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

Фд — содержание влаги в дутье, г/м3; 6 — доля природного газа в дутье, % (объемн.);

у — коэффициент, выражающий отношение объема углерода природного газа к объ­ ему природного газа;

р— коэффициент, показывающий, во сколько раз объем водорода, образовавшегося при

разложении природного газа, больше его первоначального объема;

1] — объемное отношение газифицированного углерода кокса ко всему объему кокса.

Уравнение (146) достаточно полно отражает восстановительную работу газов в печи. Показатель q определяется вначале статисти­ ческим путем на основании фактического материала, получаемого на работающей печи. В дальнейшем схема автоматического управления ходом печи должна обеспечивать поддержание величины q в опти­ мальных пределах. Кроме того, схема должна накапливать данные, соответствующие режиму работы с повышенным значением показа­ теля q, и выдавать затем рекоменации по рационализации горизон­ тального и вертикального распределения материалов и газов в печи.

Между показателем q и алгоритмами радиального К и окруж­ ного А распределения материалов и газового потока должна суще­ ствовать тесная корреляционная свзяь в виде уравнений регрессии:

ние оптимальных условий газораспределения в печи. Для этого по (149) и (150) вначале определяется, в каком сечении до­ менной печи (горизонтальном или вертикальном) имеется нарушение оптимальных условий распределения потока газов. Затем по урав­ нениям (123), (128) и (129), согласно логическим таблицам, прини­ мается решение о соответствующих изменениях программной за­ грузки материалов.

В случае повышения алгоритма q система принимает меры к сохра­ нению соответствующих условий доменной плавки. При этом вклю­

160

ставленйя данных анализа с заданием. Сигнал of измерительной головки передается в вычислительную машину, которая определяет средний состав шихты за заданный интервал времени (4—8 ч).

В зарубежной практике все большее значение получает анализ продуктов плавки с помощью фотоэлектрических спектрографов прямого отсчета (оптических квантомеров). Имеется несколько конструкций квантомеров, отличающихся способами возбуждения спектра, измерения и регистрации интенсивности линий спектра

грузки бункеров; 2 — 4 — информа­ ция об уровне материалов (соответ­ ственно агломерата, кокса и доба­

представительных проб для тех же компонентов шихты, а также для шлака (15) и чугуна (16)', 12 —

установка для определения влаж­ ности кокса; 13 — то же, для определения выноса пыли; 14 — анализатор химического состава сырых материалов и продуктов до­ менной плавки

и т. д. Работают квантомеры надежно и с достаточной степенью точности [217].

Имея в наличии действенную систему автоматического управле­ ния ходом печи и шихтовкой материалов доменной плавки, можно сравнительно легко управлять ее тепловым состоянием. Для этого можно воспользоваться показателем скоростного теплового ба­ ланса М, предложенного А. Н. Похвисневым [147]:

Л1254(100 —ш)(100 — 0,124фд — 6) (СОг + СО) ’

q и р — соответствующие параметры, определяемые по урав­ нениям (146) и (152).

Регулирование теплового состояния печи сводится к расчету величины М и приближению ее значения к Л40ПТ, т. е. к расходу

162

тепла на единицу отнимаемого от шихты кислорода или на единицу чугуна, при котором обеспечивается получение заданного его со­ става с оптимальным расходом кокса. Величина Мопт определяется в результате анализа работы печи за прошедшее время. При этом особое внимание должно уделяться обработке данных запомина­ ющего устройства ЭВМ, соответствующих наиболее экономичным периодам работы печи.

Комплексная схема автоматического управления ходом печи, которая объединит локальные схемы, вначале может оказаться громоздкой и сложной. Со временем она упростится за счет исклю­ чения параллелизма и дублирования при определении отдельных параметров, учитываемых в нескольких локальных системах. Кроме того, вероятно, появится возможность объединения отдельных алгоритмов в более общие закономерности. Большую роль при этом сыграет точное описание математико-кинетической модели доменной печи.

И*

Р А З Д Е Л В Т О Р О Й

КОНСТРУКЦИИ ЗАСЫПНЫХ УСТРОЙСТВ

Г л а в а б АНАЛИЗ

КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ЗАСЫПНЫХ АППАРАТОВ

Ранее отмечалось, что воронка и конус Парри не всегда обеспе­ чивают рациональное распределение материалов по радиусу ко­ лошника. Особенно это относится к доменным печам, работающим на древесном угле. Поэтому в различных странах были предложены конструкции засыпных аппаратов, отличающихся от аппарата Парри радиальным размещением шихтовых материалов.

Всвязи с переводом доменных печей на работу с повышенным давлением газа на колошнике снизилась стойкость засыпных аппа­ ратов типовой конструкции, вследствие чего появились предложения, направленные на увеличение срока службы всех элементов загрузоч­ ного устройства, в том числе и засыпного аппарата.

Вданной главе рассмотрены различные конструкции засыпных устройств, предназначенных для решения указанных задач.

Засыпные аппараты с неподвижными и подвижными конусами и кольцами

В конце прошлого века в Швеции был впервые применен засып­ ной аппарат системы Шарлевилля с неподвижным конусом, жестко закрепленным на траверсе (рис. 81, а). Однако такая конструкция не обеспечивала достаточной плотности прилегания подвижного (кольцевого) конуса к приемной воронке и к центральному конусу, в результате сильная загазованность колошниковой площадки яви­ лась значительным недостатком данной конструкции. Так, на метал­ лургическом заводе им. Дзержинского, где в двадцатых годах на старых печах стояли аппараты Шарлевилля, имело место угорание рабочих на колошнике. Если же газ загорался, то происходило коробление аппарата и дальнейшая его эксплуатация затруднялась.

Кроме того, нельзя признать рациональным и ссыпанне части материалов кучей в центр доменной печи, что обеспечивало сравни­ тельно неплохое газораспределение и невысокий расход древесного угля только в малых печах с небольшими горнами. В больших печах газовый поток в центральной части резко уменьшался вследствие периферийного подвода дутья. Это приводило к тугому сходу шихты с подстоями и осадками и к частому горению охладительной аппа­ ратуры (воздушных фурм и шлаковых «паучков»).

По свидетельству американских доменщиков Мак-Ки и Хейвена, переход в США с засыпных аппаратов Шарлевилля на аппараты

164

Парри способствовал улучшению технико-экономических показате­ лей наиболее мощных в то время печей, работающих на коксе.

На уральских древесноугольных печах некоторое распростране­ ние имел засыпной аппарат системы Поносова (рис. 81, б), который по принципу работы сходен с аппаратом Шарлевилля. Коническое распределительное кольцо (подвижный конус) поднимали и опу­ скали двумя штангами, соединенными через траверсу с балансир­ ным устройством. Приемная воронка в нижней части имела съемное кольцо, которое позволяло сменять аппарат, не вынимая воронки. Для выравнивания распределения материалов по окружности печи

Рис. 81. Засыпной аппарат системы Шарлевилля (а) и системы Поносова (б):

1 — приемная воронка; 2 — подвижный конус; 3 — крепежные лапы; 4 — неподвижный конус; 5 — траверса; 6 — штанга; 7 — конус-«разбойннкэ; 8 — коническое распределитель­

ное кольцо; 9 — центральный конус; 10 — опорные швеллеры; I I — крышка; 12 — штанги распределительного кольца; 13 — траверса; 14 — съемное кольцо воронки

воронку делали узкой и высокой. В отличие от аппарата Шарлевилля, в аппарате Поносова под центральным конусом жестко подвешен еще один конус («разбойник»), меньшего размера. Он предназначался для отбрасывания материалов от оси печи в промежуточную зону.

Герметизация колошника во время загрузки шихты осуществ­ лялась закрыванием засыпного аппарата сверху специальной крыш­ кой, которая опиралась своим бортом на коническую заточку верх­ него края приемной воронки.

Руду в приемную воронку загружали с двух сторон из ваго­ неток с открывающимся передним бортом, а древесный уголь — из подвесных вагонеток с кольцевого бимсового пути. После очеред­ ной подачи шихты в приемную воронку коническое распределитель­ ное кольцо опускали; вместе с ним вначале опускался и центральный конус с «разбойником». Шихтовые материалы в это время ссыпались, как и в аппарате Парри, на периферию колошника. После упора головки штанги на опорные швеллеры, центральный конус с «раз­ бойником» останавливались, а распределительное кольцо продол­ жало опускаться. В этот момент шихта ссыпалась по обеим плоско­ стям распределительного кольца, т. е. и к периферии, и к центру

165

печи. Непосредственно к оси печи мелкие материалы не попадали, так как отбрасывались «разбоииком» в промежуточную зону. Нали­ чие трапецеидальных вырезов в распределительном кольце также способствовало попаданию большего количества мелочи в проме­ жуточную зону. Гребень материалов растягивался шире, что спо­ собствовало лучшему использованию физической и химической энергии печных газов. В случае правильного подбора диаметра и хода центрального конуса с «разбойником», а также формы и размеров трапецеидальных вырезов на распределительном кольце засыпной аппарат Поносова обеспечивал лучшее радиальное распре­ деление материалов, по сравнению с аппаратами Парри и Шарлевилля. Так, расход древесного угля на доменных печах с аппаратом системы Поносова был на 10—15% ниже, чем при загрузке аппара­ том Парри [224]. Однако из-за отсутствия распределителя шихты даже при небольшом диаметре приемной воронки не обеспечивалось достаточно ровного размещения материалов и газов по окружности печи. При двусторонней подаче шихты из вагонеток получались две зоны преимущественного хода газов, расположенные под углом 90° от мест загрузки материалов. Поэтому в этих зонах не полностью использовалась восстановительная и тепловая энергия доменного газа, что приводило к повышенному расходу древесного угля и эллиптическому разгару огнеупорной кладки.

Другим существенным недостатком аппарата Поносова являлась значительная сложность его конструкции и недостаточно надежная герметизация. Особенно значительные утечки газа происходили при осадках столба шихтовых материалов, так как центральный конус подбрасывался вверх и в образовавшийся между ним и рас­ пределительным коническим кольцом зазор вырывались на рабочую площадку газы и пламя, а нередко и куски шихты. Для устранения этого недостатка на штангу центрального конуса под направляющими швеллерами ставилась шайба, которая ограничивала, но не устра­ няла полностью подбрасывания центрального конуса при осадках.

На металлургических заводах Южного Урала применяли засып­ ной аппарат, сходный по конструкции с аппаратом Поносова (рис. 82). Над воронкой его большого конуса проходил узкоколей­ ный рельсовый путь, по которому вагонетками в центральную часть аппарата загружали руду и флюсы. Они попадали вначале на конускрышку и после заполнения малой воронки ссыпались на большой конус. Во время загрузки рудной части подачи двойным кольцом на периферию колошника поступало 60—75% руды, а остальные 25—40% руды попадали в промежуточную и центральную зоны печи. Древесный уголь загружали обычно с кольцевого бимсового пути. Вначале уголь попадал только в периферийную область колош­ ника, что противоречило основам рационального распределения газа по радиусу — умеренно развитые потоки на периферии и в централь­ ной части печи.

Периферийный подвод дутья, меньшее сопротивление движению газа у стен и загрузки в эту область большого количества пористого древесного угля способствовали развитию в этой части печи значи­

166

тельного газового потока. В центральной же части, наоборот, газо­ вый поток был недостаточно развит. Главной ошибкой при загрузке шихты аппаратом южноуральских заводов надо считать попадание большого количества древесного угля в промежуточную зону. Вероятно, что при ссыпании тяжелой рудной части шихты с боль­ шого конуса к стенам печи происходил сдвиг легкого древесного угля в промежуточную зону и далее к центру печи.

благодаря применению бадей и ва­ гонеток с различными диаметрами конусных днищ. Это позволило регулировать количество руды и древесного угля на периферии и в центральной части, что улучшило

дов является недостаточно надежная его герметичность. Особенно большие потери газа происходили во время обрывов и осадок шихты, когда крышка-конус подбрасывалась вверх и в зону рабочих мест выбрасывалось пламя и раскаленный древесный уголь. Не дости­ галась герметичность и во время опускания большого конуса, когда аппарат закрывался специальной крышкой. Общие потери колош­ никового газа, как и в аппарате Поносова, достигали 10—15%.

Для древесноугольных и коксовых печей В. А. Сорокин (авт. свид. СССР, № 34571, 1930 г.) предложил многоконусный аппарат, обеспечивающий многокольцевую засыпку материалов по радиусу колошника доменной печи. На рис. 83 показана его схема с двумя и тремя конусами (штанги и ограничители хода конусов показаны в одной плоскости, в действительности же они располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях). Для распределения мате­ риалов по окружности печи в аппарате использован обычный распре­

167.

делитель типа Мак-Ки или конусная воронка, расположённая поД верхним конусом. Ссыпающиеся с верхнего конуса материалы на­ правляются воронкой к оси, при этом шихта значительно усред­ няется как количественно, так и качественно. Использование подоб­ ных распределителей шихты в настоящее время в Японии, при достаточно высокой подготовке материалов к доменной плавке, показало целесообразность их применения в промышленности.

При опускании центрального конуса вместе с коническим коль­ цом шихтовые материалы вначале ссыпаются на периферию ко­ лошника, оставаясь на центральном конусе в объеме, ограниченном углом естественного откоса. После того как штанги достигнут огра­ ничителей, движение конического кольца прекратится и при даль­ нейшем опускании центрального конуса шихтовые материалы будут ссыпаться в промежуточную зону.

Нижний затвор закрывают поднятием центрального конуса, который на своем пути захватывает конические кольца и прижимает их к чаше.

Правильный подбор диаметров центрального конуса и кониче­ ского кольца, а также зазора между кольцом и защитными плитами колошника, очевидно, обеспечит более рациональное распределение шихты по радиусу печи. Однако примерно такого же результата можно достичь и в аппарате Парри подбором соответствующих пара­ метров загрузки (очередности подачи материалов, уровня засыпи и величины рудной и коксовой колош).

Показатели работы древесноугольных доменных печей при за­ грузке двухкольцевой засыпью материалов аппаратом В. А. Соро­ кина были лучше, чем при загрузке аппаратом Парри. Особенно хорошие результаты были получены при загрузке в периферийную зону более богатых трудновосстановимых магнитных железняков (высокогорских и гороблагодатских), а во внутреннее кольцо более бедных, но легковосстановимых ауэрбаховских и воронцовских руд. Возможность загрузки различных по кусковатости и восста­ новимости железных руд и агломератов в различные зоны по радиусу печи является важным преимуществом аппарата В. А. Сорокина. Однако, как и у других аппаратов подобного типа, этот аппарат имеет большие конструктивные недостатки: возможность перекоса штанг конического кольца и трудность герметизации межконусного пространства.

В 1959 г. во Франции был предложен засыпной аппарат (пат. Франции, № 1211613, 1959 г.), который отличается от аппарата В. А. Сорокина наличием специальных фиксаторов, позволяющих удерживать распределительное кольцо в верхнем положении во время засыпки гребня материалов в промежуточную зону. В этом аппарате предусмотрена однокольцевая засыпь шихты, но гребень материалов можно загружать в промежуточную (рис. 84, а) и в пе­ риферийную (рис. 84, б) зоны печи. Тяги распределительного кольца установлены не вертикально, а наклонно. Благодаря их шарнирному соединению обеспечивается вертикальное опускание распредели­ тельного кольца, но перекосы и заклинивания при этом вполне

168

возможны, что исключает полную надежность и долговечность кон­ струкции. По мнению автора, более надежными в аппаратах такого типа являются не наклонные, а вертикальные тяги (центральные штанги) конических колец.

Засыпные аппараты аналогичного принципа действия были пред­ ложены А. П. Злоказовым (авт. свид. СССР, № 6678, 1923 г.), А. С. Саркисьянцем (авт. свид. СССР, № 45616, 1935 г.) и И. Н. Гон­ чаровым (авт. свид. СССР, № 40387, 1933 г.). Чаша и нижний конус в аппарате А. П. Злоказова обычной конструкции, только несколько меньшего диаметра (рис. 85, а, б). Под нижним конусом преду­ смотрена дополнительная воронка в виде двух усеченных конусов, сваренных широкими основаниями, с двумя тягами. Верхнее отвер­ стие этой воронки закрывается нижним конусом. Если такую во­ ронку опускать вместе с конусом, то шихтовые материалы будут попадать к стенкам колошника (рис. 85, я), а в случае опускания одного конуса материалы попадут в промежуточную или цен­

В аппарате А. С. Саркисьянца предусмотрена также дополни­ тельная коническая воронка, которая при опускании садится на нижний конус, увеличивая при этом его диаметр. При совместном опускании нижнего конуса и конической воронки шихта направ­ ляется к стенкам колошника, а при опускании только нижнего конуса шихта попадает в промежуточную зону (рис. 85, в, г).

И. Н. Гончаров предложил делать нижний конус из двух частей, причем нижняя его часть имеет сложную конфигурацию. Такой аппарат позволяет засыпать материалы одновременно двумя кон­ центрическими гребнями и дифференцированно на периферию или в центр печи (рис. 85, д, е). На нижний конус материалы загружают через обычный распределитель шихты. При этом они попадают как на нижнюю половину, так и в воронку верхней половины конуса.

Во время опускания конуса вначале ссыпаются материалы, на­ ходящиеся между стенками чаши и воронки нижней половины конуса. После того как нижняя половина конуса достигает упоров, происходит опускание его верхней половины и материалы по вну­ тренней скошенной поверхности его нижней части попадают в цен­ тральную или промежуточную зоны печи. Если же конус опускать до упоров нижней его половины, то материалы ссыпаются только к стенкам колошника (рис. 85, д). В случае опускания одной верх­ ней половины конуса (нижняя часть конуса не опускается), мате­ риалы загружаются в промежуточную или центральную область печи (рис. 85, ё). Если рудную и коксовую составляющие подачи загружать в различные отсеки на нижнем конусе, то можно соответ­ ственно регулировать их загрузку к стенкам или в центр колошника. Это увеличивает гибкость управления газовым потоком по радиусу печи.

169