Основные размеры профиля

Основными размерами профиля печи являются: полная и полез­ная высота, высота отдельных частей — колошника, шахты, распара, заплечиков и горна, диаметры горна, распара и колошника (см. рис.1). Соотно­шением этих размеров определяются углы наклона шахты и заплечи­ков. Размеры профиля определяют полезный объем печи.

Полезным объе­мом печи называется максимальный объем, который может быть заполнен плавильными материалами: суммарный объем всех ее частей от оси чугунной летки до нижней кромки большого конуса или лотка засыпного аппарата в опущенном состоянии.

Полезная высота доменной печи — это расстояние от оси чугунной летки до поверхности материалов на колошнике. Так как уровень засыпи материалов может изменяться, то условно за этот горизонт принимается положение нижней кромки большого конуса или лотка засыпного аппарата при его опускании. Максимальная полезная высота доменной печи определяется прочностью твердого топлива (кокса). Несоответствие вы­соты печи прочности твердого топлива приводит к его разрушению, в результате чего в нижней части печи образуется большое количество мелких фракций, загущающих шлак, который загромождает горн и препятствует нормальной работе печи. Максимальная полезная высо­та современной доменной печи — 33,5 м.

От полезной высоты зависит максимальный полезный объем домен­ной печи, так как существует предельное значение отношения высоты к размерам поперечного сечения, снижение которого ниже определен­ной величины не позволяет достичь удовлетворительных результатов доменной плавки. Увеличение полезного объема доменных печей осуществляется за счет преимущественного увеличения поперечных размеров. Так, от­ношение полезной высоты к диаметру распара (Н ₀:D) для печи объ­емом 1033 м³ равно 3,18, а для печи объемом 5000 м³ — 2,24.

Полной высотой доменной печи в отличие от полезной называют расстояние от оси чугунной летки до верхней кромки основного опорного кольца колошника, на которое опирается засыпной аппарат. Разность полной и

полезной высот определяется его высотой и зависит от конструкции засыпного аппа­рата.

Диаметр горна определяется ко­личеством сжигаемого топлива в единицу вре­мени. Практика работы доменных печей пока­зывает, что увеличение диаметра горна не вы­зывает нарушений в доменном процессе и не ухудшает технических показателей плавки. Работа больших доменных печей доказала эко­номичность печей с широкими горнами. Однако необходи­ма определенная пропорция между диа­метром горна и остальными размерами про­филя. Мак­симальный диаметр горна на современной доменной печи — 14,7 м.

Высота горна — это расстояние от оси чугунной летки до нижней кромки запле­чиков. Высота горна при заданном диаметре определяется количеством продуктов плавки, накапливаемых в горне между выпусками. Так как при увеличении объема печи, а следовательно, и ее производитель­ности, диаметр горна возрастает, то высота его увеличивается незна­чительно. Чрезмерная высота горна недопустима вследствие сниже­ния температуры в нижней его части и охлаждения накапливаемых продуктов плавки. Высота горна на современных доменных печах колеблется в пределах от 3,2 до 4,4 м.

Диаметр распара в значительной мере определяет распре­деление газового потока по сечению печи. При малом диаметре распа­ра, приближающемся к диаметру горна, чрезмерно усиливается пери­ферийный поток газа. При этом угол наклона заплечиков приближа­ется к 90°, что приводит к быстрому разгару огнеупорной кладки над зонами горения. Чрезмерное увеличение диаметра распара усиливает неравномерность распределения материалов и газового потока в печи. Поэтому рациональный профиль печи обеспечивается отношением диаметра распара к диаметру горна, равным 1,09— 1,14.

Высота распара определяет угол наклона шахты при по­стоянных диаметрах распара и колошника. Углом наклона шахты опре­деляется правильное распределение газового потока по сечению печи и опускание столба шихтовых материалов. Высота распара для печей различного полезного объема колеблется в пределах от 1,7 до 2,3 м. Изменение высоты распара оказывает значительное влияние на ход процессов в печи.

Диаметр колошника определяет распределение матери­алов в верхней части печи. Увеличение размеров доменных печей дол­гое время сдерживалось боязнью увеличивать диаметр колошника, так как опасались недостаточной загрузки рудной частью шихты осе­вой зоны печи при ссыпании с засыпного аппарата. Практика работы больших доменных печей опровергла эти опасения.

Диаметр колошника зависит от диаметра распара: величина от­ношения диаметра колошника к диаметру распара должна находиться в пределах от 0,67 до 0,75. При одинаковой высоте шахты этим отноше­нием определяется угол ее наклона. Наклон стен шахты необходим для обеспечения разрыхления столба шихтовых материалов и для того, чтобы избежать кострения материалов из-за увеличения их объема при нагревании. Большой наклон стен шахты недопустим, так как со­здаются благоприятные условия для чрезмерного развития периферий­ного потока газа, вызывающего высокий расход топлива и низкую стойкость огнеупорной кладки шахты.

Высота колошника оказывает существенное влияние на распределение материалов в печи. Наличие цилиндрического ко­лошника способствует уменьшению разницы в распределении матери­алов при изменении уровня засыпи. Доменная печь, лишенная цилин­дрического колошника или имеющая недостаточную его высоту, рабо­тает крайне неустойчиво, так как распределение материалов на колош­нике резко изменяется с каждой подачей, загруженной ниже или выше нормального уровня засыпи. Высота колошника для печей различно­го полезного объема колеблется от 2,5 до 3,0 м.

Высота заплечиков при заданной высоте горна опре­деляет положение горизонта, на котором начинается сужение рабо­чего пространства печи. Начало сужения должно соответствовать умень­шению объема плавильных материалов в результате перехода рудной части шихты в жидкое состояние. При большой высоте заплечиков сужение рабочего пространства будет происходить прежде, чем умень­шится объем материалов, что затруднит их нормальное опускание. Малая высота заплечиков уменьшает угол их наклона, что также ухуд­шает условия опускания столба материалов. У современных печей высота заплечиков колеблется от 3,0 до 3,7 м.

Высота шахты определяет угол наклона ее стен при постоянных диаметрах распара и колошника и заданной высоте распара.

Отношения полезной высоты и диаметра колошника к диаметру распара (соответственно H₀/D и d_к /D), а также диаметра распара к диаметру горна (D/d_г) определяют конфигурацию профиля, в том числе углы наклона шахты (α) и заплечиков (β). Расстояние между стенкой колошника и кромкой большого конуса или лотка засыпного аппарата в их крайнем опущенном или наклонном положении называют колошниковым зазором. Он определяется эмпирической

формулой А. Н. Рамма и Н. К. Леонидова:

S=0,1 d_к + 0,2,

где d_к - диаметр колошника.

Если известны d_к и q — количество сжигаемого топлива на 1 м² площади колошникового зазора, то можно определить d₀ — диаметр большого конуса засыпного аппарата:

d₀ = (d_к² - Q/0,785 q)^0,5

где Q — количество топлива, сжигаемого в печи за сутки, т. е. интен-

интенсивность хода ее по коксу; 0,785 = π/4 = 3,14/4.