Доменный цех
Изобретение относится к области металлургии, в частности к выплавке жидкого чугуна в доменной печи. Доменный цех содержит доменную печь, установку горячего дутья, шихтовку и литейный двор. Доменная печь выполнена с диаметром горна от 5 до 10 м. В непосредственной близости от доменной печи расположена компактная шихтовка, объем которой рассчитан преимущественно на 3-4 часа, с заглубленными бункерами. На расстоянии 25-35 м от центральной оси доменной печи установлен транспортер с большим углом подъема для подачи сырьевых материалов в доменную печь. Литейный двор расположен в непосредственной близости от доменной печи. При использовании изобретения существенно сокращается пространство цеха, повышается экономическая эффективность производства чугуна. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к доменному цеху для непрерывной выплавки жидкого чугуна из по меньшей мере частично обогащенной железной руды, состоящему из доменной печи, выполненной в виде шахтной печи и свободно стоящей конструкции, без каркаса, а также соответствующих составных элементов, таких как установка горячего дутья, шихтовка и литейный двор.
Подобные доменные печи без каркаса известны. Так, напр., в "
", Taschenbuch 
Verlag von W.Ernst & Sohn, Berlin, 1961, на стр.528 описаны доменные печи без каркаса (американская конструкция), в которых шахта бронирована стальным листовым кожухом и поддерживается несущим кольцом опор, которые находятся вплотную к доменной печи.
Современная техника доменного цеха базируется на дизайне и размещении установок, которое на основе имеющейся техники и логичной необходимости ориентировано как на загрузку доменной печи сырьевыми материалами, так и на транспортировку жидких продуктов - чугуна и шлака.
Существующая технология ориентирована в общем и целом на применении доменной печи, которая оснащена каркасом для разгрузки самой конструкции печи по возможности от всех нагрузок. На этот каркас доменной печи опирается как вся конструкция верхней части печи вместе с колошниковым затвором, газоотводными трубами и предохранительными клапанами, включая выравниватель давления, так и загрузочный ленточный транспортер, по которому сырьевые материалы подаются на верхний конец доменной печи - колошниковую площадку.
Обычный на сегодняшний день доменный цех в силу большого оборота материалов (руды, восстановителей, флюсов → жидкого шлака, жидкого чугуна, колошниковой пыли) ориентирован на хорошие возможности транспортировки, причем отдельные составные элементы расположены соответственно на большой площади.
Из известных установок к доменному цеху наряду с доменной печью относится шихтовка, которая с помощью загрузочного ленточного транспортера соединена с доменной печью и расположена в соответствии с углом подъема загрузочного ленточного транспортера и в соответствии с высотой доменной печи (около 55-65 м) примерно в 300 м от нее. Далее, рядом с доменной печью находятся установка горячего дутья, в которой в настоящее время с помощью трех воздухонагревателей постоянно предварительно нагревается газ-продукт реакции (воздух для горения), а также установка обеспыливания и очистки колошникового газа. В общем и целом броня горна доменной печи охлаждается с помощью обычного струйного охлаждения.
В неопубликованной заявке на патент ФРГ (номер заявки 198243677) предлагается заменить скиповый подъемник либо загрузочный ленточный транспортер для подачи сырьевых материалов на колошниковую площадку транспортером с большим углом подъема, а в другой неопубликованной заявке (номер заявки 198168675) рекомендуется изготавливать расположенные между броней горна и огнеупорной стенкой доменной печи охлаждающие элементы из высокотеплопроводного материала для уменьшения опасности прорывов в процессе эксплуатации доменной печи.
Исходя из этого известного уровня техники, задачей изобретения является разработка нового компактного, требующего меньших затрат доменного цеха с печью, с помощью которого повышается экономичность производства стали, в том числе при небольшой пропускной способности.
Применительно к доменному цеху указанного вида поставленная задача решается отличительными признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
За счет технических решений изобретения, направленных как на компактное выполнение доменной печи, так и на компактное расположение наиболее важных, относящихся к доменной печи элементов или на компактное расположение в непосредственной близости от доменной печи, получается совершенно новый дизайн компактного доменного цеха. Есть возможность установки обычного струйного охлаждения горна.
В результате применения охлаждающих элементов в зоне горна доменной печи, находящейся под высокой тепловой нагрузкой, которые изготовлены из высокотеплопроводного материала, оптимально охлаждается броня доменной печи в этой подверженной прорывам зоне. В результате опасность нарушения охлаждения вместе с локальным перегревом в сочетании с нарушением прочности материала более не существует. Отсюда непосредственно следует, что особенно броня доменной печи находится под нагрузкой, что в любом случае можно отказаться от прежде необходимого и дорогостоящего каркаса. Требуемые рабочие площадки могут быть закреплены непосредственно на броне печи. Вся конструкция верхней части печи вместе с колошниковым газовым затвором, газоотводными трубами и предохранительными клапанами, включая выравниватель давления, опирается на броню доменной печи.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения обычный дорогостоящий колошниковый затвор образуется при этом вращающимся лотком простой конструкции, в котором нет механизма опрокидывания, а угол его наклона исключительно жестко юстирован в соответствии с размером печи. Это дает преимущество, в частности, небольшим доменным печам, заключающееся в том, что можно значительно проще сконструировать привод колошникового газового затвора (балку вращающегося лотка), а с помощью имеющейся перемещающейся в радиальном направлении плиты колошника можно управлять распределением материала.
Согласно изобретению при выполнении компактной доменной печи более не требуется также опирание загрузочного ленточного транспортера на доменную печь или на ее каркас, так как загрузочный ленточный транспортер заменяется транспортером с большим углом подъема, которому не требуется опора и который расположен в непосредственной близости от доменной печи. Расстояние между транспортером с большим углом подъема и центральной осью доменной печи составляет примерно 25-35 м. Тем самым становится также возможным установка шихтовки в непосредственной близости - обычно в известных доменных цехах расстояние между зданием шихтовки и доменной печью составляет примерно 300 м, в результате чего согласно изобретению достигается значительная экономия площади под доменный цех.
Но и сама шихтовка выполнена также преимущественно более компактной за счет того, что рабочий объем и аккумулируемый объем материалов, рассчитываемый обычно на 10-12 часов работы, сократился преимущественно до 3-4 часов. Это достаточно для удовлетворения неизменной потребности цеха, так как режим эксплуатации оптимально контролируется с помощью установленной автоматической и управляющей аппаратуры.
В силу того, что на доменной печи предусмотрена только одна летка (состоящая только из одного комплекта пушек для закрывания и вскрытия летки), то конструкция литейного двора может оказаться преимущественно намного меньше (более компактной), а тем самым требующей меньших затрат. При этом согласно изобретению литейный двор расположен в непосредственной близости от доменной печи и спроектирован таким образом, чтобы можно было отказаться от рельсовой системы для откатки жидкого чугуна и жидкого шлака. Через систему желобов жидкий чугун подается соответственно в большие тележечные котлы и вывозится, в то время как жидкий шлак подается на шлаковую постель и/или на гранулирование.
За счет применения установки горячего дутья согласно изобретению предпочтительно только с двумя воздухонагревателями представляется возможным построить более компактный доменный цех. Установленная в нем автоматическая и управляющая аппаратура обеспечивает оптимально годовое производство чугуна как минимум примерно 1 млн. т при меньших затратах.
С технической точки зрения конструкция компактной доменной печи в сочетании с компактной шихтовкой, компактным литейным двором (и его компактным расположением в непосредственной близости от доменной печи) за счет установки транспортера с большим углом подъема в этой комбинации дает совершенно новый доменный цех, в котором значительно сокращаются затраты на современную и надежную сталеплавильную печь.
В частности, компактный цех подобного типа приспособлен к так называемым мини-заводам. Таковыми являются сталелитейные мини-заводы с годовым производством стали примерно 0,5-2 млн. т. На подобных заводах, которые до сих пор работают на базе металлизации железнорудных материалов и/или переплавке скрапа в дуговых электропечах (ДЭП) и преобретают все большее значение из-за более высокой гибкости и экономичности, можно использовать предпочтительно компактный доменный цех, как это предлагается изобретением.
Другие подробности, признаки и преимущества изобретения поясняются более подробно на примерах выполнения, показанных на чертежах, где на
фиг.1 изображен вид сбоку части компактного цеха;
фиг.2 - в увеличенном масштабе вид верхней части доменной печи согласно фиг.1;
фиг.3 - в увеличенном масштабе вид нижней части доменной печи с литейным двором согласно фиг.1 с поворотом на 90°;
фиг.4 - схематично план компактного доменного цеха.
На фиг.1 и 2 показан вид сбоку части компактного доменного цеха с доменной печью 10. Между огнеупорной стенкой 11 доменной печи и ее броней 12 расположены охлаждаемые водой охлаждающие элементы (на чертеже не изображены), в результате чего по причинам эксплуатационной надежности может оказаться ненужным обычный каркас доменной печи, поэтому нагрузки, которые несет каркас, через опоры 23, 24 (фиг.2) и несущее кольцо 22 переносятся полностью на броню 12 доменной печи. Все эти конструктивные узлы с колошниковым затвором 14, газоотводной трубой 15, предохранительным клапаном 16 и подвижной плитой 17 колошника (фиг.2), а также верхний конец 21 транспортера 20 с большим углом подъема, который установлен в непосредственной близости от доменной печи 10 на расстоянии от ее центральной оси примерно 25-35 м, представляют собой конструкцию верхней части печи. За счет применения транспортера 20 с большим углом подъема вместо загрузочного ленточного транспортера для подачи сырьевых материалов на колошниковую площадку 13 шихтовку 30 можно располагать в непосредственной близости от доменной печи 10.
Наряду с компактным расположением шихтовки 30 рядом с доменной печью сама шихтовка также выполнена компактной, так как рассчитана на рабочий объем материалов на 3-4 часа. Она состоит, например, из заглубленных бункеров 31, заполняемых сверху сырьевыми материалами из грузовых автомобилей, откуда они выгружаются с помощью ленточных транспортеров 34, а транспортером 33 шихтовки с большим углом подъема подаются в бункеры 32, расположенные на высокой отметке. С помощью конвейерных лент 35 и транспортера 20 с большим углом подъема сырьевые материалы подаются затем на колошниковую площадку 13 доменной печи 10.
Точно так же в непосредственной близости от доменной печи 10 находится соединенная с ней через газоотводную трубу 15 установка 25 для обеспыливания и очистки колошникового газа, из которой часть очищенного колошникового газа по трубопроводу 26 подается в установку 40 горячего дутья (фиг.4).
На фиг.2 показан разрез верхней части доменной печи 10 в увеличенном масштабе. В силу увеличения на ней лучше показана опирающаяся на броню 12 доменной печи конструкция ее верхней части с мараторным кольцом 22 и опорами 23, 24, с помощью которых создается надежная опора для верхнего конца 21 транспортера 20 с большим углом подъема, газоотводной трубы 15, а также предохранительных клапанов 16. Далее на фиг.2 показаны колошниковый затвор 14, который в данном примере выполнения является конусным затвором, а также подвижная плита 17 колошника.
Точно так же на фиг.3 изображена несколько в более увеличенном по сравнению с фиг.1 масштабе нижняя часть доменной печи 10. На ней схематично показаны летка 18 и литейный двор 50 с системой 52 желобов, по которым жидкий чугун в силу их естественного наклона стекает в тележечные котлы 51. Над системой 52 желобов находится вытяжной зонт 57, который соединен с установкой 56 обеспыливания (фиг.4), так что поднимающийся при выпуске пар улавливается и подготавливается к выпуску в безвредном для окружающей среды виде.
На фиг.4 изображен план компактного доменного цеха согласно изобретению вместе с его важнейшими составными элементами. Основным элементом цеха является доменная печь 10, вокруг которой группируются на по возможности небольшом удалении другие элементы, являющиеся наиболее важными для эксплуатации доменной печи. Как уже было указано касательно фиг.1, в непосредственной близости от доменной печи находится шихтовка 30 с заглубленными бункерами 31 и бункерами 32, расположенными на высокой отметке, из которых по транспортеру 20 с большим углом подъема в доменную печь 10 подаются необходимые сырьевые материалы.
Точно так же в непосредственной близости от доменной печи 10 находится литейный двор 50 с системой 52 желобов, по которым полученный чугун направляется в котлы 51 (фиг.3), а шлак - на шлаковую постель 53 и/или его гранулирование 54. Установка 55 для подготовки воды расположена с целью подачи грануляционной воды рядом с гранулированием 54 шлака. Расположенная рядом с литейным двором 50 установка 56 обеспыливания соединена с литейным двором 50 и с шихтовкой 30 и обеспечивает в процессе эксплуатации доменной печи 10 безупречное удаление пыли из литейного двора 50 и шихтовки 30.
Необходимый для работы доменной печи 10 горячий воздух, который через фурмы 42 (фиг.1) вдувается в нижнюю часть доменной печи, производится в расположенной также рядом с ней установкой 40 горячего дутья, предпочтительно в двух воздухонагревателях 41. Необходимой для работы установки 40 горячего дутья тепловой энергией обеспечивает обеспыленный и очищенный колошниковый газ. Для этого колошниковый газ, очищенный в установке 25 обеспыливания и очистки, по трубопроводу 26 подается в установку 40 горячего дутья.
Другой составной частью компактного доменного цеха согласно изобретению является наконец пункт 60 управления, откуда с помощью установленной автоматической и управляющей аппаратуры осуществляется наблюдение и контроль за режимом работы доменного цеха.
Изображенные на фигурах варианты осуществления компактного доменного цеха, в частности расположение его составных элементов в плане фиг.4, представляют собой только возможные примеры применения изобретения. Само собой разумеется, они могут соответственно изменяться в зависимости от требований и существующих местных условий, если сохраняются признаки изобретения, как они сформулированы, в частности в пункте 1 формулы изобретения.
1. Доменный цех для непрерывной выплавки жидкого чугуна из, по меньшей мере, частично обогащенной железной руды, включающий доменную печь, выполненную в виде шахтной печи, а также соответствующие составные элементы, такие, как установка горячего дутья, шихтовка и литейный двор, в котором доменная печь выполнена компактной и имеет годовую производительность от 0,5 до 2 млн т чугуна в год, причем доменная печь (10) выполнена с диаметром горна от 5 до 10 м и имеет самонесущую конструкцию брони доменной печи, при этом в непосредственной близости от доменной печи (10) расположена компактная шихтовка, объем которой рассчитан преимущественно на 3-4 ч, с заглубленными бункерами 31 и бункерами 32, расположенными на высокой отметке, причем на расстоянии от центральной оси доменной печи примерно 25-35 м установлен транспортер (20) с большим углом подъема для подачи сырьевых материалов в доменную печь, причем литейный двор (50) спроектирован и расположен в непосредственной близости от доменной печи (10) таким образом, что чугун по системе (52) желобов подается прямо в соответственно большие ковши (51), а шлак - непосредственно на шлаковую постель (53) и/или на его гранулирование (54), а установка (40) горячего дутья эксплуатируется предпочтительно только с двумя воздухонагревателями (41).
2. Доменный цех по п.1, отличающийся тем, что вся конструкция верхней части доменной печи (10) с колошниковым затвором (14), выполненным вращающимся лотком с жестко установленным углом наклона без механизма опрокидывания, газоотводной трубой (15) и предохранительными клапанами (16), включая выравниватель давления, опирается на броню (12) доменной печи.
3. Доменный цех по п.1 или 2, отличающийся тем, что он оснащен доменной печью, которая в зонах заплечиков, распара и в нижней части шахты между огнеупорной стенкой (11) печи и броней (12) печи снабжена охлаждаемыми водой охлаждающими элементами из высокотеплопроводного материала.
4. Доменный цех по п.1 или 2, отличающийся тем, что для выпуска жидкого чугуна из доменной печи установлена только одна летка (18) только с одним комплектом пушек для закрывания и вскрытия летки.
5. Доменный цех по п.2, отличающийся тем, что колошниковый затвор (14) доменной печи кинематически соединен с подвижной в радиальном направлении плитой (17) колошника.
6. Доменный цех по п.1, отличающийся тем, что доменная печь (10) и шихтовка (30) соединены друг с другом посредством установленной автоматической и управляющей аппаратуры.
7. Доменный цех по п.1, отличающийся тем, что он предназначен для производства чугуна на так называемых мини-заводах, в частности сталелитейных мини-заводов.
