МК_Справочник_том_2

Существенным недостатком данной схемы является необходимость установки (при капитальном ремонте печи с заменой кожуха) специальной опорной системы из колонн со связями, демонтируемой после ремонта.

Наиболее рациональная схема доменной печи, широко внедряемая в нашей стране и за рубежом, это схема, при которой кожух доменной печи несет нагрузку только от бесконусного засыпного аппарата и газоотводов. Вокруг печи устанавливается каркас, состоящий, как правило, из 4-х колонн, отстоящих на значительном расстоянии от печи и связанных между собой конструкциями площадок печи. На него передается нагрузка от площадок колошникового устройства, кольцевого воздухопровода горячего дутья. Обычно конструкции рассчитываются и на ремонтное сочетание, предполагающее передачу нагрузки от сохраняемой части кожуха при капитальном ремонте. На многих зарубежных доменных печах газопроводы грязного газа отделены от купола доменной печи компенсаторами и вся нагрузка от газоотводов также передается на каркас.

В настоящее время при реконструкциях старых доменных печей, выполненных по описанным выше схемам, переходят на современное решение с 4 колоннами.

Такая схема дает возможность удобной эксплуатации доменной печи по всей высоте и позволяет проводить индустриальные ремонты и реконструкции кожухов.

Кожух печи и днище. Кожух доменной печи следует рассматривать как часть сложной системы, состоящей из самого кожуха, кладки, набойки, холодильников и примыкающих элементов. Исследования работы кожуха показывают, что наряду с обычным двухосным растяжением оболочки встречаются и участки двухосного сжатия. Общим требованием для всех элементов кожуха является его герметич- ность, доступность для осмотров и обеспечение ремонтов. Прочность и герметич- ность кожуха нарушается отверстиями для системы охлаждения, болтов, крепящих холодильники, леток, фурм и т.п. Удлинение кампании печи, при повреждении системы охлаждения или возникновении местных перегревов обеспечивается наружным поливом, для чего на кожухе устанавливаются кольцевые козырьки и желоба. Листы кожуха свариваются встык, их размеры следует выбирать максимально большими по условиям завода-поставщика стали и в целях преимущественного изготовления отверстий на заводе-изготовителе металлоконструкций.

Требуемая прочность кожуха по условиям внутренних воздействий (до 1,0– 1,2 МПа от суммарного давления газовой среды, температурного расширения футеровки, гидростатического давления жидкого чугуна и распора шихты, возможных местных концентраций давления) определяет его значительную толщину, что осложняет монтаж и особенно сварку при ремонтах. В целях смягчения этих затруднений для кожухов средних печей применяются вязкие низколегированные стали повышенной прочности, а для больших печей высокопрочные. Так для печи объемом 5500 м3 была применена высокопрочная сталь толщиной 60 мм (вместо 85–90 мм из низколегированной стали или 110 –120 мм из условной стали 3).

По конструкции кожухов практикой выработан ряд рекомендаций (рис.13.6). Отправочные марки кожуха на заводе-изготовителе выполняются максимальных размеров с укрупнением из отдельных листов автоматической сваркой. Как правило, вертикальные монтажные швы выполняются электрошлаковой сваркой (ЭШС). Однако, металл шва, выполненный ЭШС, имеет пластические свойства, значи- тельно уступающие свойствам основного металла. Наиболее прогрессивным способом является автоматическая сварка с принудительным формированием шва порошковой проволокой. Кольцевые монтажные швы выполняются обычно ручной электродуговой сваркой.

Кожух печи условно состоит из следующих участков.

Кожух лещади обычно толщиной 40 – 60 мм, имеет цилиндрическую форму. В начале кампании, когда кладка еще цела, ее температурное расширение компенси-

321

322

гунных леток, тяжелым переменным температурным режимом окололеточной зоны и наличием переломов очертания по высоте. В кожухе горна часто появляются трещины, обычно вблизи чугунной летки, чему до последнего времени способствовало и закрепление к кожуху зацепа пушки чугунной летки, передающего нормально к кожуху переменное усилие до 25 т. Такие трещины могут привести к прорыву чугуна из печи. Нижняя часть кожуха горна обычно выполняется такой же толщины, что и кожух лещади. Это в известной степени компенсирует дополнительное клиновое воздействие от вертикального роста кладки. Толщина верхней части определяется расчетом, учитывающим большие ослабления отверстиями для леток и фурм. Процент ослабления собственно кожуха вырезами для фурменных амбразур, как правило, не должен превосходить 65 %.

Кожух заплечиков выполняется в виде опрокинутого конуса с охлаждением сплошными плитовыми холодильниками. Кладка в зоне заплечиков имеет относительно малую толщину, так что передающийся на кожух распор относительно невелик. Кроме того, распор уменьшается в результате вертикального температурного смещения кладки, при котором она перемещается на отметки с увеличенным радиусом окружности. Условия работы кожуха заплечиков ухудшаются вследствие близости зоны с большим ослаблением фурменными отверстиями. Это обстоятельство приобретает особое значение в последних печах большого объема, для которых количество фурм возросло.

Мораторное кольцо – конструктивный элемент, устанавливаемый в месте излома очертания кожуха, на границе изменения конструкции кладки и охлаждения и предназначенный для поддержания нависающей части кладки шахты. Одновременно оно воспринимает усилие от разности горизонтальных распоров футеровки выше и ниже кольца. Широкое и плоское кольцо моратора с одной стороны опирается на кожух горна, а с другой – подвешено к кожуху шахты. На доменных пе- чах по схемам 13.5,â,ã мораторное кольцо одновременно используется как нижняя полка кольцевой балки швеллерного сечения, передающей нагрузку от колонн шахты на колонны горна. Для увеличения жесткости выступающий свободный край мораторного кольца обрамляется кольцевым вертикальным ребром. Мораторное кольцо охлаждается горизонтальными холодильниками, укладываемыми по его верхней плоскости. Мораторное кольцо используется и для горизонтального закрепления к нему колонн горна. Делается это с помощью чистых болтов, гайки которых не затягиваются, с тем чтобы при подъеме моратора болты не рвались. В последних доменных печах в связи с повышением давления от мораторного кольца отказались, поскольку оно нарушает несущую способность кожуха (рис.13.5ç,è), и сопряжение кожуха в месте стыка шахты и горна решается в виде конического перехода или кольцо делается небольшого размера. При этом кожух печи получается самонесущим, надежность его работы обеспечивается системой охлаждения. В связи с большими размерами таких печей и высоким давлением от воздействия газовой среды и температурного расширения футеровки толщины кожуха значительно возросли – äî 45–60 мм при применении высокопрочной стали.

Кожух распара. В старых печах конструкция распара была аналогична конструкции заплечиков, т.е. охлаждение осуществлялось сплошными вертикальными плитовыми холодильниками, защищенными слоем кладки небольшой толщины – тонкостенный распар. В современных печах устраивается так называемый толстостенный распар, в котором кладка и охлаждение идентичны устраиваемым в шахте печи. В месте опирания кожуха на колонны горна, с его наружной стороны, устанавливаются ребра жесткости, обеспечивающие устойчивость оболочки. Высота ребер должна быть не менее 0,15 диаметра кожуха. Если кожух распара являлся одновременно частью кольцевой балки швеллерного сечения (рис.13.5ã), òî ê íåìó

323

приваривались и ребра, несущие нагрузку от колонны шахты, а также настил нижней кольцевой площадки печи.

Кожух шахты. Для охлаждения шахты применяются холодильники, расположенные в ее нижней части. Примерно верхняя треть шахты выполняется без охлаждения. В зоне колошника к кожуху прикреплены защитные сегменты, предохраняющие кладку от разрушения загружаемыми в печь материалами. Прочность и герметичность кожуха в значительной степени зависит от конструкции применяемых холодильников. В настоящее время для сохранения кладки считается наиболее эффективным применение комбинированной системы охлаждения из сплошных вертикальных плитовых холодильников, имеющих заходящие в кладку горизонтальные полки, охлаждаемые отдельной системой подачи воды.

Для улучшения условий работы кожуха целесообразно: крепление плитовых холодильников производить на одном болте, расположенном выше центра тяжести плиты, вместо принятого ранее крепления с помощью четырех болтов; при водяном охлаждении все вводы и выводы труб охлаждения осуществлять в одном отверстии, расположенном в центре холодильника; все жесткие металлические прокладки между телом холодильника (приливы, бобышки) заменить на низкомодульные, например деревянные. Перечисленные меры снижают ослабление кожуха, уменьшают трудоемкость изготовления конструкции, снимают концентрированную передачу усилий на кожух от расширяющейся при нагреве футеровки.

Все большее распространение получают доменные печи с шахтой, водяное охлаждение которой вместо чугунных холодильников выполнено в виде толстостенных труб, залитых бетоном. Опыт эксплуатации этих печей показал их надежность и эффективность.

Кладка шахты, вследствие ее конической формы, как в зоне установки холодильников, так и на неохлаждаемых участках, выполняется ступенчатого очертания, что создает неравномерное давление на кожух печи. Особенно неудачным является устройство сплошных, вплотную примыкающих к кожуху колец кладки, предохраняющих материал набойки от просыпания, но создающих местные сосредоточенные нагрузки на кожух. Просыпание набойки создает полости, в которые проникает горячий газ, что ведет к перегреву металла кожуха.

В верхней цилиндрической части кожуха воздействие термического расширения кладки из-за относительно низкой температуры ее нагрева незначительно, и решающими факторами для определения толщины оболочки являются: внутреннее давление газовой среды с учетом вызываемого ею краевого эффекта в местах перегиба кожуха и воздействие защитных сегментов, создающее местный изгибающий момент в кожухе в местах их прикрепления.

Купол печи несет нагрузку от засыпного аппарата, обычно устанавливаемого на литой колошниковый фланец, и от вертикальных газоотводов. В печах старой конструкции к куполу крепились и элементы колошниковой площадки, несущей копер печи. Купол сильно ослаблен отверстиями в местах примыкания газоотводов, а также в местах установки приборов для измерения шихты и т.п. Особенно велико ослабление конструкции в последних печах, на которых используется бесконусный засыпной аппарат системы Пауля Вюрта, что потребовало устройства дополнительного проема для смен его подвижного лотка. Все это, совместно с воздействием внутреннего избыточного давления, создает сложное напряженное состояние конструкции, методика расчета которого еще требует дальнейшего уточнения. В местах опирания газоотводов, при необходимости купол утолщается или усиливается накладками. Купол печи обычно защищался неохлаждаемыми литыми плитами; во избежание перегрева металла, между плитами и кожухом предусмотрен слой торкрета.

Днище и конструкция охлаждения низа печи. Днище доменной печи, как правило, выполняется из листа толщиной 16 – 20 мм и обеспечивает герметичность

324

низа печи. Под днищем устраивается охлаждение низа печи воздухом, когда воздух проходит через трубы, залитые в отдельные чугунные плиты. В настоящее время часто используют трубчатое охлаждение из цельных труб без монтажных стыков в пределах печи. На некоторых доменных печах с трубчатым охлаждением устанавливают второе страховочное днище под охлаждением.

Колонны и площадки печи. В решении проблем надежности, долговечности и безаварийной работы таких сложнейших технологических агрегатов, какими являются доменные комплексы, значительная роль отведена обслуживающим площадкам и поддерживающим их конструкциям. Использование доменных печей с колоннами получило широкое распространение в современных печах объемом 2000–3000 ì3 (ðèñ.13.5å). Колонны, расположенные вокруг шахты, воспринимают нагрузки от колошникового устройства и площадок шахты. В зависимости от конструкции здания доменной печи колонны шахты могут служить опорами и для элементов каркаса здания. Колонны шахты совместно с опирающимися на них кольцевыми площадками образуют пространственный каркас, который в верхней части обычно закреплен при помощи горизонтальных связей к кожуху шахты. Через эти связи кожуху передаются все горизонтальные усилия от колошникового устройства и ветровой нагрузки. Связи должны также обеспечить независимое, вызванное разным температурным режимом, вертикальное перемещение конструкций. Колонны шахты опираются непосредственно на колонны горна (рис.13.7) и воспринимают через кольцевую балку нагрузку от колошникового устройства. Расположение колонн шахты в плане определяется следующими требованиями: соблюдением расстояния до шахты печи (для прохода и ремонта) и опиранием на колонны горна с наименьшим эксцентриситетом. В связи с передающимися на колонны значительными нагрузками их торцы строгаются или выполняются с К-образной разделкой кромок. Кольцевые площадки шахты в основном бывают двух типов. Первые опираются непосредственно на колонны и закрепляются к ним жесткими узлами с тем, чтобы уменьшить свободную длину колонн и обеспечить устойчивость всего каркаса на случай ремонта кожуха печи. Для лучшей работы конструкции на кручение сечение площадок должно быть коробчатым. Площадки второго типа опираются на кожух печи и прикрепляются к колоннам только для уменьшения свободной длины последних. При этом должен обеспечиваться принцип независимого вертикального перемещения кожуха и колонн. Кроме вертикальной жесткости площадки шахты в ряде случаев должны обладать и горизонтальной жесткостью для распределения горизонтальных нагрузок на все колонны шахты. Последнее необходимо при закреплении кровли литейного двора к колоннам для передачи ветровых нагрузок, а также в случаях возникновения горизонтальных усилий от радиальных площадок при их подвеске с помощью наклонных опор и т.п. Горизонтальная жесткость площадок создается или сплошным листовым настилом или постановкой связей.

Колошниковая площадка, расположенная на отметке верха кожуха печи, является основной рабочей и ремонтной площадкой верхней зоны печи. Кроме действующего оборудования на ней расположены запасные детали, материалы для ремонта и т.д. Она должна быть максимально свободной от всяких надстроек, опор, лестниц и т.д. Колошниковая площадка является жестким диском для всего пространственного каркаса, образуемого колоннами и площадками шахты. Необходимая жесткость обеспечивается сплошным 10-миллиметровым листовым настилом. Для стока воды в настиле площадки обычно предусматриваются отверстия диаметром 30 мм с шагом 250 мм. Если колошниковая площадка одновременно является и крышей здания, то такие отверстия не делаются. На площадке предусмотрена пылеспускная труба, транспортирующая пыль в вагоны, обычно устанавливаемые под пылеуловителем. Площадка ограждается сплошным листом. Участок ограждения под монтажной балкой для смены засыпного устройства делается съемным. Основой

325

Ðèñ.13.7 (à, á). Колонны и площадки доменной печи объемом 2000 м3

326

â)

23

24

6

R=7700

R=7150

27

Ðèñ.13.7 (â). Колонны и площадки доменной печи объемом 2000 м3 à – общий вид; á – собственно колонна; â – узел сопряжения; 1 – кольцевая балка колош-

никовой площадки; 2 – балка колошниковой площадки; 3 – горизонтальные связи, закрепляющие колошниковую площадку и верх колонн шахты к кожуху печи; 4 – верхние кольцевые площадки, закрепленные к кожуху шахты; 5 – кронштейны для крепления кольцевых площадок; 6 – опорное ребро кожуха шахты; 7 – ось доменной печи; 8 – колонна горна; 9 – связь для крепления колонн горна после подъема мораторного кольца над оголовком колонн горна; 10 – кольцевой воздухопровод горячего дутья; 11 – нижние кольцевые площадки, закрепленные к колоннам шахты; 12 – колонна шахты из двух ветвей; 13 – исследовательские площадки; 14 – ось и сторона наклонного моста; 15 – радиальная исследовательская площадка со стороны лифта; 16 – переходные площадки и лестницы; 17 – ëèôò; 18 – пилон для опирания радиальных площадок со стороны лифта; 19 – несущие балки нижних кольцевых площадок; 20 – закрепление колонн шахты к верхним кольцевым площадкам; 21 – планки, соединяющие ветви колонн; (привариваются к одной ветви на заводе, к другой – на монтаже); 22 – зона установки сплошной накладки для примыкания ригеля поддоменника; 23 – кожух шахты; 24 – прорези для пропуска труб охлаждения; 25 – прорези для стока воды; 26 – ось подвески кольцевого воздухопровода горячего дутья; 27 – чистые

болты с незатянутыми гайками; 28 – ось симметрии колонны горна

327

конструкции является кольцевая балка, способная хорошо воспринимать как крутящие, так и изгибающие усилия (рис.13.8). Это позволяет опирать на нее ноги копра в любой точке окружности. Жесткость таких балок весьма велика и полностью обеспечивает нормальную работу засыпного устройства. Расчет показал, что прогиб их при нормальной работе оборудования не превосходит 0,5 мм. В местах сосредото- ченных нагрузок устанавливаются кольца жесткости или диафрагмы. По кольцевой балке уложены второстепенные радиальные балки, к которым приварен настил.

Колонны горна предназначаются для восприятия нагрузок от колонн шахты с одной стороны и кожуха шахты – с другой (рис.13.7â). Так как интенсивность каждой из этих нагрузок может резко меняться в процессе эксплуатации печи, то принятые первоначальные эксцентриситеты приложения нагрузки фактически определяют габариты и возможность получения рационального сечения конструкции. Изменение величины нагрузок определяется:

∙для колонн шахты главным образом режимом работы балансиров и монтажным сочетанием, при котором вес засыпного устройства передается на монтажную балку, а контргрузы удерживаются только натяжением тросов, а также ремонтными условиями, возникающими при закреплении верха кожуха шахты к колоннам;

∙для кожуха шахты необходимо учитывать, что в начале эксплуатации полный вес сооружения передается в значительной степени на колонны горна, но в дальнейшем после разогрева горна последний расширяется в вертикальном направлении, поднимая шахту и отделяя ее от верха колонн горна.

Во избежание разрывов болты между верхом колонн горна и моратором не должны затягиваться. Так как после отделения моратора горизонтальное закрепление верха колонны нарушается, следует в оголовке колонны ставить скользящие чистые болты большого сечения, способные воспринять изгибающие моменты от передаваемых на них колонной горизонтальных нагрузок. Для восприятия этих нагрузок возможно также закрепление колонн горна к рабочей площадке или установка ниже уровня рабочей площадки горизонтальных связей, закрепляющих колонны по касательной к кожуху печи. Эта конструкция должна обеспечивать независимое вертикальное температурное перемещение кожуха и колонн. Необходимо иметь в виду, что такие решения приводят к возникновению дополнительных изгибающих моментов в колонне с соответствующим увеличением сечения, что нежелательно с точки зрения удобства эксплуатационного обслуживания горна печи. Расстояние между кожухом и колоннами горна не должно быть менее 500 мм. Кроме указанных выше нагрузок, колонны горна несут также прилегающий участок рабочей площадки и воздухопровод горячего дутья. Ниже рабочей площадки колонны горна облицовываются шамотным кирпичом или жароупорным бетоном, закрытыми 4-миллиметровым стальным кожухом, предохраняющим конструкцию от брызг металла и шлака, а также от воздействия испарений из устанавливаемых под площадкой ковшей. Число и расположение, а отчасти и сечение колонн горна зависят от числа фурм печи. Для возможности смены фурм колонна устанавливается посредине между фурмами, причем ближайшая к печи ширина полки, как правило, бывает ограничена (в этих случаях ее часто выполняют, из двух сваренных листов).

Кольцевые площадки должны обеспечить обслуживание печи – особенно системы охлаждения. Для пропуска системы охлаждения между настилом площадок и кожухом печи делается зазор не менее 350 мм. Между балками площадок и кожухом расстояние не должно быть менее 500 мм. С наружной стороны площадок и лестниц устанавливаются ограждения высотой 1200 мм; со стороны печи, во избежание соскальзывания ноги, делается бортик. Ширина площадок не должна быть менее 1 м. В целях безопасности с каждой площадки должно быть не менее двух

328

329