1.2 Bыбор конструкции и расчет кладки лещади

Лещадь, являющаяся дном рабочего пространства доменной печи, состоит из довольно емкого массива футеровки и системы охлаждения, заключенных в сплошной металлический кожух.

В СНГ для охлаждения лещади доменных печей применяют вертикальные плитовые холодильники. Охлаждение водяное или испарительное [2]. За рубежом на некоторых печах - наружная поливка кожуха водой или двойной кожух, между стенками которого проходит вода.

До 50-х годов ХХ века применяли цельношамотную футеровку лещади из маломерного кирпича. Позднее были испытаны различные комбинированные конструкции футеровки: верх лещади из углеродистых блоков, а низ - из шамотного кирпича, и наоборот. Наибольшее распространение получила конструкция футеровки лещади в виде стакана из углеродистых и графитированных блоков, заполненного высокоглиноземистыми изделиями (рис.1).

В настоящее время наиболее целесообразной признана цельноуглеродистая конструкция футеровки лещади как с двухкольцевой (рис.2,а) так и с однокольцевой кладкой углеродистых блоков в верхней части (рис.2,б). Комбинированная конструкция футеровки лещади (см. рис.1) допускается для доменных печей объемом до 1800 м³ [2], но с уменьшенным числом рядов высокоглиноземистых блоков.

Рис. 1. Лещадь комбинированная. Разрез:

1 - графитированные блоки; 2 - высокоогнеупорные муллитовые изделия; 3 - углеродистые блоки; 4 - углеродистые блоки вертикальные повышенной теплопроводности; 5 - углеродистая масса повышенной теплопроводности; 6 - углеродистая масса; 7 - шамотные изделия; 8 - плиты воздушного охлаждения лещади

Рис. 2 Лещадь цельноуглеродистая. Разрез:

1 - графитированные блоки; 2 - углеродистые блоки; 3 - высокоогнеупорные муллитовые изделия; 4 - углеродистая масса повышенной теплопроводности; 5 - углеродистая масса; б - углеродистые блоки (вертикальные) повышенной теплопроводности;. 7 - шамотные изделия; 8 - плиты воздушного охлаждения лещади

Лещади большинства зарубежных доменных печей выполнены из углеродистых большемерных огнеупоров и охлаждаются снизу воздухом или водой.

Кладка лещади может выполняться различными способами в зависимости от вида огнеупорных изделий, способа их укладки: на плашку, ребро или торец; места их расположения: центр, периферия, дно.

Например, кладка лещади из шамотного кирпича выполнялась на торец независимыми горизонтальными рядами крестом или в нитку со смещением вышележащего ряда по отношению к нижележащему на 22,5° вокруг вертикальной оси лещади. Наиболее распространенной была кладка крестом с примыканием "ребро к ребру".

Кладка из высокоглиноземистых блоков может выполняться на торец крестом (рис.3) или параллельными нитками независимыми горизонтальными рядами со смещением вышележащего ряда к нижележащему на 22,5° вокруг вертикальной оси лещади. Предпочтительнее кладка крестом с примыканием "плашка к плашке". В этом случае отпадает необходимость сортировки и подборки высокоглиноземистых изделий по наиболее изменяемому размеру - толщине.

Для каждого ряда высокоглиноземистой кладки применяют изделия одной группы, подобранные по длине и ширине на заводе-изготовителе.

Углеродистые и графитированные блоки в нижней части цельноуглеродистой и комбинированной лещадей выкладываются из прямоугольных блоков: в центре - вертикально, на периферии - горизонтально параллельными нитками (см. рис.2).

В стенах верха лещади (на высоте мертвого слоя и рядов высокоглиноземистой кладки) применяют углеродистые блоки трапециевидной формы, укладываемые горизонтально, за исключением наружного кольца варианта двухкольцевой кладки (см. рис.3), которое выполняется из вертикальных трапециевидных блоков. Кладку ведут на углеродистой пасте. Толщину швов см. в табл. 2.

Между углеродистыми блоками и высокоглиноземистой кладкой лещади оставляется зазор 40 мм, заполняемый углеродистой массой.

Рис. 3. Лещадь цельноуглеродистая. Разрезы А-А, В-В (см. рис.2): 1 - углеродистые блоки; 2 - высоко огнеупорные, муллитовые изделия; 3 - углеродистая масса; 4 - углеродистая масса повышенной теплопроводности; 5 - углеродистые блоки (вертикальные) повышенной теплопроводности

Центральная часть лещади, более нагретая жидким чугуном, расширяясь, деформирует менее прогретые периферийные участки кладки. При этом неизбежно раскрытие радиальных швов. Реакция кожуха вызывает в футеровке силы сжатия. Под их действием кладка уплотняется, особенно в центре, но на периферии радиальные швы остаются открытыми [2] . Кроме того, имеет место градиент температур по вертикали лещади. Верхние части кирпичей нагреты до более высокой температуры, чем нижние. Поэтому ряды кирпича, бывшие ранее плоскими, вспучиваются с раскрытием горизонтальных швов, куда проникает жидкий чугун. При разрушении отдельных рядов кладки огнеупорные изделия могут всплывать [3,2].

Раскрытию горизонтальных швов между углеродистыми блоками на периферии способствуют большие значения коэффициента линейного расширения у высокоглиноземистых блоков по сравнению с углеродистыми.

Характерной для комбинированной конструкции цилиндрической лещади является близость зоны кладки с раскрытыми радиальными швами к жидкому чугуну в районе стыка горна и лещади [2], При всплывании верхних рядов лещади чугун может беспрепятственно попадать в раскрытые радиальные и горизонтальные швы на периферии и проникать по ним до поверхности холодильников. Поэтому предпочтительнее выполнять кладку лещади доменных печей объемом более 3000 м³ полностью углеродистой. Для исключения расхождения радиальных швов на периферии целесообразно устройство промежуточного компенсационного зазора и перекрытие швов.

Разгар футеровки лещади определяют по положению изотермы затвердевания чугуна (1420 К). Охлаждение дна и стен лещади удаляет эту изотерму от холодильников тем больше, чем выше теплопроводность огнеупора. Поэтому внизу лещади применяют наиболее теплопроводные огнеупорные изделия - графитированные блоки. Повысить надежность работы горна и лещади можно путем дальнейшего совершенствования системы охлаждения, конструкции футеровки, контроля за ее разгаром, повышения качества огнеупоров.