МК_Справочник_том_2

полностью освободиться от колонн печи и тем самым выполнить поставленную технологами задачу – обеспечить максимальное приближение кольцевого крана к печи для ее лучшего обслуживания. При этом перекрытие литейного двора решено в виде шатра, передающего вертикальные нагрузки колошника на колонны здания. Возникающий в шатре распор воспринимается двумя кольцевыми балками (по верху и по низу шатра), а неуравновешенные горизонтальные силы – системой связей здания. Кольцевые площадки печи закреплены с одной стороны к ее кожуху, а с другой – к подвескам, закрепленным к конструкциям колошниковой площадки (рис.13.10). Для удобства монтажа нижняя площадка (отм.22,7) временно закрепляется на кронштейнах, а подвески выполнены достаточно жесткими, чтобы воспринимать и сжимающие нагрузки.

Pиc.l3.10. Кольцевые площадки и эстакада вокруг печи

общий вид печи (слева) и разрез (справа); 1 – подвеска для крепления радиальной балки, одновременно является стойкой при монтаже конструкций литейного двора; 2 – кольцевая балка для крепления подвесок кольцевых площадок; 3 – радиальные балки крепления площадок печи, одновременно используются как элемент кронштейна при монтаже конструкций литейного двора; 4 – кольцевые площадки со сплошным настилом, используемые как кольца жесткости, передающие нагрузки от кронштейнов на кожух печи; 5 – кольцевые площадки; 6 – временный подкос, используются при монтаже конструкций литейного двора; 7 – подвески для закрепления кольцевых площадок; 8 – временный кронштейн для монтажа кольцевых площадок; 9 – кожух печи; 10 – кольцевой воздухопровод горячего дутья; 11

– кольцевая эстакада вокруг печи; 12 – площадка для смены фурм; 13 – радиально расположенные катки под опорами воздухопровода горячего дутья; 14 – кольцевая подкрановая балка; 15 – шахта лестниц к площадкам печи; 16 – конструкции литейного двора, к которым закрепляются кольцевые площадки печи

Колошниковое устройство. В понятие колошниковое устройство включают обычно копер, колошниковую площадку, вертикальные газоотводы и участок газопровода получистого газа. Назначение устройства – обеспечение загрузки домны,

331

отвод газов, смена засыпного устройства. Для выполнения этих задач копер не является единственно возможным решением как показано далее. Современный колошниковый копер (рис.13.11) представляет собой пространственную систему, две вертикальные плоскости которой образованы рамами, а две другие – вертикальными фермами. Обычно при современной планировке цеха фермы расположены в параллельных плоскостях; в ряде цехов – со старой планировкой, когда наклонный мост подходит к доменной печи сбоку, фермы приходится устанавливать во взаимно перпендикулярных плоскостях, что уменьшает общую жесткость сооружения и значи- тельно усложняет его конструкцию. Для увеличения общей жесткости сооружения в плоскости задней рамы, охватывающей верхушку наклонного моста, на максимально возможной высоте устанавливаются связи. По передней раме предусматриваются съемные связи, с тем чтобы они не препятствовали смене засыпного устройства, которая должна осуществляться в минимальный срок. В двух других плоскостях копра устанавливается образующая вертикальные фермы решетка, обеспечивающая неизменяемость сооружения. Конфигурация решетки не должна препятствовать проходу на площадки копра. Габариты копра и схема решетки выбираются с учетом расположения вертикальных газоотводов, в ряде случаев препятствующих установке решетки внизу копра. В этом случае необходимо местное увеличение жесткости ног копра с учетом восприятия изгибающих моментов. Основными площадками копра являются площадки балансиров, монтажной балки, приемной воронки и др.

Площадка балансиров служит для размещения и обслуживания балансиров засыпного устройства. Массивные пьедесталы балансиров непосредственно опираются на балочную клетку. Для корректировки положения балансиров по центру засыпного устройства служат специальные упоры. В площадке балансиров обычно оставляются прорези для пропуска головных скиповых шкивов наклонного моста и перемещающихся в пространстве тросов управления балансиров.

Наиболее распространенная конструкция засыпного устройства с принудительным опусканием конусов предусматривает попеременное опускание двух соосно расположенных друг над другом конусов, что обеспечивает герметичность внутреннего объема печи. «В закрытом» положении конусы прижаты кверху с помощью контргрузов балансиров. Опускание конусов происходит в результате натяжения троса, закрепленного к рычагу балансиров. При нормальной работе балансиров вызываемый ими динамический эффект незначителен, однако в практике были случаи резкого повышения динамической нагрузки от контргрузов балансиров, нередко приводивших к повреждению или аварии конструкции копра (см.п.13.4).

На ряде заводов продолжают эксплуатировать засыпное устройство со свободным опусканием конусов. Как и для предыдущего случая расчетной является не нормальная эксплуатационная нагрузка, а аварийная комбинация нагрузок, возникающая в результате несинхронной работы оборудования.

Вследствие возможного возникновения значительных динамических нагрузок должны быть исключены конструктивные решения с резкими изменениями сече- ний элементов и любые иные источники концентрации напряжений. Не рекомендуется схема балочной клетки, в которой нагрузки от пьедестала балансиров передаются на элементы связей боковых вертикальных ферм. При этом все усилия от балансиров будут передаваться на элементы решетки жесткой фермы, которая не может амортизировать динамический удар.

Для осуществления общей жесткости сооружения в плоскости площадки устанавливаются связи, образующие жесткий диск и одновременно передающие горизонтальные силы от тросов управления конусами на вертикальные связи копра.

Площадка монтажной балки служит для размещения и обслуживания механизма монтажной тележки – крана, с помощью которой производится замена укрупненного узла засыпного аппарата (чаша, конус и т.п.). Основным элементом

332

Рис.13.11. Колошниковый копер 1 –1 – вид сбоку; 2 –2 – план площадки балансиров; 3 –3 – план площадки монтажной балки; 4–4 – план площадки приемной воронки; 1 – газоотводы;

2 – подбалансирные балки; 3 – монтажная балка (консольная); 4 – приемная воронка; 5 – съемные элементы; 6 – переходные площадки лифта

333

конструкции являются две продольные подрельсовые балки, по которым передвигается тележка-кран. В печах старой проектировки подрельсовые балки выступали консолью за грань плоскости копра. Вылет консоли определялся необходимостью поднимать с железнодорожной платформы (и опускать на нее) укрупненный узел засыпного аппарата. Для уменьшения вылета консоли обычно прибегали к оттяжке груза, для чего на корпусе пылеуловителя предусматривалось специальное приспособление. Сокращение сроков замены засыпного аппарата приобрело особое зна- чение в связи с изменением режима работы печей. Так например, в результате форсирования режима в ряде случаев аппарат меняется уже через полгода. Дальнейшее увеличение вылета консоли было практически неосуществимо как по условиям работы балки, так и из-за перегрузки рам копра, для которых монтажная нагрузка становилась решающей.

При консольном решении подрельсовые балки, выступая за пределы передней рамы копра, подвешиваются к ее ригелю, а их противоположный конец в зависимости от условия примыкания наклонного моста или закрепляется к элементу задней рамы, или, что бывает чаще, опирается на поперечную балку площадки. В плоскости площадки расположены горизонтальные связи, повышающие общую жесткость сооружения и уменьшающие свободную длину стоек рам. На выступающем конце монтажной балки устанавливался блок передвижения монтажной тележки. Сам движущий механизм-лебедка устанавливался на колошниковой площадке. Особое внимание обращается на обеспечение устойчивости высоких подрельсовых балок с нижним сжатым поясом. Это достигается установкой на их концах вертикальной диафрагмы и устройством в пролете пространственных трехгранных ферм, состоящих из самой балки, ходовой площадки (горизонтальная ферма) и наклонной решетки.

В современных печах, для сокращения времени, требуемого на смену аппарата, монтажную балку стали удлинять, опирая ее конец на пылеуловитель. Для обеспе- чения независимого вертикального перемещения конструкций копра и пылеуловителя в результате температурного роста и осадки фундаментов подрельсовые балки делают разрезными. Опирание на пылеуловитель осуществляется подвижным, с тем, чтобы компенсировать температурное расширение конструкции. В последних проектах доменных печей в связи с коренным изменением планировки цеха и устройством круглого литейного двора возникла потребность значительно увеличить пролет балки и опирать ее на специальную высотную опору, гибкую вдоль ее оси и жесткую в перпендикулярном направлении (рис.13.4). Одновременно с удлинением балки возникла необходимость значительного увеличения ее грузоподъемности, что вызывается стремлением сократить сроки простоя печи, меняя засыпной аппарат целиком крупным блоком (весом до 210 т). Для такого решения вместо монтажной тележки на подрельсовые балки устанавливается специальный мостовой кран. При назначении грузоподъемности монтажной балки следует также учитывать возможность ее использования при ремонтах и реконструкциях, связанных с монтажом укрупненных блоков кожухов.

Площадка приемной воронки. На главных балках площадки устанавливается воронка, служащая для приема ссыпаемой из скипов шихты. Воронка представляет собой бункер с круглым отверстием в нижней части, через которое материал просыпается в засыпной аппарат. В передней стенке воронки предусматривается съемный элемент, с тем, чтобы штангу засыпного аппарата можно было вывести наружу без демонтажа всей воронки. Задняя стенка также делается со съемной вставкой, что обеспечивает независимую от засыпного аппарата замену воронки. Внутренняя поверхность воронки для предохранения от истирания защищается специальными броневыми листами, закрепляемыми к основной конструкции на болтах. Балки площадки, расположенные со стороны монтажной балки делаются съемными, чтобы не препятствовать смене засыпного аппарата.

334

Значительным шагом в модернизации доменных комплексов является исключение громоздкой и весьма ответственной конструкции копра или так называемое бескопровое устройство. Решение с опиранием площадок копра на газоотводы (рис.13.12) стало возможным и рациональным благодаря применению нового безбалансирного и бесконусного засыпного аппарата, устанавливаемого непосредственно на кожух печи. За счет этого удалось не только сократить расход металла, но и освободить пространство для размещения обслуживающего оборудования колошникового устройства. Толщина газоотводов, воспринимающих значительные нагрузки от оборудования колошника, увеличена сравнительно с обычным решением. Кроме собственной массы, нагрузка на газоотводы определяется весом

засыпного аппарата, передаваемым на газоотводы при его смене, а также воздействием от температурного расширения газоотводов при эксплуатации. Конструкции закрепляемых к газоотводам основных площадок колошникового устройства вместе с газоотводами образовывают жесткий пространственный каркас. Вследствие значительных нагрузок крепление осуществляется при помощи жестких кольцевых ребер, распределяющих усилия по окружности газоотводов. В нижней части этого каркаса установлены связи, уменьшающие свободную длину его стоек (газоотводов) и более равномерно распределяющие нагрузку между ними. Связи со стороны монтажной балки для возможности смены засыпного аппарата частично выполнены съемными.

Вертикальные газоотводы служат для отвода газа из подкупольного пространства. Их продолжением являются нисходящие газоотводы, с которыми они образуют единую конструкцию, определяющую величину горизонтального распора в системе доменная печь–газоотводы–пылеуловитель. Вертикальные газоотводы (обычно четыре) располагаются на равном расстоянии по куполу печи (рис.13.13), чем достигается равномерный отвод газа. С этой целью в местах их опирания предусматривается уширение, плавно переходящее в нормальное кольцевое сечение. Изготовление и монтаж конструкций узла сопряжения газоотводов с куполом весьма сложны, так как требуется обеспечить плотное примыкание в пространстве ряда конических поверхностей. Наиболее простым решением является выполнение этого расширения в виде фигуры, состоящей из 4-х отрезков конусов, образующих в плане трехцентровую кривую (рис.13.13á). Вертикальные газоотводы соединяются попарно, а затем переходят в один или два нисходящих газоотвода. До последнего времени газоотводы не несли дополнительных нагрузок от площадок и оборудования, и их толщина принималась равной 12–16 мм, с соответствующим увеличением внизу до 14–20 мм. Изнутри газоотводы футеровались 113 мм слоем

335

шамотного кирпича, а в местах перегибов – литыми плитами. Сверху газоотводов устанавливаются атмосферные клапаны, с помощью которых возможно обеспечи- вать продувку печи. Для смены этих клапанов предусматривается специальный кран, устанавливаемый на площадке, связывающей газоотводы в их верхнем уровне. В связи с необходимостью равномерного отвода газа, для новых печей большого объема в куполе предусмотрено не четыре отверстия как обычно, а восемь. Отводы из этих отверстий попарно соединяются в четыре вертикальные газоотвода. При опирании монтажной балки на пылеуловитель конструкция газоотводов обычно используется для временного опирания монтажной балки в период монтажа, что должно быть учтено расчетом.

Рис.13.13. Газоотводы купола печи à – примыкание к куполу; á – схема; 1 – купол печи; 2 – стык поверхностей разной кривизны;

3 – пылеуловитель; 4 – ось доменной печи

Кольцевой воздухопровод горячего дутья является элементом единой системы воздухопровода горячего дутья. Он служит для обеспечения равномерного вдувания в печь нагретого воздуха, поступающего в печь через закрепленные к трубе патрубки, к которым присоединяются фурменные приборы. Кольцевая труба выполняется многогранной из отрезков, число которых равно числу фурм или в два раза больше; меньшая длина каждого из отрезков должна быть больше диаметра патрубка не менее, чем на 200–300 мм. Диаметр окружности кольцевой трубы должен увязываться с габаритом приближения крана литейного двора. Вследствие больших температурных деформаций кольцевой трубы, и особенно смещения от нагрева примыкающего уча- стка прямого воздухопровода, ее закрепление к другим конструкциям проектируется подвижным. По этой же причине опирание площадки на нее делается скользящим. Описанное смещение приводит к разным длинам рукавов и сопел фурменных приборов, что затрудняет их замену и вызывает значительные простои печи. С целью исключения линейных деформаций от нагрева прямого воздухопровода горячего дутья на новых печах устанавливаются компенсаторы с тягами. Несмещаемость самого кольцевого воздухопровода достигается установкой связей к колоннам горна или его опиранием на рамы кольцевой подкрановой эстакады (рис.13.14) при помощи катков, расположение которых обеспечивает свободное радиальное перемещение трубы при нагреве и создает ее неподвижность для линейного смещения относительно пе- чи. Во избежание расстройства футеровки трубы при работе крана, ее опирание на эстакаду выполнено через амортизирующее устройство. Г-образные рамы эстакады примыкают к трубчатым колоннам здания печи (рис.13.9à).

336

Рис.13.14 Кольцевой воздухопровод горячего дутья 1 – опорные ребра кольцевого воздухопровода; 2 – защитные экраны над желобами для вы-

пуска чугуна и шлака; 3 – оси леток для выпуска чугуна; 4 – элементы кольцевой эстакады; 5 – двойной подвод для лучшего распределения дутья; 6 – кожух доменной печи; 7 – смотровые люки; 8 – ось летки для выпуска шлака; 9 – фурменные рукава; 10 – места для домкратов при монтаже и ремонте конструкций; 11 – опорные катки; 12 – стыки трубы на полубандажах; 13 – прямой воздухопровод горячего дутья

Кроме вертикальных нагрузок на эстакаду передаются и горизонтальные от торможения крана и от сил трения, возникающих при температурных перемещениях кольцевого воздухопровода горячего дутья. Продольная (кольцевая) жесткость эстакады обеспечивается системой горизонтальных связей в уровне кольцевой коробчатой балки и кольцевой пространственной балкой-распоркой эстакады, одна ветвь которой является подкрановой балкой крана литейного двора. Внутренние колонны эстакады развязаны вертикальными связями к конструкциям рабочей площадки. К эстакаде крепится кольцевая площадка для смены фурм, основные балки которой одновременно служат связевыми элементами эстакады. Решение самой площадки усложнено ограниченностью ее габаритов по высоте (снизу раз-

337

мещаются электропушки для забивки чугунной летки), а также размещением в ее толще вентиляционных коробов отсоса газов в зоне леток. Смена фурм производится двумя двигающимися по площадке самоходными электропогрузчиками грузоподъемностью 1,6 тонны каждый.

Для обеспечения обслуживания кольцевым краном всей площади рабочей площадки печи, подвод горячего дутья к кольцевой трубе может быть выполнен сверху в двух местах, с последующим объединением этих подводов в одну трубу, проходящую над краном. Так как нагрузки от веса футерованной трубы весьма велики, то ее опирание выполняется с помощью жестких колец. Участки воздухопровода над желобами защищаются от перегрева экранами из листового железа, создающими воздушную прослойку. К нижней части кольцевого воздухопровода обычно закрепляются монорельсы, облегчающие замену фурменных сопел.

Доменные печи, работающие на рудах, содержащих цинк, обладают рядом отличий, требующих особого внимания. Механизм отложения цинка в порах и швах кладки, а также вызванные этим повреждения кожуха были рассмотрены ранее.

Устранение причин, вызывающих проникновение паров и отложение цинка в кладке, в основном зависит от технологического процесса. Чисто строительными мероприятиями можно только в известной степени удлинить период эксплуатации печи, а также сократить время простоя печи при ремонтах. Однако прибегать к изменениям технологии следует чрезвычайно осторожно. Так, с целью уменьшения отложений цинка в шахте печи на одном из заводов была поднята температура на колошнике, чем было достигнуто значительное увеличение выноса цинка из печи. Процесс разрушения кладки и появление трещин в кожухе действительно замедлился, но цинк стал интенсивно откладываться в нисходящих газоотводах, что привело в конечном результате к их закупорке и остановке печи. Кроме того, возникла угроза обрушения газоотводов, так как вес отложений в них превысил 1500 тонн.

Требования к технологическим конструкциям в первую очередь сводятся к следующему: применение более плотного и бесшовного материала огнеупорной кладки, с тем, чтобы уменьшить проникновение паров цинка; увеличение ширины заполненного набойкой зазора для повышения его компенсирующей способности. При этом необходимы газонепроницаемые кольцевые и меридиональные прослойки, препятствующие циркуляции газа в пространстве зазора; сведение к минимуму связей между кладкой и кожухом, что создаст условия для увеличения объема кладки без повышения давления на металл; защитные сегменты должны обеспечи- вать возможность свободного температурного расширения кладки, а под всеми выступающими внутрь печи штуцерами, кронштейнами и т.д. необходимо устройство толстого слоя упругой набойки.

Сформулированы требования и к стальным конструкциям: обязательное применение конструктивной схемы, при которой любое повреждение кожуха не вызывает аварии других конструкций печи – колонн, колошникового устройства и т.д.; максимальная газонепроницаемость кожуха, с тем, чтобы не создавать потоков газа от центра печи к периферии, вызывающих усиленное проникновение паров цинка в швы и поры кладки; увеличение толщины кожуха в зоне отложения цинка при одновременном увеличении толщины набойки, поскольку увеличение только толщины кожуха может привести к раннему разрушению кладки.

13.2.2. Блок воздухонагревателей (ðèñ.13.15). Собственно воздухонагреватели

выполняют обычно с плоским листовым днищем и сферическим куполом. В тех слу- чаях, когда нельзя заанкерить кожух воздухонагревателя в фундаменте (обычно при установке на старый фундамент), днище осуществляется жестким или сферическим. Кожух воздухонагревателя проектируется цилиндрическим (низкотемпературный),

338

Рис.13.15. Планировка блока и конструкция воздухонагревателей большинства действующих доменных печей

à – фасад; á – разрез; â – план купола; ã – план кладки; ä – разрез по кожуху; å – план блока; 1 – воздухонагреватели; 2 – газопровод чистого газа; 3 – дымовая труба; 4 – перепускной воздухопровод; 5 – воздухопровод холодного дутья; 6 – здание воздухонагревателей; 7 – воздухопровод горячего дутья; 8 – кольцевой воздухопровод горячего дутья; 9 – смесительный воздухопровод; 10 – стена здания печи; 11 – раскрой кожуха с предварительным укрупнением листов на заводе-изготовителе; 12 – анкеры; 13 – патрубок воздухопровода холодного дутья; 14 – патрубок воздухопровода горячего дутья; 15 – патрубок газовой горелки; 16 – кладка купола; 17 – насадка; 18 – периферийная (кольцевая) кладка; 19 – поднасадочное

устройство; 20 – кладка камеры горения; 21 – днище воздухонагревателя

339

а также из 2-х цилиндров с переходной конической или в виде коробчатой балки частью (высокотемпературный). По периметру сосуда выполняется кольцевая огнеупорная кладка, а его внутренний объем разделен на две части: камеру горения и камеру насадки (рис.13.15ã). Насадка выполняется с пустотами для прохождения воздуха и продуктов горения. Она опирается на фундамент через металлическое поднасадочное устройство.

В низкотемпературных воздухонагревателях кирпичный купол опирается на кольцевую периферийную кладку; в высокотемпературных – кладка купола и верхние наружные слои кольцевой кладки отделены от остальной кольцевой кладки с тем, чтобы последняя могла свободно расти при нагреве. Листы кожуха свариваются между собой встык, в местах установки штуцеров толщина кожуха увеличивается. В днище воздухонагревателя устраиваются отверстия для подливки цементного раствора; стыки листов днища свариваются на подкладках.

Для погашения подъемной силы от внутреннего давления воздухонагреватель заанкеривается в фундаменте; анкера привариваются к кожуху после его испытания внутренним давлением и разогрева. Испытание внутренним давлением производится на временных анкерах. Толщина кожухов подобного типа, в связи с повышенным давлением, достигает 20 мм вместо 10–14 в старых воздухонагревателях.

Âнастоящее время для заполнения компенсационного слоя между футеровкой

èкожухом используется эффективный материал – плиты из муллитокремнеземи-

стой ваты. Применение такого материала позволяет приваривать постоянные анкера до испытания и разогрева.

Âдоменных печах, работающих при низком давлении под колошником (до 0,2 МПа), подъемная сила от внутреннего давления обычно погашается весом кольцевой кладки и анкера рассчитывают только с учетом испытания порожнего воздухонагревателя и ветровой нагрузки при монтаже.

Âвоздухонагревателях, работающих при высоких температурах ( ≈1400°С) и высоком давлении (более 0,4 МПа), необходимо принимать специальные меры для защиты металла от конденсирующихся на его внутренней поверхности паров азотной кислоты, а также возникновения коррозионного растрескивания под воздействием щелочей, содержащихся нередко в доменном газе, используемом при работе воздухонагревателей. Как правило это устройство защитных пленок на внутренней поверхности кожуха, обеспечение повышенной температуры кожуха (с тем, чтобы избежать отложения конденсата), применение специальных сталей.

Повышение давления и температуры нагрева при несимметричной работе воздухонагревателей с внутренней камерой горения привели к поиску новых решений, одним из которых являются воздухонагреватели с выносной камерой горения (рис.13.16, 13.17). Они обеспечивают осесимметричную работу кожухов от температурного распора кладки и независимое температурное перемещение камер горения и насадки, но обычно требуют установки компенсатора на камере горения (рис.13.17à) и создание конструкции, воспринимающей возникающую при этом циклически неуравновешенную нагрузку от внутреннего давления. Восприятие переменной доли этой нагрузки производится с помощью болтов с предварительно упругообжатыми коническими шайбами. Статическая часть неуравновешенной нагрузки передается на конструкцию купола. Другое решение воздухонагревателей

ñвыносной камерой горения предусматривает подвеску камеры горения к куполу, соединяющему обе камеры, что позволило отказаться от сложного компенсатора. При этом под камерой горения устанавливаются страховочные опоры с зазорами, достаточными для компенсации разности роста обеих камер. Зазор заполняется упругими прокладками, деформации камер погашаются компенсацией примыкающих трубопроводов. Монтаж камеры осуществляется при помощи устанавливаемых под нее домкратов или временных опор.

340