ОХЛАЖДЕНИЕ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

Цель его — максимально долгое сохранение футеровки и создание такой защиты кожуха от высоких температур, при которой печь могла бы работать даже при больших местных повреждениях кладки. Современная доменная печь — полностью водоохлаждаемый агрегат, в котором интенсивная работа охлаждаемых элементов определяет его надежность.

Существуют две системы охлаждения доменных печей — водяное и испарительное. Теплоносители могут охлаждаться неподготовленной технической водой (прямоточная и оборотная системы охлаждения) и химически очищенной водой (испарительное охлаждение с естественной и принудительной циркуляцией). Схема устройства испарительного охлаждения и принципиальная схема системы с естественной циркуляцией представлены на рис. 4.4.

Испарительное охлаждение позволяет использовать скрытую теплоту парообразования и имеет следующие преимущества по сравнению с охлаждением технической водой: уменьшаются расход воды, расход энергии и зависимость системы охлаждения от перерывов в снабжении энергией (при естественной циркуляции охлаждающей воды), воспринимаемое тепло используется в виде пара, применение химически очищенной воды исключает отложение в системе охлаждения накипи, что увеличивает срок службы охладительных элементов

Охлаждение элементов доменной печи

В распаре шахты (2/3 высоты шахты) рекомендуется система испарительного охлаждения Заплечики, фурменная зона, горн, периферия лещади, воздушные фурмы охлаждаются технической либо «холодной» химочищенной водой На заводах с достаточными ресурсами мягкой воды, сравнительно новыми оборотными циклами и насосными станциями может применяться водяное охлаждение доменных печей Лещадь снизу охлаждается чугунными плитовыми холодильниками с залитыми в плиты трубами, по которым проходит воздух В последнее время принято решение систему воздушного охлаждения выполнять из цельнотянутых труб взамен чугунных плито вых холодильников

В качестве охлаждающих элементов применяются холодильные плиты Их основное назначение — надежная защита кожуха от воздействия высокотемпературного газового потока и шихтовых материалов при износе футеровки

Работа холодильных плит состоит из двух основных периодов — до и после износа футеровки первый (от 9 мес до 1,5 года) характеризуется относительно равномерным распределением небольших (так как огнеупорная футеровка имеет низкую теплопроводность) тепловых нагрузок по периметру и высоте шахты и зависит в основном от объема доменной печи, второй — значительным ростом тепловых нагрузок на холодильники, непосредственно контактирующие с газовой средой и шихтовыми материалами, а главное — их нестабильностью по периметру и высоте шахты В настоящее время общепризнана необходимость отказа от традиционного охлаждения технической водой изза отложений в охлаждаемых деталях солей и шлама, необходимости перекачки громадных количеств воды и громоздкости сооружений оборотного цикла водоснабжения и перехода на химически очищенную воду проводностью 12—14 Вт/(м2 С)

Конструкция холодильных плит

При выборе конструкции холодильников необходимо учитывать плотности тепловых потоков на холодильники доменных печей. В табл. 4.4 приведены значения поверхностной плотности тепловых потоков на холодильники различных зон печи.

Плотности тепловых потоков не зависят от объема печи, а определяются степенью разгара футеровки и технологическими условиями плавки. Минимальные их значения соответствуют периоду работы печей с сохранившейся кладкой, пиковые характеризуют приближение к аварийной ситуации (разрушение футеровки и т.д.).

В отличие от работы с защитным слоем гар нисажа при прямом контакте с газовым потоком или жидкими продуктами плавки холодильник способен отводить количество тепла, определяемое только его конструктивными параметрами: толщиной плиты и высотой ребер, диаметром охлаждающих труб и расстоянием между ними, расположением змеевиков в теле плиты, наличием залитого кирпича, его толщиной и площадью, занятой кирпичом, физикотехническими свойствами заливаемого огнеупора.

В настоящее время используются главным образом холодильники: плитовые чугунные, гладкие с залитыми стальными трубками, с одно и двухрядным либо с двухрядным расположением змеевиков; плитовые Sобразной формы с залитым кирпичом на всю толщину плиты; плиты или крупноблочные панели из стальных толстостенных труб («охлаждаемая стенка»). Последние применимы только для шахт длинных печей. Чугунные плитовые холодильники недостаточно надежны, особенно для печей большого объема. Эксплуатация чугуна при повышенных температурах, особенно с изменяющимися тепловыми нагрузками, приводит к необратимому изменению объема — так называемому росту. Некоторого повышения ростоустойчивости и жаростойкости чугуна можно достичь легированием его хромом, никелем и алюминием. Однако длительный нагрев выше 500—550 °С легированных чугунов недопустим.

Не существует промышленно освоенных сортов чугуна, которые обеспечили бы надежную работу холодильников при > 500 °С. В связи с этим ресурс увеличения надежности плитовых чугунных холодильников довольно ограничен.

Плитовый холодильник Sобразной формы — чугунная плита со сквозными (по толщине) горизонтальными проемами, не доходящими до одной из ее боковых граней (за счет чего металлической части плиты придается Sобразная форма), расширяющимися к тыльной стороне холодильника. Проемы при изготовлении забиваются огнеупорным клиновидным кирпичом.

Недостатки чугунных плитовых холодильников и особенности их работы привели к необходимости создания двух вариантов принципиально новых конструкций охлаждающих элементов шахт доменных печей с использованием стальных толстостенных труб, в которых полностью исключаются такие явления, как термические напряжения, «рост» металла, остаточные напряжения, возникающие в процессе изготовления, приводящие к разрушению чугунных холодильников во время эксплуатации, науглероживание, приводящее к потере эластичности стальных труб, заливаемых в чугун при отливке плиты, разные коэффициенты термического расширения чугуна и стали.

В первом (раннем) варианте охлаждающий элемент представляет стальной каркас, в котором расположены индивидуальные охлаждаемые трубы. Пространство между дном каркаса и трубами заполнено специальным бетоном. Дно каркаса имеет термические швы, что позволяет компенсировать температурные удлинения. На трубы приваривают ребра для лучшего охлаждения и армирования бетона и удержания шихтовых материалов после разрушения бетона. Холодильники прикреплены к кожуху болтами.

Во втором варианте, получившем название «охлаждаемой стенки», кожух печи монтируется из шестидевяти крупноблочных панелей, на каждой из которых, представляющей паргу кожуха, в стороне от доменной печи на монтажной площадке закрепляют толстостенные трубы с гнутыми коленами, наносят слой огнеупорного бетона заданной толщины, утрамбовывая его вибраторами.

Применение холодильников с использованием стальных толстостенных труб обеспечивает надежную работу и исключает основные причины повреждения чугуна холодильников в течение всей кампании доменной печи.

В последнее время стали применять медные холодильники в высокотемпературных зонах доменных печей с замкнутым контуром охлаждения.

В. А. Авдеев, В. М. Друян, Б. И. Кудрин, Основы проектирования металлургических заводов, М., 2002