Показатели, характеризующие устойчивость распределения газового потока по сечению печи

Прежде всего, таким показателем является кривая измене­ния содержания диоксида углерода (CO₂) по диаметру (или радиусу) колошника доменной печи. На современных доменных печах контролируется полный состав газов. Известно, что наилучшие показатели доменной плавки достигаются при оптимальном распределении материалов и газов по сечению печи. Этому соответствует оптимальное изменение концентрации СО₂ по диаметру колошни­ка. При устойчивом распределении газового потока текущие значения содержания СО₂ в кольцевых сечениях печи имеют небольшие колебания относительно установленных оптимальных значений. Оптимальное газораспределение обеспечивает максимальную степень использования СО.

На некоторых доменных печах установлена так называемая термобалка, которая показывает распределение температур газов над уровнем засыпи.

Следующий параметр, характеризующий устойчивость газорас­пределения - это температура колошникового газа. Температуpa отходящего из печи газа фиксируется термопарами, установ­ленными в каждом газоотводе в непосредственной близости от уровня шихты (примерно в 2-3 метрах от уровня материалов в печи). Температура отходящего из печи газа, фиксируемая каждой термопарой, имеет синусоидальный вид, что связано с периодичностью загрузки в печь холодных шихтовых материалов с последующим прогревом их газом до момента последующего опускания большого конуса, а также с периодичностью попада­ния гребня шихтовых материалов, образующегося во вращающейся воронке распределителя шихты, в различные сектора колошника печи. Фиксируемые температуры газа в газоотводах на диа­граммной ленте укладываются в область определенной ширины, которая для условий ровного хода плавки равна 50-60 °С.

Критерием устойчивости распределения газового потока по сечению печи является также температура периферийных газов. Эта температура фиксируется обычно 6 термопарами, установленными по окружности печи. Термопары заключены в массивные чехлы, в связи с чем имеют гораздо большую инерци­онность в сравнении с термопарами, регистрирующими темпера­туру колошникового газа. Термопары устанавливаются заподлицо с огнеупорной кладкой под броневой защитой колошника. Каждая термопара фиксирует определенный температурный уровень. Температуры, регистрируемые контрольно-измерительным прибо­ром, укладываются на диаграммной ленте полосой 100-150 °С.

Показания контрольно-измерительных приборов при нормальном ходе доменной плавки

Количество дутья, подаваемого в доменную печь. Фиксируе­мые на диаграмме показания представляют собой ровную линию с небольшими колебаниями, связанными с происходящими в горне печи явлениями. Периодически на диаграмме появляются “пики” в сторону увеличения расхода в момент перевода воздухонагревателей с “газа” на “дутье”, когда происходит заполнение нагретого воздухонагревателя дутьем и уменьшается сопротивление тракта подачи горячего дутья в доменную печь. Изменение расхода дутья, подаваемого в печь, условно показано на рис. 2.

Давление горячего и холодного дутья. Кривые имеют вид ровной мало меняющейся линии. Имеются пульсации давления горячего дутья в пределах 0,05 атм (около 5 кПа). Синхронно, в соответствии с расходом дутья в момент перевода воздухонаг­ревателей из одного режима в другой на диаграмме давления горячего дутья появляются пики в сторону снижения давления (см. рис. 2). Величина давления горячего дутья зависит от расхода дутья, подаваемого в печь, от давления колошникового газа и сопротивления столба шихты движению газового потока. Что касается давления холодного дутья, то на диаграмме имеет место синхронное повторение давления горячего дутья. Однако, изменения, происходящие в доменной печи, в меньшей степени отражаются на значении давления холодного дутья. Абсолютное значение величины давления холодного дутья выше, чем го­рячего.

Температура горячего дутья. На диаграмме регистрируется заданный температурный режим дутья, поскольку локальная система автоматического регулирования стабилизирует этот параметр за счет работы смесительного клапана. В свое время для увеличения средней (за период работы воздухонагревателя) температуры дутья осуществлялась подача в доменную печь горячего дутья с отключенным смесительным клапаном. В этом случае на диаграмме температуры горячего дутья фиксировался пилообразный характер изменения температуры с периодическим ее возрастанием при постановке воздухонагревателя в режим нагрева дутья с последующим снижением температуры дутья по мере его “выдува”.

Общий и частные перепады давления газа по высоте столба шихты. Показатель общего перепада давления газа отражает разность давлений газа на уровне воздушных фурм и на колош­нике доменной печи. Численное значение величины перепада давления определяется количеством подаваемого в печь дутья, сопротивлением слоя шихты в печи движущемуся газу и давле­нием колошникового газа. При постоянном и ровном сходе шихты в печи на диаграмме общего перепада давления газа фиксирует­ся ровная линия с небольшими периодическими пиками в сторо­ну повышения давления в момент опускания очередной подачи в печь (рис. 2).

Частные перепады фиксируют давление газа по горизонтам: “воздушные фурмы - середина шахты” и “середина шахты – колошник”. Эти перепады более чувствительны к изменению газодинамического сопротивления нижней и верхней части столба шихты и дают возможность определять местоположение зоны с повышенным газодинамическим сопротивлением.

При ссыпании массы подачи в печь происходит уплотнение слоя шихты, вследствие чего возрастает сопротивление уплот­ненного материала движущемуся газу. По мере движения материалов происходит разрыхление материала» и уменьшение верх­него перепада давления (рис. 14.1). Ударные нагрузки ссыпающе­гося материала воздействуют в основном на верхние слои шихты - примерно на 1,0-1,5 метра. Поэтому пикообразные возрастания давления более отчетливо проявляются на показаниях верхнего перепада давления газов и в небольшой степени - на нижнем.

Показания шомпольных (зондовых) диаграмм. Уровень шихты в печи регистрируется двумя зондами, отображающими сход шихтовых материалов. Сущность замера уровня засыпи и отображения движения материалов в печи описана ранее. Пра­вильность показаний устройств для регистрации уровня шихты в печи периодически тщательно проверяется.

Рис.2 Показания приборов при нормальном режиме работы печи

Допустимая разни­ца в показаниях уровнемеров при ровном ходе печи не должна превышать 0,25 метра. Частота опускания зондов свидетельствует о числе сработанных подач. Меняющаяся частота опускания зондов не всегда является признаком неровного движения материалов в печи. В процессе накопления расплавов чугуна и шлака и подходе их к уровню воздушных фурм скорость опуска­ния материалов в печи уменьшается, а после выпуска возраста­ет. При установке на печи двух и более чугунных леток и увеличения числа выпусков уровень расплавов в горне печи поддерживается на низком уровне и сход шихты в печи стано­вится более ровным. При нормальном ходе доменной плавки на показаниях зондовых диаграмм отсутствуют горизонтальные площадки и вертикальные провалы, свидетельствующие о подвисаниях и осадках шихты.

Температура колошникового газа. При ровном ходе доменной плавки показания термопар, установленных в газоотводах печи, регистрируют синусообразное изменение температур, связанное, как говорилось ранее, с периодичностью загрузки в печь хо­лодных шихтовых материалов и последующим их прогревом, а также с работой вращающегося распределителя шихты. Ровный ход доменной плавки характеризуется тем, что показания термопар укладываются на диаграмме лентой шириной 50-60 ^оС. При выплавке передельного чугуна средняя температура колош­никового газа составляет 150-280 °С и достигает 250-350 °С при выплавке литейного чугуна. При загрузке в печь горячего агломерата температура колошникового газа может возрастать до 350-400 °С даже при выплавке передельного чугуна.

Температура периферийных газов. При нормальном режиме работы печи показания термопар достаточно точно показывают распределение газового потока в периферийном кольце печи. Диаграмма представляет несколько линий на небольших рас­стояниях одна от другой с шириной разброса точек 100-150 °С. Средняя температура периферийных газов при нормальном режиме работы печи составляет 700-850 °С (рис. 2).

Давление колошникового газа. При работе доменной печи с повышенным давлением газа под колошником и при работе системы локального автоматического регулирования установлен­ного избыточного давления диаграмма представляет собой относительно ровную линию с регулярными и равномерными понижениями, связанными с опусканием шихты в печь и носящих название “нижних пик” (рис. 2). По их числу можно судить о количестве загружаемых в печь подач, а по четкости отрыва и примыкания к основной линии диаграммы - о герметичности засыпного аппарата. При нормальном ходе печи на диаграмме отсутствуют пики в сторону повышения давления, а длина нижних пик практически одинакова.

Содержание диоксида углерода (СО₂) по диаметру колошни­ка. Показателем распределения материалов и газов по сечению колошника доменной печи является изменение содержания CO₂ по радиусу или диаметру колошника печи, снимаемое в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При нормальном течении доменного процесса текущие значения содержания диоксида углерода имеют малые отличия от оптимальной кри­вой, установленной для данной печи. Изменение температуры газа в фиксируемых точках кольцевых зон является зеркальным отражением кривой изменения СО₂ по радиусу (диаметру) колош­ника доменной печи.

Состав горнового газа. Состав горнового газа и изменение его составляющих по радиусу горна печи является мощным фактором контроля доменного процесса. К сожалению, из-за больших сложностей отбора проб горнового газа по оси воздуш­ных фурм этот метод контроля плавки применяется крайне редко. Для нормального хода плавки характерное изменение состава горнового газа показано на рис. 2. Исчезновение кислорода из газовой фазы (условно до 2 % О₂ в газе) в зависимости от объема доменной печи и параметров дутья наблюдается на расстоянии 300-1200 мм. Это носит название - кислородная часть зоны горения. Протяженность углекислотной части зоны горения больше - она в 1,25-1,30 раза больше протяженности кислородной. За пределами окислительных зон содержание моноооксида углерода (СО) в горновом газе при нормальной работе доменной печи составляет 35-45 %.