4.1. Розрахунок профілю доменної печі

Доменна піч - безперервно працюючий металургійний агрегат шахтного типу, принцип роботи якого заснований на протитечії шихтових матеріалів і гарячих газів.

Особливістю сучасного доменного виробництва є значне збільшення одиничної потужності агрегатів з одночасним вдосконаленням конструкцій і устаткування як самих доменних печей, так і допоміжних споруд.

В даний час в СНД працюють доменні печі (ДП) корисним об'ємом 5000…5500 м³, з надмірним тиском газу на колошнику до 245 кПа, температурою гарячого дуття 1350…1400°С, збагаченням його киснем до 35% і використовуванням різних вуглецевоотримуючих добавок. Збільшення абсолютної виграти шихтових матеріалів і кількості чавуну, що досягає в даний час 10000…11000 т/доб., зумовило великі зміни в конструктивних рішеннях всього комплексу доменної печі.

Профіль доменної печі - внутрішній контур робочого простору у вертикальному перетині називається. Профіль печі ділиться на п'ять частин, відмінних один від одного формою і технологічним призначенням:

• колошник;

• шахта;

• розпар;

• заплечики;

• горн.

Оскільки розпал футеровки починається з моменту введення печі в експлуатацію, профіль її не є постійним.

Розрізняють профілі проектний (розрахунковий) і робочий, який стабілізується залежно від умов роботи і конструктивних особливостей печі, зокрема від системи охолоджування. Робочий профіль як контур “робочого простору” печі іноді значно відрізняється від проектного. Це не виключає вплив останнього на хід доменної печі та техніко-економічні показники її роботи. Чим правильніше розрахований профіль печі, тим краще використовування хімічної і фізичної енергії газів, рівніше хід печі, рівномірніше розпал футеровки і більше стабільність співвідношень основних розмірів робочого і проектного профілів.

При нерівномірному розпалі футеровки, тобто при спотворенні профілю, продуктивність печі знижується, а витрата коксу збільшується.

Поєднання цих умов дає можливість одержати раціональний профіль, що забезпечує швидке досягнення після задування печі проектних показників і велику її продуктивність для даних конкретних умов виробництва.

На рис. 4.1. приведений профіль доменної печі з позначеннями основних розмірів, що застосовуються в розрахунках.

Розміри профілю доменної печі розраховуються за методами М.А. Павлова і А.Н. Рамма (рис.4.2).

В даний час при проектуванні нових доменних печей використовується єдиний метод розрахунку профілю - метод Гіпромеза (проф. А.Н. Рамма).

4.1.1. Розрахунок профілю по методу академіка м.А. Павлова

Початкові дані:

- добова продуктивність печі (Р) - 3700 т/доб;

- коефіцієнт використовування корисного об'єму печі (КІПО) – 0,35… 0,55м³ доб/т. Приймаємо 0,4 м³.доб/т;

- відносна витрата коксу (К¹) – 0,300…0,550 т/т чавуну.

Приймаємо 0,430 т/т чавуну;

- інтенсивність горіння коксу (Ix) - 0,9…1,1 т/м³.доб.

Приймаємо 0,70 т/м³ доб;

- витрата природного газу (Vг) -100 м³/т чавуну;

- сумарний прихід вуглецю ( С) - 0,48 т/т чавуну.

Данні основних розмірів профілю доменних печей різного об’єму приведені в табл.4.1.

Рис. 4.1. Профіль доменної печі

На сьогоднішній день прийняті наступні найменування і позначення елементів профілю доменної печі:

H – повна висота печі, м (відстань між рівнями осі чавунної льотки і верху опорного кільця на колошнику, несучього чашу засипного апарату);

Н_кор – корисна висота печі, м (відстань від рівня чавунної льотки до рівня нижньої кромки великого конуса в опущенному положенні);

V_кор – корисий об'єм печі, м³ (об'єм, обмежаний корисною висотою);

Д_р – діаметр розпара, м;

dг – діаметр горна, м;

dк – діаметр колошника. м;

dвк – діаметр великого конуса, м;

hг –висота горна, м (відстань від осі чавунної льотки до нижньої кромки заплечиків);

hз – висота заплечиків;

hр – висота розпару;

hш –висота шахти, м;

hк –висота колошника, м;

hа – висота засипного апарату, м;

hф – відстань від осі чавунної льотки до осі повітряних фурм, м;

hшл - відстань від осі чавунної льотки до осі шлакової льотки, м;

hмш –висота мертвого шару, м (відстань від осі чавунної льотки до лещаді);

α – кут нахилу шахти до горизонту град.;

β – кут нахилу заплечиків до горизонту, град.

Визначення корисного об'єму доменної печі:

(4.1)

Для подальших розрахунків об'єм печі приймаємо рівним 1513 м³.

Рис. 4.2. Профілі, розраховані за методами академіка М.А. Павлова (а), А.Н. Рамма (б – нормальний профіль, в – геометрично подібний профіль) і Гіпромеза (г)

Таблиця 4.1-