За последние 3 года компания «М ТЕХНОЛОГИЯ» приняла участие более, чем в 30-ти проектах реконструкций доменных печей.
Более десятка проектов были связаны с решением одной из самых актуальных проблем современного доменного процесса – значительным снижением срока эксплуатации неподготовленных (стандартных) систем охлаждения и, как следствие, быстрым выходом из строя холодильных плит в условиях вдувания ПУТ.
Эффективность работы системы охлаждения определяет сегодня период кампании доменной печи, именно поэтому к современным системам охлаждения предъявляются повышенные требования по обеспечению надежности и бесперебойности работы.
Что мы понимаем под современной системой охлаждения, и какие требования предъявляются к ней сегодня? Система охлаждения в условиях применения ПУТ должна обеспечить:
— эффективный отвод тепла от холодильных плит и футеровки;
— формирование и поддержание необходимого слоя гарнисажа на поверхности футеровки;
— энергоэффективность, снижение тепловых потерь с системой охлаждения, экономию дорогостоящего кокса;
— снижение негативного воздействия на окружающую среду за счет использования замкнутых (бессточных) систем охлаждения или снижения нагрузки на оборотный цикл предприятия;
— продление периода компании до 15 лет.
Применяя инновационный подход для решения этой задачи, используя современные расчетные комплексы и трехмерное моделирование, компания «М ТЕХНОЛОГИЯ» разработала большое количество мероприятий, которые были успешно реализованы на целом ряде доменных печей.
После реализации объектов специалисты нашей компании проводят мониторинг работы систем охлаждения на протяжении всего периода эксплуатации объекта. Осуществляя сбор данных о ходе работы, принимая во внимание опыт эксплуатационного персонала, мы проводим постоянное совершенствование принятых решений.
Гордостью нашей компании является применение запатентованной ООО «М ТЕХНОЛОГИЯ» системы регулирования интенсивности охлаждения в качестве стандартного решения при осуществлении ремонтов и строительстве новых доменных печей МЕТИНВЕСТ — ХОЛДИНГА.
Среди вышеописанных проектов можно выделить следующие:
ДП №2, ДП№3, ДП№4, ДП№5 ЧАО «Запорожсталь», ДП №3, ДП№4 и ДП№6 ЧАО «Азовсталь», ДП№4 ЧАО «ММК им. Ильича», ДП№5 ЧАО «ЕМЗ».

ДП №2 ЧАО «Запорожсталь»

На ДП №2 ЧАО «Запорожсталь» нашей компанией были впервые применены решения, которые позволили эффективно бороться с негативным влиянием технологии вдувания ПУТ и процессами интенсификации доменной плавки на продолжительность кампаний и энергоэффективность доменных печей.
Наша компания выполнила следующий объем работ:
— впервые внедрена автоматическая система охлаждения, позволяющая менять интенсивность охлаждения в зависимости от тепловой нагрузки в доменной печи. Это была так называемая система охлаждения «горячей» химочищенной водой, при которой отвод тепла от нагретой воды производится не через теплообменные аппараты, а при помощи отвода пара от барабана-сепаратора. Данная система охлаждения имеет 3 режима работы: охлаждение в замкнутом контуре «горячей» химочищенной водой, испарительное охлаждение с естественной циркуляцией, резервирование технической водой.
— впервые в Украине были установлены медные холодильные плиты во 2-й и 3-й ряды шахты доменной печи. Установить медные плиты в заплечики помешала конструкция доменной печи с маратором. Позже мы нашли решение и для мараторных доменных печей на ДП№5 ЧАО «ЕМЗ», однако данный проект так и не был реализован в связи с выходом ЕМЗ из состава МЕТИНВЕСТА.
— На данной печи была применена толстостенная высокотеплопроводная футеровка: заплечики и 3 ряда шахты — карбид кремния, выше — алюмоуглерод и шамот.
— Построена новая насосная станция с электронасосными агрегатами с частотным регулированием частоты вращения двигателя.
— Установлена современная система АСУ ТП.
Все вышеперечисленные решения позволили исключить прогары холодильных плит, в несколько раз уменьшить тепловые потери с печи и, как следствие, сократить расход кокса.
Комплексное применение медных холодильных плит, высокотеплопроводной футеровки и автоматической системы охлаждения сделало возможным наращивание и поддержание необходимого слоя гарнисажа на поверхности футеровки, а не на поверхности холодильных плит, что позволило сделать работу доменной печи максимально надежной, а кампанию — максимально продолжительной.
Принципиальная схема системы охлаждения ДП№2 «горячей» химочищенной водой:

ДП№4 ЧАО «Запорожсталь»

Объем наших работ по ремонту данной печи, а также принятые решения были схожими с ремонтом ДП№2, однако имели несколько отличий:
— медные холодильные плиты были установлены в зоне распара и двух нижних рядов шахты. Установка медных холодильных плит в зоне заплечиков была затруднительной в связи с мараторной конструкцией доменной печи, поэтому там остались чугунные холодильные плиты.
— на данной печи впервые были применены предварительно зафутерованные холодильные плиты (огнеупорный карбидкремнеевый кирпич вставлялся в медную холодильную плиту до ее монтажа, кирпич и плита имели выступы по типу «ласточкин хвост»). Данное решение позволило сократить сроки монтажа, исключить возможность обрушения всей кладки в результате местных разрушений, увеличить плотность и площадь поверхности прилегания карбидкремния к стенке холодильной плиты, что значительно увеличило теплопередачу от плиты к кладке, и, как следствие, более эффективно защищает кладку и поддерживает необходимый слой гарнисажа.

Предварительно зафутерованные карбидкремнеевым кирпичом медные холодильные плиты:

ДП №2 и ДП №4 ЧАО «Запорожсталь»

В связи с планами комбината по постоянному увеличению количества вдуваемого ПУТ в горны доменных печей и достижению показателей в 180÷200 кг/т чугуна было принято решение по переводу ДП№2 и ДП№4 на охлаждение «холодной» химочищенной водой в замкнутом контуре.
Для этих целей наша компания выполнила проект по установке на данных печах пластинчатых теплообменных аппаратов типа «вода/вода» для возможности снижения температуры охлаждающей воды до 35÷45°С. На всех теплообменниках была применена технология регулировки расхода технической воды в зависимости от сезонных температурных колебаний, а также тепловой нагрузки в доменной печи. Данное решение позволило экономить до 50% технической воды в зимний период времени.
При реализации этого проекта доменные печи работают с 4-мя независимыми режимами охлаждения:
— охлаждение «холодной» химочищенной водой;
— охлаждение «горячей» химочищенной водой;
— испарительное охлаждение с естественной циркуляцией;
— резервное охлаждение технической водой.
Принципиальная схема системы охлаждения «холодной» химочищенной водой:

ДП №5 ЧАО «Запорожсталь»

В рамках данной работы была реализоваа автоматическая система охлаждения «холодной» химочищенной водой в замкнутом контуре со строительством новой насосной станции и помещения пластинчатых теплообменных аппаратов по типу вода/вода.
В самые теплонагруженные зоны (заплечики, распар и 1-й – 3-й ряды шахты) были установлены стальные холодильные плиты, предварительно футерованные карбидкремниевым кирпичом. Стальные холодильники являются альтернативой применению медных холодильных плит, они позволяют организовать надежный теплоотвод и обеспечить качественное охлаждение футеровки. Основная особенность стальных холодильных плит — отсутствие границы между залитой трубой и телом холодильника. Материал литого стального холодильника – низкоуглеродистая сталь с содержанием углерода 0,2÷0,3%.
Это была первая доменная печь на постсоветском пространстве, оборудованная стальными холодильными плитами.

Предварительно зафутерованные карбидкремнеевым кирпичом стальные холодильные плиты:

ДП №3 ЧАО «Запорожсталь»

В ходе эксплуатации при работе с вдуванием в горн печи пылеугольного топлива (установка ПУТ введена в эксплуатацию в 2011г.) кардинально возросли тепловые нагрузки на систему охлаждения, особенно в напряженных зонах, что привело к выходу из строя холодильных плит и перегревам кожуха печи с образованием трещин и диплонаций.
По этой причине было принято решение о демонтаже доменной печи и строительстве на том же месте новой доменной печи того же объема на новом фундаменте Vn=1513м³.
Охлаждение печи выполнено как технической водой, так и химочищенной водой в замкнутом контуре.
Технической водой охлаждается лещадь печи, холодильники лещади, горна, чугунных леток, а также холодильники верхней шахты и колошника.
Химочищенной водой охлаждаются холодильные плиты заплечиков, распара, нижней и средней шахты, леточные холодильные плиты.
В связи с высокими тепловыми нагрузками на систему охлаждения, характерными для работы при вдувании пылеугольного топлива, печь оборудована медными холодильниками в заплечиках, распаре и нижней шахте.
Кроме того, медные холодильники установлены вокруг чугунных леток. Это решение было впервые реализовано на территории Украины именно в рамках данного ремонта.
Остальные холодильники — традиционные плитовые, чугунные.
Как медные, так и чугунные холодильники шахты имеют пазы «ласточкин хвост» для возможности установки в них огнеупорных кирпичей.
Огнеупорная футеровка печи — китайского производства (ф. «Gongyi AR Co»).
Низ печи — один ряд графитированных блоков производства «Укрграфит», четыре ряда микропористых углеродистых блоков, прикрытых керамическим стаканом. Периферийные блоки — углеродистые микро- и супермикропористые блоки, также прикрытые керамическим стаканом. Фурменная зона выложена из карборундового огнеупорного кирпича на сиалоновой связке.
Заплечики, распар, низ и середина шахты — карбидокремниевый кирпич, верх шахты и колошник — кирпич ШПД.
Для заполнения пространства между металлическим днищем печи и трубами водяного охлаждения использован углеродистый бетон и карбидокремниевый бетон.
Заполнение зазора между холодильниками и периферийными блоками произведено холоднонабивной массой повышенной теплопроводности.
Зазор между кожухом печи и холодильниками заполнен низкотеплопроводной безусадочной массой.
Монтаж холодильных плит горна и лещади:

ДП №5 ЧАО «ЕМЗ»

В рамках данного проекта было выполнено:
— строительство новой насосной станции с установкой насосов и теплообменных аппаратов в количестве, необходимом для обеспечения стабильной работы системы охлаждения с учетом резервных насосов и теплообменников, а также резервирования при отключении электрической энергии.
— предусматрена автоматическая система регулирования интенсивности охлаждения холодильных плит;
— строительство наружной и внутренней трасс трубопроводов с установкой запорной, предохранительной и регулирующей арматуры;
— установка и подключение КИПиА: датчиков расхода воды, давления и температуры воды с выведением сигналов в помещение дежурных водопроводчиков и машинистов водоподготовки ДП№5;
— установка и подключение к КИП термопары шахты печи;
— подключение РУ насосной станции от трансформаторов 1600кВА подстанции 4ТП5Д;
— реконструкция ЩСУ 4ТП5Д в части установки дополнительных коммутационных аппаратов;
— в проектируемой РУ насосной станции произведена установка АВР как для электроснабжения, так и для пуска резервных агрегатов;
— система АСУ ТП:
а) управление насосными агрегатами, вентиляторами теплообменных аппаратов по сети Ethernet;
б) использование технологии сети DLR для повышения надежности и отказоустойчивости системы;
в) обеспечена возможность замены оборудования контроллеров помодульно без остановки управления;
г) обеспечена возможность диагностики оборудования системы и замкнутого контура, подключенного к ПЛК;
д) подсистема отображения температуры кожуха ДП№5;
е) интегрированная подсистема вибромониторинга насосных агрегатов по сети Ethernet;
— замена чугунных холодильных плит заплечиков и 4-х рядов шахты печи на медные. Конструкция медных холодильников плит выполнена с учетом профиля печи. Повязка холодильных плит выполнена при помощи гибких металлорукавов;
— система автоматизированного контроля разгара футеровки шахты ДП№5;
— применение высокотеплопроводной карбидокремниевой футеровки для зоны заплечиков, распара и шахты печи.
На данной печи были впервые реализованы решения, позволившие установить медные холодильные плиты как в заплечиках, так и в нижних рядах шахты на печи мараторного типа.

ДП №3 ЧАО «Азовсталь»

В ходе проекта произведена замена кожуха печи на кожух самонесущей конструкции с учетом максимального давления под колошником 2,0 ати с применением современных износо-абразиво-теплоустойчивых защитных материалов.
То есть, фактически выполнено строительство новой доменной печи на существующем фундаменте с сохранением отметки колошникового фланца и с сохранением отметки осей чугунных леток.
Профиль печи разработан с учетом работы доменной печи с вдуванием пылеугольного топлива.
Новый профиль ДП №3 предусматривал увеличение высоты заплечиков и уменьшение высоты распара при увеличении отношения диаметра распара к диаметру горна; увеличение диметров колошника, распара и горна при сохранении угла наклона шахты и уменьшении угла наклона заплечиков.
Футеровка центральной части лещади от отметки +2,500 выполнена следующим образом:
— нижний ряд из графитированных блоков высотой 400 мм;
— над ними — 4 ряда малопористых углеродистых блоков общей высотой 2000 мм;
— над ними расположен ряд микропористых углеродистых блоков высотой 500 мм;
— над ними — два ряда высокоглиноземистых огнеупоров высотой 1000 мм до отметки +6,400.
Футеровка стен горна от отметки 4,900 до отметки 10,200 выполнена из микропористых углеродистых блоков. Рабочая поверхность горна защищена керамическим стаканом толщиной 400 мм.
Футеровка фурменной зоны выполнена из сложных алюмокарборундовых огнеупорных блоков соответствующих форме элементов фурменных приборов. Это позволило уменьшить количество швов между огнеупорными изделиями, и, соответственно, повысить стойкость футеровки фурменной зоны.
Футеровка заплечиков и шахты выполнена огнеупорным кирпичом:
— заплечики — карбидкремниевым кирпичом;
— распар и нижняя часть шахты — карбидкремниевым кирпичем толщиной 150 мм (кирпичи вставляются в холодильные плиты, которые выполнены с пазом по типу «ласточкин хвост») и слоем карбидкремниевого торкретбетона на основе гидравлической связки;
— средняя часть шахты — микропористым алюмоуглеродистым кирпичом;
— верхняя часть шахты — шамотным кирпичом.
Колошник зафутерован защитными водоохлаждаемыми плитами с залитым шамотным кирпичом.
Пространство между кожухом доменной печи и холодильными плитами заполнено огнеупорной специальной массой, которая обладает высокой степенью текучести для заполнения зазора между кожухом печи и холодильниками и обеспечивает хорошую газоплотность печи и изоляцию кожуха.
Купол печи зафутерован торкретбетоном и стальными футеровочными плитами. Зазоры между футеровочными плитами заполнялись чугунной замазкой.
Охлаждение печи осуществляется химочищенной водой в замкнутом контуре. Для реализации данной системы выполнено:
строительство новой циркуляционной насосной станции хим. очищенной воды, включающее установку насосов и теплообменных аппаратов в количестве, необходимом для обеспечения стабильной работы системы охлаждения с учетом резервных насосов и теплообменников, а также резервирования при отключении электрической энергии;
— строительство новой фильтровальной станции морской воды;
— внедрение автоматической системы регулирования интенсивности охлаждения холодильных плит (патент № 105036 ООО «М ТЕХНОЛОГИЯ»);
— строительство наружной и внутренней трасс трубопроводов с установкой запорной, предохранительной и регулирующей арматуры;
— установка медных холодильных плит в зоне заплечиков, распара, 1-го и 2-го рядов шахты;
— установка одного стального ряда холодильных плит (3-й ряд шахты);
— установка медных холодильных плит в районе чугунных леток.
Конструкция холодильных плит следующая:
Низ печи (лещадь, горн и фурменная зона) до отметки 13,650 выполнен из гладких чугунных холодильных плит. Плиты изготовлены из чугуна марки СЧ 15-32 ГОСТ 1412-85, охлаждающие трубки — стальные «змеевиковые» диаметром Ø 70х8 мм. Плиты вокруг чугунных леток и 7 плит под чугунными летками — медные со сверленными каналами Ø 50 мм.
В зоне воздействия максимальных тепловых нагрузок – 2 ряда заплечиков, 1 ряд распара и 2 ряда шахты — произведена установка медных холодильных плит со сверленными каналами Dэкв.= 50 мм. На огневой стороне плиты выполнен паз «ласточкин хвост» для футеровки карбидкремниевым кирпичом.
Над медными холодильными плитами установлен один ряд стальных плит из стали конструкционной углеродистой 15Л. с залитыми прямыми охлаждающими стальными трубками Ø70х10мм.
Далее — 2 ряда чугунных холодильных плит с залитыми прямыми охлаждающими трубками. Материал чугуна ВЧ 450-10 ДСТУ 3925-99, охлаждающие трубки – стальные, с Ø 76х9 мм.
С отметки +29,050 и до отм. 36,690 установлены 6 рядов чугунных холодильных плит с залитыми змеевиковыми охлаждающими трубками. Материал — чугун ВЧ 450-10 ДСТУ 3925-99, охлаждающие трубы — стальные Ø 76х9 мм.
Система подлещадного водяного охлаждения заключается в следующем: 44 трубы диаметром Ø 60×8 с шагом между трубами 250-350 мм проложены под донышком лещади. Трубы охлаждения объединены в 10 секций и залиты углеродистым бетоном.

ДП №4 ЧАО «Азовсталь»

В рамках реализации данного проекта произведена установка медных холодильных плит в самые теплонагруженные зоны – заплечики, 1 ÷ 4-й ряды шахты, стальных холодильных плит — 5, 6 ряд шахты, реконструкция насосной станции и установка насосов, обеспечивающих скорость движения охлаждающей воды 2÷3 м/с. Также осуществлен перевод холодильных плит фурменной зоны на охлаждение химочищенной водой в замкнутом контуре с увеличением скорости охлаждения в змеевиках холодильных плит до 2÷3 м/с.
Для реализации системы охлаждения холодной химочищенной водой была выполнена установка теплообменных аппаратов типа вода/воздух, что позволило полностью исключить расход морской воды на данные зоны.
Были реализованы следующие системы: автоматические системы охлаждения заплечиков, шахты и фурменной зоны, система контроля тепловых нагрузок на холодильные плиты, система контроля состояния футеровки шахты и заплечиков, автоматическая система обнаружения прогара холодильных плит.
Для компенсации тепловых нагрузок между холодильными плитами, выполненными из разных материалов (медь, сталь, чугун) были использованы металлорукава с силиконовым покрытием.
Все холодильные плиты выполнены с выступами по типу «ласточкин хвост» для возможности футеровки в домонтажный период.
2 ряда заплечиков и 4 ряда шахты (зона медных холодильных плит), а также 2 ряда стальных холодильников зафутерованы карбидо-кремниевым кирпичом на нитридной связке (содержание SiC не менее 70%, SI3N4 не менее 21%), толщина футеровки не менее 190 мм.

ДП №4 ЧАО «ММК им. ИЛЬИЧА»

В рамках реализации данного проекта была разработана автоматическая система охлаждения заплечиков, маратора и распара холодной химочищенной водой. Шахта печи выполнена в виде «шахтопанелей» и осталась на испарительной системе охлаждения с естественной циркуляцией. В качестве аварийного охлаждения для обоих систем выполнен подвод технической воды.
Согласно проекта автоматической системы охлаждения заплечиков, маратора и распара химочищенной водой были выполнены следующие работы:
— установка медных холодильных плит в заплечиках;
— строительство новой циркуляционной насосной станции химводы с установкой насосных агрегатов с частотными преобразователями, для возможности регулирования интенсивности охлаждения в зависимости от тепловой нагрузки;
— установка теплообменных аппаратов по типу «вода/вода» для отвода тепла от химводы технической водой;
— установка регулирующего клапана на трубопроводе технической воды, позволяющего изменять количество подаваемой технической воды на теплообменные аппараты в зависимости от температуры окружающей среды и тепловой нагрузки в доменной печи. Данное решение позволило сэкономить до 400 м³/ч технической воды в зимний период времени и впервые в Украине было применено именно в этом проекте.
— установка современной системы АСУ ТП.

Коллектор химводы: