- те пояса футеровки стен, на которые опираются слитки;
- футеровка крышки, так как она подвержена действию наиболее высоких температур, колебанию температур и механическому воздействию в связи с частым открыванием и закрыванием крышки;
- керамика регенераторов и рекуператоров (особенно верхние ряды), которая работает в тяжёлых условиях высоких температур, резкой смены температуры, воздействия газовых потоков, несущих окалину и пыль.
Подину колодцев выкладывают обычно в три слоя: 1) внутренний из хромомагнезитового кирпича; 2) шамотный кирпич; 3) внешний теплоизоляционный слой из диатомитового кирпича. При сухом шлакоудалении уровень подины по всей площади колодцев одинаков, при жидком подину выкладывают с уклоном в сторону шлаковой летки.
Стены колодцев также выполняют трёхслойными. Внешний слой – теплоизоляционный, затем слой шамотного кирпича. Внутренний слой в нижней части стен (приблизительно на 1 м высоты) выполняют из хромомагнезита, остальное из динаса. Интенсивнее всего стены изнашиваются на том уровне, где опираются слитки. В связи с этим в этом месте выполняют выступ кладки внутрь колодца. Эти выступы выкладывают из динаса, хромомагнезита, каолинового кирпича. Стойкость выступов из динаса наименьшая.
В настоящее время применяют крышки как с арочной футеровкой, так и с подвесным сводом. И в том, и в другом случае можно применять шамотный кирпич. В последнее время для футеровки крышек всё шире используют каолиновый кирпич. Каолиновый кирпич в футеровке крышек значительно более стоек, поскольку обладает большой огнеупорностью и меньшей дополнительной усадкой.
Керамические рекуператоры, применяемые в нагревательных колодцах, выполняют из восьмигранных трубок. Обычно монтируют 6 – 8 рядов труб, из них два верхних и нижний ряды из карбо-шамотных трубок, остальное – из шамотных.
В рекуператорах насадку следует сменять раз за 1,2 – 2 года.
Смена футеровки крышек осуществляется через 7 – 9 месяцев. В отдельных случаях, чаще всего в регенеративных колодцах, быстро сгорает металлическая рама крышек.
2.2 Конструкция колодцев
Нагревательные колодцы бывают с регенеративным и с рекуперативным подогревом воздуха. Регенеративные колодцы – это устарелые конструкции, которые нигде уже не строятся.
Колодцы с отоплением из центра пода. Такие колодцы (рисунок 123) применяют для нагрева слитков перед прокаткой на блюминге производительностью около 2,5 млн. т/год. Они достаточно надёжны в эксплуатации, отапливают их смешанным коксо-доменным газом с теплотой сгорания 5800 – 8400 кДж/м³ при помощи горелок, расположенных в центре пода. Группа состоит из двух ячеек. В каждую ячейку помещается по 12 – 16 слитков квадратного сечения.
Колодцы оборудованы керамическими рекуператорами из восьмигранных карбо-шамотных трубок для подогрева воздуха до 800 – 850 ºС. Воздух, пройдя через рекуператоры, поступает к горелке с двух сторон по сборным каналам. Газ подаётся в горелку по специальной трубе снизу вверх, поэтому факел тоже направлен снизу вверх. Продукты сгорания удаляются из рабочего пространства через специальные окна и, пройдя через рекуператор, уходят в дымовую трубу. Рекуперативные колодцы с отоплением из центра пода в настоящее время работают на 90 – 95 % горячего посада, обеспечивая при этом производительность одной группы около 220 – 270 тыс. т/год. Удельный расход тепла на нагрев металла составляет 1100 – 1200 кДж/кг. Процесс нагрева металла в этих колодцах можно автоматизировать. Импульсную точку выбирают на одной из боковых стен в зоне наиболее высоких температур, т.е. несколько выше верхней кромки слитка. Тепловая мощность колодцев с отоплением из центра пода составляет обычно 21,0 – 29,0 ГДж/ч.
Качество металла в рекуперативных колодцах с отоплением из центра пода недостаточно. Вследствие вертикального расположения факела зона наибольших температур создаётся в верхней части рабочего пространства, что приводит к перегреву верхней части слитка при недостаточном нагреве его основания. Перепад температур по высоте рабочего пространства достигает 100 ºС и более, что вызывает неравномерность нагрева слитка. Однако положительным является то, что все слитки, входящие в садку, греются почти одинаково.
Общая площадь рекуператора нагревательных колодцев составляет около 400 м². В рекуператоре шесть рядов труб. Два нижних и два верхних ряда – из карбошамотных трубок, средние ряда – из шамотных.
Рекуператоры работают при температуре дымовых газов на входе 1200 – 1250 ºС; скорости воздуха 1,5 дымовых газов 0,7 – 1,0 м/с.
Воздух в рекуператор поступает обычно под давлением, в результате чего между воздушной и дымовой сторонами рекуператора возникает значительный перепад давлений (до 200 Па), в результате чего создаётся возможность для утечки воздуха в дымовые каналы. Утечка иногда достигает 40 – 50 % всего воздуха, поданного в рекуператор. Низкая герметичность рекуператоров сильно влияет на работу колодцев, так как в результате утечек количество воздуха, достигшего горелки, становится недостаточным и неопределённым. При недостатки воздуха топливо не сгорает полностью в пределах рабочего пространства и поэтому становится возможным его дожигание в рекуператоре, что вызывает разрушение рекуператора и дальнейшее увеличение утечек.
При уменьшении количества воздуха, попадающего в ячейку, приходится сокращать количество подаваемого топлива, т.е. снижать тепловую нагрузку, а это в свою очередь приводит к снижению производительности.
Ненадёжная (в смысле герметичности) работа рекуператоров наряду с высокой стоимостью сооружения является, пожалуй, самым большим недостатком этих нагревательных колодцев.
Колодцы с отоплением из центра пода работают в основном на жидком шлакоудалении, которое позволяет увеличить производительность ячейки и сократить расход топлива. Однако при жидком шлакоудалении резко возрастает число ремонтов, а следовательно, и удельный расход огнеупоров. Колодцы при жидком шлакоудалении работают более форсированно, что увеличивает толщину окалины и возможность оплавления слитков.
Колодцы с верхним отоплением. В последние годы строят колодцы с одной верхней горелкой, что объясняется увеличением производительности строящихся блюмингов до 6 млн. т/год и более. Повышением производительности блюмингов обусловлены новые требования, предъявляемые к нагревательным колодцам, которые в определённой мере реализуются применением колодцев с одной верхней горелкой. Конструкция колодцев представлена на рисунке 124. Колодец вытянутой формы шириной 2,2 – 2,5 м. В ячейку помещают в два ряда 14 слитков массой по 7–8 т. Каждая группа колодцев включает чаще всего 2 или 4 ячейки. Тепловую нагрузку в этих колодцах поддерживают около 38 – 42 ГВт; удельный расход тепла составляет 1300 – 1350 кДж/кг. Поскольку на поду подобных колодцев температура относительно низкая, применяют сухое шлакоудаление.
Производительность колодцев подобного типа на группу из двух ячеек несколько меньше (200 – 220 тыс. т/год), чем колодцев с отоплением из центра пода. Это объясняется особенностями их тепловой работы.
Колодец отапливают газообразным топливом при различной степени подогрева воздуха. Выходные скорости в горелке должны быть подобраны так, чтобы кинетической энергии струй было достаточно для проталкивания газов от горелки до дымоотборного окна по петлеобразной траектории. Плохое смешение топлива и воздуха приводит к тому, что наибольшая температура развивается около стены, противоположной горелке; на этой стене и выбирают импульсную точку для автоматизации теплового режима. Причём, раньше других нагреваются слитки, находящиеся около этой стены.
Когда температура в импульсной точке достигает заданного значения, то во избежание её дальнейшего повышения расход топлива снижается, и кинетическая энергия струй топлива и воздуха уменьшается. Это приводит к тому, что газы уже не достигают противоположной стенки и двигаются по прогрессивно укорачивающейся петле.
Таким образом, процесс нагревания садки протекает неравномерно, затягивается, поэтому производительность группы, состоящей из двух ячеек таких колодцев, меньше производительности колодцев с отоплением из центра пода. Однако, колодцы с одной верхней горелкой более компактны и при одной и той же общей длине отделения нагревательных колодцев их можно установить несколько больше, чем колодцев с отоплением из центра пода.
На нагревательных колодцах с одной верхней горелкой применяются керамические воздушные рекуператоры, при использовании которых возможны два способа подачи воздуха: при первом, для подвода воздуха от рекуператора к горелке применяют эксгаустер из жароупорного материала. Воздух просасывается через рекуператор, и возможность утечки практически устраняется. Однако, в этом случае температура подогрева воздуха ограничивается 400 – 450 ºС, так как при более высокой температуре существующие эксгаустеры работать не могут.
Второй способ предусматривает подачу воздуха из рекуператора к горелке при помощи инжектора. Инжектирующей средой служит воздух высокого давления (20 – 40 кПа), количество которого составляет 25 – 30 % общего расхода и который подогревается в металлическом трубчатом рекуператоре до 250 – 350 ºС. В этом случае температура воздуха перед горелкой составляет 650 – 700 ºС. Если для инжектирования применять компрессорный воздух (5 – 7 % общего расхода), то температура воздуха перед горелкой составит 700 – 800 ºС.
Сравнение различных нагревательных колодцев по эксплуатационным показателям приведено в таблице 19.
Таблица 19 - Показатели работы рекуперативных нагревательных колодцев
| Параметр | С центральной горелкой | С одной верхней горелкой |
| Средняя производительность одной группы, тыс. т/год | 230 | 340 |
| Число оборотов колодцев в год | 1360 | 870 |
| Удельный расход топлива, кДж/кг | 1150 | 1320 |
| Простои колодцев на ремонтах, % к календарному времени | 3,77 | 3,98 |
| Удельный расход огнеупоров на 1 т, кг/т | 1,85 | 1,27 |
Колодцы с двумя верхними горелками (рисунок 151) отапливают смесью коксового и доменного газов. Горелки расположены в верхней части рабочего пространства в шахматном порядке. Обычно применяют горелки типа «труба в трубе» или простейшие турбулентные. Горелка должна быть рассчитана так, чтобы количество кинетической энергии струй, создаваемых горелкой, было достаточным для проталкивания продуктов сгорания по петлеобразной траектории – от горелки да дымоотводящих каналов.