1.8 Выбор конструкции и расчет кладки заплечиков и распара
Конструкция заплечиков должна быть увязана с конструкцией соседних элементов: горна и распара. Необходимость этого диктуется различиями в толщине футеровки, конструкции холодильников и схеме металлических конструкций горна, заплечиков и распара.
В настоящее время на доменных печах СНГ применяется исключительно тонкостенная конструкция футеровки заплечиков толщиной 345 мм в один полуторный кирпич, который укладывается впритык к периферийным плитовым холодильникам без притески. Принимаем аналогичную конструкцию.
Переход от более толстой футеровки горна к футеровке заплечиков осуществляем постепенно за счет применения в наружных кольцах укороченных скалыванием изделия с укладкой сколотой стороны к периферийным холодильникам. Как видно из рис.10, высоту переходного участка кладки hп можно выразить через известные размеры следующим образом:
Рис.10. Очертание кладки в месте перехода от горна к заплечикам
В нашем примере высота переходного
участка кладки от горна к заплечикам
составит
что соответствует 524,6 / 75,5 = 6,9 рядам кладки.
Вид огнеупорных изделий можно правильно выбрать, как уже отмечалось, зная условия службы огнеупоров и свойства их.
Принимаем что температура периферийных газов, воздействию которых подвергается в заплечиках рабочий слой футеровки, может достигать 1800 К. Это значительно ниже огнеупорности всех изделий. Но нужно учесть, что кроме высоких температур здесь способствуют разрушению футеровки еще давление шихты и газов, насыщение рабочего слоя огнеупора соединениями щелочных металлов, абразивное действие опускающихся материалов и др. Давление газа на этих горизонтах может достигать 450 кПа, боковое давление шихты - около 30 кПа. Поэтому назрела необходимость определения температуры начала размягчения огнеупоров для современных доменных печей при давлении минимум 400 кПа, а не 200, что оговорено во многих ГОСТах. Температура начала размягчения под нагрузкой 200 кПа (2 кг/см2 ) у всех изделий, кроме шамотных рядовых, выше 1700 К, что дает, казалось бы основания считать приемлемыми их для футеровки. Но температура начала интенсивного взаимодействия с соединениями щелочных металлов у шамотных, каолиновых и высокоплотных алюмосиликатных блоков 1273-1300 К [4], т.е. значительно ниже температур периферийных газов, которые могут эпизодически развиваться в заплечиках, распаре и даже в нижней части шахты. При образовании легкоплавких эвтектик в рабочем слое футеровки они будут размягчаться и разрушаться сходящими материалами. Следовательно, шамотные каолиновые изделия не обеспечат требуемой стойкости. Не случайно футеровка из таких изделий в охлаждаемой части шахт, распара и заплечиков доменных печей, построенных в последние годы, быстро выходит из строя. У карбидокремниевых огнеупоров на нитридной связке температура начала интенсивного взаимодействия со щелочами значительно выше (1673 К) [4]. Поэтому, несмотря на дороговизну, их целесообразно использовать в нижней части шахты, распаре и заплечиках. Практика работы ряда больших доменных печей за рубежом, на которых применены такие изделия, подтвердила это.
Переход от тонкостенной футеровки заплечиков к более толстой футеровке распара осуществляется обычно скачком, с образованием уступа в кладке. Расширяют кладку в нижней части распара сразу, над горизонтальным мараторным холодильником на доменных печах с маратором (рис.11) или над горизонтальным холодильником, закрывающим холодильник заплечиков у безмараторных печей (рис.12), Возможен также поэтапный переход с промежуточным размером толщины футеровки в районе горизонтального холодильника. Последний вариант целесообразен тем, что при его применении уменьшаются размеры горизонтального холодильника (рис.13).
Вместе с тем конструкция распара (толщина кладки, размеры холодильников и зазоров) должна быть увязана с конструкцией охлаждаемой части шахты, так как конструктивно верх распара и охлаждаемая часть шахты представляют одно целое.
Рис.11 Кладка распара доменной печи с мараторным кольцом:
1 - шамотные изделия; 2 - углеродистая масса; 3 -вертикальные плитовые холодильники; 4 - мараторный холодильник; 5 - шамотно-глинистая масса; 6 - чугунная замазка
Рис.12. Кладка распара печи без мараторного кольца [77]:
1 - шамотные каолиновые изделия; 2 - углеродистая масса; 3 - шамотно-глинистая масса; 4 -горизонтальные холодильники
Рис.13. Элемент футеровки распара