Загрузочные устройства доменной печи

Загрузочные устройства доменной печи, при помощи которых шихтовые материалы загружаются непосредственно в печь, называют засыпными аппаратами. Засыпные аппараты должны обеспечивать:

необходимое распределение шихтовых материалов по сечению колошника;

герметичность во избежание потери газа и предотвращения засоса воздуха в печь при ее остановках;

прочность конструкции, хорошо противостоящей абразивному воздействию газа и загружаемых шихтовых материалов;

сохранение прочности при резких термических колебаниях и ударных нагрузках при взрывах в засыпном аппарате и подколошниковом пространстве;

возможность быстрой смены отдельных его деталей и узлов.

Рисунок 1. Общий вид загрузочного устройства доменной печи; разрез по оси наклонного моста

Основными узлами комплекса загрузочного устройства доменной печи являются: защитные сегменты колошника 7, предохраняющие от разрушений кладку печи 2; большой конус 3, закрывающий собой чашу большого конуса 4 и образующий вместе с ней так называемое межконусное пространство или газовый затвор 5; наполнительный клапан 6 с трубой для выравнивания давления в межконусном пространстве с давлением в печи перед срабатыванием большого конуса и выпускной трубой для выпуска газа после него; опорное (основное) колошниковое кольцо 8 распределительное устройство 9, состоящее из малого конуса 10, воронки малого конуса, вращающейся на роликах 11, приемной воронки 12 с двигателем, штанг большого и малого конусов 13 и 14, подвесок 15 и прямильного устройства, при помощи которого они подвешены к коротким плечам балансиров большого и малого конусов 16, вращающихся на общей оси; контргрузы 7 большого и малого конусов, размещенные на длинных плечах балансиров, опирающихся на колошниковый копер; монтажная балка 18 с подъемной лебедкой 19, опорная тележка 20 для размещения балансиров при ремонте печи; консольно-поворотный кран 21с крюком 22, вращающийся на колонне 23 для замены атмосферных клапанов на свечах 24 с контргрузом загрузочного устройства печи; шкивы скипового подъемника 25, опрокидываемые упряжью; зонды для замера уровня шихты в печи.

Чашу большого конуса загрузочного устройства доменной печи изготавливают из литой углеродистой стали марки 35Л (0,28—0,39% С) с толщиной стенок 50—60 мм. Верхним фланцем чаша опирается на основное колошниковое кольцо, скрепляющее купол кожуха шахты доменной печи. Для увеличения стойкости и герметичности засыпного аппарата чашу выполняют цельнолитой без ребер жесткости и массивного нижнего кольцевого пояса, вертикальных и горизонтальных разъемов. Это уменьшает тепловые напряжения, нарушающие ее геометрические формы, придает конструкции гибкость, эластичность, необходимые для герметичности сопряжения контактных поверхностей чаши и большого конуса.

По форме чаша представляет собой расширяющийся кверху усеченный конус с образующей под углом 85-86°, контактная поверхность которого, примыкающая к большому конусу, упрочняется твердыми сплавами: сталинитом, сормайтом и др. с последующей шлифовкой.

Большой конус обычно изготавливают из той же стали, что и его чашу. Несмотря на габариты, превышающие у современных доменных печей допустимые для железнодорожных перевозок пределы (d0 < 4,8 м), большой конус изготавливают цельнолитым с толщиной стенок 50—60 и диаметром до 6500 мм. Попытки изготовить составные конусы оказались безуспешными, так как разгерметизация стыков из-за ударных нагрузок, высоких температур и абразивного действия газового потока приводила к быстрому выходу их из строя. Поэтому конусы часто отливают на самом металлургическом предприятии, а при необходимости доставки с завода изготовителя используют автотранспорт.

Рисунок 2. Засыпной аппарат доменной печи

1 — газовый затвор; 2 — чаша большого конуса; 3 — большой конус; 4 — штанга большого конуса; 5 - конус жесткости; 6 — защитный конус

Угол наклона образующей конуса не менее 52-53°, а на многих заводах до 60—62° для лучшего контакта поверхности большого конуса и его чаши. Форма контактной поверхности сферическая с центром сферы на оси конуса. Поверхность упрочняют так же, как и у чаши, твердыми сплавами с последующей шлифовкой.

В отдельных случаях практикуют наплавки по всей наружной поверхности конуса. Новым наплавочным материалом является так называемый композиционный сплав, в состав которого входит релит, т.е. литые карбиды вольфрама. Упрочнение этим сплавом, проверенное на конусах засыпных аппаратов и других деталей, показало увеличение их стойкости в 3—5 раз по сравнению с применяемыми ранее.

Основание конуса по внутренней окружности усиливается фланцем жесткости с равномерно расположенными по нему ребрами. После отливки большой конус подвергается высокотемпературному обжигу и отпуску для снятия тепловых напряжений, затем механической обработке, после которой тщательно балансируется для предупреждения раскачивания, ударов о воронку и неравномерного ссыпания шихты. Фактическая его масса не должна превышать теоретическую более чем на 15% для предупреждения перегрузов механизмов, управляющих маневрированием конуса.

Штанга конуса, проходящая через вершину малого конуса и внутри его штанги, делается цельнокованой из стали марки 15. Диаметр ее для современных печей равен 185—190 мм; длина достигает 15 м. Поверхность штанги тщательно обрабатывается по всей длине и в месте прохождения через сальниковое уплотнение шлифуется.

Схемы оборудования для маневрирования конусами засыпного устройства доменной печи разделяются на канатные и бесканатные, с балансирами и без балансиров. При канатных привод находится в машинном помещении и соединен с балансирами канатами, при бесканатных — на колошнике. Будучи связан непосредственно со штангами конусов, он воздействует на балансиры. В качестве приводов применяются конусные лебедки с электрическими двигателями, предназначенные для маневрирования конусами, также пневматические и гидравлические цилиндры.

Рисунок 3. Кинематическая схема маневрирования

а, б — с балансирами и свободным опусканием конусов; в — с кривошипными балансирами с принудительным опусканием; 1 - штанга конуса; 2 — балансир; 3 — привод; 4 — груз

По характеру взаимодействия привода и штанги маневрирование разделяется на свободное и принудительное. В первом случае оно происходит только под действием веса конусов, во втором случае к весу конуса прибавляется усилие приводного каната, передаваемое ему движущимся цилиндром. Шток с поршнем закреплены при этом неподвижно. На современных печах устанавливаются кривошипные или рычажные балансиры конструкции УЗТМ.

Вращающийся распределитель шихты (ВРШ) доменной печи. В комплекс распределителя входят малый конус с его штангой и воронкой, вращающаяся муфта и привод распределительного устройства с уплотнением, Повышенные требования к стойкости деталей засыпного аппарата обусловили изготовление малых конусов из низколегированных сталей, например марки 50Г2, и марганцовистых, содержащих 11—14% Mn. Применяют наплавку не только контактной поверхности конуса, но и всей его рабочей поверхности.

Угол образующей конуса составляет 50—55°, толщина стенок до 60 мм. Конус отливают цельным или разъемным из двух половин. Это позволяет производить его смену на кратковременных остановках печи. Разъем конуса делается по вертикальной образующей с креплением половин через фланцы, находящиеся на внутренней поверхности конуса. Конус 1 жестко подвешивается на пустотелой штанге — стальной цельнокатаной трубе, соединенной через вращающуюся муфту и подвески с балансирами малого конуса.

Рисунок 4. Кинематическая схема ВРШ (вращающийся расприделитель шихты)

Вращающаяся муфта имеет роликовый подшипник 7, при помощи которого штанга вращается вместе с малым конусом. Для предохранения от износа штанга защищается кольцами из марганцовистой стали. Контактные поверхности малого конуса и его воронки для герметичности пришлифовываются. Воронка малого конуса доменной печи 2 изготовляется из стального литья часто в разъемном исполнении. Ее объем рассчитан на размещение двух скипов материалов. Для увеличения объема воронки делают сварную надставку 9, которую закрепляют в стальном литом корпусе 3. Зубчатый венец 10, соединенный с корпусом, передает ей вращение. Опирается распределитель шихты на опорные и контропорные конические ролики 4 и центрируется роликами 5.

Между вращающимися деталями корпуса распределителя и газовым затвором засыпного аппарата делают уплотнение 11 для предотвращения выхода газа с пылью, находящегося в межконусном пространстве под давлением 196 кПа и более. Уплотнение 6 предусмотрено также между штангами большого и малого 8 конусов.