Лещадь доменной печи и ее футеровка

Лещадь доменной печи выкладывают доменным лещадным кирпичом марок Д2, ДВ-1, ДВ-2 класса А, 1-го сорта на шамотно-глинистом мертеле (обыкновенном или пластифицированном) в сочетании с углеродистыми (коксоугольными) и графитированными на углеродистой пасте блоками или полностью из них. Графитированные блоки всегда размещают в основании лещади как более прочные и теплопроводные. Толщину швов при шамотной кладке допускают не более 0,5 мм, из углеродистых блоков 1,0-2,5 мм. Швы между кирпичами и блоками шириной до 40 мм заполняют углеродистой массой трамбовкой в горячем состоянии (до 130 °С). Футеровке лещади доменной печи предшествует тщательная подготовка материалов. Кирпич сортируют, соблюдая точность размеров, состояние его геометрии, правят или шлифуют. Это необходимо для выдерживания установленной толщины швов, строгой горизонтальности кладки и обеспечения точного выхода по высоте к основанию стен металлоприемника. Отклонение фактического расстояния от проектного (от основания лещади доменной печи до оси чугунной летки) по высоте не должно превышать 20 мм, а отклонение от горизонтали не более 5 мм. Для этого основание лещади перед началом кладки тщательно выравнивают густым шамотно-цементно-глинистым раствором. Его состав, об.%: шамотный порошок (фракцией 1,5 мм) 65; портландцемент или глиноземистый 30; молотая огнеупорная глина 5. Если в основание лещади доменной печи укладывают углеродистые огнеупоры, то выравнивание осуществляют углеродистой массой. В зависимости от применяемых огнеупорных материалов или их сочетания лещадь в современной отечественной практике выполняют по различным вариантам.

При использовании шамотного доменного кирпича марки Д2, поставленного на торец, тщательно отсортированного по толщине и прошедшего правку или шлифовку, различают следующие варианты: 1. Кладка горизонтальными рядами (рис. 1, а), крестом, без перевязки горизонтальных швов. Для ликвидации сквозных по всей высоте лещади вертикальных швов каждый ряд смещают по отношению к предыдущему на 30-45° вокруг вертикальной оси лещади. 2. Этот вариант отличается от варианта 1 тем, что кладку ведут не крестом, а параллельными рядами (рис. 1, б) также со смещением смежных горизонтальных рядов относительно друг друга. 3. Кладка крестом с перевязкой горизонтальных швов (рис. 1, б), причем в первом ряду чередуют укладку кирпича на торец и на ребро. В плане вариант 3 такой же, как и вариант 2 (рис. 1, г). В практике России, как правило, применяют вариант 1, в практике США - вариант 2. Вариант 3 со сквозными вертикальными швами сквозь толщу кладки лещади используют очень редко. Поверхность каждого ряда во всех вариантах перед кладкой следующего шлифуют специальными станками. Верхний ряд лещади выравнивают по периферийному кольцу, равному ширине стенки металлоприемника. Отклонение по вертикали допускается не выше 3 мм, а глубина впадин на ребрах и гранях — не более 2 мм. В процессе кладки толщину швов непрерывно контролируют. Между кладкой лещади и телом ее вертикальных холодильников делают зазор 75-150 мм, заполняемый материалом, утрамбованным в горячем состоянии горячими трамбовками. В качестве набивной массы используют высокоогнеупорные углеродистые массы примерного состава, %: кокс молотый 57, смола обезвоженная 20, графит 18, глина огнеупорная 5. Качество массы имеет большое значение, так как заполненный ею зазор является не только компенсационным для расширения кладки, но и продолжением массива лещади. Масса должна быть плотной, шлакоустойчивой, не растворимой в чугуне, высокоогнеупорной, с хорошей теплопроводностью и термостойкостью, способной защищать холодильники от прогара в случае проникновения к ним чугуна. Однако решающую роль играет масса единовременного подхода его к холодильникам. Для увеличения стойкости лещади применяли большемерный кирпич в виде блоков массой 200—300 кг. Блоки делали клиновидными и располагали таким образом, чтобы они заклинивались при укладке в целях предупреждения их всплывания. Заметного улучшения стойкости это не дало, несмотря на уменьшение количества швов и на выкладку иногда углеродистых блоков сверху. Применение углеродистых блоков в верхних рядах лещади мало способствовало ее прочности, так как укладываемые горизонтально три-четыре ряда блоков с креплением, так называемый «ласточкин хвост», всплывали. В современном исполнении кладка представляет собой углеродистый стакан с размещением в основании лещади вертикального ряда графитированных блоков, а по периферии углеродистых блоков, уложенных горизонтально на полную высоту лещади, а иногда и металлоприемника. Центр лещади при комбинированной кладке выполняют высокоглиноземистым кирпичом с содержанием 62% А1203 и выше. Вариант полностью углеродистых и комбинированных лещадей показаны на рисунке. Лещади, выполненные полностью из углеродистых материалов, перспективны, так как однородность материала наряду с его преимуществами обеспечивает лучшую стойкость. При углеродистой футеровке кладку ведут связыванием блоков углеродистой пастой, наносимой в нагретом состоянии. Горизонтальные поверхности и торцы блоков шлифуют, на боковых гранях делают насечку. Вертикальные швы заполняют углеродистой массой, нагретой до 120-150 °С. Взаимное расположение блоков делают с расчетом на предупреждение всплывания. Толстые вертикальные швы позволяют блокам расширяться за счет усадки набойки. Расширение и усадка взаимно компенсируются, т. е. монолитность массива не нарушается. Такой же метод кладки применяют при сооружении комбинированных лещадей в зоне укладки углеродистых огнеупоров. Разгар лещади при углеродистой кладке значительно меньше, чем при шамотной. Установлено, что на глубине примерно 1150 мм от поверхности лещади благодаря большей теплопроводности углеродистых и особенно графитированных блоков температура составляет 540—760 °С. На доменных печах объемом 3200 и 5000 м3 осуществлена кладка лещади и металлоприемника углеродистыми огнеупорами, на доменной печи объемом 5580 м3 лещадь комбинированная. Подлещадное воздушное охлаждение улучшило условия ее эксплуатации, осевые прорывы горна при этом практически ликвидированы. Большое значение имеют снижение температур пня фундамента и снятие с него термических напряжений. В зарубежной практике кладку лещади, как и в отечественной, выполняют комбинированной или цельноуглеродистой. Имеются два типа охлаждения снизу: твердым охладителем — материалом с высокой теплопроводностью (например, графит, имеющий теплопроводность 336 кДж/(м-ч-К)) и воздушным или водяным охлаждением. По мере увеличения объема печей иногда применяют водяное охлаждение. Так, на доменной печи в Швельгерне (ФРГ) с горном диаметром 14 м толщина лещади составляет 2 м, охлаждение проводят водой, циркулирующей по трубам, уложенным в слое графита. Количество отводимого тепла составляет 5 млн. кДж (1,2 млн. ккал/ч). Лещадь доменной печи фирмы «Юзинор» в Дюнкерке (Франция) с горном диаметром 14,2 м выполнена трехслойной: низ лещади шамотом, средняя часть клиновидными углеродистыми блоками и верхняя муллитом. Система охлаждения низа печи комбинированная. Между шамотом и фундаментом помещены плиты воздушного охлаждения, а между шамотом и углеродистыми блоками — трубы с циркулирующим по ним маслом с температурой 300 °С при атмосферном давлении. Таким образом, увеличение стойкости лещади при одновременном снижении ее высоты определяется не только высокотемпературными химическими характеристиками огнеупорных материалов, но и их теплопроводностью в сочетании с надлежащей интенсивностью охлаждения. В устройстве лещади на доменной печи завода «Спенсер» (США) предусмотрено использование чистого высокотеплопроводного графита (336 кДж/(м-ч-К)) в качестве твердого охладителя (рис. 5.25). Эта конструкция имеет защитную набивку по днищу лещади, обеспечивающую хороший отвод тепла и компенсацию расширения основной углеродистой кладки. С учетом температуры чугуна на уровне летки, температуры его затвердевания, соответствующей конечной изотерме 1150 °С, теплопроводности «козла» и кладки можно рассчитать глубину проникновения чугуна в лещадь. При этом критическим размером высоты лещади с воздушным или водяным охлаждением снизу является расстояние от оси чугунной летки до охлаждаемой поверхности. При обычной теплопроводности углеродистой кладки толщина сохраняющегося массива лещади составляет 35—40% этой высоты. Пользуясь данными расчета величины теплопередачи, можно значительно уменьшить высоту лещади. Такая конструкция, использующая зависимость стойкости лещади от ее теплопроводности, осуществлена в Хамборне (ФРГ) на печи с диаметром горна 9,4 и расчетной высотой 1,2 м при глубине «мертвого» слоя также 1,2 м. Кладка лещади состоит из блоков аморфного углерода теплопроводностью 12,6-21,0 кДж/(м-ч-К). Печь имеет испарительное периферийное охлаждение с двойным кожухом и воздушное охлаждение для низа лещади с расходом воздуха 35000-40000 м3/ч (рис. 5.26). Наличие глубокого «мертвого» слоя и лещади малой толщины считается наиболее рациональным. При этом наблюдают постепенное снижение температуры кладки лещади, что говорит о повышении ее теплопроводности и увеличении с течением времени эффективности охлаждения лещади снизу. Изотерма затвердевания чугуна (1150 °С) формируется в массиве лещади тем выше, чем интенсивнее ее охлаждение. Это предохраняет лещадь от так называемого осевого прогрева - наиболее тяжелого вида аварий в доменном производстве. Дополнительной защитой лещади служит глубина зумпфа (расстояние от оси чугунной летки до поверхности лещади), так называемого мертвого слоя чугуна. Глубина его принимается в размере 20% диаметра горна.