Доменная печь. Разрез доменной печи и варианты схем печей показаны на рис. 13.4 и 13.5. В доменной печи с колоннами, доведенными только до уровня мораторного кольца (рис. 13.5а), нагрузка от колошникового устройства, площадок и газоотводов передается непосредственно на кожух. Открытый доступ к кожуху облегчает обслуживание, однако такая передача нагрузки ухудшает условия работы засыпного аппарата из-за неизбежных перекосов кожуха вследствие неравномерного нагрева и может вызвать аварию печи при его перегреве. Кроме того, при капитальных ремонтах печей часто требуется демонтаж и восстановление колошникового устройства.

Печь с колоннами шахты, установленными на колоннах горна, приведена на рис. 13.5fr Между верхом колонн и куполом предусмотрен зазор, так чтобы колонны включались в работу только в случае перегрева металла кожуха шахты до потери им несущей способности и при ремонтах печи. Колонны шахты из-за наличия связей затрудняют доступ к кожуху, смену холодильников, ремонт конструкций и т.п. В части доменных печей, построенных по этой схеме, купол был сделан грибообразным. Копер и колошниковая площадка опираются на купол с помощью консолей. Газоотводы опираются только на купол печи.

Доменная печь, купол которой отделен от шахты листовым компенсатором, показана на рис. 13.5 в. Нагрузка от купола, опирающихся на него газоотводов и колошникового устройства передается непосредственно на колонны шахты, которые являются продолжением колонн горна. На ряде печей рассматриваемой схемы отказались от установки связей на колоннах шахты, обеспечив неизменяемость системы созданием пространственного рамного каркаса с использованием элементов площадок шахты, конструкции мораторного кольца, нижней площадки и первых поясов шахты (создающих кольцевую балку швеллерного сечения) для перераспределения нагрузки от колонны шахты на соседние колонны горна в случае пережега чугуном нижестоящей соосной колонны горна.

Доменная печь с колошниковым устройством, опирающимся на колонны шахты (рис. 13.5 г), была применена в проектах типовых доменных печей объемом 1033- 1719 м3. Рамы копра опираются непосредственно на колонны шахты. Между колоннами установлена шестигранная пространственная ферма, являющаяся основой колошниковой площадки. Шесть колонн шахты не имеют связей и жестко прикреплены в нижней части к кожуху. Значительным достижением рассматриваемого решения является использование конструкции кольцевой балки швеллерного сечения, дающей возможность размещать колонны шахты, независимо от расположения колонн горна. Это позволяет унифицировать конструкцию доменных печей, поскольку их верхние части, выше моратора, становятся независимыми от планировки цеха, и меняется только угол поворота шестигранника колонн шахты относительно оси чугунной летки.

В доменной печи с четырьмя колоннами, удаленными от горна и несущими шахту и колошниковое устройство (рис. 13.5д), свободное у печи пространство облегчило обслуживание горна и шахты, но зона заплечиков оказывается загроможденной конструкциями, передающими нагрузку от веса шахты на колонны. Главным недостатком этой печи является недостаточная прочность балок и других конструкций, предназначенных для передачи нагрузки от шахты на колонны печи в стадии разрушения футеровки; размеры же конструкции необходимой прочности затрудняли бы доступ к кожуху заплечиков по всей высоте. Применение такой системы за рубежом объясняется менее интенсивной эксплуатацией доменных печей, что сохраняет на более длительное время футеровку шахты.

Доменная печь, предназначенная для работы на рудах, содержащих цинк, изображена на рис. 13.5е. Особенностью режима эксплуатации таких печей является то, что испаряющийся в горне цинк поднимается наверх, проникает там в швы и поры кладки и, охлаждаясь, оседает в виде твердых прослоек (обычно в распаре и нижней части шахты) с последующим образованием цинкита. При охлаждении прослойки


увеличиваются в объеме и распирают кладку, что приводит к разрывам кожуха. Интенсивность разрушения и область распространения дефектов зависят от состава шихты, режима технологического процесса, конструкции кладки и охлаждения. На ряде заводов трещины в кожухе появляются уже через полгода эксплуатации, причем зачастую в зоне кожуха шахты, входящей в состав кольцевой швеллерной балки (рис. 13.5г). Это явление может привести к серьезной аварии, так как поврежденная конструкция не сможет передать нагрузку от колонн шахты на колонны горна.

Приведенные обстоятельства вызывают необходимость оттирания колонн шахты непосредственно на колонны горна, вследствие чего колонны рам копра обычно не совпадают в плане с колоннами шахты. Для передачи нагрузки от копра на колонны в уровне колошниковой площадки предусмотрена кольцевая балка, способная работать как на изгиб, так и на кручение. При таком решении допускается возможность установки копра под любым углом к колоннам печи вне связи с расположением ее леток и фурм. Сохраняя все преимущества схемы, приведенной на рис. 13.5г, описываемое решение обеспечивает прочность и надежность конструкций даже в случае появления трещин в кожухе печи. На рис. 13.5 ж изображена доменная печь с такой схемой, но при уменьшенном количестве колонн, получившая широкое распространение в типовых печах 2000 м3 и больших объемов. Рост объемов и форсирование режимов работы печей вызывает необходимость увеличения количества ее фурм и леток, что создает затруднение для установки колонн горна, усложняет осуществление механизации трудоемких работ у горна печи. В то же время опыт эксплуатации печей свидетельствует о том, что колонны горна во время эксплуатации фактически не воспринимают веса вышерасположенных конструкций (кожуха, кладки, холодильников) и шихты, а обычно испытывают растягивающие напряжения, вызываемые вертикальным термическим расширением кладки и внутренним давлением газа, передаваемым на колонны через болты, крепящие мораторное кольцо к их оголовку. Приведенные соображения позволили уменьшить количество колонн до четырех. Сами колонны несут нагрузку только от колошникового устройства (при незатянутых болтах растяжение в колоннах не возникает) и предназначены для восприятия веса шахты при ремонтах с полной заменой кожуха горна.

Самонесущая безмораторная доменная печь изображена на рис. 13.5з. Наличие разрезающего кожух мораторного кольца ограничивало величину внутреннего давления в печи. С целью устранения этого недостатка были запроектированы печи без мораторного кольца (или с узким кольцом), конструкция которых практически не ограничивает величины внутреннего давления газовой среды. Вокруг кожуха устанавливаются четыре самостоятельных колонны, предназначенные как и в предыдущем случае, для восприятия веса колошникового устройства и для использования при ремонтах. Для этого предусматривается ложный моратор, с помощью которого вес верхней части печи при ремонтах передается на колонны. Одновременно ложный моратор развязывает колонны в горизонтальной плоскости.

Бесколонная печь на рис. 13.5 и стала возможной при внедрении бес конусного засыпного аппарата и является дальнейшим развитием положений, изложенных при описании печи по рис. 13.5з. Кожух печи самонесущий безмораторный. Вес засыпного аппарата передается только на кожух печи, а ремонтные и обслуживающие площадки колошника, перекосы которых от термических деформаций не влияют на прочность и надежность конструкции и не отражаются на производительности печи, крепятся к ее газоотводам. Колонны печи отсутствуют, что обеспечивает доступ к ее кожуху и возможность механизации работ у горна. Колошниковая площадка одновременно является кровлей здания и опирается на его рамы. Кольцевой воздухопровод горячего дутья вместе с внутренней подкрановой балкой кольцевого крана литейного двора опирается на кольцевую эстакаду.