10.8. Контроль хода доменной печи по перепадам статического давления газов

Движению шихты в доменной печи от колошника к горну противо­действуют подъемная сила газового потока, реакция опоры заплечиков и силы трения шихты о стенки печи. Эти силы противодействия значительно уменьшают давление столба шихты. Следовательно, движение шихты в до­менной печи зависит от соотношения сил, действующих на столб шихтовых материалов. До тех пор, пока равнодействующая сил, направленных сверху вниз, больше равнодействующей сил, направленных снизу вверх, шихта опус­кается нормально.

Р еакция опоры заплечиков и силы трения в процессе работы печи ос­таются неизменными или изменяются в незначительных пределах. Поэтому уравновешенная часть массы шихты зависит в основном от противодавле­ния газов, образующихся в горне доменной печи. Чем больше образуется газов в единицу времени и чем выше их температура, тем выше их скорость, а следовательно, и противодействие опускающейся шихте. Решающим фак­тором при установлении допустимой степени форсирования доменной плавки является газопроницаемость столба шихтовых материалов. Чем она ниже, тем при меньших количествах дутья достигается уравновешивание столба материалов и прекращение их движения сверху вниз.

На рис. 10.13 показан характер из­менения давления шихты по данным ис­следований Н.Г. Моханека и М.А. Стефа­новича. Масса шихты Р_ш приходящаяся на единицу сечения печи, принята прямо пропорциональной расстоянию от уров­ня засыпи. F₁ и F - неуравновешенная подъемной силой газового потока сила давления части шихты, передаваемая со­ответственно на стены печи и вниз. В сред­нем по сечению на горизонте фурм дав­ление шихты составляет 5-10% от массы столба шихты, приходящейся на единицу площади. Движение шихты в доменной печи может прекратиться при усло­вии, если где-либо по высоте столба шихтовых материалов сила F станет равной нулю. При постоянном качестве шихтовых материалов и при посто­янных технологических параметрах плавки опытным путем устанавливается допустимая величина перепада статического давления газа, превышение ко­торой ведет к потере равномерного схода шихты.

С применением природного газа в доменной плавке перепады стати­ческого давления выросли на 12-15%, и тем не менее, количество подвиса-ний шихты в доменных печах резко сократилось. Это объясняется тем, что, несмотря на увеличение количества горновых газов и ухудшение газопрони­цаемости шихты, перепады статического давления газов возросли в мень­шей мере (12-15%) по сравнению с увеличением насыпной массы шихты (15-20%), вызванным уменьшением расхода кокса.

С татическое давление газов от горна к колошнику снижается по мере преодоления газовым потоком сопротивления шихтовых материалов. Харак­тер изменения давления газов по высоте печи зависит от изменения темпе­ратуры и количества газов, профиля печи, физических и физико-химических изменений в столбе шихтовых материалов. Идеальный случай - строго рав­номерное изменение давления газов по высоте печи, т. е. такое, при котором каждый метр высоты столба шихты был бы участком равного падения дав­ления газов на пути их от горна к колошнику. Однако в условиях работаю­щей доменной печи практически невозможно добиться равномерного их из­менения по высоте. Это подтверждается многочисленными исследования­ми путем определения давления газов на различных по высоте горизонтах печи. На рис. 10.14 показано изменение статического давления по высоте двух доменных печей (А и Б), работающих в различных условиях. Так, усло­вия печи А обеспечивали более высокую газопроницаемость верхней зоны по сравнению с нижней. Условия работы печи Б, наоборот, обеспечивали более высокую газопроницаемость низа по сравнению с верхом.

Долгое время о газопроницае­мости столба шихты судили только по величине общего перепада давления ∆Р_общ (перепад давлений между фурменной зоной и колошником). Так как сопротивление проходу газов может более или менее резко изменяться в различных по высоте участках печи, то общий перепад давления газов не позволяет определить зону макси­мального сопротивления, понижение которого устранит возникшее нару­шение в ходе печи. Определение зоны повышенного сопротивления необ­ходимо для выявления вызвавшей его причины и применения соответству­ющих технологических мер воздей­ствия, которые могут быть различ­ными в зависимости от того, в какой зоне увеличилось сопротивление и какими причинами оно вызвано.

Для контроля изменения поте­ри напора газа по высоте применяют систему измерения частных перепа­дов, т. е. потерь напора газов на от­дельных участках печи. С этой целью в средней части шахты печи устано­вили водоохлаждаемое отборное ус­тройство давления газа (рис. 10.15). Для предупреждения засорения от­борного устройства мелкой шихтой и пылью его периодически продува­ют сжатым воздухом. Продувка осу­ществляется автоматически через оп­ределенные промежутки времени. При продувке отборного устройства сжатым воздухом импульсные газо­вые трассы автоматически перекры­ваются.

Д ля технологических целей управления ходом печи на практике ограничиваются измерением верхнего перепада ∆р_в (разность давлений газа между серединой шахты и колош­ником) и нижнего перепада Ар (раз­ность давления газа между горном и серединой шахты). Отборные устрой­ства давления газа на колошнике и кольцевом воздухопроводе представ­лены соответственно на рис. 10.16 и 10.17, а схема измерения перепадов давления на рис. 10.18.

Зная допустимую величину об­щего перепада и получая информацию об изменении верхнего и нижнего перепадов, при помощи технологичес­ких приемов управления ходом про­цесса плавки обеспечивают наиболее выгодные условия работы печи.

С татическое давление газов по радиусу для сечения доменной печи выше горизонта фурм практически не изменяется. Изменение давления газов на горизонте фурм, вызванное направ­лением движения газов в осевой зоне, уже над горизонтом фурм исчезает вследствие выравнивания давления газов в горизонтальных сечениях, после того как газы приобретают вер­тикальное направление движения. Выравниванию давления газов по се­чению способствует движение их по сообщающимся между собой парал­лельным каналам в столбе шихты. Имеются сведения и о неравномер­ном распределении статического дав­ления газов по сечению, но они ха­рактерны для условий работы на неподготовленной шихте.

Величина общего перепада дав­ления характеризует сопротивление всего столба шихты проходу газов. Частные перепады давления газов (верхний и нижний), в сумме всегда равные общему перепаду, характеризу­ют сопротивление проходу газов в верхней и нижней частях печи и позволя­ют судить о том, на каком участке печи оказывается максимальное сопро­тивление проходу газов.

Газопроницаемость шихты в верхней части печи, а следовательно, и верхний перепад зависят, в основном, от гранулометрического состава ших­ты и ее распределения по сечению печи. Газопроницаемость нижней час­ти (и нижний перепад) зависят, в том числе и от теплового состояния низа

печи, качества кокса и свойств шлака. Характер изменения перепадов давления, фиксируемых на диаграмме, позволяет обнаружить отклонения от нормального схода шихтовых матери­алов в самом начале их возникнове­ния. На рис. 10.19 показана диаграмма перепадов статического давления газов по высоте печи. Ровному ходу (см. рис. 10.19, а) соот­ветствует равно­мерное изменение как общего, так и частных перепадов. Кратковременные пики на кривых возникают при опускании подач.

При измене­нии газопроницае­мости шихты (см. рис. 10.19, б) про­исходит соответ­ствующее измене­ние общего перепа­да, а частные пере­пады указывают зону, где произош­ло изменение газо­проницаемости .

Д ля опреде­ления зоны с из­менившейся газопроницаемостью по изменению перепадов статического давления пользуют­ся данными, приведенными в табл. 10.1.

Данные об изменении газопроницаемости столба шихты, а также про­филя материалов на колошнике используются в системе автоматического управления распределением материалов в доменной печи.