книги из ГПНТБ / Тарасов, В. П. Загрузочные устройства шахтных печей

пературы по окружности печи компенсируется Соответствующим изменением программной загрузки кокса. Если в том же случае разброс температур по газоотводам ниже (центральный ход газов) или выше (периферийный ход газов) оптимального, то для ликви­ дации отклонения газового потока от установленного уровня, обус­ ловленного в основном распределением материалов по радиусу колошника, нужно вначале изменить порядок загрузки — увеличить или уменьшить число подач «коксом вперед». Когда A t' соответ­ ствует норме, система «приступает» к усреднению температуры пе­ риферии, если отклонения показаний в отдельных секторах выше допустимых.

Система предусматривает загрузку в секторы колошника с повы­ шенным нагревом кокса из откосов в воронке малого конуса, если с противоположной стороны температура периферии и соответству-' ющего газоотвода ниже средних величин. В случае же одинаковой температуры колошника и периферии в остальной части окружности печи из работы исключаются те станции вращающегося распредели­ теля, которые загружают кокс из гребней в сектор, соответствующий высокой температуре. Порядок замера температур периферии и газоотводов (радиальных зондов), а также расхода дутья по фурмам аналогичен рассмотренному выше случаю устранения пониженного нагрева в отдельных участках окружности печи.

Алгоритм автоматического управления горизонтальным распре­ делением шихтовых материалов и газов представлен в логической схеме (табл. 19), в которую занесены возможные варианты наруше­ ния нормального распределения газового потока по окружности доменной печи.

В табл. 19 приведены рекомендации по устранению указанных нарушений с помощью соответствующих изменений программы ра­ боты распределителя шихты при загрузке кокса.

Наличие в каждом секторе окружности колошника трех термо­ пар для определения температуры периферии и возможность кон­ трольного замера температур газоотводов (или радиальных зондов) и расхода дутья на воздушных фурмах, расположенных под соответ­ ствующим сектором, значительно повышают надежность автомати­ ческого регулирования распределением газового потока по окруж­ ности печи.

В последнее время для автоматизации загрузки доменной печи весьма успешно применяют измерение перепада давления газа по высоте. Измерение частных перепадов давления позволяет опреде­ лять способ устранения расстройства хода печи. Изменение верх­ него перепада регулируют соответствующей корректировкой си­ стемы загрузки. Отклонения нижнего перепада от оптимального значения устраняют изменением количества и температуры дутья

[146, табл. 14].

Газопроницаемость слоя в основном зависит от объема и харак­ тера пустот между отдельными кусками сыпучих материалов. По­ этому важно определить основные закономерности изменения объема пустот в зависимости от фракционного состава загружаемых в до-

150

Скоксом.

**См. примечание 1 к табл. 14.

*2 Основная программа.

*3 Здесь и ниже даны станции вращения воронки с коксом (при условии, что агломерат

вращается по станциям нормально без изменения по всем программам).

№

менную печь материалов. При этом большое значение имеют форма и размер отдельных пустот (или кусков материалов). Агломерат из трубчатой печи, например, менее проницаем, чем агломерат с ленты, несмотря на больший объем пустот.

Наиболее целесообразно судить о газопроницаемости слоя мате­ риалов по потере напора. Л. К- Рамзин [195] экспериментальным путем установил, что общее сопротивление слоя сыпучих материа­ лов можно выразить уравнением

=1,17) Л. К. Рамзин приводит следующие значения:

а— 1,35-т-1,85 и я = 4,2-г-0,1. При этом с увеличением размера зерна коэффициент а уменьшается, а показатель степени я возра­ стает.

Недостатком формулы (130) является то, что ома не может быть применена для любого слоя сыпучих материалов. К. Фернес и Т. Джозеф в 1930 г. предложили эмпирическую формулу определе­ ния падения давления в слое железной руды (при постоянных тем­ пературе и давлении):

Для определения среднего диаметра кусков в слое исследователи

по массе; тогда уравнение (132) после несложных преобразований примет вид

152

и диаметр (м) г'-той фракции.

Проведенными автором исследованиями установлено, что насып­ ная масса агломерата различных фракций, обычно применяемых в доменном производстве, изменяется пропорционально размеру частичек (рис. 75). Зная общее количество загружаемой шихты и содержание в ней мелочи, можно по формулам (60)—(75) определить

Ьд --------- —--------------------

ее количественное и качественное распределение между гребнем и откосом агломерата в воронке малого конуса. Расчетные значения количества агломерата т и содержание мелкой фракции п со стороны гребня и со стороны откоса агломерата в зависимости от общего содержания в нем мелочи т представлены табл. 20.

Очень важные с точки зрения газодинамики слоя значения dcp для гребня и откоса агломерата определены по формуле (133). Как видно из рис. 76, с увеличением доли мелкой фракции в агломерате средний диаметр кусков в слое уменьшается сначала весьма значи­ тельно, а затем в меньшей мере. С достаточной точностью dcp можно рассчитать по формулам: для гребня

где т — общее количество мелочи в агломерате, %.

Определение потери давления в слое сыпучих материалов по формулам (130) и (131) весьма ограничено. Целесообразнее пользо­ ваться другими формулами:

153

Та б л ица 20

данных, дает почти универсальную кривую, действительную как для газов и жидкостей (текущих сред), так и для всех типов материалов слоя, поскольку размеры кусков мало отличаются друг от друга.

154

где есл — порозность слоя, доли ед.; 6тш — порозность фракции с наименьшим размером кусков,

доли ед.

При небольших значениях критерия Рейнольдса (Re < 1 0 — ламинарная область) большим является первое слагаемое уравнения (139), при больших значениях критерия (Re > 1000 — турбулентная область) — второе.

Уравнение (137) наиболее полно отражает газопроницаемость зернистого слоя в условиях доменной плавки. Однако здесь нужно учитывать, что плотность газа является величиной переменной,

от количественного соотношения в нем углекислого газа и водорода. Как видно из рис. 77, указанная зависимость представляет собой прямые линии и описывается уравнением регрессии

где Lh2, Leo, — содержание в колошниковом газе соответственно водорода и углекислого газа, %.

Если в уравнение (140) подставить значение р0 из формулы (141), то можно рассчитать плотность колошникового газа любого состава при различных температуре и давлении:

Для определения коэффициента сопротивления по формулам (138) и (139) были рассчитаны соотношения между мелкими части­ цами и крупными кусками по уравнению (100) и, согласно данным Фурнаса, Джозефа и Ешара [93], определена порозность слоя агломерата с различным количеством мелочи. Скорость газа в пустой шахте для мощных доменных печей при условии форсированной плавки принята равной 3 м/с. Средние диаметры кусков агломерата со стороны гребня и откоса определены по формулам (134) и (135),

155

а плотность газа найдена по уравнению (142). Состав газа в зависи­ мости от газопроницаемости слоя в доменной печи изменяется от 6 до 20% С 02. Соответственно изменяется и плотность колошникового газа. Данные об изменении коэффициента сопротивления слоя при­ ведены в табл. 21.

Как видно из рис. 78, а я б, функция Re = f (т) имеет экспо­ ненциальный характер, а зависимость ф = f (т) имеет вид уравне­ ния регрессии (до содержания 50% мелкой фракции). Коэффициент сопротивления агломерата при этом, можно определить из следу­

Таким образом, если не учитывать ориентацию частичек агло­ мерата в газовом потоке и степень разрыхления слоя при опускании в расширяющейся шахте печи, то с достаточной точностью по фор­ мулам (136) и (137) можно определить потерю напора в слое с раз­ личным содержанием мелочи. В доменной печи режим движения газового потока в основном турбулентный, поэтому потери напора следует определять по формуле (137). Коэффициент сопротивления для гребня и откоса агломерата ..находится по формулам (143) и

от содержания в нем мелочи представлены на рис. 79, из которого видно, что для всех, случаев гранулометрического состава агломе­ рата, имеющих место в практике доменного производства (от 15 до 45%), разница потерь напора в гребне и впадине весьма велика и этим можно пользоваться для регулирования газового потока по окружности колошника. Из рис. 79 также видно, что при содержании

156

в агломерате мелочи до 15% и свыше 45%. потери напора со стороны гребня и со стороны откоса практически одинаковы, т. е. регули­ ровка хода печи по окружности изменением станций неэффективна.

Рис. 78. Изменение числа Рейнольдса Re и коэффициента сопротивления ф в зави­ симости от формы кусков слоя Ф и гранулометрического состава агломерата:

а — гребень; б — откос

Этим объясняется недостаточная эффективность управления газовым потоком по окружности доменной печи в случае трехкратного отсева мелочи из агломерата или при большом количестве мелких фракций

вагломерате.

Вреальных условиях домен­ ной плавки потери напора в слое агломерата будут несколько мень­

лов, по которым движется газ.

Таким образом, можно с достаточной точностью определять потерю напора в слое кусковых материалов. В логическую память ЭВМ закладываются значения Ар в слое подачи шихты при совме­ щенных гребнях кокса и агломерата или при загрузке гребня кокса

157

на откос агломерата и т. д. В случае отклонения перепада давления газа колошник — середина шахты от оптимального значения ЭВМ выдает команду на дополнительный опрос датчиком системы автома­ тического регулирования загрузкой шихты по окружности и радиусу печи. После выявления причины универсальная машина изменяет соответствующим образом программу загрузки. Во время выпол­ нения команды перепад давления служит как бы контрольным эталоном для проверки правильности выбранного решения. Кроме того, по изменению перепада давления можно определять число подач, загружаемых по измененной программе.

Комплексная автоматизация доменного производства

Современная технология доменной плавки позволяет переходить от локальных систем автоматизации к комплексной автоматизации,

димо сохранитьсамостоятельность отдельных локальных систем, подключая их поочередно в общую систему. Так, уже в настоящее время можно объединить систему автоматического распределения дутья и природного газа по фурмам с системой автоматического управления газовым потоком по сечениям доменной печи. В свою очередь, систему управления ходом печи можно объединить с систе­ мой автоматического регулирования тепловым состоянием печи и с системой управления шихтовкой доменной плавки.

Наиболее слабым звеном в общей системе автоматического упра­ вления работой доменной печи является недостаточная надежность алгоритмов управления распределением газового потока по окруж­ ности и по радиусу печи. Поэтому основное внимание должно быть сосредоточено на решении этой задачи.

Ход процесса во многом определяет тепловое состояние печи. Даже небольшое изменение газового потока значительно влияет на соотношение косвенного и прямого восстановления окислов же­ леза, что в свою очередь приводит к изменению расхода углерода. Корректировка рудной нагрузки соответствующим изменением коли­ чества кокса в подаче запаздывает на 5—6 ч, а использование дру­ гих факторов при этом весьма ограничено. Например, поддержива­ ние температуры дутья на немаксимальном уровне с выделением какого-то ее резерва экономически нецелесообразно. Нецелесооб­ разно также применять пар в связи с обогащением дутья кислородом и вдуванием природного газа. В некоторых случаях таким путем можно осуществлять только снижением нагрева в печи. Следова­ тельно, односторонняя регулировка теплового состояния доменной печи не является решением поставленной задачи. Тем более, что именно похолодание печи является наиболее^опасным ее расстрой­ ством, при котором можно получить некондиционный чугун или загромождение горна с последующим горением охладительной арматуры и т. д.

158

Изменение количества водорода в газе может привести только к уве­ личению степени косвенного восстановления железа, в результате чего снизится степень прямого восстановления и изменится расход тепла в нижней зоне. Однако изменение доли железа, восстановлен­ ного водородом, не всегда одинаково. В некоторых случаях с уве­ личением количества водорода возможно некоторое снижение сте­ пени его использования. Увеличение же природного газа в началь­ ный момент приводит к временному снижению прихода тепла в ниж­ нюю часть печи. Следовательно, оперативно регулировать тепловое состояние печи изменением расхода природного газа нельзя.

Таким образом, для решения поставленной задачи очень важно вначале отработать систему автоматического управления распреде­ лением материалов и газов по сечениям печи. Параллельно с этим необходимо внедрять и другие локальные системы автоматического управления, в том числе и оперативный технико-экономический контроль работы всего доменного цеха [217—2.19].

Автор не ставил своей задачей рассмотрение всех вопросов, связанных с комплексной автоматизацией доменного производства, а ограничился только проблемами, которые связаны с загрузкой печи. В гл. 4 были подробно рассмотрены вопросы автоматизации вертикального и горизонтального распределения материалов и газов в доменной печи. Целесообразно эти две локальные схемы объеди­ нить в одну. При этом необходимо определить общий алгоритм и последовательность работы общей логической схемы.

В качестве основного алгоритма можно применить степень ис­ пользования восстановительной способности газов q. А. Н. Похвиснев предложил определять q как отношение кислорода Шихты, отня­

159