1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)

Журнал "Металлургическая и горнорудная промышленность" №2 за 1998г.ISSN 0543-5749.

 

Исследование термонапряженного состояния кожуха шахт доменных печей, изготовленных из крупногабаритных водоохлаждаемых модулей 

Чеченев В.А. - первый заместитель генерального директора ОАО "Днепродомнаремонт", к.т.н., чл.-корр. АИНУ


        Проведены исследования некоторых параметров работы новой конструкции системы охлаждения шахты доменной печи - крупногабаритных охлаждаемых модулей. Показаны преимущества новой конструкции по сравнению с традиционной, которые позволяют рекомендовать данное техническое решение для широкого внедрения. Ил.5. Табл. 2. Библиогр.: 10 назв.


конструкция доменной печи, система охлаждения, кожух доменной печи, напряжения, крупногабаритные охлаждаемые модули

        При традиционной конструкции стенки шахты доменной печи (кожух-холодильник-футеровка) в кожухе изготавливается большое количество отверстий под трубы для ввода и вывода хладагента (воды или пароводяной смеси), а также под элементы крепления холодильников (табл. 1).



        Отверстия изготавливаются путем газопламенной резки уже смонтированного кожуха шахты. Понятно, что в этих условиях трудно обеспечить точные геометрические размеры отверстий, необходимое их качество по толщине кожуха.
        Известно [1-5], что отверстия в кожухе, тем более выполненные методом ручной резки, являются концентраторами напряжений, что существенно снижает прочность и стойкость кожуха шахты печи. Стойкость зависит также от газоплотности кожуха, высокий уровень которой при традиционной технологии монтажа шахты обеспечить достаточно сложно. В основном именно сварные швы на шайбах и накладках, выполняемые на внешней стороне кожуха, являются местом продувов и образования трещин, что является причиной простоев печи и преждевременной остановки на ремонт. Так, в период наиболее высоких показателей работы доменных печей (1970-1985 г.г.) средняя длительность их кампании составляла 6,3 года, причем для печей с полезным объемом 2000-2700 м3 - 3-5 лет, объемом 5000 м 3 - до 7 лет. Известны случаи, когда до 30% холодильной шахты выходило из строя после двух лет работы печи, что требовало применения наружного полива кожуха.
        Внедряемая на протяжении последних 15 лет новая конструкция шахты, изготавливаемая из крупногабаритных охлаждаемых модулей [6, 7], позволила устранить недостатки, присущие традиционной конструкции.
        Охлаждаемый модуль представляет собой часть кожуха шахты, на котором монтируются толстостенные стальные трубы охлаждения, а пространство между ними заполняется жароупорным бетоном. Вводы и выводы толстостенных труб с обоих сторон привариваются к кожуху электросваркой.
        Большим преимуществом такого технического решения является то, что крупногабаритные охлаждаемые модули изготавливаются заранее (до остановки печи на капитальный ремонт) на специальной площадке. Это позволяет существенно повысить точность выполняемых в кожухе отверстий под трубы охлаждения (путем применения аппарата автоматической резки, рис. 1), что является необходимым условием для выполнения качественной сварки труб с кожухом с обоих сторон.



        Как свидетельствует опыт работы печей с новой конструкцией шахт [6], благодаря высокой надежности труб охлаждения (толщина стенки 14-16 мм вместо 6 мм в чугунном холодильнике), газоплотности узлов их вывода через кожух, достигается существенное снижение продувов и трещин по шахте, а также сокращение простоев и увеличение межремонтного периода. Так, доменная печь №11 ДМК (УПОл = 1386 м3) с новой конструкцией шахты без футеровки работает до настоящего времени с начала ее задувки (ноябрь 1988 г.), а кампания печи №4 меткомбината им. Ильича (Упол = 2000 м3) была увеличена на 34,4%. Всего в настоящее время с новой конструкцией шахты работают 18 доменных печей, в т. ч. и в России.
        На доменных печах с водоохлаждаемыми модулями были проведены исследования термонапряженного состояния кожуха шахты. Особый интерес представлял вопрос о распределении напряжений вблизи отверстий, так как количество их на кожухе шахты новой конструкции значительно меньше (табл. 2).



        Изучалось влияние жесткого крепления (сваркой) толстостенных труб охлаждения к кожуху модуля на распределение напряжений в этой зоне.
        Эксперименты основаны на тензометрировании отдельных элементов конструкции модуля, т.е. использован известный принцип электрического измерения механических величин: в соответствии с законом Ома электрическое сопротивление тензодатчиков изменяется пропорционально растяжению или сжатию составляющей его проволочки, которая дублирует деформацию измеряемого элемента.
        Для установки на внутренней поверхности кожуха модулей применялись высокотемпературные тензометрические датчики типа НМТ-450 (диапазон измеряемой деформации от -2000 до 2000 мкм/м при температуре до 450°С). Для замера деформаций на внешней поверхности кожуха применялись тензодатчики КФ-5.
        На рис. 2 представлены результаты замеров напряжений на кожухе между отверстиями под трубы применительно к условиям работы доменной печи №11 ДМК. Можно видеть, что вблизи отверстий меридиональные (sigma1) и кольцевые (sigma2) напряжения возрастают, но далеки от критических значений и находятся в области упругих деформаций [8]. По мере удаления от отверстий уменьшаются и достигают величин фоновых. Это свидетельствует о низком влиянии рядом расположенных отверстий на напряженное состояние кожуха вблизи этих отверстий.
        Схема установок датчиков НМТ-450 представлена на рис. 3. С целью защиты от механических повреждений тензодатчики, зафиксированные с помощью аппарата точечной сварки на предварительно зачищенной поверхности элементов конструкции, закрывались металлическими коробочками и заливались эпоксидным клеем (рис. 4). Регистрирующие приборы соединялись с тензорезисторами при помощи высокотемпературных проводов типа МГТФ-4, выведенных на внешнюю сторону кожуха через трубку, вваренную в кожух модуля. Деформации на кожухе определялись информационно-измерительной системой СИИТ-3, предназначенной для измерения выходных сигналов тензорезисторов.
        Замеры выполнялись с периодичностью один раз в 3 месяца в течение двух лет.
        Анализ уровня напряжений, развивающихся в кожухе и трубах системы охлаждения (рис. 5), указывает на изменение напряженно-деформированного состояния конструкции во времени. Главной причиной такого процесса является изменение температурного поля в конструкции, обусловленное следующими факторами:
        -постепенным износом футерующих элементов шахты в процессе эксплуатации печи;
        -сезонными колебаниями температуры окружающей среды;
        -неравномерностью тепловых потоков в рабочем подъеме печи, обусловленных нарушениями в распределении газа по сечению.

 

 



        Следует отметить, что аналогичный характер изменения напряжений на кожухе во времени наблюдался и в других исследованиях [10].




ВЫВОДЫ

        Для системы отверстий на кожухе доменной печи характерно полное затухание возмущенного напряженного состояния кожуха к середине расстояния между отверстиями.
        Жесткое соединение (сваркой) толстостенных труб охлаждения с кожухом модулей обеспечивает высокую его газоплотность без изменения его напряженного состояния.
        Установлено, что напряжения, возникающие в трубах охлаждения и в кожухе шахты,, находятся в области упругих деформаций.
        Внедрение новой конструкции шахт доменных печей из крупногабаритных охлаждаемых модулей позволяет увеличить кампанию печи за счет повышения прочности и надежности конструкции кожуха шахты.
        Опыт эксплуатации доменных печей с новой конструкцией шахт позволяет рекомендовать это техническое решение для широкого внедрения.


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

        [1] Петерсон Р. Коэффициенты концентрации напряжений. М.: Мир. 1997. 304 с.
        [2] Григолюк Э.Н., Филыитинский Л.А. Перфорированные пластины и оболочки. М.: Наука. 1970. 556 с.
        [3] Гузь АН., Чернышенко КС, Чехов В.Н. и др. Цилиндрические оболочки, ослабленные отверстиями. Киев: Наук, думка. 1974. 271 с.
        [4] Гузь A.If., Луговой П.З., Шульга Н.А. Конические оболочки, ослабленные отверстиями. Киев: Наук, думка. 1976. 162 с.
        [5] Гузь А.Н. //Прикладная механика. 1979. № 11. С. 3-37.
        [6] Плискановский С.Т., Царицын Е.А., Чеченев В.А. и др. //Сталь. 1997. № 2. С. 9-13.
        [7] Горлов Ю.П., Плискановский С.Т., Чеченев В.А. и др. Способ изготовления шахты доменной печи. Пат. UA № 14336 Украины, МКИ4 F27D 1/108. Опубл. 25.04.97. Бюл. №2.
        [8] Чеченев В.А. Пути совершенствования конструкций шахт доменных печей. //Теория и практика металлургии. 1997. № 4.
        [9] Чеченев В.А., Лякишев В.В., Каминский М.Ч. и др. //Металлург. 1990. № 6. 32 с.
        [10] Сорокин Л.А. Работа конструкций доменных печей. М.: Металлургия. 1976. 356 с.