Доменная печь — вертикальная печь шахтного типа. Внутри печь выложена огнеупорным кирпичом, сверху покрыта стальным кожу хом. Высота современных доменсоставляет 80 м и более. Доменная печь состоит из пяти основных частей: колошника, шахты, распара, заплечиков и горна.
Колошник доменной печи представляет собой комплекс металлоконструкций различного назначения. Газоотводы для равномерного отвода газа устанавливают в кратном количестве не менее четырех (на доменных печах 5000—5500 м3 сделано восемь газоотводов). Газоотводы соединяют попарно, выводят вверх на отметки, превышающие расположение остальных элементов доменной печи. Образующиеся вертикальные газоотводы называют свечами. В зависимости от принятой схемы колошникового устройства число свечей колеблется от двух до четырех. Свечи перекрывают так называемыми атмосферными клапанами, отрегулированными на определенное заданное давление газа в печи, при повышении которого они самопроизвольно открываются.
Рисунок 1. Атмосферный клапан на колошнике доменной печи
Атмосферный клапан колошника (см. рис.) состоит из клапана 7, седла 2, корпуса 3. Сопрягающиеся поверхности клапана и седла упрочняют твердыми сплавами и пришлифовывают. Верх корпуса выполняют вместе со стойками, несущими на себе ось 4, опирающуюся на подшипники качения. Двуплечий рычаг 5, опускающий и поднимающий клапан, закреплен на оси и соединен шарнирно с клапаном. К длинному плечу рычага присоединяют канат, идущий к лебедке атмосферного клапана, при помощи которого проводят маневрирование при текущих остановках и ремонтах. К другому плечу подвешен контргруз, рассчитанный на определенную величину давления в печи, при повышении которого клапан должен открываться и выпускать газ в атмосферу. Маневрирование клапанами при текущих остановках и ремонтах проводят при помощи специального привода. Высота свечей рассчитана на частичное оседание и возвращение в печь выносимой с газом колошниковой пыли. С этой целью им придается достаточно широкое сечение — до 0,4—0,5 площади сечения колошника в месте примыкания к куполу печи и до 0,25—0,30 в вышележащих сечениях. На верхней так называемой балансирной площадке колошникового копра для смены атмосферных клапанов и других деталей, а также для подъема различных грузов при ремонтах установлены консольно-поворотные краны грузоподъемностью до 6,5 т с вылетом стрелы 6750 мм и поворотом ее на 180°.
Копер колошникового устройства доменной печи - мощная конструкция, опираемая на колошниковую площадку, служит для крепления всех деталей колошникового устройства, в том числе и верха скипового моста или галереи наклонного транспортерного подъемника, кроме свечей и газоотводов. На копре колошника крепятся площадки для балансиров конусов засыпного аппарата, шкивов скипового подъема и обслуживания атмосферных клапанов, различных люков и заглушек на вертикальных газоотводах. К нему же присоединяются приемная направляющая воронка засыпного аппарата и консольная балка с грузоподъемной тележкой для обслуживания ремонтных работ на колошнике.
Засыпной аппарат устройство для загрузки сыпучих материалов в шахтные печи (доменные, обжиговые и др.). Шихта в засыпном аппарате подаётся скипами илитранспортёрами. Из приёмной воронки шихта поступает сначала на малый, а затем на большой конусы. Большой конус опускается при закрытом малом, что предотвращает прорыв газов из печи в атмосферу. Дляравномерной загрузки шихты по окружности колошника применяют вращающиеся распределители шихты.Двухконусная система загрузки позволяет предотвратить уход газа из доменной печи в атмосферу, так как при открытии одного из конусов другой находится в закрытом состоянии.Засыпной аппарат доменной печи работает в тяжелых условиях, подвергаясь ударам кусков шихты, истиранию потоками материалов и запыленных газов, а также воздействию высокой температуры. Поэтому конструкция деталей засыпного аппарата должна быть прочной, высокоизносоустойчивой, надежной в работе и обеспечивать скоростное выполнение ремонта. Приемная воронка засыпного аппарата предназначена для направления шихтовых материалов, выгружаемых из скипов в воронку малого конуса. У современных печей расстояние между осями путей, по которым движутся скипы, значительно (2500—3100 мм)шихта же из опрокидывающихся скипов должна попадать к оси малого конуса. Поэтому верхняя часть 1 приемной воронки выполняется расширенной, нижняя же заканчивается круглым выходным отверстием 2, расположенным над воронкой малого конуса. Для нормального ссыпания материалов угол образующей нижней части воронки составляет 45—50°. Приемная воронка изготавливается сварной из листовой стали. Для удобства монтажа она выполнена из двух половин с вертикальным разъемом. Внутренняя поверхность для предохранения от износа футерована сменными плитами из марганцовистой стали. Односторонняя выгрузка материалов из скипов приводит к образованию в воронке малого конуса одностороннего откоса, дающего неравномерную по толщине слоя укладку материалов. Кроме этого, при высыпании материалы сортируются по крупности: мелочь сосредоточивается на стороне высыпания, а крупные куски — на про тивоположной стороне. Такая неравномерность укладки материалов должна сохраняться при высыпании на большой конус и с большого конуса в печь, что несовместимо с равномерным распределением газо вого потока. Поэтому необходимо устанавливать над чашей большого конуса распределитель шихты, служащий для такого распределения материалов, при котором по окружности печи создавалось бы равномерное сопротивление проходу газов. Основным элементом распределителя является вращающаяся воронка, состоящая из двух частей: нижней литой из марганцовистой стали и верхней разъемной сварной из листа толщиной 20—30 мм, облицованной литыми чугунными плитами. Емкость воронки превышает емкость скипа на 15—30%. Нижняя и верхняя части воронки опираются фланцами на цельнолитой корпус 5, на фланцах которого закреплены конусные беговые дорожки 6. Верхняя беговая дорожка лежит на трех конических опорных роликах 7, поддерживающих воронку снизу. Сверху воронка поддерживается тремя контропорными и сбоку тремя упорными роликами. Все ролики свободно вращаются на осях, закрепленных в стойках 4,установленных на опорном коль це. Кольцо является опорной частью распределителя и крепится к верхнему фланцу газового затвора.
Конусы засыпного аппарата поднимаются и опускаются с помощью рычагов, носящих название балансиров. Балансиры представляют собой двуплечие рычаги, которые могут поворачиваться вокруг горизонтальной оси. К одному концу рычага присоединена штанга конуса, другой конец рычага через канатную передачу связан с приводом, установленным в машинном здании. Сочетание кругового движения балансира с прямолинейным движением конуса разрешается с помощью системы рычагов. Такая система обеспечивает принудительное открывание конусов, т. е. конусы открываются приводом, а закрываются под действием контргрузов.
Засыпной аппарат доменной печи: 1 — направляющая воронка; 2 — пустотелая штанга малого конуса; 3— распределитель шихты; 4 — газовый затвор; 5 — большой конус; 6 — руда; 7 — кокс; 8 — чаша большогоконуса; 9 — основное кольцо (колошниковый фланец); 10 — штанга большого конуса; 11 — малый конус; 12 — приёмная воронка; 13 — наклонный мост; 14 — скип.
Самой большой по высоте расширяющейся конической частью печи является шахта, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов.
Шахта доменной печи при современной интенсивности плавки является наименее стойкой частью строения печи. В зависимости от толщины футеровки шахты разделяют на три типа: толстостенные, средне- и тонкостенные. Определение рационального типа шахты связано с разными представлениями о средствах, обеспечивающих строительную прочность конструкции и оптимальное очертание рабочего профиля печи. Первое решение этой задачи — толсто- и среднестенная кладка, усиленная металлическим кожухом, и второе — металлический кожух, плитовые холодильники и гарнисаж при тонкостенной кладке, имеющей второстепенное значение.
Распар - элемент профиля доменной печи в форме цилиндра, расположен в средней части рабочей зон, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа. Для распара характерен наибольший диаметр. Назначение конструкции – увеличение печного пространства и ликвидация ненужного сырья. Здесь образуется пустая порода.
Заплечики- область печи, в которой расплавленная минеральная шихта омывает кладку вместе с газами, поступающими от фурменных очагов горения, где образуется восстановительный газ — монооксид углерода. Условия службы заплечиков тяжелы по термическому и химическому воздействию на них жидких и газообразных продуктов плавки в совокупности с силами трения о поверхность раскаленного кокса. В то же время температурный режим и жидкие фазы в заплечиках создают благоприятные условия для образования гарнисажа на футеровке, играющего защитную роль, поэтому при конструировании заплечиков преследуют цель либо максимального сохранения футеровки, либо создания заменяющего ее прочного гарнисажа. В доменной практике известны три основные конструкции заплечиков: тонкостенные — со сплошным металлическим кожухом и поверхностным охлаждением поливкой водой; толстостенные — с горизонтальной системой охлаждения в металлическом кожухе; тонкостенные заплечики — с вертикальной системой охлаждения в сплошном металлическом кожухе. Конструкцию с поверхностным охлаждением применяют главным образом в зарубежной практике; в Германии — при шамотной и углеродистой кладке. Для этого устраивают двойные кожухи, коробчатые холодильники, наружные карманы и другие приспособления.
Рисунок 1. Горн и заплечики доменной печи типовых проектов
Толстостенные заплечики (кладка 690—805 мм) применяли в типовом проекте доменной печи (Гипромез), а также на печах Кузнецкого и Магнитогорского металлургических комбинатов и некоторых других предприятий (рис. 1). Они были заимствованы из практики США, использующей их в ряде случаев и до настоящего времени. Работа доменных печей с повышенным давлением газа на колошнике создала объективные предпосылки для перехода на тонкостенную конструкцию заплечиков с вертикальными холодильниками, применявшуюся до этого на печах Украины, как имеющую большую герметичность и строительную прочность (рис. 2). Это обусловило ее преимущество, несмотря на меньшую охлаждающую способность по сравнению с системой горизонтального охлаждения.;
Цилиндрическая часть печи — горн, служит для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака.
Внизу горна расположены— чугунная и шлаковая летки. Нижняя часть, или дно, горна называется лещадью. Лещадь опирается на железобетонный фундамент печи. Стенки доменной печи выложены огнеупорным шамотным кирпичом. Огнеупорная кладка печи заключена в стальной кожух, который изготовляют из склепанных или сваренных между собой листов. Для повышения стойкости огнеупорной кладки производится охлаждение ее с помощью металлических холодильников, в которых циркулирует вода. В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом. На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C.
Рисунок фурмы