Значение размеров профиля печи

Доменная печь является плавильным агрегатом шахтного типа, работающим по принципу противотока материала и газа. Печь состоит из пяти основных частей, отличающихся геометрическим очертанием и технологическим назначением (рис.1).

Верхняя кромка _ воронки большого конуса

Рис. 1. Профиль домен­ной печи:

Н _п — полная высота; Н _пол — полезная высота; h _г — высота горна; h з — высота заплечиков; h р - высота распара; h _ш — высота шахты; h _K — вы­сота колошника; d_Г — диаметр горна; Dp — диаметр распара; d_K — диаметр колошника;?— угол наклона шахты;? — угол наклона заплечиков.

Верхняя часть печи, имеющаяцилиндрическую форму, называется колошником. Наибольшая по объему часть печи, имеющая форму усеченного конуса, обращенного большим основанием вниз, называется шахтой. Самая широкая часть печи, имеющая форму цилиндра, называется распаром. Нижняя часть печи, также имеющая форму цилиндра, называется горном. Горн в свою очередь делится на верхний и нижний, или соответственно на фурменную зону и металлоприемник. Подину металлоприемника называют лещадью. Часть металлоприемника ниже подошвы чугунной летки называют зумпф, или «мертвый» слой (высотой h). Эта зона, постоянно заполненная жидкими продуктами плавки, защищает лещадь от воздействия процессов, происходящих в горне. Высота h в высоту горна hг не входит. Пространство между распаром и горном, имеющее форму усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх, называется заплечиками. Конфигурация внутреннего пространства печи, сформированная всеми ее основными частями, называется профилем печи.

Конфигурация рабочего пространства должна создавать благо­приятные условия для протекания всех физико-химических процессов. В зависимости от очертания профиля доменная печь может быть склонна к периферийному или осевому ходу, неустойчивости заданного режима и даже к настылеобразованию.

История совершенствования профиля доменной печи имеет много этапов. Однако научного обоснования очертаний профиля нет до настоящего времени. Профиля, оптимального для любых видов сырья и условий плавки не существует. Поэтому важно создание так называемого «рационального» профиля, обеспечивающего высокую степень использования восстановительной способности газа, стабильный и ровный ход печи при любых условиях плавки и любых видах сырья.

Профиль печи формируется футеровкой из огнеупорного кирпича. Под влиянием истирающего воздействия шихтовых материалов, а также агрессивной среды футеровка печи разрушается, искажая ее профиль. Исследование причин износа кладки шахты печей показало, что процесс ее разрушения зависит от распределения материалов и газов, а также от числа и характеристик воздушных фурм. В результате естественного разгара профиль конструктивно обрамляется футеровкой не более 345 мм, находящейся полностью в сфере влияния вертикальной или вертикально – горизонтальной системы охлаждения. Система охлаждения обеспечивает так называемую нижнюю реакционную температуру материала футеровки. Она устанавливает равновесное состояние в тепловом балансе кладки, обеспечивая ее минимальный износ и сохранение гарниссажа, а следовательно и очертание профиля. Такая (тонкостенная) конструкция шахт была разработана в 60–х годах XX века на Кузнецком металлургическом комбинате. Рекомендуемая центральным Гипромезом толщина футеровки в 575 мм является приближением к тонкостенной. Дополнительный кирпич (230 мм), находящийся вне действия системы охлаждения, которое распространяется на глубину 300 – 350 мм, быстро разрушается. Образующийся при этом профиль произволен и не соответствует рациональному. Рациональным является только профиль, конфигурация которого после естественного разгара соответствует проектной.

Критерием распределения шихты по сечению колошника служит отношение руды к проходящему через нее газу. Излишнее приближение эллипсоидов движения к границам профиля — причина разгара его вследствие увеличения периферийности движения газов. Чрезмерное отдаление — наоборот, отклонение газового потока в центральную область шахты с возможным образованием каналов и настылей в связи с застоем шихты на периферии. (Центральная область — сечение шахты между периферийной и осевой зонами. Этим определяется разница между осевым и центральным потоками газа.) Стабилизация эллипсоидов движения шихты легко регулируется методом «сверху и снизу». Увеличение горизонтальных размеров печей по сравнению с первыми типовыми профилями Гипромеза (и при увеличении полезной высоты на 30%) снижает возможность этих отклонений и уменьшает относительные потери веса шихты на трение материалов о стенки шахты, что способствует достижению более плавного и ровного хода.