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

Й вызывает сомнение в работоспособности. Очевидно, нет необхо­ димости в устройстве экранирующего кольца, так как при соответ­ ствующем подборе диаметров стационарного корпуса и раздвижной юбки нижнего конуса можно обеспечить достаточно гибкое селектив­ ное размещение шихты по радиусу колошника.

Широкое применение в начале нашего века для доменной плавки неподготовленных железных и марганцевых руд с большим содер­ жанием мелких фракций значительно затрудняло управление ходом печей. В условиях схода шихты с подстоями и обрывами рудная мелочь часто попадала к Стенкам и здесь образовывались настыли различной конфигурации и величины. Для уменьшения указанного

Рнс. 93. Засыпные аппараты с подвесной юбкой:

а — одностенная; б — двухстенная; в — коническая; / — газовый затвор; 2 — чаша; 3 — большой конус; 4 — подвесная одностенная юбка; 5 — двухстенная юбка; 6 — коническая юбка; 7 — вал для поворота юбки

недостатка стали применять (особенно в Германии) под прибором Парри дополнительные юбки, которые способствовали размещению мелких частиц и кусочков рудной составляющей подачи в проме­ жуточной зоне колошника.

На рис. 93, а показана одностенная юбка, с помощью которой мелкая часть шихты размещается в промежуточной зоне. В центр печи откатываются наиболее крупные куски и в основном кокс. К стенкам попадают в значительной мере также кусковые материалы, но преимущественно руда. Такое распределение материалов по радиусу печи наиболее предпочтительно [43, 62 и др. ]. Как пока­ зали более поздние исследования, при М-образном профиле засыпи шихты печь работает значительно лучше, чем при V-образной по­ верхности. При М-образном профиле непосредственно к стенкам печи откатываются сравнительно крупные кусочки материалов, а мелкие фракции располагаются в промежуточной зоне. В центр печи в основном попадают крупные куски. Все это способствует образованию умеренно развитых потоков газа у стен и в центре печи. Поэтому даже для сравнительно мощных печей в пятидесятых годах нашего века предусматривали под нижним конусом распре­ делительную юбку [229].

Газовый поток не только выбирает пути наименьшего сопротив­ ления, определяемые взаимным расположением крупных и мелких фракций шихты, но при некоторых критических скоростях и сам изменяет газопроницаемость столба материалов, создавая допол­ нительное разрыхление. При значительном скоростном напоре он

180

может раздвигать или поворачивать куски шихты, в особенности кокса, таким образом, чтобы они оказывали наименьшее сопротив­ ление. В данном случае газовый поток играет роль смазки, частично заменяя трение между твердыми кусками материалов и стенкой печи значительно более слабым трением между твердыми кусками и газом [230, 231 ].

В доменной печи шихта движется мелкими толчками, при этом чем слабее толчки, тем ровнее работает печь. Неравномерность схода материалов вызывается увеличением трения внутри столба шихты и между стенкой печи и кусками материалов. Следовательно, фикси­ рованное положение гребня материалов на некотором расстоянии от защитных плит колошника способствует уменьшению трения между кусками сырых материалов и стенками печи и приводит к более ровному сходу шихты, а значит и лучшим технико-эконо­ мическим показателям доменной плавки.

Соотношение между крупными и мелкими фракциями в пери­ ферийной, промежуточной и центральной частях печи определяется как диаметром дополнительной юбки, так и очередностью загрузки. Однако в этом случае лучше загружать прямые подачи, а оптималь­ ного распределения газового потока по радиусу печи добиваться соответствующим подбором размеров и конфигурации юбки. Обычно это делают на больших моделях (с учетом накопленного опыта).

Более четкого распределения материалов по гранулометриче­ скому составу в радиальном направлении достигают установкой двухстенной юбки (рис. 93, б). Это значительно уменьшает влияние газового потока на радиальное размещение материалов, что особенно важно, так как перераспределение мелочи из промежуточной зоны восходящими потоками газа крайне нежелательно. Существенным недостатком такой конструкции является наличие в зоне движения шихты крепежных косынок внутренней стенки, что в значительной мере может ухудшить распределение газового потока по окруж­ ности печи. Кроме того, крепежные косынки будут интенсивно изнашиваться от абразивного воздействия материалов и особенно кокса.

Коническую юбку с приводом для поворота предложил X. Нойэссен (рис. 93, в). Юбка имеет два рабочих положения. Если широкое основание юбки находится внизу, то гребень шихты ложится к стен­ кам колошника, а если оно вверху, то гребень материалов распола­ гается в промежуточной зоне. Разбег между расположениями греб­ ней шихтовых материалов при различных положениях юбки опре­ деляется углом наклона ее образующей. Таким образом, засыпной аппарат X. Нойэссена позволяет получать двухкольцевую загрузку шихты в объеме двух или более подач. Установка привода поворота юбки и уплотнение вала привода в настоящее время значительных трудностей не представляют. Основным недостатком такой конструк­ ции является значительный износ вала привода поворота юбки

инарушение в этом районе распределения шихты по окружности.

Вдругом предложении X. Нойэссена коническая юбка дополнена отражателем (напоминающим «разбойник» Поносова), который пре-

181

йятствуёт засыпке материалов непосредственно в центр печи. По мнению автора, такое усложнение конструкции засыпного аппарата является неоправданным.

На Челябинском металлургическом заводе было предложено распределительное устройство под нижним конусом (рис. 94), позво­ ляющее весьма широко изменять размещение шихты по радиусу

Рис. 94. Засыпкой аппарат конструкции Челябинского металлургического завода:

а — распределение материа­ лов при верхнем положении

мещение материалов в печи при чередовании положений воронки; / — газовый зат­ вор; 2 — большой конус; 3 — чаша; 4 — коническая воронка; 5 — стационарная двухстенная юбка

печи [232]. Если направляющая воронка этого устройства находится в верхнем положении, то в центр печи попадает крупнокусковой материал, а при нижнем ее положении большее количество крупных фракций попадает к стенкам печи. Во время чередования положений конической воронки получается соответственно чередование у степ и в центре печи крупных и мелких фракций материалов. Исследова­ ния распределения материалов по радиусу колошника на модели такого устройства подтвердили правильность сделанных выводов.

На модели были проведены также исследования перераспределе­ ния материалов во время имитации схода шихты и подачи дутья (модель 1 : 10, расход воздуха 2,0 м3/мин). Результаты измерений показали, что перераспределение материалов на колошнике с новым засыпным аппаратом развито в меньшей степени, чем с аппаратом типовой конструкции. Наибольшее перераспределение наблюдалось при загрузке пылеватой руды, поступавшей в периферийную или осевую зоны. Если же гребень материалов находился в середине между двумя стенками юбки, то перераспределение мелочи даже в пылеватой руде развивалось слабо. Таким образом, этот засыпной аппарат дает возможность поддерживать постоянное оптимальное распределение материалов по радиусу печи, а в случае надобности позволяет быстро и эффективно изменять такое распределение в нуж­ ном направлении.

Как и во всех аппаратах с двухстенными юбками, в этой кон­ струкции под косынками крепления внутренней стенки будет рас­ полагаться более кусковой материал, что ухудшит распределение газового потока по окружности печи. Недостатком такого устрой­

182

ства является также относительная сложность его изготовления и монтажа, хотя в современных условиях это вполне возможно.

На некоторых доменных печах ФРГ радиальное распределение газового потока изменяют с помощью подвижных броневых защит­ ных плит колошника (рис. 95). Каждая плита закрепляется при помощи рычагов, цапф, опорного кольца и тяг на подвижной под-

Ри . 95. Схемы различных конструкций подвижных защитных плит колош­ ника:

/ — сдерживающее кольцо; 2 — ребра ограничения; 3 — сегменты защитных плит; 4 — общее кольцо для подвески брони; 5 — центрирующее кольцо; 6 — штанга; 7 — чаша; 8 — подъемный механизм

веске. Их движение осуществляют с помощью электроприводов по диаметру в интервале между 5600 и 6088 мм. В период загрузки шихты колебания дополнительных плит ограничиваются наруж­ ными плитами с ребрами. Дальнейшее их движение удерживается ограничительным кольцом.

На рис. 95, а, б показана шарнирная подвеска сегментов защит­ ных плит маятникового типа (А. Отто, Ф. Липек, Г. Ю. Мишка, Пат. ФРГ, № 1221255, 1963 г.). Под воздействием падающих мате­ риалов эти плиты будут отклоняться и зазор между ними и кромками

- т

А. Отто (пат. ФРГ, № 1250463, 1966 г.), неподвижная опора шарнир­ ной подвески располагается на кожухе купола, а ограничительное ребро сегмента имеет сложную конфигурацию, соответствующую кривой перемещения точки подвески брони (рис. 95, в). Защитную броню можно подвесить и с помощью специальных тяг, шарнирно прикрепляемых к чаше и сегментам (рис. 95, г). В этом варианте также предусмотрено ограничительное кольцо и специальные ребра на сегментах, которые являются опорой для защитных плит в момент ссыпания материалов с конуса (В. Зибенборн, Г. Хэниш, Пат. ФРГ, № 1206454, 1967 г.).

Е. Юнкер и В. Шмалебах предложили (пат. ФРГ, № 1229565, 1230051, 1231734, 1968 г.) шарнирные подвески защитных сегментов, которые одновременно обеспечивают и достаточно жесткую опору (рис. 95, д—ж). В этом случае не требуется ограничительное кольцо, но добавляются шарнирные соединения. Более простым в конструк­ тивном отношении и, надо полагать, более надежным в эксплуатации будет крепление, изображенное на рис. 95, ж.

В местах удара шихты о защитные плиты целесообразно пре­ дусматривать специальные карманы (рис. 95'; з), в которых будут задерживаться шихтовые материалы, благодаря чему ссыпание шихты будет происходить на ранее засыпанные материалы и износ за­

в 1950 г. применяли раздвижные защитные плиты. В этой конструк­ ции четыре плиты через двуплечие рычаги были связаны с пневма­ тическими цилиндрами и могли соответственно раздвигаться или сдвигаться, образуя различный зазор с конусом. Для большей от­ тяжки гребня шихты от стенок колошника нижнюю часть защитных плит делали скошенной по направлению к центру печи. При крайнем заднем положении плиты полностью выводятся из-под струи мате­

защитных плит позволило улучшить радиальный газовый поток и увеличить производительность печей при одновременном снижении расхода кокса. Проведенные во Франции исследования по изучению влияния раздвижных плит на качество радиального распределения шихтовых материалов подтвердили высокую их эффективность. Качественную неравномерность в размещении материалов по радиусу печи удалось во многих случаях устранить с помощью подбора соот­ ветствующего диаметра колошника. В табл. 22 представлены ха­ рактеристики колошников доменных печей на металлургических заводах Франции,

184

* Печи оснащены цепями, подвешенными вертикально к защитным плитам, для предо­ хранения кладки колошника.

Зазор между нижним конусом и защитными плитами колошника изменяется от 200—300 до 1200—1400 мм. Таким образом, значи­ тельно расширяется диапазон регулирования газового потока по радиусу печи как благодаря рациональному распредлению грану­ лометрического состава рудной части подачи, так и благодаря смягче­ нию эффекта внедрения руды и агломерата в кокс [235].

Подвижные защитные плиты колошника в виде опрокинутого конуса, состоящего из отдельных плит-пластин, перекрывающих друг друга, с изменяющимся диаметром горловины предложены в США (пат. США, № 2802661, 1957 г.). В центре колошника такого устройства установлена труба, которая специальными распорками прикреплена к кожуху печи. В зависимости от изменения диаметра горловины струя ссыпающихся материалов может попадать в цен­ тральную часть колошника через специальную трубу или в проме­ жуточную зону между стенками защитных плит и центральной тру­ бой. Возможна загрузка гребня материалов и на периферию, если при ссыпании с нижнего конуса шихта не попадает на раздвижную воронку. В этом случае пластины-стенки воронки раздвинуты макси­ мально и воронка получается цилиндрической. Такая конструкция очень сложна, к тому же она ухудшает горизонтальное распределе­ ние шихты по окружности печи из-за наличия на пути ссыпающихся материалов крепления центральной трубы. Очевидно, нет особой необходимости в таком резком отводе гребня материалов от стенок колошника, которую обеспечивает опрокинутый конус-воронка.

Инженеры Н. С. Немцов и К. П. Гуляницкий предложили уста­ навливать газоотводы ниже распределительной юбки (рис. 96, а), полагая, что можно будет иметь большее сечение газоотводов, чем

185

сечение колошника. Благодаря этому авторы предполагали увеличить производительность печей на 8% при одновременном снижении рас­ хода кокса на 6%. Акад. М. А. Павлов в 1934 г. подверг это предло­ жение резкой критике. Он справедливо указал, что при DK = 6 м нужно иметь четыре газоотвода диаметром не менее 3 м каждый, чтобы получить равновеликую с колошником площадь, а такие газоотводы нельзя разместить на колошниковой площадке. Он подверг сомнению и предложение авторов об экономии кокса и увеличении

Рис. 96. Засыпное уст­ ройство с низкими газоотводамн:

а — Н. С. Немцова и К. П. Гуляиицкого; б —

производительности печи, так как уменьшение полезной высоты ее не может способствовать экономии кокса, а уплотнение шихты не может увеличить производительность. Кроме того, если руковод­ ствоваться рекомендацией авторов о размере диаметра цилиндри­ ческой юбки, равном 4,2 м при 6-м диаметре колошника, то в печи неизбежен периферийный ход газов, так как материалы у ее стен бу­ дут значительно разрыхляться.

Несмотря на общее отрицательное отношение к этому предло­ жению, М. А. Павлов справедливо отметил и положительные стороны такой системы загрузки. Так, вынос пыли должен быть значительно меньше, ибо шихта будет загружаться не на струю восходящего газа. При правильном подборе диаметров нижнего конуса, юбки и колош­ ника можно достичь рационального размещения гранулометриче­ ского состава шихты по радиусу печи.

По мнению автора, основным недостатком такой конструкции является трудность получения необходимого газового потока в центре печи. Неизбежный ход газов вдоль стенок, очевидно, значительно ухудшит технико-экономические показатели доменной плавки.

Для устранения этого недостатка А. Н. Рамм предложил (авт. свид. СССР, № 95486, 1955 г.) устанавливать в центре цилиндри­ ческой юбки специальную трубу и дополнительные газоотводы (рис. 96, б), позволяющие поддерживать необходимый поток га­ зов в центральной зоне печи. В этом случае материалы с большого конуса ссыпаются в кольцевое пространство между цилиндрической юбкой и центральной трубой, которое всегда должно быть заполнено материалами на определенную часть своей высоты. Периферийный поток газов отводится через нижние газоотводы, а центральный — через дополнительные. На тракте получистого газа можно устанав­ ливать специальные регулирующие дроссельные клапаны и с их

186

помощью изменять относительные количества периферийного и цен­ трального потоков газа. Таким образом, в предлагаемом загрузоч­ ном устройстве А. Н. Рамма можно регулировать распределение га­ зового потока по радиусу печи не только изменением параметров загрузки сырых материалов, но и изменением соотношения перифе­ рийного и центрального потоков газов. Такое устройство колошника, кроме того, позволит непрерывно регистрировать количество, тем­ пературу и состав газа раздельно на периферии и у оси печи, что зна­ чительно упростит управление ее ходом.

В 1952 г. В. Мурш предложил загрузочное устройство (пат. США,

№2619344, 1952 г.), в котором столб шихты в дополнительной во­

ронке (вместо юбки) используется в качестве газового затвора (рис. 97). Такое загрузочное устройство позволяет непрерывно по­ давать в печь материалы и иметь благодаря этому постоянную струк­ туру столба шихты. Однако отсутствие распределителя шихты не может быть полностью компенсировано дефлектором. Кроме того, распределение материалов по окружности печи будет значительно ухудшаться из-за основных газоотводов, которые проходят через слой шихты; под ними возможно образование «каналов». Исключается также возможность управления газовым потоком по окружности и радиусу печи, без чего немыслима современная доменная плавка. Это устройство непригодно и для работы при повышенном давлении газа на колошнике, что также является его серьезным недостатком.

Рассмотренные различные конструктивные решения распределе­ ния материалов по радиусу печи позволяют размещать мелкие фрак­ ции шихты в промежуточной зоне и частично на периферии, а кокс в центральной области колошника, способствуя увеличению про­ изводительности печи при одновременном снижении расхода кокса.

187

Основными недостатками засыпных аппаратов, обеспечиваю­ щих многокольцевую засыпь материалов, являются: усложнение конструкции, недостаточная герметичность, наличие крепежных деталей на пути потока ссыпающихся на колошник материалов, излишний перегруз центральной зоны мелкими фракциями.

Устройства с центральным и периферийным манипуляторами вертикального распределения материалов

Как уже отмечалось, распределение шихтовых материалов по радиусу колошника зависит от многих факторов: угла наклона ко­ нуса, зазора между его нижней кромкой и защитными плитами ко­ лошника, его высова в печь, очередности загрузки материалов, ве­ личины рудной составляющей колоши, уровня засыпи и т. д. Благо­ даря широкой манипуляции всеми этими факторами в большинстве случаев удается получать оптимальное распределение шихтовых ма­ териалов по радиусу печи, необходимое для ровной и высокопроизво­ дительной ее работы. Однако часто, особенно при непостоянном коли­ честве мелочи в шихте, одних технологических факторов недоста­ точно для достижения оптимального газораспределения. В этом случае на периферию попадает много мелких частиц, которые пере­ брасываются отсюда в центральную часть печи, резко уменьшая газопроницаемость столба плавильных материалов. В результате значительно уменьшается общая газопроницаемость шихты, а в цент­ ральной части печи снижается нагрев, в результате чего нарушаются нормальные процессы шлакообразования и прямого восстановления закиси железа. Жидкие фазы становятся более густыми, тестообраз­ ными, понижая газопроницаемость столба внизу доменной печи. Все это приводит к подвисанию столба плавильных материалов. Во время искусственных осадок шихты еще более усугубляется на­ рушение ее распределения, что приводит к серьезному расстройству хода печи и снижению производительности.

Перемещение мелких частиц с периферии печи в центральную область происходит в основном вследствие осаждения мелочи из псевдогазовой среды, находящейся над уровнем засыпи. Как пока­ зали исследования Г. И. Федоренко [95], количество осаждаемой мелочи в центральной части колошника в 5—6 раз больше, чем на периферии.

Для постоянного перемещения мелких фракций в промежуточ­ ную зону радиального сечения доменной печи на ждановском ме­ таллургическом заводе им. Ильича предложен центральный мани­ пулятор (авторы предложения В. П. Тарасов, Ф. П. Тарасов, Ю. Г. Моисеев, В. А. Долматов, В. И. Литвиненко). Как видно из рис. 98, он состоит из куполообразной воронки, подвешенной на штанге к специальному электроили гидроприводу, обеспечиваю­ щему его опускание или подъем. В куполе манипулятора имеются овалообразные отверстия для выхода газа из центральной зоны печи к газоотводам, а в центральной части сделан прилив с кони­ ческой расточкой для соединения со штангой. Штанга нижнего ко­

188

нуса (как и в обычном засыпном аппарате) выполняется полой и крепится к нему при помощи двух клиньев. Такое крепление осуще­ ствлено на засыпном аппарате с центральным зондом на одной из печей завода «Азовсталь».

Манипулятор работает следующим образом. После опускания материалов с нижнего конуса в печь манипулятор опускают на шихту. Мелкие фракции шихтовых материалов, перемещаясь с периферии к центру, встречают на своем пути стенки манипулятора и по ним смещаются в промежуточную зону. Мелочь не может попасть в осе­ вую зону и через выходные отверстия купола манипулятора, так как вследствие уменьшения проходного сечения скорости газов будут повышен­ ными, что исключит возможность попа­ дания мелочи под манипулятор. Распре­ деление мелких фракций материалов по ширине промежуточной зоны регули­ руется различной высотой опускания манипулятора от верхнего положения вплоть до погружения в шихту. При этом устойчивость манипулятора возрастает.

Центральный манипулятор может быть использован не только для перемещения мелочи в промежуточную зону, но и для

руды манипулятор опускают на поверхность материалов, а перед за­ сыпкой кокса — поднимают вверх. Кроме того, можно замерять уро­ вень засыпи в центре печи. В комбинации с замером уровня засыпи на периферии можно постоянно контролировать глубину воронки за­ сыпи шихты на колошнике, что имеет большое значение для опреде­ ления очередности загрузки рудной и коксовой составляющих подачи.

Центральный манипулятор, по сравнению с рассмотренными в этой главе конструкциями, обладает целым рядом преимуществ. Он не снижает герметичности засыпного аппарата, не имеет деталей на пути ссыпающихся материалов и, следовательно, не ухудшает их горизонтального распределения. Конструкция его проста. Широ­ кое применение таких манипуляторов, по мнению автора, позволит значительно стабилизировать ход доменных печей и улучшить по­ казатели их работы.

На заводе им. Ильича разработана конструкция периферийного манипулятора (рис. 99). Оба его кольца отлиты из стали 35Л или Г13 и дополнительно могут быть футерованы ситалловыми плитками или наплавлены износостойкими сплавами. На верхнем конце сделаны два прилива для крепления со штангами. Штанги в верхней части имеют сальниковое уплотнение. Перемещают манипулятор электроили гидроприводом обычной конструкции. Во избежание его раска­

189