Курсовая работа: Проектирование системы охлаждения кессонов печи взвешенной плавки

- растворение и разъедание огнеупора шлаком, содержащим кремнекислоту;

- пропитывание футеровки штейном, окисление штейна в порах кирпича, сопровождающееся увеличением объёма и растрескиванием огнеупора;

- растрескивание огнеупора из-за температурных перепадов.

Растворимость компонентов хромомагнезитовой футеровки в силикатном шлаке невелика, но она усиливается в той зоне, где шлак непрерывно омывает футеровку.

Такими участками являются нижняя половина реакционной шахты и примыкающие к ней участки стен отстойника.

Для выполнения кладки допускается использовать только плотный, не имеющий трещин, внешних повреждений и искажения геометрии абсолютно сухой хромомагнезитовый кирпич. При плавке очень важна тщательная подгонка кирпичей с соблюдением минимальных зазоров.

В последние годы наибольшее распространение для футеровки плавильной шахты получили огнеупоры из плавленого хромомагнезита, имеющего минимальную пористость, так как это вид огнеупора приготавливается из клинкера.

Для повышения устойчивости огнеупорной кладки осуществляется её повсеместное охлаждение.

В настоящее время можно считать более или менее оптимальной следующую систему охлаждения реакционной шахты:

- верхняя часть шахты охлаждается орошением водой металлического кожуха, прилегающего к футеровке;

- в нижней части шахты охлаждение осуществляется медными закладными кессонами;

- внешняя поверхность кожуха верхней половины шахты охлаждается орошением водой;

- нижнюю часть кожуха шахты охлаждают орошением водой из дырчатых труб, подвешенных на двух уровнях. Охлаждающую воду собирают в приваренные к кожуху два желоба и отводят в канализацию.

Метод охлаждения плавильной шахты печи хоть и кажется примитивным, но хорошо зарекомендовал себя в практике действующих предприятий. Плёнка стекающей по кожуху воды надёжно и, главное, равномерно охлаждает кладку, создавая наилучшие условия работы огнеупоров.

На скорость износа огнеупоров в плавильной зоне в значительной степени влияет расстояние между медными кессонами. Чем чаще поставлены кессоны, тем дольше кладка выдерживает непрерывное воздействие расплава, однако, тем больше тепловые потери, и это неблагоприятно складывается на тепловом балансе и экономике плавки.

При правильном выборе расстояния между кессонами степень износа огнеупоров в первый год работы печи может составлять менее 100 мм. Во второй и третий год работы износ сокращается, так как увеличивается теплоотвод, и футеровка покрывается слоем магнетитового гарниссажа, который в значительной степени предохраняет её от дальнейшего разрушения. Удачно выбранное расстояние между кессонами и режим охлаждения позволяют продлить кампанию печи без остановки её на капитальный ремонт до 3 – 4 лет. Также на длительность срока службы футеровки существенно влияет режим плавки.

Если плавку ведут на богатый штейн, то процесс сопровождается образованием большого количества магнетита, который откладывается в виде настылей на охлаждаемых участках футеровки. По мере наращивания слоя магнетитовой настыли процесс стабилизируется и футеровка оказывается в благоприятных условиях, способствующих её длительной работе. Причём наибольший перепад температур наблюдается в тех местах, где футеровка изношена в большей степени. Именно на этих участках отлагаются значительные магнетитовые настыли, предохраняющие кладку от дальнейшего разрушения.

Иное положение наблюдается при плавке на бедный штейн, который способен растворить в себе большие количества магнетита. Бедный штейн получается в самом процессе, как правило, насыщенным по магнетиту. Стекающие по стенкам реакционной шахты струйки расплава растворяют в себе магнетитовую настыль и обнажают нижележащую футеровку, способствуя тем самым её интенсивному износу. В известной степени к такому же результату приводит излишний перегрев продуктов плавки в реакционной зоне при чрезмерном расходе топлива на подтопку.

Внешняя поверхность кожуха верхней половины шахты охлаждается орошением водой. Чтобы достичь желаемого охлаждения хромомагнезитовая футеровка должна плотно прилегать к кожуху. В нижней части шахты весь ”излишек” футеровки разъедается очень быстро и в дальнейшем устанавливается относительное равновесие, поэтому первоначальную футеровку следует выкладывать не более чем на 250 – 300 мм. Верхняя часть шахты достаточно надежна, защищена магнетитовой настылью и поэтому не требует значительного охлаждения. Вполне естественно, что, чем выше температура дутья, тем выше в реакционной шахте будет располагаться зона максимальных температур, и тем большую часть шахты необходимо будет футеровать с закладными медными кессонами.

Вес футеровки шахты передаётся на опорные пояса, роль которых выполняют кольцевые закладные кессоны, прочно скреплённые с кожухом шахты. Последний крепится к несущим конструкциям и, таким образом , шахта оказывается подвешенной без опоры на свод отстойной зоны печи.

Очень ответственным узлом печи является соединение плавильной шахты со сводом отстойной камеры. В равной степени это относится и к сочленению отстойника с аптейком. Соединение шахт с отстойной камерой выполняется из фасонного кирпича или из литого огнеупорного материала. В настоящее время в основном применяют литые огнеупоры, способ укладки которых проще, однако их следует интенсивно охлаждать, так как этот участок непрерывно подвергается действию стекающего расплава. К тому же нижний пояс плавильной шахты примыкает к выпуклому своду отстойника, и герметическая форма сочленения получается сложной.

На некоторых заводах футеровка соединительной части сверху охлаждается кессонами нижнего пояса шахты, а снизу кессонами, установленными между сводом и литыми огнеупорами. Внутри самой футеровки встроено кольцо из водоохлаждаемых медных литых профильных труб. Тепловое расширение между сводом отстойника и шахтой компенсируется температурными швами между сводом и футеровкой из литых огнеупоров.

Слабым местом такой конструкции является недостаточная устойчивость литого огнеупора против разъедания расплавом, поэтому в конструкции должно быть предусмотрено интенсивное охлаждение, которое обеспечило бы образование достаточно толстого слоя гарниссажа. Расход воды должен быть большим и подача воды должна осуществляться по двум параллельным системам, так как даже кратковременная остановка в подаче воды может привести к прогару соединения и выходу из строя всей печи.

Продолжительность срока службы критических точек футеровки печи, к которым прежде всего относятся сочленения шахт со сводом отстойника, зависит от надёжности охлаждения. Даже при непрерывной подаче воды возможно образование пробок за счёт отложения солей, взвеси или прекращение поступления воды в отдельные элементы при их перегреве и закипании воды с образованием паровых пробок. Кратковременное пребывание охлаждающего элемента в таком состоянии неминуемо приводит к его прогару и остановке печи. Для обеспечения бесперебойного охлаждения на печах взвешенной плавки организуют непрерывный автоматический контроль за давлением поступающей охлаждающей воды, её расходом, температурой отходящей воды по наиболее ответственным участкам печи. Кроме того, установка для подачи и регулирования охлаждающей воды должна быть снабжена аварийным быстродействующим насосом, автоматически включающимся при выходе из строя основной системы подачи воды.

1.3 Описание общей системы охлаждения. Система охлаждения холодной водой

До недавнего времени в металлургии единственной системой охлаждения печей являлось охлаждение холодной водой. Эта система применяется с древнейших времён и в принципе наиболее проста.

При охлаждении холодной водой применяют три схемы водоснабжения: прямоточную, оборотную и повторного использования.

В данной работе мы также рассматриваем систему охлаждения холодной водой. В охлаждаемую деталь поступает вода при температуре t_в.вх. =10 30⁰ С. Значение t_в.вх. определяется либо климатическими условиями, либо её предварительной подготовкой. В процессе охлаждения вода воспринимает тепловой поток, поступающий в деталь из рабочего пространства печи, и нагревается до некоторой температуры t_в.вых. . В подавляющем большинстве случаев температурный перепад невелик и составляет 5 30⁰ С. Коэффициент теплоотдачи от стенки детали к потоку воды достигает 10 тыс. ккал / (м² *ч*град ).

Величина _в определяется расходом воды и тепловой нагрузкой на деталь: