книги из ГПНТБ / Тарасов, В. П. Загрузочные устройства шахтных печей
.pdfно треугольники на рис. 70, б — перевернуты. Таким образом, кри терий КА не является определяющим во всех случаях и нужно ис пользовать другие критерии, например по формулам (93), (94). В не которых случаях предлагалось с помощью вычислительной машины по углам наклона кривых распределения температуры газа у стен
Рис. 70. Схемы радиаль ного распределения дву окиси углерода с одина ковым значением кри терия /Сд
и у оси печи автоматически управлять распределением материалов по радиусу печи.
В Днепропетровском металлургическом институте распределение материалов по радиусу печи оценивают по содержанию углекислоты в трех точках. Применяются показатели [146, с. 247—250]:
а — (С02 тах — С02п) |
(С02 тах — сод, |
(99) |
||
л С02 |
тах + СО.гц |
|
(100) |
|
а |
2 |
’ |
|
|
ДС02 = |
С 02п |
СО2ц. |
(101) |
|
Показатель |
а |
характеризует неравномерность |
распределения |
|
материалов по радиусу печи. Параметр d соответствует расположению кривой над осью абсцисс, т. е. косвенно отражает содержание угле кислоты в общем колошниковом газе. Показатель ДС02 указывает на соотношение рудных нагрузок периферии и в центре печи (при положительном значении ДС02 периферия нагружена больше центра, при отрицательном— меньше).
Решая совместно уравнения (99) и (100) относительно d. получим
d = |
C 02max — а/2, |
(102) |
т. е. |
при постоянном значении С 02 между a n d |
существует прямая |
связь. Эта связь подтвердилась при исследовании работы доменных печей полезным объемом 1033 и 2000 м3. При увеличении показателя а и уменьшении величины d проницаемость шихты увеличивалась, а верхний перепад давления газа по высоте печи уменьшался. Од нако эти показатели, характеризующие процессы формирования столба материалов на колошнике, до сих пор не использованы для количественной оценки проницаемости шихты в верхней части печи. Не разработана также схема автоматического управления радиаль ным потоком газа с их помощью.
130
На рис. 71, а показаны кривые распределения двуокиси углерода, соответствующие наиболее рациональному размещению газового потока по радиусу колошника. Заштрихованная область на рис. 71, а относится к радиальному распределению двуокиси углерода для наиболее ровной и экономичной работы доменных печей СССР. Так,
Рис. 71. Рациональное распределение двуокиси углерода по радиусу ко лошника и пределы его отклонений при условии сохранения ровного хо да печи н высоких по казателей плавки
О0,550,741JSпо 2,37 |
4,0 |
Порядковыйномер |
|
Расстояние отстенеи, м |
|||
' ' ' I I I--------- 1 |
равновеликихплощадей| |
||
/ 2 3 4 5 6 7 |
|||
1 2 3 4 5 6 |
7 |
||
Точкиотборагаза |
|
Точкиотбора газа |
|
на печи полезным объемом 2700 м3 (НТМК) при таком радиальном распределении двуокиси углерода увеличили форсировку на 10,9% с сохранением ровного хода и получили высокие технико-экономи ческие показатели доменной плавки [171].
Содержание двуокиси углерода у стен печи, меньшее 8%, не желательно, так как при этом слабо используется тепловая и хими ческая энергия газа. Кроме того, при значительном развитии пери ферийного газового потока быстро выходит из строя кладка шахты печи, что отрицательно сказывается на расходе кокса. Содержание двуокиси углерода в газе у стен печи выше 10% также нежелательно, так как при этом значительно снижается производство чугуна и при колебаниях нагрева печи происходит образование настылей.
При работе доменных печей на рядовых, неподготовленных же лезных рудах содержание двуокиси углерода в центре печи должно поддерживаться несколько меньшим, чем у стен. Это объясняется тем, что при больших колебаниях нагрева горна в центре печи обра зуются неплавкие массы, которые ухудшают фильтрацию через кок^ совый слой жидких продуктов доменной плавки. Для предупрежде ния и устранения таких отклонений от нормальной работы увели чивают количество газов в центре печи, благодаря чему здесь соз дается определенный запас тепла. Этому способствует попадание к центру печи большего количества кокса, вследствие высокого его расхода и значительной разницы в объеме по сравнению с железной рудой.
В результате перевода печей на работу с агломератом объем руд ной части подачи значительно увеличился и в настоящее время он равен объему кокса. В центральную часть печи стало больше по
9 |
131 |
падать агломерата и содержание двуокиси углерода у оси стало при мерно таким же, как и у стен или даже несколько выше. Агломерат же, в связи с лучшей пористостью, как правило, лучше восстанавливается
в |
верхних |
горизонтах печи и требует меньшего количества тепла |
в |
горне. |
Кроме того, благодаря более постоянному химическому |
его составу стабилизируются условия шлакообразования и теплового режима. Поэтому количественное увеличение агломерата в центре печи не имеет таких отрицательных последствий, как при работе печи на рядовых железных рудах.
Газовый поток по радиусу печи характеризуют в основном не количественным значением содержания двуокиси углерода у стен и у оси колошника, а разностью между этими величинами и содер жанием двуокиси углерода в промежуточной зоне. Во время про плавки агломерата разность содержаний двуокиси углерода в про межуточной зоне и на периферии (ДС02п та\)> а также в промежу точной зоне и центре (ДС02ц п1ах) увеличилась. Это указывает на более рациональное размещение материалов и газов по радиусу печи по сравнению с работой на рядовых железных рудах.
Исходя из вышеизложенного, для рационального и универсаль ного распределения газового потока по радиусу печи рекомендуется одинаковое содержание двуокиси углерода у стен и в центре, где колебания этого параметра должны быть минимальными (2—3%). Различное качество используемых агломератов в основном должно влиять на догрузку рудной частью промежуточной зоны, где разброс содержания двуокиси углерода допускается равным 8— 10%. На рис. 71, а заштрихованная зона соответствует реко мендуемым кривым в распределении двуокиси углерода по радиусу печи.
Для определения надежного критерия управления газовым по током по радиусу печи с помощью кривых содержания двуокиси углерода целесообразно по оси абсцисс откладывать не расстояния до точек отбора газа, а равновеликие площади концентрических окружностей. Кривые содержания углекислоты становятся более симметричными (рис. 71, б) и легко описываются математическими формулами.
Площадь каждой равновеликой концентрической окружности будет равна:
F __ nR- |
|
(103) |
|
7Г77Т — п — |
1 ’ |
||
|
где F — общая площадь колошника, м2;
п — число точек отбора газа по радиусу печи; R — радиус колошника, м.
Для доменной печи диаметром колошника 8,0 м площадь равно великих окружностей по формуле (103) будет равна:
3 . 1 4 - 4 2 = 8,37 м2. 7 — J
132
Расстояние каждой точки отбора газа по радиусу колошника от стенки х£ находится как проекция на горизонтальную плоскость концентрических окружностей и определяется по формулам:
xt = R - r x, |
|
|
|
(104) |
|
Fx = F - ( i - l ) f , |
|
|
|
(105) |
|
где |
гх — расстояние от центра печи до точки отбора газа, м; |
|
|||
|
Fx — площадь круга с |
радиусом |
гх, м2; |
кон |
|
|
i — порядковый |
номер |
любой |
равновеликой площади |
|
|
центрической окружности, до горизонтальной проекции |
||||
|
которой определяется расстояние от'стен печи. |
|
|||
Подставляя в формулу (105) значение / из уравнения (103), на |
|||||
ходим |
|
|
|
|
|
Fx = |
пR> - (i - 1) |
= яЯ2 - (1 - |
) ; |
(106) |
|
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< 1 0 7 > |
Заменяя в формуле (104) величину гх его значением из уравнения |
|||||
(107), получим окончательно: |
|
|
|
||
|
У |
|
|
|
(108) |
Четвертая точка отбора газа делит площадь колошника по кон центрическим окружностям пополам. Тогда расстояние до этой точки от стены колошника диаметром 8,0 м по формуле (108) будет равно:
* 4 = 4(1 — У I — (4 — 1) : (7 — 1)) = |
1,18 м, |
а радиус гх центральной площади |
составит 4,0 — 1,18 = 2,82 м. |
Для математического описания кривой содержания двуокиси уг лерода по радиусу колошника в зависимости от точек отбора (рис. 71, б) следует решить вначале вопрос о степени приближаю щего многочлена. Как показывают расчеты, кривые отвечают много члену второй степени [172, с. 104—116]. Решая систему уравнений функции у — f (х, a0, alt а2) способом наименьших квадратов, на ходим значения коэффициентов а0, аг и а2 (соответственно свободный член и коэффициенты при х в первой и второй степени уравнения квадратного трехчлена) для известных переменных величин х£, у£. Искомые уравнения имеют вид:
#х = |
8 + |
4,2л: — 0,7х2, |
(109) |
|
У = 9 + |
6, 12л: — 1,02л:2, |
(ПО) |
||
у 2 = |
10 |
+ |
8,4*— 1,4*2, |
(111) |
где х — порядковый номер равновеликих площадей (рис. 71, б).
133
При изменении содержания двуокиси углерода у стен и в центре
печи от 8 до 10% коэффициенты |
и а2 в уравнении параболы в оп |
тимальной зоне увеличиваются в |
2 раза (а1 от 4,2 до 8,4; а2 от |
0,7 до 1,4). Заложив соответствующие параметры в компьютер, можно поддерживать изменение кривых распределения двуокиси углерода
в заданной оптимальной области |
(заштрихованная площадь на |
рис. 71, б). |
контроля за полнотой исполь |
Однако с целью одновременного |
зования химической и физической энергии газа целесообразно от правной критерий для управления газовым потоком в доменной печи увязать с площадью, описываемой кривой радиального содержания двуокиси углерода.
Площадь F, ограниченная кривой квадратичного трехчлена
у = ай + ахх + а2х % |
|
|
(112) |
||||
и линией х, находится из уравнения |
|
|
|
||||
R |
|
|
|
|
R |
|
|
F = | |
(а0-f- ахх + а2х2) dx = а0х -f- ахх212 -\- а2х3/3 | = a0R + axR2/2 -f- |
||||||
о |
|
|
|
|
о |
|
(113) |
+ a,R3l3. |
|
|
|
|
|
||
Для получения удобного критерия целесообразно представить |
|||||||
площадь F в виде функции |
|
|
|
||||
F = f (Уо> |
1 |
/ mR)-a |
x . |
|
|
(П4) |
|
Дифференцируя |
квадратное уравнение |
(112), |
получим: |
|
|||
= |
°1 + |
2а2Лтах = |
0, |
|
|
|
|
а 1 = — 2а2хпшх, |
|
|
|
|
(115) |
||
а2 = —aJ2xm^. |
|
|
|
(116) |
|||
Заменим значения ах и а2 в уравнении |
(112) |
удобными для нас |
|||||
значениями |
у 0 и г/тах |
|
|
|
|||
и получим |
|
|
|
|
|
|
|
1/шах = |
Qo + |
Ql^max |
Й9Хтах, |
|
|
(117) |
|
где хтах = |
0,295/?, |
а а0 = у 0. |
|
|
имеем |
||
После подстановки значения хтах и а0 в уравнение (117) |
|||||||
Утах = |
У 0 + 0,295^x7? + а а(0,295/?)2. |
|
|
(118) |
|||
Заменяя затем в уравнении (118) а2ее значением из формулы (116) |
|||||||
и решая полученное уравнение относительно ах, получаем |
|
||||||
«1 = 2 (г/шах — уо)/0,295/?. |
|
|
(119) |
||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
«2 = |
(Уmax ~ |
г/о)/0,2952/?2. |
|
|
(120) |
||
Наконец, подставляя значения а0, ах и а2 из формул (119) |
и (120) |
||||||
в уравнение (113), находим площадь, ограниченную кривой распре
134
деления содержания двуокиси углерода по радиусу печи, по её ми нимальному и максимальному значениям:
F = R [уо — 0,44 (г/тах — //„) ]. |
(121) |
В уравнении (121) R является постоянной величиной для каждой печи в отдельности или для ряда типовых доменных печей с одина ковым объемом. Величина у0является также величиной определенной, изменяющейся в пределах от 8 до 10%. Обозначим произведение Ry0 через критерий К г, который для печи с диаметром колошника 8,0 м будет равен:
К у. = R y0 = 32н-40. |
(122) |
Обозначим разность (^тах — у 0) через А/С, |
тогда уравнение (121) |
можно записать в виде |
|
К = К г — САК, |
(123) |
где К — критерий радиального распределения газового потока в до менной печи, выраженный через площадь, ограниченную кривой содержания двуокиси углерода и линией х;
С — коэффициент, равный 0,44/?.
Для принятых условий (рис. 71, б) величина К изменяется в пре
делах от 32 до 40; С = 0,18; Д/С |
= 6н-12%. Тогда |
Кт1п = 32 — 0,18-6 « 3 1 ; /Стах = |
4 0 - 0 ,1 8 - 1 2 ^ 3 8 . |
Критерий К является суммой соответственно не двух, а трех са
мостоятельных |
параметров: |
|
|
Ki — R С 02п, |
I |
(124) |
|
К%= С 02п — С 02ц, ] |
|||
|
|||
А/С = СО2 Шах " |
СО 2 min • |
(125) |
|
Эти параметры должны контролироваться счетно-решающей ма шиной, и по ним (с учетом других параметров) должны приниматься соответствующие решения для изменения программы загрузки. Об щий же критерий характеризует степень использования химической и физической энергии радиального потока газов.
После ввода газозаборной трубы в доменную печь машина фик сирует и запоминает температуру по всем точкам отбора. При дви жении трубы к центру колошника газ не отбирается, а газозаборная линия продувается природным газом. Во время обратного движения трубу останавливают во всех точках отбора, в которых происходит заполнение емкости газом и одновременно замеряют термопарой тем пературу газа. Затем дается команда на блоки производства анализов и усреднения температуры газа.
Содержание двуокиси углерода в отдельных точках корректи руется машиной с показаниями усредненной температуры в этих точках и таким образом исключаются значительные отклонения от действительных значений С 02 в газе, а следовательно, исключаются ошибки 'в последующих логических операциях счетно-решающего устройства.
135
Определения всех основных составляющих и самого критерия К ведут параллельно. Сравнивают количество двуокиси углерода у стен и в центре печи и определяют их разность. Если эта разность равна нулю или не превышает 25% от содержания двуокиси углерода на периферии пли в центре печи, то машина по критерию К 2 не выдает решений. В случае положительной разности (превышающей ука занные 25%) выдается соответствующая команда на изменение пара метров загрузки, которые направлены на разгрузку периферии от
рудной составляющей шихты и на большее |
попадание последней |
||
к центру. |
В случае отрицатель |
||
ной |
разности |
С 02п — С 02ц |
|
(свыше тех же 25%) загрузка |
|||
изменяется наоборот — перифе |
|||
рия |
догружается |
рудой или |
|
|
|
агломератом, |
а центр |
— раз |
||
|
|
гружается. |
К х должно |
также |
||
|
|
Значение |
||||
|
|
иметь определенные |
значения, |
|||
|
|
при которых логическая машина |
||||
|
|
не выдает решений |
на |
измене |
||
|
|
ние системы загрузки. Для до |
||||
Доляпопса, загруженного |
Масса попсодоа |
менных печей полезным объемом |
||||
передагломератов 7. |
полоши, т |
2000 м3 и выше это нейтральное |
||||
Рнс. 72. Зависимость содержания двуокиси |
значение находится в пределах |
|||||
Кх = 32 и-40. |
Если |
/<ф |
выше |
|||
углерода в газе периферийной (СОоП) и осе |
||||||
вой (СО„0)зон от порядка загрузки агломерата |
предельного значения, то нужно |
|||||
н кокса (а) и от величины коксовой колоши (б) |
разгружать периферию, а если |
|||||
|
|
ниже, то догружать |
ее. |
|
||
И, наконец, очень важен критерий Д/С, который изменяется в пре делах 6,3—12,6. Этот критерий, как правило, всегда будет в допу стимых пределах, так как корректируется изменением условий за грузки соответственно по линии /С2 н /С2. Но при разности С 02шах —
— С 02т1п < 6 3% система принимает решение о большем перемеще нии рудной части подачи в промежуточную зону.
Самая трудная задача заключается в том, чтобы определить число подач, загружаемых на колошник печи с целью изменения га зопроницаемости периферии или центра в необходимых пределах. Для доменных печей полезным объемом 2000 м3 и более, работающих с избыточным давлением на колошнике, равным 1,7—1,8 ат, в на ладочный период работы автоматической схемы регулирования радиальным распределением газа можно рекомендовать указанные зависимости, полученные на металлургических заводах им. Ильича [62] и Ново-Липецком [173]. На рис. 72 представлены результаты влияния порядка загрузки и массы коксовой колоши на изменениесодержания двуокиси углерода в газе периферийной и осевой зон. Зависимость такого распределения содержания двуокиси углерода от уровня засыпи было рассмотрено в гл. 2.
Основываясь на этих данных, можно считать, что при К =h 0 нужно соответственно изменять порядок загрузки агломерата и
13
Т а б л и ц а 14
Логическая схема для автоматического изменения системы загрузки в зависимости от изменения критерия К2
Сектор I |
|
Сектор II |
|
Сектор III |
|
|
|
ввод |
|
вывод |
ввод |
вывод |
(доля кокса, |
вывод (команда третья — |
(команда |
(*п- о* *п. р) |
(команда вторая) |
загружаемого |
измененная программа) |
первая) |
|
перед агло |
|
|
|
|
|
мератом, %) |
|
3—5 |
+ - |
+ —
5—8 +
В сектор |
III |
|
О |
В сектор |
II |
+ |
- |
Повторный |
— |
+ |
|
опрос |
|
|
|
К : и ^ц- р |
|
|
|
В сектор |
III |
|
|
В сектор |
II |
+ |
- |
Повторный |
|
+ |
|
опрос |
|
|
|
|
|
До 50 |
Повторный |
опрос |
|
Кг н |
р |
50—75 |
|
|
|
В сектор III |
75—100 |
|
Повторный опрос |
До 50 |
||
Кг и |
р |
|
|
В |
программу Kj |
50—75 |
|
В |
сектор |
III |
75—100 |
Увеличение доли кокса, загружаемого перед агло мератом, на 25%
Замена 50% загрузки си стемой АКАК
Переход полностью на си стему АКАК
Увеличение доли кокса, загружаемого перед агло мератом, на 25% и уров ня засыпи на 0,5 м
Замена 60% загрузки на систему АКАК !
Замена загрузки полно стью на систему АКАК
Кг и /ц,р
Продолжение табл. 14
Сектор I
ввод |
|
|
*2 |
|
'ц.п |
От —3 до —5 |
+ |
- |
|
|
0 |
|
+ |
— |
От —5 до — 8 |
+ |
— |
|
|
0 |
|
+ |
— |
П р и м е ч а н и я :
вывод (команда первая)
Повторный
опрос
Аг и -!;. р
Всектор II
Всектор III
Повторный
опрос
К'1 И /ц. р
Всектор II
Всектор III
|
Сектор II |
ввод |
вывод |
(*п. о' *п- р) |
(команда вторая) |
|
|
|
|
Повторный опрос |
Л |
|
1 |
Ао ** ^ц. р |
|
|
||
+ |
- |
|
В сектор III |
0
Повторный опрос Ао И 1ц. р
+—
+ |
- |
В сектор III |
ВВОД (доля кокса, загружаемого перед агло мератом, %)
До 50
50—75 75—100
До 50
50—75 75—100
Сектор III
вывод (команда третья — измененная программа)
Уменьшение доли кокса, загружаемого перед агло мератом, на 25% Замена 40% загрузки на КАКА 1 То же, 60% КАКА |
Уменьшение доли кокса, загружаемого перед агло мератом, на 25% Замена 60% загрузки на систему КАКА!.
Переход на загрузку по системе КАКА J.
1. |
2. (Л) — не плюс (не минус), т. е. при минусовом (плюсовом) отклонении от оптимального значения температура (или другой параметр) |
||
|
не увеличивается (не уменьшается). |
|
|
|
4- (—) — увеличение (уменьшение) значения параметра по сравнению со среднеарифметическим значением; |
||
2. |
О — значение параметра не отклоняется |
за пределы зоны нечувствительности. |
|
tn р — температура периферии, |
замеряемая |
термопарой у стен колошника газообразной трубой; |
|
|
/п 0 — температура периферии, |
замеряемая |
под защитными плитами стационарными термопарами; |
/ц р — температура в осевой зоне печи.
* Схема составлена для доменных печей, работающих с избыточным давлением на колошнике 1,5—2,0 ат.
кокса. Если требуется манипулировать критерием А К, то наряДу с из менением очередности загрузки агломерата и кокса целесообразно изменять и величину коксовой колоши. Для корректировки крите рия Ki лучше всего изменять уровень засыпи, который в первую оче редь влияет на количество газового потока у стен печи. Это пол ностью согласуется с основными положениями регулирования хода печи, разработанными в СССР и за рубежом [45, 52—55, 62, 66, 72— 74, 77—80, 146, 170 и др. ].
Рассматривая-зависимость изменения содержания двуокиси угле рода на периферии от порядка загрузки (рис. 37, 72, а), можно со ставить запрограммированные рекомендации управления радиаль ным потоком газа. Логическая схема изменения очередности за
грузки |
коксовой и рудной составляющих подачи |
представлена |
в табл. |
14. |
температуре |
При |
положительных значениях К 2 и повышенной |
газа в осевой зоне система выдает команду на изменение программы загрузки. В настоящее время все доменные печи имеют в цикле за грузки различное число подач с одним или двумя скипами кокса вперед. Это нужно учитывать в системе автоматического изменения программы загрузки. Удобно при этом различные соотношения подач КААК|, ААКК| и ККАА{ выражать через долю кокса, загружае мого перед агломератом.
В случае отклонения в распределении газового потока от опти мальных значений ЭВМ увеличивает или уменьшает долю кокса, загружаемого перед агломератом. В табл. 14 такие изменения по добраны применительно к доменным печам, работающим с избыточ ным давлением газа на колошнике 1,5—2,0 ат. По мнению автора, во всех случаях (и, особенно, для печей большого объема) закономер ности радиального распределения материалов и газов будут анало гичными. Это не исключает однако возможности в конкретных слу чаях подбирать оптимальные программы загрузки применительно к каким-то специфическим условиям доменной плавки.
Для удобства работы логической схемы ввод информации и по следующие за этим команды компьютера на изменение программы загрузки шихты производят в три последовательных приема (см. табл. 14). Вначале сравниваются величины К 2 и температура осевой зоны /ц. р , и если они совпадают по направлению и степени отклоне ния от оптимальных величин, то выдается команда в сектор III, где с учетом существующей схемы загрузки выдается команда на ее из
менение. При несоответствиях отклонений К 2 и /ц. р |
производится |
или повторный их опрос (явное противоречие К 2 и |
р), или ввод |
дополнительной информации о температуре периферии, замеряемой по окружности колошника под защитными плитами (£п.0) или в га зозаборной трубе (tn. p). Если в секторе II программы изменение К 2 будет соответствовать по направлению аналогичным изменениям t„. 0
иtn_р, то компьютер выдает команду на изменение системы загрузки
сучетом коррекции в секторе III.
Логическая схема корректировки уровня засыпи шихты пред ставлена в табл. 15.
139