автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Доменные печи и воздухонагреватели

Проблема прочности и трещиностойкости конструкций доменных печей (ДП) и воздухонагревателей (ВН) обострялась, начиная с 60-х годов, в связи с интенсификацией процесса доменной плавки. Несмотря на определенный спад производства в настоящее время, есть основания полагать, что технический прогресс приведет к дальнейшему повышению технологических параметров доменной плавки. В связи с этим задача повышения несущей способности конструкций доменных печей и воздухонагревателей и, как следствие, увеличения межремонтных периодов этих агрегатов, остается актуальной.

В книге представлены материалы исследований, проектирования, эксплуатации и ремонта доменных печей и воздухонагревателей, непосредственно связанные с вопросами прочности конструкций, а также результаты проведеннных под руководством и при участии автора натурных, экспериментальных и теоретических исследований.

В монографии приведены общие сведения по основам доменного производства, рассмотрены конструкции ДП и ВН, эксплуатационные нагрузки и воздействия на них, вопросы повреждаемости и ремонта, дан обзор исследований теплового и напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкций, содержатся данные изучения свойств материалов конструкций до и после эксплуатации, методики и результаты расчетного определения общего и локального НДС кожухов ДП и ВН. хрупкой и циклической прочности, сварочных деформаций и напряжений, а также вопросы совершенствования конструктивных решений. В приложении помещены дополнительные материалы по рассмотренным вопросам.

Автор выражает глубокую признательность всем, кто принимал участие в совместных исследованиях или оказывал помощь в их проведении и будет благодарен читателям за сделанные замечания, предложения и пожелания.

Издание книги оказалось возможным благодаря спонсорской помощи ряда предприятий и организаций: Уралдомнаремонт-Совремэкса, Уралгипромеза, Уралдомнаремонт-Реммета, Сибпроектстальконструкции, Магнитогорского и Нижне-Тагильского меткомбинатов, Алапаевского и Чусовского метзаводов, Го-роблагодатского рудоуправления и др.

История развития доменного производства насчитывает около 600 лет. В России первые доменные печи построены в XVII веке: в 1631 году - в Ницинске на Урале и в 1637 году - под Тулой. В 1770 году Россия выходит на первое место в мире по производству чугуна и сохраняет его до 1805 года. Основная часть металла производилась на уральских заводах, где работали самые большие доменные печи.

До середины 40-х годов XX века проектированием доменных печей и воздухонагревателей занимались металлурги-доменщики, используя опыт эксплуатации. С конца 40-х годов вопросы проектирования стальных конструкций доменного комплекса были переданы институту Проектстальконструкция. В течение последующих трех десятилетий специалистами ЦНИИПСК с филиалами в Днепропетровске, Липецке, Новокузнецке и др. проведены комплексные промышленные, экспериментальные и теоретические исследования работы конструкций доменных печей, воздухонагревателей и других сооружений доменного комплекса. В результате была заложена научная база проектирования, обеспечившая создание современных конструктивных решений.

Одновременно с этим вопросы расчета и изготовления стальных конструкций доменного комплекса исследовались в МИСИ им.Куйбышева, ИЭС им.Патона, Гипростали и ряде других организаций.

Работы по проектированию футеровки и исследованию свойств огнеупоров, применяемых в доменных печах и воздухонагревателях, возглавил УкрНИИО, проектированию охлаждения доменных печей - ВНИПИЧЭО, проектированию оборудования доменных печей и воздухонагревателей - ВНИИМЕТМАШ. Генеральным проектировщиком сооружений доменного комплекса является ГИПРОМЕЗ.

Ряд работ по изучению условий эксплуатации и ремонту конструкций доменных печей и воздухонагревателей проведен также на меткомбинатах, метзаводах и в отраслевых институтах.

На основе проведенных крупномасштабных исследований были достигнуты значительные успехи в области домностроения. В 1974 году на Криворожском метзаводе сооружена крупнейшая в мире доменная печь № 9 полезным объемом 5000 м3 , с несущим кожухом и блоком воздухонагревателей, с выносными камерами горения.

Результаты работ этого периода в области проектирования стальных конструкций доменного комплекса обобщены в работах Н.С. Стрелецкого и др. [1], В.Я. Миллера, В.А. Корчагина, В.Г. Толоконникова [2], и E.H. Лессига, А.Ф. Ли-леева, А.Г. Соколова [3], а результаты промышленных, экспериментальных и теоретических исследований работы конструкций доменных печей и воздухонагревателей - в монографии Л.А. Сорокина [4].

Исследования, проведенные в последующие годы, способствовали новым достижениям. На базе работ ВНИИМТа запроектирован и построен в 1981 г. для доменной печи № 4 НТМК первый в мире бесшахтный воздухонагреватель с горелками в куполе. В 1985 г. введена в эксплуатацию крупнейшая в мире доменная печь № 5 Череповецкого меткомбината полезным объемом 5580 м3 с самонесущим кожухом и блоком из 4-х воздухонагревателей с выносными камерами горения. Для доменной печи № 2 Косогорского метзавода в 1989 г. построен блок из 2-х высокотемпературных воздухонагревателей с шаровой насадкой, не имеющий аналогов в мире.

За последние два десятилетия накоплен ценный опыт проектирования, изготовления, эксплуатации и ремонта доменных печей большого объема и воздухонагревателей новых конструкций. Получены новые данные по эксплуатационным воздействиям на конструкции доменных печей и воздухонагревателей. В определенной степени усовершенствована методика расчетной оценки несущей способности конструкций. Вместе с тем работ, обобщающих эти результаты, пока недостаточно. Из работ этого направления необходимо отметить монографию Н.П. Мельникова [5], в которой, в частности, дан обзор основных решений, примененных при проектировании, изготовлении и монтаже кожуха доменной печи № 9 КрСт , справочник [6] под ред. Н.П. Мельникова, в котором систематизирован опыт проектирования конструкций доменных цехов и газоочисток, книгу Ф.Р. Шкляра и др. [7], в которой обобщен опыт конструирования и технологических расчетов доменных воздухонагревателей, и монографию Г.А. Куди-нова [8], посвященную вопросам охлаждения современных доменных печей.

В связи с изложенным автором предпринята попытка отразить современное состояние исследований, проектирования, эксплуатации и ремонта доменных печей и воздухонагревателей с позиций прочности конструкций.

1. Стрелецкий Н.С., Беленя Е.И., Ведеников B.C. и др. Металлические конструкции. Специальный курс. М.: Изд-во лит.по стр-ву, 1965, 367 с.

2. Миллер В.Я., Корчагин В.А., Толоконников В.Г. Стальные конструкции комплекса доменной печи и газоочистки. М.: Изд-во лит. по стр-ву, 1965, 275 с.

3. Лессиг E.H., Лилеев А.Ф., Соколов А.Г. Листовые металлические конструкции. М.: Изд-во лит.по стр-ву, 1970, 488 с.

4. Сорокин Л.А. Работа конструкций доменных печей. М.: Металлургия, 1976, 352 с.

5. Мельников Н.П. Металлические конструкции. Современное состояние и перспективы развития. М.: Стройиздат, 1983, 544 с.

6. Металлические конструкции. Справочник проектировщика. Под. ред. Н.П.Мельникова. М.: Стройиздат, 1980, 776 с.

7. Шкляр Ф.Р., Малкин В.М., Каштанова С.П и др. Доменные воздухонагреватели. М.: Металлургия, 1982, 176 с.

8. Кудинов Г.А. Охлаждение современных доменных печей. М.: Металлургия, 1988, 256 с.

9. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н. и др. Металлургия чугуна. Учебник для ВУЗов. М.: Металлургия, 1989, 512 с.

10. Волков Ю.П., Шпарбер Л.Я., Гусаров А.К. Технолог-доменщик. Справочное и методическое руководство. М.: Металлургия, 1986, 264 с.

11. Целиков А.И., Полунин П.И., Гребеник В.М. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. Учебник для ВУЗов. Том 1. М.: Металлургия, 1987, 440 с.

12. Даньшин В.В., Черноусов П.И. Справочник рабочего доменного цеха. Челябинск: Металлургия, 1989, 320 с.

13. Якушев A.M. Основы производства и оборудования стелеплавильных и доменных цехов. Учебник для ВУЗов. М.: Металлургия, 1992, 424 с.

14. Коротич В.И., Братчиков С.Г. Металлургия черных металлов. Учебник для ВУЗов. М.: Металлургия, 1987, 240 с.

15. Полтавец В.В. Доменное производство. Учебник для техникумов. М.: Металлургия, 1982, 416 с.Глава 2. Конструктивные решения доменных печей и воздухонагревателей

16. Воздействие высоких температур; максимальная температура наблюдается в фурменной зоне.

17. Абразивный износ кладки движущейся шихтой.

18. Огнеупорная кладка подвергается абразивному износу от опускающихся материалов (кокса, железорудного материала, флюса, движущегося грязного газа).

19. Исключительно высокая огнеупорность.

20. Не смачиваются ни чугуном, ни шлаком (значит практически не реагируют с ними).