Основные факторы выхода из строя загрузочного желоба доменной печи:
Повреждения от удара потока сырья при большой высоте падения;
Скользящий износ облицовочных плит под действием сырья;
Термический износ и кавитация внешнего корпуса;
Растрескивание сварных швов, срез болтов, разрыв основного металла из‑за тепловых напряжений и др.
Предотвращение выхода из строя загрузочного желоба, обеспечение его надежности и длительного срока службы осуществляется по двум основным направлениям: конструкция внутреннего устройства и выбор материала.
1 Выбор конструктивного варианта
По конструктивному исполнению загрузочные желоба доменных печей делятся на два основных типа: желоба с камерами накопления сырья (износ сырьем о сырье) и гладкостенные желоба.
Желоб с камерами накопления сырья состоит из плит накопления, износостойких сплавных блоков, основной плиты, теплоизоляционного материала и внешней обшивки. Его принцип работы заключается в установке решетчатых плит определенного количества, высоты и угла в верхней части зоны падения сырья внутри желоба для формирования небольших полостей, способных накапливать доменное сырье. При первом падении сырья в полостях образуется слой сыпучего материала, который предотвращает прямой удар последующих порций сырья по внутренней обшивке желоба. Поверхность плит накопления наплавлена износостойким сплавом, а в нижней части этих плит и нижней зоне желоба встроены износостойкие сплавные блоки.
(1) Преимущества желоба с камерами накопления сырья:
① Конструктивно компенсируется недостаток твердых сплавов — высокая твердость при низкой вязкости, что значительно увеличивает срок службы желоба;
② Накопленное сырье исключает прямой удар потока по износостойким элементам желоба, существенно снижая вред повторных ударов и обеспечивая стабильность потока сырья;
③ Для двухбункерных бесколокольных верхних устройств доменных печей амортизирующее и замедляющее действие желоба с камерами накопления ослабляет эффект эллиптической загрузки, вызванной нецентрированным потоком сырья.
(2) Недостатки желоба с камерами накопления сырья:
① Сложность проектирования и технологичности изготовления;
② Большие габариты и вес. По расчетам срок службы такого желоба (по параметрам доменной печи объемом 2500 м³) составляет более 36 месяцев, что подтверждено практической эксплуатацией.
Гладкостенные загрузочные желоба по конструкции износостойких элементов делятся на наплавленные и сборные.
Сборной желоб состоит из литого основания и разборных секционных облицовочных плит, прижимных пластин и крепежных элементов. При нормальной эксплуатации основание служит длительное время, требуется только замена облицовочных плит. Плиты можно переставлять местами в зависимости от степени износа для увеличения срока службы.
Наплавленный желоб изготавливается путем наплавки износостойкого материала на поверхность литого основания и подлежит восстановительной наплавке при износе. Независимо от конструкции (с камерами накопления или гладкостенной) выходной участок желоба должен иметь достаточную плавную длину для обеспечения вытекания сырья вдоль образующей цилиндра желоба без хаотичного движения.
2 Выбор материалов
При выборе материалов для желоба учитываются два компонента: основание и износостойкие элементы. На сегодняшний день выбор материала основания не представляет сложностей, обычно используется жаростойкая сталь — как литая, так и листовая, обеспечивающая прочность, жесткость и устойчивость к тепловой деформации при высоких температурах. Прожиг и кавитация основания предотвращаются защитой внешней поверхности огнеупорными волокнами или огнеупорной облицовкой. Основная проблема заключается в выборе износостойких материалов.
Для длительной эксплуатации желоба требуются материалы с высокой износостойкостью и ударной вязкостью, что является взаимоисключающими требованиями. Износостойкость оценивается по твердости, при этом у известных материалов повышение твердости сопровождается снижением вязкости. Поэтому решить проблему износа желоба исключительно за счет выбора материала невозможно. В настоящее время для износостойких элементов желоба применяются преимущественно твердые сплавы литого (в том числе наплавленного) и спеченного типов. Литые твердые сплавы значительно уступают спеченным по прочности и твердости.