Профиль доменной печи для высокоинтенсивной работы

Изобретение относится к доменной печи. Доменная печь содержит кожух, огнеупорную футеровку, лещадь, цилиндрический горн и летки для выпуска продуктов плавки. Полезная высота h_Г, диаметр d_Г и высота «мертвого слоя» h_МС горна соответствуют следующим соотношениям: h_Г/d_Г=(0,45-0,50), d_Г/D_Р=(0,80-0,85), h_МС/Н_Г=(0,35-0,40), где D_Р - диаметр распара; Н_Г - полная высота горна. Огнеупорная футеровка цилиндрического горна в горизонтальном сечении в районе леток выполнена в виде сегмента с увеличенной толщиной, равноудаленной от оси леток на угол α, равный 20-35°. В результате снижается износ футеровки горна и шахты, снижается удельный расход топлива, кислорода и огнеупорных материалов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к конструкции доменной печи, преимущественно с полезным объемом более 1500м³.

Для создания наиболее благоприятных условий протекания всех процессов в доменной печи, большое значение имеет конфигурация профиля, которая обеспечивает равномерный сход загруженных шихтовых материалов, заданное распределение материалов и газов по сечению и время их пребывания в печи, переход материалов из твердого состояния в жидкое без ухудшения условий опускания столба шихты, накопление продуктов плавки в нижней части печи.

Из уровня техники известны различные профили доменной печи.

Известен профиль доменной печи [1] Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвистнев А.В. и др. Металлургия чугуна. Учебник для ВУЗов.-М.; «Металлургия», 1989. С 355, где диаметр горна d_Г определяется в зависимости от интенсивности горения кокса у фурм и соответствует отношению

D/d_Г=1,10÷1,15

где D - диаметр распара (м);

(1,10÷1,15) - эмпирические коэффициенты;

а высота горна h_г определяется в зависимости от количества продуктов плавки и в целом до нижней кромки заплечиков и составляет:

h_Г=h_ф+а,

где h_г - высота горна (м);

h_ф - высота воздушной фурмы над осью чугунной летки (м);

а=0,4÷0,5 конструктивный размер (м),

при этом высота воздушных фурм над осью чугунной летки определяется из формулы:

h_ф=PV_Г/F,

где h_Ф - высота воздушной фурмы над осью чугунной летки (м);

Р - производительность доменной печи (т/сут);

V_г - объем горна от оси чугунной летки до оси воздушных фурм на 1 т суточной выплавки (м³·сут/т);

F - площадь сечения горна (м²).

Недостатком данного профиля является ухудшение стабильности теплового состояния доменной печи с повышением интенсивности выплавки чугуна и нарушение взаимодействия повышенного образования жидких продуктов плавки с коксовой насадкой, снижение стабильности химического состава чугуна и шлака.

Наиболее близким по техническому решению является доменная печь [2] (Патент RU № 2263150 «Доменная печь» МПК⁶ С21В7/06, опубл. 27.10.2005, Бюл.№ 30), содержащая горн, выпускную летку и лещадь с не менее чем с тремя слоями огнеупорной футеровки, при этом наружная поверхность лещади расположена ниже уровня летки на величину Н=(0,9÷1,1)*(750d-22d²-3000) (м), высота лещади Н_Д и толщина стенки горна (b), сопряженного с лещадью соответствуют следующим соотношениям:

Н_Д=(40007000)-Н (м),

b=(0,05÷0,15)*d,

где d - внутренний диаметр поверхности лещади (м);

(0,9÷1,1), 22, 750, 3000, (4000÷7000), (0,05÷0,15) - эмпирические коэффициенты.

Недостатком данного профиля доменной печи является недостаточная стойкость окололеточного пространства, отсутствие улучшения условий для образования гарнисажа в нижней части шахты, дренажа продуктов плавки и стабилизации схода материалов в горн, а также соотношения по определению высоты «мертвого слоя» горна являются недостаточными для доменных печей, работающих с повышенной удельной производительностью.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение износа футеровки горна и шахты; повышение кампании печи; увеличение производительности печи и улучшение технико-экономических показателей доменной плавки, таких как снижение удельного расхода топлива, кислорода и огнеупорных материалов; повышение стабильности теплового состояния доменной печи и улучшение качественных показателей чугуна; снижение объема работ и продолжительности капитальных ремонтов.

Указанный технический результат достигается тем, что в доменной печи, содержащей кожух, огнеупорную футеровку, лещадь, горн и летки, предусмотрены следующие отличия: полезная высота h_Г, диаметр d_Г и высота «мертвого слоя» h_MC горна соответствуют следующим соотношениям: h_Г/d_Г=0,45÷0,50, d_Г/D_P=0,80÷0,85, h_MC/Н_Г=0,35÷0,40, а огнеупорная футеровка цилиндрического горна в горизонтальном сечении в районе леток выполнена в виде сегмента с повышенной толщиной, равноудаленной от оси леток 9 на угол α, равный 20÷35°.

Кроме того, в предложенном профиле доменной печи угол наклона заплечиков β составляет 73-77° и устанавливается исходя из высоты заплечиков H_З, которая соответствует соотношению:

Н_З/D_P=0,30÷0,37,

где h_Г - полезная высота горна;

d_Г - диаметр горна;

D_P - диаметр распара;

h_MC - высота «мертвого слоя» горна;

Н_Г - полная высота горна;

α - угол от оси летки до стороны центрального угла хорды сегмента огнеупорной футеровки в районе леток;

β - угол наклона заплечиков;

Н_З - высота заплечиков;

(0,45÷0,50), (0,80÷0,85), (0,35÷0,40), (0,30÷0,37) - эмпирические коэффициенты.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг.1 вертикальное сечение горна и заплечиков доменной печи;

Фиг.2 горизонтальное сечение горна доменной печи на уровне леток.

Доменная печь состоит из: кожуха 1, огнеупорной футеровки 2, лещади 3, горна 4, летки для выпусков продуктов плавки 5, цилиндрической огнеупорной футеровки горна 6, огнеупорной футеровки горна в районе леток, выполненной в виде сегмента 7, заплечиков 8.

В доменных печах с повышением интенсивности выплавки чугуна наиболее остро встает вопрос о компенсации повышенного износа элементов доменной печи и повышения межремонтного периода.

Полезная высота h_Г горна 4, изображенного на ФИГ.1, определяется по соотношению к диаметру горна h_Г/d_Г=0,45÷0,50, а диаметр горна d_Г определяется его соотношением к диаметру распара d_Г/D_P=0,80÷0,85,

где h_Г - полезная высота горна 4 (м);

d_Г - диаметр горна 4 (м);

D_P - диаметр распара (м);

(0,45÷0,50), (0,80÷0,85) - эмпирические коэффициенты.

При высокой интенсивности плавки и повышенном образовании жидких продуктов плавки повышение высоты горна h_Г со снижением его диаметра d_Г обеспечивает более полное взаимодействие продуктов плавки с коксовой насадкой, что способствует равномерному дренажу жидких продуктов плавки полным сечением горна и стабилизации теплового режима с наименьшими топливно-энергетическими затратами; создает условия для завершения восстановительных процессов, а также снижает негативное воздействие факторов, влияющих на прогар фурм «снизу».

Высота «мертвого слоя» h_MC горна 4 доменной печи, изображенная на ФИГ.1, измеряется от оси леток 9 до лещади 3 и определяется следующим соотношением: h_MC/Н_Г=0,35÷0,40,

где h_MC - высота «мертвого слоя» горна 4;

Н_Г - полная высота горна 4;

(0,35÷0,40) - эмпирические коэффициенты.

Повышение высоты «мертвого слоя» h_MC горна 4 позволяет стабилизировать тепловое состояние доменной печи и химический состав продуктов плавки за счет большего объема чугуна в горне ниже оси леток 9.

Огнеупорная футеровка 6 цилиндрического горна 4 в горизонтальном сечении в районе леток 5, изображенная на ФИГ.2 выполнена в виде сегмента 7 с повышенной толщиной, равноудаленной от оси леток 9 на угол α, равный 20÷35°. При этом сопряжение цилиндрической части футеровки 6 с футеровкой в виде сегмента 7 рекомендуется выполнить сглаженным, но не является обязательным.

Изменение конфигурации огнеупорной футеровки 7 в районе леток 5 предотвращает свободное образование вихревых потоков продуктов плавки в связи с хордовым изменением сечения горна 4, и тем самым снижает износ футеровки горна 4, что позволяет повысить межремонтный период и кампанию доменной печи в целом. А также применение данной конфигурации футеровки в виде сегментов 7 в районе леток 5 позволяет стабилизировать ход выпусков продуктов плавки и снизить расход леточной огнеупорной массы на восстановление окололеточного пространства.

Угол наклона β заплечиков 8, изображенного на ФИГ.1, составляет 73-77° и устанавливается исходя из высоты заплечиков H_З, которая соответствует соотношению Н_З/D_P=0,30÷0,37,

где β - угол наклона заплечиков;

D_P - диаметр распара (м);

Н_З - высота заплечиков (м);

(0,30÷0,37) - эмпирические коэффициенты.

Для современных доменных печей угол наклона β заплечиков 8 принимается в пределах 79-82° [1] (Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвистнев А.В. и др. Металлургия чугуна. Учебник для ВУЗов.-М.: «Металлургия», 1989. С 355). В предлагаемом изобретении угол наклона β заплечиков 8, изображенный на ФИГ.1, сокращен до 73-77°, что обеспечивает формирование оптимального газового потока (газопроницаемости) и столба материалов, позволяет стабилизировать сход материалов в горн 4 в условиях повышенной удельной производительности доменной печи, а также обеспечивает формирование устойчивого гарнисажа в нижней части шахты доменной печи, что позволяет снизить тепловые потери и износ огнеупорной футеровки доменной печи.

Кроме того, применение данного профиля доменной печи позволяет формирование устойчивого равномерного гарнисажа (без искажения проектного профиля печи), который позволяет отказаться от дополнительной футеровки (методами напыления или другим способом) огнеупорными материалами шахты печи в периоды капитальных ремонтов, что приводит к снижению объема работ, длительности ремонта и расхода огнеупорных материалов.

В отличие от профиля доменной печи [2] (патент RU № 2263150 «Доменная печь» МПК⁶ С21В7/06, опубл. 27.10.2005, Бюл.№ 30) в разработанной конструкции профиля доменной печи огнеупорная футеровка горна в горизонтальном сечении имеет в районе леток повышенную толщину, равноудаленную от оси леток на угол α равный 20-35°, расчет величины от лещади до оси леток (мертвого слоя) определяется его соотношением к полной высоте горна h_MC/Н_Г=0,35÷0,40 и находится за пределами формулы по данному аналогу Н=(0,9÷1,1)·(750d-22d²-3000). Кроме этого конструкция горна и заплечиков определяется по следующим соотношениям:

h_Г/d_Г=0,45÷0,50 , d_Г/D_P=0,80÷0,85, h_MC/Н_Г=0,35÷0,40,

Н_З/D_P=0,30÷0,37;

где h_Г - полезная высота горна (м);

d_Г - диаметр горна (м);

D_P - диаметр распара (м);

h_MC - высота «мертвого слоя» горна (м);

Н_Г - полная высота горна (м);

α - угол наклона шахты;

β - угол наклона заплечиков;

Н_З - высота заплечиков (м);

(0,45÷0,50), (0,80÷0,85), (0,35÷0,40), (0,30÷0,37) - эмпирические коэффициенты.

Применение предлагаемого профиля доменной печи обеспечивает:

снижение износа футеровки горна и шахты;

- повышение кампании печи;

- повышение производительности доменной печи;

- улучшение технико-экономических показателей доменной плавки (экономия топлива, снижение расхода кислорода и расхода огнеупорных материалов);

- повышение стабильности теплового состояния доменной печи;

- повышение стабильности химического состава;

- улучшение качественных показателей чугуна;

- снижение объема работ и продолжительность капитальных ремонтов.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-технической информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источников, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна» и «изобретательский уровень».

Источники информации

[1] Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвистнев А.В. и др. Металлургия чугуна. Учебник для ВУЗов. – М.: «Металлургия», 1989. С 355.

[2] Патент RU № 2263150 «Доменная печь», МПК⁶ С21В7/06, опубл. 27.10.2005, Бюл. № 30.

1. Доменная печь, содержащая кожух, огнеупорную футеровку, лещадь, цилиндрический горн и летки для выпуска продуктов плавки, отличающаяся тем, что полезная высота h_Г, диаметр d_Г и высота «мертвого слоя» h_МС горна соответствуют следующим соотношениям: h_Г/d_Г=(0,45-0,50), d_Г/D_Р=(0,80-0,85), h_МС/Н_Г=(0,35-0,40), где D_Р - диаметр распара; Н_Г - полная высота горна, при этом огнеупорная футеровка цилиндрического горна в горизонтальном сечении в районе леток выполнена в виде сегмента с увеличенной толщиной, равноудаленной от оси леток на угол α, равный 20-35°.

2. Доменная печь по п. 1, отличающаяся тем, что угол наклона заплечиков β составляет 73-77° и устанавливается исходя из высоты заплечиков H_З, которая соответствует соотношению H_З/D_Р=0,30-0,37.