1.9 Выбор конструкции и расчет кладки шахты

В прошлом применяли толстостенную конструкцию шахты с толщиной кладки в нижней ее части 1150-1265 мм, т.е. 4-5 колец. Такую кладку шахты обычно охлаждали горизонтальными или кронштейновыми холодильниками, которые внедрялись в кладку. К верху шахты толщина кладки уменьшалась до 805-920 мм, оставаясь постоянной в пределах неохлаждаемой части шахты. Общая толщина стен шахты такой конструкции должна была уменьшаться от распара к неохлаждаемой части шахты. При этом наряду со сдвигом рядов для формирования профиля необходимо было через определенные расстояния по высоте последовательно уменьшать толщину кладки, сохраняя зазор между кожухом и кладкой в рекомендуемых пределах.

Рекомендация проф. Б.Н. Жеребина о выполнении «жесткого» профиля доменной печи [5] означает применение в нижней части шахты и распаре тонкостенной (в один кирпич) кладки, т.е. толщиной 230 или 345 мм. По нашему мнению, это нецелесообразно делать при проектировании новых доменных печей потому, что при задувке их холодильники шахты и распара будут работать в очень тяжелых условиях. Возрастет вероятность разрушения тела холодильников. Толщина кладки в отмеченных выше зонах должна быть хотя бы в два кирпича – 230+345=575 мм. Удается осуществить перевязку швов и уменьшить тепловые нагрузки на холодильники.

Выполнение «жесткого» профиля имеет смысл во время ремонта печи, когда за предшествующий ему период будут получены данные о динамике изменения суточной производительности и удельного расхода кокса в зависимости от разгара кладки. При выполнении «жесткого» профиля очертания его должны соответствовать рабочему профилю печи в период, когда были достигнуты наилучшие показатели работы. Даже в этом случае «жесткий»профиль желательно проектировать в случае сохранения сырьевых условий.

В настоящее время нашла распространение так называемая тонкостенная конструкция футеровки шахты и верха распара толщиной 575-805 мм ( с двумя - тремя кольцами кладки). Охлаждается такая шахта периферийными плитовыми холодильниками(см.рис.11) или комбинированными холодильниками, представляющими собой сочетание вертикальных периферийных и горизонтальных холодильников. При этом толщина вертикального периферийного холодильника в охлаждаемой части шахты должна быть подобрана так, чтобы линия кожуха была параллельной линии профиля шахты. Поэтому общая толщина стенки шахты внизу в охлаждаемой части и вверху в неохлаждаемой должна быть одинаковой. Рекомендуется следующая последовательность выбора тонкостенной конструкции шахты.

Задаемся двумя вариантами толщины футеровки вверху шахты: 805 и 920 мм. В соответствии с рекомендациями (см.табл. 1) принимаем минимальные и максимальные значения величины зазора между кладкой и кожухом шахты и получаем четыре варианта толщины стенки шахты печи до кожуха. Из общей толщины стенки шахты вычитаем толщину кладки в нижней части шахты, величина которой может быть принята равной 575, 690 и 805 мм, а также величину зазора между холодильниками и кожухом, равную 20 мм при водяном охлаждении или 40 мм при испарительном. Оставшаяся часть должна не только вмещать вертикальные периферийные холодильники, но и обеспечивать рекомендуемую величину зазора между холодильниками и кладкой (см.табл. 1).

Существуют различные конструкции вертикальных плитовых холодильников: гладкие, ребристые, с залитым кирпичом, с одним или двумя рядами охлаждающих труб. Их толщина может изменяться от 120 до 350 мм. Выбрав конструкцию и толщину вертикального плитового холодильника, вычитаем последнюю из оставшейся части толщины стенки и сопоставляем с величиной зазора между кладкой и холодильниками (см. табл. 1). Из всех возможных вариантов принимаем один по своему усмотрению.

В дальнейшем необходимо выбрать высоту охлаждаемой части шахты, рассчитать число вертикальных плитовых холодильников, количество плит в каждом ряду, принять вид огнеупорных изделий, рассчитать количество изделий, необходимых для выполнения одного ряда кладки в распаре.

Так, например, принимая толщину футеровки верха шахты 805 мм и величину зазора кладка-кожух в пределах 150-200 мм (см.табл.1), получим толщину стенки верха шахты без кожуха в пределах 955-1005 мм. При толщине футеровки в охлаждаемой части шахты 575 мм и величине зазора холодильник - кожух 20 мм на холодильник и зазор остается от 955 ‑ (575 + 20) = 360 мм до 1005‑(575 + 20) = 410 мм.

При водяном охлаждении толщина гладкого вертикального холодильника шахты и распара с двумя рядами охлаждаемых трубок в соответствии с рекомендациями (табл. 3) составит:

a=d_тр+S+2δ=45+160+2*50=295 мм.

Тогда на зазор холодильник-кладка остается от 65 до 115 мм.

Известно, что зазор между вертикальными плитовыми холодильниками шахты и кладкой допускается в пределах 90-100 мм. Таким образом, выбранные значения толщин футеровки (805 мм в неохлаждаемой части шахты и 575 мм в охлаждаемой) и вертикальных плитовых холодильников (260 мм) приемлемы, так как обеспечивают допустимое значение зазора между кладкой и кожухом вверху шахты и максимально допустимую величину зазора между кладкой и холодильниками шахты. Толщина кладки 575 мм в распаре и охлаждаемой части шахты обеспечит достаточную "жесткость" профиля, рациональное очертание рабочего пространства доменной печи.

Для кладки распара и нижней части шахты выбираем карбидокремниевые огнеупорные изделия, в средней части шахты - плотные каолиновые, а в верхней - шамотные класса А.

Высота охлаждаемой части h_шo обычно составляет величину; близкую к 2/3 высоты шахты h_ш.

Таблица 3

Рекомендации по выбору размеров холодильников распара и шахты

Тип холодильника	Число холодильников в ряду, шт.	Охлаждение	Внутренние размеры, мм				Наружные размеры, мм				Вид холодильника
			Диаметр трубок	Расстояние			Толщина		ширина	высота
				между осями трубок в ряду	между рядами трубок	от трубок до поверхности	плиты	ребра
			dтр	S	l	δ	a0	r	b	c
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Горизонтальный мораторный распара	2nф или	Водяное Испарительное	45 60	160 250	75-80 100	50 50		-	500-1500 dтр+(3*S+2δ)	1 ряд трубок dтр+2 δ 2 ряда dтр+l+2 δ

Окончание табл.3

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Вертикальный ребристый распара и шахты с залитым или без залитого кирпича	2nф или	Водяное Испарительное	45 60	160 250	75-80 100	50 50	1 ряд трубок dтр+2δ 2 ряда dтр+S++2 δ	75 - 115	500- 1500 dтр+ (3S+2δ)	800 - 1500
Вертикальный гладкий распара и шахты с выступом и без него	2nф или	Водяное Испарительное	45 60	160 250	75-80 100	50 50	1 ряд трубок dтр+2δ 2 ряда dтр+S++2 δ		500- 1500 dтр+ (3S+2δ)	800 - 1500

Принимаем

h_ш.о=0,7 h_ш =0,7•15,34 = 10,67 м.

В распаре обычно применяют один ряд горизонтальных плитовых холодильников, выполняющих роль мараторных. Принимаем горизонтальные плитовые холодильники с двумя рядами охлаждающих труб, тогда в соответствии с рекомендациями табл.3 толщина их при водяном охлаждении составит

С=2d_тр+3δ= 2•45 + 3•50 = 240 мм.

При зазоре между холодильниками 20 мм на вертикальные плитовые холодильники а распаре и шахте остается

12370 - (240+20) = 12 110 мм.

Наиболее подходящая высота вертикальных плитовых холодильников в распаре и шахте составляет 1500 мм (см. табл. 3) . При такой высоте их и зазоре между ними 20 мм необходимо

12110 : (1500+20) ≈ 8 рядов.

Определим количество прямых и клиновых изделий, необходимых для выполнения одного ряда кладки в распаре (см. рис, 12, 13).

Согласно формуле (3) необходимое количество клиновых изделий при выполнении кольца кладки из кирпича нормальной длины

Принимаем n_кл.230 = 97. Для кольца кладки из полуторных изделий потребуется клиновых кирпичей

Принимаем n_кл.345 = 87.

Для внутреннего кольца кладки нечетного ряда согласно формуле (4) потребуется прямых изделий нормальной длины

Принимаем n_пр.230 = 188.

Для наружного кольца кладки нечетного ряда согласно формуле (4) потребуется прямых изделий полуторной длины

Принимаем n_пр.345 =212.

Аналогично рассчитывается потребность в прямых и клиновых изделиях для другого ряда и в целом для кладки распара или другого элемента печи. В итоге формируем заказ на заводы, производящие соответствующие огнеупорные изделия.

Перечень ссылок

1. Инструкция по футеровке и сушке доменных печей и их вспомогательных устройств. Минчермет СССР. М., 1986. 79 с.

2. Огнеупоры и футеровки: Пер с яп. / Под ред. И.С.Кайнарского. М., 1976. 416 с.

3. Леонидов Н.К., Тимофеев М.А. Проектирование и строительство доменных печей // Итоги науки и техники. Производство чугуна и стали. М., 1974. Т.6 С.98-180

4. KeisukoH., Kichizo M.,Tadahiro N.A. A new approach to blast furnace stach linigs// Iron and Steel Engieneer. 1978. 55. №6.P.47-53

5. Жеребин Б.Н. Практика ведения доменной печи. М.:Металлургия. !980. с.41-46.