчете 0,421/0,468=0,9, что соответствует встречающимся значениям. Имеющийся резерв в повышении степени использования газов будет реализован подбором рациональных режимов загрузки, что позволит получить дополнительную экономию кокса.
2.10 Расход кокса
Доменная печь обеспечивается коксом сухого тушения фракции более 40 мм, допускается загрузка отдельными порциями по специальной программе коксового орешка 15–25 мм. Запрещается увлажнять кокс сухого тушения с целью обеспыливания и охлаждения, поскольку это лишает одного из основных преимуществ – постоянства содержания влаги, а следовательно и стабилизации теплового состояния печи.
Качество кокса должно характеризоваться следующими показателями:
– технический анализ;
– показатели прочности;
– гранулометрический состав.
В данном расчете удельный расход кокса принимаем 430 кг/т чугуна.
3. Конструкция и оборудование печи
3.1 Конструкция печи
3.1.1 Профиль
Профилем называют очертания вертикального осевого сечения рабочего пространства печи. Рациональный профиль обеспечивает максимальную производительность и минимальный расход кокса. Трудность в выявлении рационального профиля заключается в качестве сырых материалов и топлива. В настоящее время влияние профиля на результаты плавки уменьшилось, т. к. профиль близок к рациональному, но полностью не исчезло. Изменение размеров профиля близких к рациональным дает увеличение производительности на 2–4%. Результаты расчета профиля печи представлены в «приложении Б», которые выполнены по методу Павлова с элементами оптимизации.
3.1.2 Огнеупорная кладка
Футеровка предназначена для сохранения проектного профиля печи, защиты холодильников и кожуха печи от разрушения. В условиях эксплуатации футеровка испытывает воздействие высоких, переменных во времени и неравномерно распределенных температур, давления жидкого чугуна и шлака, газов, истирающему воздействию шихты. Поэтому ее стойкость зависит от основных свойств огнеупоров [4]:
огнеупорность – свойство сохранять форму и размеры при воздействии высоких температур;
термостойкость – способность выдерживать колебания температуры;
усадка – уменьшение объема;
сопротивление истиранию;
пористость – отношение объема сквозных пор к общему объему образца;
химическая устойчивость – способность огнеупорных материалов противостоять химическому воздействию продуктов плавки;
теплопроводность.
Расчет огнеупорной кладки печи представлен в «приложении Б». На данной печи используется цельноуглеродистая футеровка лещади. Для нее предусмотрена укладка двух вертикальных рядов блоков – снизу графитированных, а сверху углеродистых. По переферии лещадь выкладывается горизонтальными прямоугольными углеродистыми блоками. В центре сверху углеродистых блоков укладывается два ряда высокоогнеупорных муллитовых изделий. Общая толщина лещади составляет 4354 мм.
В неохлаждаемой части шахты укладываем шамотные изделия. Для компенсации теплового расширения кладки зазоры между кладкой и холодильниками заполняем засыпкой на углеродистой основе. Зазор между кожухом и кладкой неохлаждаемой части шахты заполняем пастой на каолиновой основе.
3.1.3 Охлаждение кладки
Охлаждение выполняет следующие функции:
– предохраняет материал деталей, работающих в зонах высоких температур, от разрушения или преждевременного износа;
– способствует образованию на холодильниках гарнисажа, предохраняющего их от истирания и обеспечивающего постоянный профиль и ровный ход печи;
– способствует правильному распределению тепловых потоков внутри кладки, исключающему термические напряжения и изолирующему от высоких температур.
Лещадь доменной печи охлаждается снизу чугунными плитовыми холодильниками с залитыми трубами, по которым проходит вода.
В районах леток для чугуна, фурменной зоны и заплечиков устанавливаются гладкие холодильные плиты с двумя рядами охлаждающих трубок.
Распар и шахта – ребристые холодильники. Для экономического использования технической воды применяется система оборотного водоснабжения.
3.1.4 Металлоконструкции
К металлоконструкциям относятся: кожух печи, копер, колошник, газоотводы и площадки.
Кожух печи, примыкающие к нему холодильники и кладка составляют единую взаимосвязанную систему, определяющую долговечность ее работы. Повреждение одного из элементов этой системы приводит к разрушению двух других.
Доменные печи имеют сварной кожух, из листов толщиной 20–40 мм. Газ от печей отводится четырьмя газоотводами, врезанными в купол. Они размещены симметрично для равномерного отвода газа.
Площадки вокруг печи предназначены для обслуживания холодильников и другого оборудования.
3.1.5 Арматура
К арматуре печи относятся: арматура чугунной летки, шлаковый прибор, фурменный прибор, засыпной аппарат.
Чугунная летка представляет собой прямоугольный канал в нижней части горна, выложенный шамотными изделиями.
Шлаковая летка оснащена водоохлаждаемой арматурой, состоящей из рамы, прикрепленной к стальному фланцу кожуха печи; шлаковой кадушки; амбразуры и шлаковой фурмы.
На данной печи установлены 24 фурмы (приложение Б).
Фурменный прибор состоит из полой, охлаждаемой водой медной фурмы, медного холодильника, чугунной амбразуры с охлаждающей трубкой, сопла, подвижного колена с гляделкой и неподвижного колена.
На печи применяется бесконусное загрузочное устройство.
3.1.6 Загрузочное устройство
Конструктивной особенностью БЗУ является расположение трансмиссионного редуктора в рабочем пространстве печи. Температура редуктора должна составлять 30–40 град. С, температура колошникового газа не должна превышать 350 град. С.
Редуктор охлаждается азотом, система охлаждения эксплуатируется в соответствии со специальной инструкцией.
Передвижная приемная воронка служит для направления материала в соответствующий промежуточный бункер и защиты верхних газоотсекающих клапанов от остатков шихты на конвейере, для чего она снабжена челюстным шихтовым затвором. Воронка имеет гидравлические приводы передвижения.
Промежуточные бункеры предназначены для приема шихтовых материалов и шлюзования их перед загрузкой в печь. Каждый бункер снабжен верхним и нижним газоотсекающим клапаном и шихтовым затвором.
Скорость высыпания для железорудной части шихты должна быть в пределах от 1 до 1,15 т/с, для кокса – 0,2–0,25 т/с.
Лоток служит для распределения материалов по окружности и по радиусу колошника. Он имеет приводы для вращения в двух противоположных направлениях и изменения угла наклона.
Распределительный лоток БЗУ печи может в автоматическом и дистанционном режимах работы изменять угол наклона, относительно вертикали, от 8 до 50 град. в 11 фиксированных угловых положениях.
Время выгрузки для всех видов материалов из промежуточного бункера БЗУ должно быть постоянным. Это обеспечивается выбором соответствующего угла раскрытия шихтового затвора для материалов с различными свойствами.
3.2 Выбор вспомогательных устройств
3.2.1 Воздуходувные средства
Сжатие и нагнетание дутья в печи осуществляется центробежными компрессорами с паротурбинным приводом, работающим на паре высокого давления (до 9 МПа/м2). Воздуходувные машины имеют большую мощность, экономичное и гибкое регулирование числа оборотов и высокую надежность. С переводом печей на работу с высоким давлением газа под колошником и с широким применением кислорода и природного газа, изменились требования к параметрам дутья. С уменьшением расхода воздуха компрессоры должны обеспечивать более высокое давление дутья.
Техническая характеристика воздуходувной машины приведена в таблице 5.
Таблица 5 – Техническая характеристика воздуходувной машины [2]
| Наименование показателя | К-5500–41–1 |
| Производительность при режиме, м3/мин:МаксимальнаяМинимальнаяДавление, кПа/м2 (кг/см2):НормальноеМаксимальноеМаксимальное число оборотов | 50003000430 (4,3)540 (5,4)3600 |
3.2.2 Воздухонагреватель
Для обеспечения нагрева дутья до температуры 1250 град. С принимаем высокотемпературный воздухонагреватель регенеративного типа с камерой горения в куполе. Для нашей печи полезным объемом 2824 м3 принимаем четыре таких воздухонагревателя.
Огнеупорная насадка воздухонагревателя нагревается теплом, полученным от сжигания колошникового газа, после чего аккумулированное насадкой тепло передается дутью.
Кожух сваривают из листовой стали толщиной 20 мм в основной части, 24–26 в купольной и 24 мм в днище. Футеровку купола выполняют толщиной 450 мм. Воздухонагреватель имеет теплоизоляционную защиту из трепельного и легковесного кирпичей по одному ряду каждого. Высокотемпературная зона со встроенной камерой горения выкладывается динасовыми огнеупорами, остальные зоны – шамотными.
Конструктивная и тепловая характеристики воздухонагревателя приведены в таблице 6.
Таблица 6 – Конструктивная и тепловая характеристики воздухонагревателя [2]
| Показатель | Объем печи2824 м3 |
| Высота воздухонагревателя полная, мДиаметр воздухонагревателя, мРадиус купола, мКамера насадки:высота, мполезное сечение, м2Камера горения:высота, мсечение, м2Температура, град. С:куполадутьяуходящих газов | 44,29,194,6843,342,033,76,061300–15501250400 |
3.2.3 Подача и загрузка шихты