БАЙШЕВ Ю.П.

Уральская государственная архитектурно-художественная академия,

г. Екатеринбург.

НОВЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ И ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ

Важную роль в повышении прочности и надежности конструкций доменных печей и воздухонагревателей, наряду с натурными, экспериментальными и теоретическими исследованиями, играет совершенствование их конструктивных решений.

Разработаны (в соавторстве) конструктивные предложения и технологические рекомендации, защищенные патентами и авторскими свидетельствами на изобретения [1].

Конструктивные предложения.

Предложен кожух доменной печи, содержащий соединенные на сварке пояса (царги) из карт переменной кривизны, отличающийся тем, что с целью повышения трещиностойкости за счет большей деформативности кожуха, пояса выполнены из карт с выпуклостью наружу и карт в форме плоских листов или из карт переменной кривизны с чередованием выпуклости наружу и внутрь печи. Благодаря большей податливости кожуха, напряжения в нем от термического расширения футеровки и холодильников меньше, чем в кожухе типовой конструкции, что снижает вероятность образования трещин [2].

Разработана конструкция многослойного кожуха, отличающаяся тем, что с целью повышения прочности, трещиностойкости и локализации возможных трещин карты кожуха выполнены в виде многослойных пакетов из тонких стальных листов. При этом может варьироваться кривизна листов, класс прочности стали всех или отдельных слоев, количество и толщина слоев. Рекомендуемая толщина листов 6-12 мм, количество слоев в пакете 3-8. Выполнение карт кожуха в виде многослойных пакетов приводит к локализации образовавшихся трещин в отдельных слоях и сохранению в этом случае герметичности и определенной прочности кожуха. В связи с существенно меньшей толщиной отдельных слоев многослойного кожуха по сравнению с толщиной кожуха типовой конструкции уменьшаются количество дефектов в прокате, анизотропия механических свойств и химического состава, сварочные напряжения и деформации, повышаются прочность, пластичность и трещиностойкость стали, качество сварных соединений. Предложен также вариант с трубчатыми компенсаторами в горизонтальных (кольцевых) стыках кожуха [3].

Разработана конструкция днища лещади, содержащего стальные листы (карты) с компенсаторами в сварных стыках, отличающегося тем, что с целью повышения газоплотности днища листы выполнены в виде радиальных секторов, а компенсаторы имеют трубчатое сечение. Рекомендуемые толщина днища 12-16 мм, толщина стенок компенсаторов 4-8 мм, диаметр трубчатых компенсаторов 80-110 мм. Податливость конструкции стального днища с компенсаторами повышает его трещиностойкость и газоплотность в условиях воздействия неравномерных температурных полей. Предложен также вариант, в котором осуществляется дополнительное охлаждение низа лещади воздухом через трубчатые компенсаторы днища [4].

Разработана конструкция днища лещади, содержащего балочный каркас из парных швеллеров, соединенных сварными швами снизу через подкладку и листовой настил, уложенный на швеллеры сверху, отличающегося тем, что с целью повышения газоплотности и трещиностойкости днища за счет обеспечения большей свободы его температурных деформаций и уменьшения коробления, швеллеры выполнены криволинейными, а листовой настил имеет дополнительные стыковые накладки. При этом швеллеры расположены по концентрическим окружностям и герметично соединены сварными швами с настилом, а кольцевые стыковые накладки привариваются к настилу только с одной стороны. Рекомендуемые толщина днища 12-16 мм, толщина накладок, подкладок и компенсаторов 6-8 мм, высота швеллеров 180-220 мм. При температурных деформациях днище имеет определенную свободу перемещения в радиальном направлении за счет изгибной податливости стенок швеллеров. С целью увеличения деформативности днища в кольцевом направлении предусмотрены стыки между швеллерами, в которых устраиваются гофрированные компенсаторы Г-образного сечения (вариант – компенсаторы V-образного сечения) [5]. Разработана конструкция футеровки доменной печи, содержащая многослойную огнеупорную кладку из кирпичей, уложенных на ребро, выполненную без перевязки вертикальных швов между слоями, компенсационный слой, расположенный между кожухом и кладкой, и защитный слой из огнеупорного кирпича, уложенного на плашку, расположенный со стороны рабочего пространства печи. Для повышения газоплотности швы смежных слоев смещены относительно друг друга. Предложенная футеровка с целью повышения ее стойкости и газоплотности содержит стальную решетку, расположенную между компенсационным слоем и футеровкой. Стальная решетка состоит горизонтальных полосовых бандажей и вертикальных круглых стержней. Рекомендуемая толщина футеровки равна толщине типовой футеровки. Рекомендуемые параметры стальной решетки: сечение бандажей 50x6 -70x10, шаг . 200-300 мм; диаметр стержней 8-10 мм, шаг 300-400 мм [6].

Предложена конструкция холодильника, содержащая чугунную плиту с залитыми в нее стальными трубками водяного охлаждения и ребрами на рабочей поверхности и огнеупорный кирпич между ребрами. Холодильник отличается тем, что с целью повышения его стойкости, за счет уменьшения площади контакта чугунной поверхности с шихтовыми материалами и улучшения условий закрепления огнеупорных кирпичей на рабочей поверхности холодильника ребра выполнены в форме трехгранных горизонтальных призм. При этом нижние грани ребер наклонены под большим углом, чем верхние, а кирпичи выполнены клиновидной формы. Рекомендуемый радиус закругления между гранями смежных ребер составляет О1-0,3 расстояния между вершинами ребер. Эта конструкция холодильника обладает также способностью к самофутеровке шихтовыми материалами в случае разрушения огнеупорных кирпичей в период эксплуатации [7].

Разработана конструкция устройства для охлаждения футеровки доменной печи, включающая холодильник-кронштейн, содержащий корпус с внутренней трубкой охлаждения, установленный в амбразуре и закрепленный в отверстии кожуха доменной печи. Устройство отличается тем, что корпус холодильника выполнен дугообразным, при этом труба охлаждения повторяет конфигурацию корпуса, которая может быть равна четверти или половине дуги окружности. В качестве варианта предложено охлаждающее устройство, содержащее два холодильника-кронштейна. Преимуществом предлагаемой конструкции является то, что поврежденный холодильник может быть заменен без остановки печи [8].

Предложена конструкция узла крепления холодильника к кожуху, отличающаяся тем, что с целью уменьшения концентрации напряжений в кожухе и повышения его газоплотности узел крепления снабжен тарельчатой пружиной, устанавливаемой (на болт или шпильку) между кожухом и холодильником. Устройство тарельчатого компенсатора в узле снижает уровень местных напряжений в кожухе при температурных деформациях холодильника [9].

Предложена конструкция узла крепления холодильника к кожуху, отличающаяся тем, что с целью уменьшения концентрации напряжений в кожухе и повышения его газоплотности узел крепления снабжен (вместо болта) шпилькой с гофрированным фланцем, расположенным между кожухом и холодильником. Податливость гофрированного фланца шпильки обеспечивает снижение усилия, передаваемого от холодильника к кожуху при температурных деформациях холодильника [10].

Предложена конструкция воздухонагревателя со встроенной камерой горения, отличающаяся тем, что с целью повышения трещиностойкости кожуха и стойкости футеровки футеровка радиальной стены и камеры горения усилена бандажами из жаропрочной стали. При этом бандажи футеровки камеры горения соединены с бандажами футеровки радиальной стены стальными стержнями. Усиление бандажами ограничивает радиальные перемещения футеровки при нагреве, повышает ее газоплотность и снижает давление футеровки на кожух. Соединение бандажей футеровки камеры горения и радиальной стены между собой в значительной степени уменьшает наклон футеровки камеры горения в сторону насадки. В предложенной конструкции ВН кожух может быть составлен из отдельных царг, стыкуемых между собой на фланцах, снабженных газоплотными прокладками и соединенных болтами [11].

Технологические рекомендации.

Разработан способ ремонта кожуха, включающий локальный нагрев кожуха с образованием полос нагрева, выдержку при нагреве, охлаждение и заварку трещины. Отличие от известных способов ремонта состоит в том, что локальный нагрев осуществляется вдоль контура трещины с образованием центральной высокотемпературной и крайних низкотемпературных зон (полос) нагрева. Границы центральной зоны должны быть удалены по обе стороны от трещины на 400-500 мм, а внешние границы крайних зон удалены от границ центральной зоны на 100-200 мм. Нагрев центральной зоны ведется до 600-б40°С со скоростью 40-60°С/мин, а нагрев крайних зон соответственно до 200-300°С с той же скоростью. При этом на практике удобно сначала вести низкотемпературный нагрев полосы с границами, удаленными от контура трещины на 500-700 мм, а затем выполнять высокотемпературный нагрев центральной (более узкой) полосы. Выдержка после нагрева до 600-640°С составляет 10-20 мин, после чего производится охлаждение кожуха со скоростью 20-30°С/мин до температуры 50-100°С. Затем производится заварка трещины. Заданный режим нагрева кожуха обеспечивается регулированием рабочих параметров источника нагрева и применением съемной теплоизоляции. Двухзонный нагрев кожуха существенно снижает градиент термических напряжении и, наряду с восстановлением механических свойств стали в зоне высокого отпуска, снижает вероятность образования трещин при ремонтной сварке [12].

Предложен способ обогрева кожуха лещади, отличающийся тем, что с целью снижения вероятности хрупкого разрушения кожуха выполняется его обогрев воздухом, выходящим из системы воздушного охлаждения лещади. Для этого вокруг кожуха лещади устраивается кольцевой коллектор (канал), соединенный с системой воздушного охлаждения лещади с помощью дополнительных воздуховодов. Предложенный способ позволяет защитить кожух лещади от воздействия и колебаний отрицательных климатических температур, особенно опасных в осенне-зимний и зимне-весенний периоды [13].

Разработана технологическая инструкция по местной термической обработке (МТО) сварных соединений и охрупченного в процессе эксплуатации основного металла кожухов ДП и ВН, утвержденная дирекцией ММК в 1990г. Инструкция содержит общие положения, режимы термообработки, перечень необходимого оборудования и материалов, способы контроля температуры и качества термообработки, технологию МТО, требования техники безопасности. Инструкция распространяется на кожухи толщиной 20-60 мм, выполненные из сталей ВСтЗсп и 09Г2С. Местная термообработка выполняется по режиму высокого отпуска с целью снижения сварочных напряжений и улучшения служебных свойств сварных соединений и основного металла кожуха после длительной эксплуатации. Предусмотрено применение местного нагрева с использованием гибких кольцевых нагревателей сопротивления типа ГЭН и гибких электронагревателей комбинированного действия типа КЭН. В качестве источников питания применяется стандартное сварочное оборудование (трансформаторы, преобразователи, выпрямители и т.п.). Для контроля температуры МТО используются термоэлектрические пирометры. Требуемый температурный режим МТО обеспечивается регулированием рабочих параметров источников нагрева и применением теплоизоляционных матов.

Литература

1. Байшев Ю.П. Доменные печи и воздухонагреватели (конструкции, эксплуатационные воздействия, свойства материалов, расчеты). Екатеринбург: УрО РАН, 1996. - 994 с.

2. 2А.С. 1713933. Кожух доменной печи. Байшев Ю.П., Сорокин Л.А.,.Иванов Г.П., Гужов Н.И., Монастырское В.П., Б.И. № 7, 1992.

3. А.С. 1698299. Кожух доменной печи. Байшев Ю.П., Иванов Г.П., Гужов Н.И., Монастырское В.П., Б.И.№ 46, 1991.

4.А.С. 1786074. Днище лещади доменной печи. Байшев 10.П., Иванов Г.П., Яковлев Ю.В., Мона-стырсков В.П., Б.И. № 1,1993.

5. А.С. 1669987. Донышко низа лещади доменной печи. Байшев Ю.П., Иванов Г.П., Гужов Н.Й., Монастырское В.П., Б.И. № 30, 1991.

6.А.С. 1778193. Футеровка металлургических печей. Байшев Ю.П., Гужов Н.И., Иванов Г.П., Яковлев Ю.В., Б.И. № 44, 1992.

7. А.С. 1587064. Холодильник доменной печи. Байшев Ю.П., Иванов Г.П., Макаров Ю.Д., Малышев В.В., Б.И. № 31,1990.

8. Патент по заявке № 92005724/02. Устройство для охлаждения доменной печи. Иванова Н.Г., Байшев Ю.П., Иванов ГЛ., Турковский Г.Д. ВНИИГПЭ. М., 1992.

9. А.С. 1555368. Узел крепления холодильной плиты к кожуху доменной печи. Байшев Ю.П., Иванов Г.П., Федулов Ю.В., Гужов Н.И., Б.И. № 13, 1990.

10. А.С. 1571073. Узел крепления холодильной плиты к кожуху доменной печи. Байшев Ю.П., Иванов Г.П., Федулов Ю.В., Гужов Н.И., Б.И. № 22, 1990.

11. А.С. 1765178. Воздухонагреватель для доменной печи. Байшев Ю.П., Гужов Н.И., Иванов Г.П., Яковлев Ю.В., Б.И. № 36, 1992.

12. Патент по заявке № 92002260/02. Способ ремонта кожуха доменной печи. Байшев Ю.П., Го-рицкий В.М., Шнейдеров Г.Р., Зайцева Т.Г., Иванов Г.П., Корольков П.М. ВНИИГПЭ. М., 1992.

13. А.С. 1694650. Лещадь доменной печи. Байшев Ю.П., Савельев Ю.Л., Иванов ГЛ., Яковлев Ю.В., Б.И.№ 44, 1991.