УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ВОДЫ ФУРМЕННОЙ ЗОНЫ, ЗАПЛЕЧИКОВ, РАСПАРА И ДРУГИХ ЧАСТЕЙ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Советский патент 1934 года по МПК C21B7/10 

Доменная практика последнего десятилетия показывает, что почти все доменные печи кончают кампанию из-за, износа заплечиков; значительная часть американских печей также становится на капитальный ремонт по вине заплечиков.

Указанное обстоятельство весьма характерно и выявляет, что самым слабым местом в конструкции современной доменной печи являются заплечики что существующие конструкции заплечиков несовершенны и далеко не удовлетворяют требованию получения от печи максимальной производительности за время кампании.

В настоящее время в доменной практике применяются три типа способа охлаждения заплечиков:

1. Поверхностное охлаждение кожуха помощью брызгал (пользуется распространением на древесноугольных доменных печах и нередко на печах малой производительности, работающих на коксе).

2. Охлаждение вертикальными холодильниками-плитами, установленными за кожухом, применяемое совместно с поверхностным охлаждением..

3. Охлаждение горизонтальными коробчатыми медными холодильниками, установленными в кладку через вырезы в кожухе или в пространстве между бандажами для возможности смены.

Поверхностное охлаждение заплечиков имеет следующие недостатки, препятствующие долговременно и успешной работе, особенно на печах большой производительности.

Недостаточно интенсивно охлаждается кладка в виду малой охлаждающей поверхности на единицу объема кладки. Охлаждающая поверхность при тонкостенной кладке толщиною в 345 мм равняется всего лишь 2 кв. м на 1 куб. м кладки, а в случае применения толстой кладки в 575-690 мм уменьшается до 1,2 кв. м на 1 куб. м кладки. В расчете для обоих случаев принята толщина кладки фурменной зоны 805.

Совершенно ясно, что при таком незначительном охлаждении огнеупорная кладка заплечиков быстро пропадает, и заплечики работают исключительно на гарнисаже, покрывающем кожух.

В процесс работы печи при различных обстоятельствах гарнисаж местами утолщается, а местами утоньшается, что влечет за собою неравномерность и постоянно меняющиеся усилия на кожухе, которые расстраивают заклепочные соединения, и вода начинает попадать в печь.

Кроме того, в местах сползания гарнисажа, которое часто имеет место в доменной практике, получается нагрев и коробление кожуха заплечиков. Все указанное, вместе взятое, влечет за собой быстрый выход заплечиков из строя на печах большой производительности. На печах малой производительности заплечики держатся несколько лучше, но изнашиваются с таким же характером и всегда вызывают преждевременную остановку печи на ремонт. Поверхностное охлаждение, помимо недостаточной охлаждающей поверхности, имеет и тог крупнейший недостаток, что изотермы в кладке. расположены параллельно кожуху, вследствие чего в местах наибольшего температурного расширения в области температур, не достигающих того предела, начиная с которого кирпич приобретет вязкость и поддается деформации без разрушения, получается разрушение кладки сжимающими усилиями от температурного расширения. На некотором участке от кожуха в самом начале работы кладка разрушается, что способствует чрезвычайно быстрому износу кладки заплечиков.

Если не считать гарнисажа и, возможно, остатков кладки, кожух не защищен от воздействия нагретых до высокой температуры. полусплавленных материалов, а также часто чугуна и шлака, что составляет постоянную опасность в работе.

Недостатки охлаждения заплечиков и фурменной зоны холодильными плитами таковы же, как и для поверхностного охлаждения брызгалами.

Имеет место недостаточная интенсивность охлаждения кладки, так как и здесь кладка охлаждается только со своей наружной поверхности, охлаждающая поверхность незначительна и составляет 7. кв. м на 1 куб. м кладки в случае тонкостенных заплечиков с толщиною 345 мм и всего 1,2 кв. м на 1 куб. м кладки в случае толстостенных заплечиков толщиною 575-690 мм. 8 расчете для того и другого случая толщина фурменной зоны принята равной 805 мм.

В виду недостаточного охлаждения огнеупорная кладка быстро пропадает, и заплечики работают исключительно на гарнисаже, покрывающем холодильники, которые а свою очередь предохраняют кожух от воздействия. Таким образом роль холодильников сводится не к охлаждению кладки, а только к своего рода предохранительной футеровке кожуха.

Гарнисаж, который образуется на холодильниках, естественно не может прочно на них держаться, не имея точек опоры, а это обстоятельство вызывает периодическое его сползание при изменениях в работе печи и особенно при так называемом кольцевом ходе печи, характеризующемся усиленным течением вдоль стен избыточно горячих газов.

При сползании гарнисажа холодильники, ничем не предохраненные, попадают под воздействие жидкого чугуна, шлака и полувосстановленных и полурасплавленных материалов и также довольно быстро пропадают, особенно при неравномерной работе доменной печи.

Параллельное расположение изотерм в кладке заплечиков также имеет место в случае вертикальных холодильных плит. При температурах, находящихся. до предела перехода кирпича в вязкое деформируемое состояние, кирпич на значительную толщину разрушается от температурного расширения. Указанное обстоятельство обусловливает износ кладки в течение короткого периода после задувки печи.

Вертикальные холодильные плиты благодаря отсутствию кладки, воспринимающей в значительной части усилия от давления сходящей или подвисающей в заплечиках шихты, подвергаются этим усилиям непосредственно, вследствие чего дают трещины особенно при осадках, и, таким образом, выходят из строя а случае больших трещин совершенно, а в случае малых трещин являются источником попадания воды в доменную печь.

Охлаждение заплечиков американского типа со сменяемыми горизонтальными, коробчатыми, медными холодильниками лишено одного из основных недостатков системы с вертикальными холодильниками - параллельного расположения изотерм в кладке. В этом случае изотермы в кладке располагаются по каким-то параболического вида кривым, благодаря чему не получается разрушения кладки заплечиков, и последняя служит значительно лучше и при известных условиях довольно продолжительно. Но наряду с этим американская конструкция заплечиков имеет следующие весьма существенные недостатки, которые заставляют доменных техников избегать этой конструкции.

Самый крупный недостаток американской конструкции - это отсутствие герметичности, что доставляет крупнейшие неприятности в эксплуатации, и благодаря чему многие доменные техники предпочитают этой конструкции. герметичное охлаждение вертикальными холодильными платами, установленными за кожухом. При своем сгорании горизонтальные холодильники не представляют никакой защиты, и горячие газы доменной печи продувают через них наружу. Очень часто в практических условиях случается, что в момент продувания холодильников, а таковое бывает почти всегда довольно внезапным, нельзя остановить печь по тем или другим причинам, в частности в виду скопления чугуна и шлака в горне перед выпуском. В таких случаях обслуживающий персонал становится перед дилеммой - или залить фурмы шлаком, а возможно и чугуном, остановив печь, или продолжать работу, подвергая опасности арматуру печи.

Неприятности при продувании холодильников становятся прямым бедствием при кольцевом ходе печи, сопровождающемся настолько массовым горением холодильников, что их своевременная замена становится чрезвычайно затруднительной.

Выделение газа через отверстия в кожухе для холодильников или между бандажами делает чрезвычайно трудным и опасным обслуживание водопроводной сети и не позволяет производить работы, например, по отыскиванию сгоревших холодильников или ремонту водопровода на ходу печи.

Интенсивность охлаждения кладки горизонтальными холодильниками значительно выше, чем при поверхностном охлаждении или при вертикальных холодильных плитах. При толщине кладки заплечиков в 690 мм охлаждающая поверхность горизонтальных холодильников достигает 3 кв. м на 1 куб. м кладки, но также не является достаточной, на что указывают случаи прохода шлака в фурменной зоне около холодильников.

Эта недостаточность охлаждающего действия холодильников сильно осложняется отсутствием герметичности.

Крупным недостатком американской конструкции заплечиков следует считать конструкцию тонкостенных коробчатого вида холодильников, которые совершенно не могут сопротивляться воздействию жидкого чугуна и при соприкосновении с ним сгорают. Правда, в нормальных условиях холодильники обволакиваются гарнисажем, который весьма устойчиво держится на них и предохраняет от соприкосновения с жидким чугуном, но эти нормальные условия в процессе работы нередко нарушаются, и холодильники сгорают от воздействия струек жидкого чугуна, стекающего по заплечикам вниз в горн, а иногда от воздействия расплавляющихся верховых настылей. Особенно сильно холодильники горят во время так называемого кольцевого хода печи, сопровождающегося усиленным течением горячих газов около стенок заплечиков.

Эти горячие газы расплавляют гарнисаж и открывают концы холодильников воздействию чугуна.

Наконец, американская конструкция является очень дорогой., требуя большого расхода меди. Вес каждого холодильника около 120 кг и количество их для большой печи достигает 300 штук.

Кроме того, в процессе работы приходится заменять много холодильников, что доставляет не малый расчел.

Огнеупорная кладка заплечиков, охлаждаемых сменяемыми горизонтальными холодильниками, не менее чем на 50% дороже а виду необходимости делать большое по числу холодильников количество арочек.

Вышеприведенный обзор существующих конструкций заплечиков рельефно выделяет их несовершенство и необходимость создания новой, более совершенной - конструкции, лишенной разобранных выше недостатков.

Посредством предлагаемого устройства имеется в виду достигнуть устранения этих недостатков.

На чертеже фиг. 1 изображает устройство в продольном разрезе и фиг. 2 - то же по другому варианту.

Предлагаемое устройство для охлаждения при помощи воды фурменной зоны, заплечиков, распара и других частей доменной печи состоит из устанавливаемых за кожухом заплечиков, фурменной зоны и распара вертикально-горизонтальных холодильников с залитыми в них цельнотянутыми толстостенными трубками для циркуляции охлаждающей воды.

Вертикальная часть 1 холодильников имеет свой охлаждающий змеевик, состоящий из железной трубы 3, а горизонтальные 2 - выступы холодильников имеют также свои самостоятельные змеевики 4. благодаря чему получаются две совершенно независимые одна от другой охладительные системы: одна система, состоящая из охлаждаемых горизонтальных выступов, и другая - из вертикальных частей холодильников. Для усиления места соединения вертикальной части с горизонтальным выступом делаются усилительные ребра 5.

Горизонтальные охлаждаемые выступы могут быть также повернуты на 90; тогда змеевики станут в вертикальной плоскости по всей длине холодильника.

В том и другом случае выступы располагаются, в шахматном порядке для лучшего и наиболее равномерного распределения охлаждающей поверхности холодильников по всему объему огнеупорной кладки.

Описанная конструкция охлаждения фурменной зоны, заплечиков и распара, по мнению изобретателя, выгодно отличается от существующих конструкций следующими наиболее главными и существенными преимуществами: возможностью иметь в заплечиках кладку, достаточно толстую и при этом хорошо охлаждаемую. Толстая кладка будет более прочной и вследствие этого будет стоять более продолжительное время. При конструкции с поверхностным охлаждением или при охлаждении вертикальными холодильными плитами иметь толстую кладку бесцельно, так как охлаждение неспособно достаточно понизить ее температуру и она изнашивается в самое короткое время.

Охлаждающая поверхность предлагаемых вертикально-горизонтальных холодильников достигает такой большой величины, как 5 кв. м на 1 куб, м кладки по сравнению с 2 кв. м конструкции с вертикальными холодильниками и 3 кв. м для американской конструкции охлаждения. Как видно из сопоставления цифр, предлагаемая конструкция чрезвычайно выгодно отличается от всех описанных выше существующих конструкций. Такое большое развитие поверхности охлаждения естественно определяет продолжительную сохранность кладки, хорошо охлаждаемой, а следовательно и хорошо сопротивляющейся воздействию горячих газов, жидких расплавленных материалов, а также твердых и полувязких выходящих материалов.

Охладительная поверхность предлагаемых вертикально-горизонтальных холодильников, как уже упоминалось выше, разбита на две самостоятельных системы- одну состоящую из охлаждаемых выступов и другую - из вертикальных частей холодильников. Таким образом при' сочетании еще с поверхностным охлаждением кожуха имеется три самостоятельных охладительных системы, могущих функционировать как одновременно, так и раздельно, что особенно важно, так как представляет широкие возможности в смысле продолжительности службы заплечиков.

Ясно, что первое время будут главным образом работать в смысле охлаждения и сохранения кладки горизонтальные охлаждаемые выступы, которые воспримут на себя работу по охлаждению кладки, образованию и задерживанию своими выступающими из кладки концами (после некоторого износа кладки) гарнисажа от сползания его. вниз.

После того, как горизонтальные выступы выйдут из строя, включаются о активную работу вертикальные части холодильников, причем остатки горизонтальных охлаждаемых выступов и в это время будут играть роль задерживателей гарнисажа от сползания вниз.

Наконец, после выхода из строя всех частей холодильника может быть введено в действие поверхностное охлаждение кожуха.

Эти три охладительных системы сообщают предлагаемому устройству долговечность, которая, по мнению изобретателя, значительно превысит срок службы существующих конструкций охлаждения заплечиков, из которых поверхностное охлаждение кожуха и американская конструкция с горизонтальными холодильниками имеют ординарные системы охлаждения, а охлаждение вертикальными холодильниками в соединении с поверхностным представляет собой двойную систему.

Своей абсолютной герметичностью предлагаемая система охлаждения выгодно отличается от американской системы с горизонтальными холодильниками.

Если сравнивать медные коробчатые холодильники американской конструкции заплечиков с горизонтальными охлаждаемыми выступами предлагаемой системы, то преимущество последней состоит в том, что при сползании гарнисажа с конца охлаждаемый чугун сопротивляется лучше жидкому чугуну, чем тонкая стенка медного холодильника. При попадании на чугунный охлаждаемый выступ расплавленный чугун, в зависимости от абсолютного его количества, может или застыть на выступе, или в известной степени повредить его, если масса чугуна достаточно велика по сравнению с охлаждаемым выступом. В случае же попадания жидкого чугуна на медный тонкостенный холодильник, не защищенный гарнисажем, всегда произойдет сгорание холодильника.

Таким образом есть все основания рассчитывать на долговременную и успешную работу чугунных охлаждаемых выступов.

1. Устройство для охлаждения при помощи воды фурменной зоны, заплечиков, распара и других частей доменной печи, состоящее из расположенных под углом чугунных холодильников с залитыми в них железными трубками для циркуляции охлаждающей воды, отличающееся тем, что вертикальные 1 (фиг. 1) холодильники, служащие для внешнего охлаждения стен печи, и горизонтальные 2, предназначенные для внутреннего их охлаждения, снабжены отдельными трубами 3 и 4 для независимого охлаждения их циркулирующей водой.

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что горизонтальные холодильники 2 соединены с вертикальными ближе к верхнему или же ближе к нижнему краю вертикальных холодильников с целью установки холодильников, того и другого рода в шахматном порядке для более равномерного охлаждения частей печи.