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

к их значениям перед задувкой печи, а скорость опускания увели­ чивается к центру. Так, по данным М. А. Стефановича [47, 53], при увеличении избыточного давления газа на колошнике до 0,6 ат глубина воронки засыпи шихты возросла с 500 до 700 мм. Угол откоса шихты увеличился с 17° 25' при нормальном давлении до 24° 15' при повышенном (рис. 33). Из рис. 33 видно также, что скорость опускания шихты у стен с повышением избыточного давле­ ния до 0,6 ат уменьшилось до 70 против 80 мм/мин по сравнению с работой печи при нормальном давлении.

Значительное увеличение угла откоса перед опусканием очеред­ ной подачи способствует большему скатыванию шихты к центру.

Как видно из рис. 33, толщина слоя материалов после их опускания на периферии с повышением давления уменьшается значительно (на 20—30%), что способствует большему перемещению мелких фракций в промежуточную зону, вследствие чего ход газов становится более периферийным.

Для уменьшения периферийное™ хода печи при переходе на работу с повышенным давлением газа на колошнике на Жданов­ ском металлургическом заводе им. Ильича пробовали менять уро­ вень засыпи и порядок загрузки материалов (периферию больше загружали рудой). Это позволило временно стабилизовать газовый поток, который затем медленно снова изменялся в сторону увеличе­ ния периферийное™ хода. Для устранения периферийного хода газов наиболее рациональным оказалось уменьшение подачи шихты. Так, с увеличением избыточного давления газа на колошнике сна­ чала до 0,8, а затем до 1,2 ат коксовую колошу уменьшили с 7,2 т соответственно до 6,0 и 4,8 т. При этом распределение материалов по радиусу печи было вполне удовлетворительным и отвечало опти­ мальным условиям по существующим в настоящее время предста­ влениям (рис. 34). На рис. 34 показаны характерные кривые рас­

60

пределения углекислоты по радиусу печи, работающей с различ­ ным давлением газа на колошнике. Брали содержание углекислоты в газе за длительный период времени, поэтому результаты отражают действительное соотношение потоков газа по радиусу печи. Из рис. 34 видно, что во время работы на повышенном давлении газа его физическая и химическая энергии используются лучше, макси­ мум содержания углекислоты в этот период выше и занимает большую площадь, по сравнению с периодом работы печи на нормальном дав­ лении газа. Однако соотношения содержаний углекислоты на пери­ ферии, в промежуточной зоне и в центре печи примерно во всех периодах равны, т. е. в рассматриваемых случаях распределение материалов и газа по радиусу печи было также примерно одинако­ вым. Следовательно, уменьшение величины подачи почти во всех случаях способствует ослаблению хода газа на периферии и усиле­ нию газового потока в центре печи.

В последнее время предложено несколько конструкций прибо­ ров для автоматического измерения рельефа шихты в доменной печи [67]. Результаты опытно-промышленных испытаний автома­ тической установки гамма-контроля (ГК.П-1) вполне обнадеживаю­ щие [68]. Можно надеяться, что после усовершенствования она позволит выявлять не только смещение центра воронки и перекос шихты, но и фактический угол откоса материалов. Для этого необхо­ димо, чтобы гамма-локатор «различал» отражение лучей от твердой поверхности засыпи и от псевдоожиженного слоя шихты.

На углы откоса материалов в печи и, следовательно, на ради­ альное распределение руды и кокса большое влияние оказывает кинетическая энергия падающей шихты, которая, ударяясь о по­ верхность ранее загруженных материалов, деформирует ее. Выдав­ ливание части материалов к осевой впадине приводит к уменьшению глубины воронки. Причем это влияние может оказывать даже боль­ шее влияние на формирование поверхности засыпи, чем скатывание материалов с гребня в конусообразную воронку [62, 74]. Профили поверхности засыпи, измеренные перед задувкой одной из доменных печей Ждановского металлургического завода им. Ильича после последних четырех подач, изображены на рис. 35. Первые две подачи были рассчитаны на литейный чугун, а последние две — на мартеновский. Глубина воронки материалов по мере наполнения печи, т. е. с уменьшением высоты падения материалов, увеличилась с 1250 до 1640 мм.

А. Д. Готлиб объяснял различие в глубине воронки шихты соот­ ветствующим изменением коэффициента К и высоты падения мате­ риалов [55 ] в уравнении для определения их угла откоса на колош­ нике, предложенном Н. Л. Гольдштейном:

61

h — высота падения материалов, м;

R— радиус колошника, м;

К— коэффициент восстановления профиля.

При малой высоте падения или при очень широких колошниках угол откоса а равен углу естественного откоса а 0 [55]. Это утвер­ ждение справедливо поставил под сомнение В. К. Грузинов [45], так как при любой высоте падения в доменной печи (в том числе и нулевой) угол откоса шихты не будет равен углу естественного откоса вследствие влияния стен колошника и отсутствия свободных условий ссыпания. В работе [55] указывается также, что коэффи­ циент К зависит от условий паде­ ния материалов и его величина возрастает с увеличением силы удара о стену и упругости такого удара.1* Но это условие выполни­ мо при скатывании одного куска,

а при ударе массы сыпучих материалов о стену, как было сказано ранее, их отражения от стены не происходит.

Вызывает сомнение и утверждение о том, что воронка засыпи шихты уменьшается больше, если материалы ударяются о стенку, по сравнению с их падением непосредственно на поверхность слоя. Во всех рассуждениях о влиянии уровня засыпи на углы откоса материалов в доменной печи за основу принималось свободное ска­ тывание кусковых материалов по откосу к вершине опрокинутого конуса. В действительности же такого движения потока по поверх­ ности откоса в доменной печи нет.

Как правильно указал В. К. Грузинов [45], куски шихты по поверхности материалов в доменной печи движутся словно по же­ лобу, имеющему коническое очертание с непрерывно уменьшаю­ щимся сечением. Обладая определенным запасом кинетической энергии, они при движении к вершине опрокинутого конуса будут

62

выталкивать друг друга. Подъемная сила будет тем выше, чем больше запас кинетической энергии. Поэтому чем больше высота падения шихты, тем меньше становится крутизна воронки поверхности засыпи.

Значительную роль при этом играет и процесс сдвига (выдав­ ливания) материалов при падении их на поверхность ранее загружен­ ной шихты (рис. 36) [74].

Исходя из этого, можно объяснить, почему слой кокса в печи имеет меньший угол откоса по сравнению с железной рудой. Благо­ даря большему объему кокс занимает все пространство от перифе­ рии до центра печи, где степень выталкивания будет наибольшей из-за значительного уменьшения объема материалов. В то же самое время руда (за исключением отдельных выделившихся кусков) не доходит до центра и не испытывает поэтому максимальных воз­ действий выталкивающих сил. Кроме того, руда как более тяжелый, чем кокс, материал при падении приобретает большую кинетическую энергию и поэтому сильнее деформирует слой кокса, выдавливая его к оси печи, а сама остается на периферии и в промежуточной зоне.

При переходе доменных печей на работу с агломератом, объем которого равен объему кокса, углы их откосов в печи примерно одинаковы.

В этом случае не происходит выклинивания рудной части подачи в том виде, как это показано на рис. 32, поэтому регу­ лировка газового потока по радиусу печи изменением величины подачи значительно затрудняется.

Из практики доменного производства известно, что в последнее время повсеместно с улучшением подготовки шихтовых материалов увеличивают и порции загружаемой шихты, что стабилизирует и улучшает газовый поток в печи. Это можно объяснить тем, что влияние сдвига шихты на ее радиальное распределение в данном случае превосходит влияние скатывания, поэтому агломерат (как более тяжелый материал) размещается в большей мере на перифе­ рии и в промежуточной зоне, а кокс в значительной мере вытес­ няется в центральную часть печи.

Кроме того, с увеличением толщины слоев кокса и агломерата уменьшается число поверхностей их раздела, что способствует улучшению газопроницаемости. Этому же способствует и переход

на колошнике нужно учитывать не только массу материалов в по­ даче и соответствующие углы откоса в печи, но и состояние поверх­ ности засыпи, просыпание мелких кусочков между крупными, «перевеивание» частичек мелочи вследствие неравномерности газо­ вого потока по радиусу и т. д. Решающую роль при этом играет гра­ нулометрический состав загружаемых материалов. В настоящее

63

Влияние очередности загрузки материалов на их радиальное распределение

Очередностью, или порядком, загрузки называют последователь­ ность, с которой загружают в доменную печь кокс и рудную часть подачи (железную и марганцевую руды, агломерат, окатыши, флюсы, металлодобавки). Применяют подачи прямые (РРК.К, | ААКК), обратные (ККРР, ККАА), одним коксом вперед (КАА.К, i КРРК, КРРКК i ), расщепленные (например, АКАК I , ААКК I идр.), сме­ шанные (КАКА i , АКАК I , КРКР 1) и т. д.

Большинство доменщиков считает, что при загрузке коксом вперед развивается периферийный поток газов, а при загрузке рудой вперед — осевой [76]. Это нашло свое отражение в основных учебниках [55, 77, 78 и др. ] и во всех технологических инструк­ циях по управлению ходом доменных печей. В некоторых работах приведены примеры развития осевого потока газов при замене за­ грузки по системе РРКК 1 загрузкой по системе КРРКК i [79].

На распределение шихты по радиусу печи в зависимости от

80]. С переводом печей на работу с повышенным давлением газа на колошнике большее количество агломерата стало попадать в цен­ тральную зону вследствие большей глубины воронки засыпи шихты, что в свою очередь привело к увеличению скорости схода шихты в центре печи, так как движение столба материалов выше зоны плавления определяется не только интенсивностью горения кокса, но и объемной интенсивностью плавления рудной части шихты [81 ]. Этими двумя факторами объясняется в основном большая скорость схода шихты в центральной зоне, часто наблюдаемая в практике работы доменных печей [62, 82—84].

Увеличение глубины воронки засыпи на колошнике благодаря повышенному давлению газа и большим скоростям опускания шихты в осевой зоне способствует большему влиянию явления сдвига на радиальное распределение материалов по сравнению с процессом скатывания кусков шихты от периферии к центру. Так, на некоторых печах металлургического завода им. Дзержинского отмечено умень­

очередности загрузки материалов на их радиальное распределение, А. Н. Чечуро и И. Л. Колесник ошибочно объяснили сущность данного явления понижением температуры в области интенсивного движения газов и шихты в результате улучшения теплообмена между ними.

В указанном случае [85 ] причина эффективности загрузки «наоборот» была объяснена результатами исследований распреде­ ления сырых материалов доменной плавки на большой модели за­ сыпного устройства, полученными автором этой книги на Жданов­ ском металлургическом заводе им. Ильича [80]. Моделирование осуществили применительно к засыпному устройству типовой домен-

64

ной печи полезным объемом 1033 м3. Линейный масштаб модели составил 1 : 2,2, а общая высота 12 м. Шихту загружали скипами емкостью 0,5 м3, которые перемещались по наклонному мосту ревер­ сивной электролебедкой грузоподъемностью 3,5 т. Скорость пере­ движения скипов соответствовала скорости опрокидывания скипа на действующей печи. Остановка скипов в крайних положениях фиксировалась конечными выключателями. Опускали конусы с по­ мощью ручных лебедок грузоподъемностью 3,0 т. Шихтовые мате­ риалы подавали экскаватором (емкость ковша 0,5 м3) в бункера, откуда в нужном количестве загружали в скипы. При опрокидыва-

Расстояние отллад/w, п

Рнс. 37. Соотношение количеств агломерата и кокса по радиусу ко­ лошника при загрузке прямыми (а) и обратными (б) подачами, при различных углах наклона поверхности засыпн, град.:

1 , 5 — 20; 2, 6 — 24; 3, 7 —28; 4, В — 32

нии скипов материалы через неподвижную приемную воронку попа­ дали в воронку малого конуса, которая вращалась электроприво­ дом. Окружная скорость при этом соответствовала скорости враще­ ния воронки на действующей печи. Для удобства наблюдения за расположением материалов на колошнике в его стенку были вмон­ тированы две застекленные рамки. Внутри модели также устано­ вили застекленные рамки, разделяющие колошник на четыре части. При помощи специального выпускного отверстия можно было ссы­ пать шихту отдельно из каждой четверти колошника.

Методика исследования сводилась к следующему. На нижнем конусе набирали подачу шихты в определенной очередности: РтКп 1, KP,nKn-i, | КпРт-\ При опускании нижнего конуса шихту ссыпали и наблюдали за ее расположением по радиусу колошника. Такие же исследования были проведены позднее на плоской прозрачной модели засыпного аппарата.

На рис. 37, а представлено изменение рудной нагрузки по ра­ диусу печи при загрузке по схеме прямых подач. Изменение угла наклона поверхности засыпи шихты от 20 до 32° способствует умень­

к центру печи, что также способствует увеличению периферийное™ хода газов. Следовательно, прямые подачи способствуют в одних

случаях размещению агломерата в периферийной зоне колошника (рис. 37, кривые /, 2), а в других — наоборот, рудной части в центре печи (рис. 37, кривая 4). Следует отметить, что при загрузке по системе ААКК| рудная часть распределяется по радиусу печи более равномерно (особенно при углах наклона поверхности засыпн 26— 30°), чем при другой очередности загрузки.

Если загрузка доменной печи производится по схеме обратных подач (рис. 37, б), то в любом случае большая часть агломерата попадает в промежуточную зону. Гребень максимальной рудной нагрузки при этом более стабилен. С изменением глубины воронки на поверхности засыпи материалов рудная нагрузка значительно изменяется непосредственно у стен печи, где ее величина состав­ ляет от 1,2 (при 20° наклона поверхности засыпи) до 3,0 т агломе­ рата, т кокса (рис. 37, кривая 8). Таким образом, использование обратных подач позволяет разгружать периферийную зону только при неглубоких воронках (с наклоном стенок 16—20°). Если наклон поверхности засыпи выше 28°, то при загрузке обратных подач периферия, наоборот, подгружается рудой (агломератом). Поэтому для успешного управления газовым потоком в доменной печи необ­ ходимо замерять уровень засыпи не только на периферии, но и в центре колошника.

Для разгрузки периферии печи от руды и агломерата наиболее целесообразно применять подачи К.АКА; (рис. 38). В этом случае при любом наклоне поверхности засыпи рудная нагрузка периферии меньше 1 т агломерата/т кокса. Важно также, что при этом центр печи не перегружается агломератом, а его мелкие фракции остаются в основном в промежуточной зоне. Из рис. 38 видно, что при загрузке по системе КАКА1 с изменением уровня засыпи от 2,5 до 0,6 м поло­ жение гребня агломерата сравнительно стабильно. В случае же загрузки по системе KKA7V с уменьшением уровня засыпи гребень агломерата значительно смещается к оси печи (рис. 39).

Таким образом, при образовании на колошнике глубокой воронки материалов в результате работы доменной печи с высоким избыточ­ ным давлением газа на колошнике, а также в результате большой скорости схода шихты в центре для уменьшения газового потока на периферии нужно применять загрузку одним (или более) скипом кокса вперед, а для уменьшения газового потока в осевой зоне — прямые подачи.

Н. Н. Бабарыкин [59, 86] также считал возможным уменьшение газового потока на периферии загрузкой подач коксом вперед при условии, что уровень засыпи находится в районе удара материалов о стенки колошника. При смещении уровня засыпи на небольшую величину (0,2—0,3 м) ниже или выше места встречи материалов со стенками печи восстанавливаются прежние (т. е. общепринятые) свойства систем загрузки. С последним выводом нельзя согласиться, так как увеличение угла откоса материалов (в результате повышения давления газа на колошнике или быстрого схода шихты в осевой зоне) происходит по всей высоте обычно поддерживаемого уровня засыпи (0,5—1,75 м). Глубина воронки, конечно, зависит и от вы-

66

sк.

I

£

I

I

I

Рис. 38. Изменение рудных нагрузок по радиусу колошника при загрузке системой KAKAi:

Расстояние от нладпи, м

Рис. 39. Зависимость рудной нагрузки по радиусу колошника (оче­ редность загрузки ККАА+) от уровня засыпн, м:

/ — 2,5; 2 — 1,7; 3 — 1,3; 4 — 0,8; 5 — 0,5

соты падения материалов, но в работающей печи основное влияние на профиль засыпи оказывают скорости газа и схода шихты. Так, на одной из доменных печей завода им. Ильича полезным объ­ емом 2000 м3 разгрузить периферию удалось только загрузкой пря­ мых подач, а изменение в широких пределах уровня засыпи и вели­ чины загружаемых порций не дало положительных результатов.

Глубина воронки материалов перед задувкой печи была боль­ шой (2,13 м). В задувочный период установили системы загрузки рудой вперед и цикличную (4PPKKI + К.РРКЦ). Ход печи был ров­ ным. Расход дутья довели до 2200 м3/ммн, нагрев воздуха одновре­ менно увеличили до 850° С. Через неделю после задувки печи шихта состояла на 100% из агломерата, а систему загрузки изменили на КААК|. Попытка форсировать плавку в этот период привела к не­ устойчивому ходу печи с подвисаниями и осадками столба плавиль­ ных материалов. Изменение уровня засыпи от 1,75 до 0,5 м не дало

подача коксовых «пыжей» с последующей компенсацией агломера­ том (КККК i АААА J, ) только временно увеличила газопроницае­ мость шихты у стен печи.

Следует отметить, что с переходом на раздельную загрузку кокса и агломерата 1,25 м ККК 1 , 0,5 м АА] ход печи стабилизировался и расход дутья повысился до 2600 м3/мин. Увеличение рудной по­ дачи с 20,3 до 25,0 т позволило довести количество дутья до 2900— 3000 м3/мин (рис. 40, а). Работа печи в этот период показала, что несмотря на сравнительно невысокое давление газа на колошнике, воронка материала была глубокой и при загрузке шихты происхо­ дил сдвиг ранее ссыпаемого материала к центру. Крутой угол на­ клона материалов на колошнике обусловливается сравнительно небольшим подпором газового потока вследствие малой форсировки хода печи. Все это приводило к еще большей загрузке периферии мелкими фракциями при попытках улучшить газопроницаемость шихты у стен загрузкой подач системой ККА (рис. 40, б). Этим же объясняется и стабилизация газораспределения по радиусу печи при раздельной загрузке 1,25 м ККК 1 0,5 м AAI. Часть кокса по­ падала к стенкам колошника, поэтому газопроницаемость на пери­ ферии увеличилась. Этому же способствовало увеличение коли­ чества рудной составляющей и подъем уровня засыпи для агломе­ рата до 0,5 м.

В дальнейшем удалось форсировать ход печи благодаря пере­ ходу на цикличную загрузку, состоящую из четырех подач КААК 1 и одной AAKKJ. (рис. 40, в). Уровень засыпи при этом устано­ вили 1,25 м, величину рудной колоши 22 т. Ход печи сразу же улуч­ шился, так как улучшилось распределение газового потока по радиусу (рис. 40, в, кривая 8). Содержание углекислоты на пери­ ферии понизилось с 12,0 до 5,7%. Расход дутья увеличился до 3100 м3/мин. Через месяц в цикле загрузки увеличили число прямых подач с 20 до 40%, что позволило увеличить производи­ тельность печи на 200 т чугуна/сут, а расход кокса снизить на 6,5%.

68

Распределение газового потока по радиусу отвечало требованиям рациональной неравномерности такого распределения по вертикаль­ ным плоскостям сечения печи. Содержание углекислоты у стен составляло 4—6%, в центре 10,5—15% при максимальном значе­

рию загрузкой обратных подач приводила к уменьшению газового потока у стен печи. Увеличить газопроницаемость столба шихтовых материалов на периферии удалось только тогда, когда ввели в за­ грузку прямые подачи (ААКК|) при различном числе подач КААК!.

При анализе работы мощной доменной печи Ждановского метал­ лургического завода им. Ильича для простоты учитывали только порядок загрузки шихты. Такое упрощение допустимо, так как именно очередность загрузки агломерата и кокса оказывала решаю­ щее влияние на их радиальное распределение.

Позднее подобное явление наблюдалось на Ново-Липецком метал­ лургическом заводе [87 ]. На доменной печи полезным объемом 2000 м3 с увеличением доли кокса, загружаемого перед агломератом, увели­ чивалась загрузка периферии. При загрузке циклом, состоящим из одной подачи KAAKI и двух подач KKAAj, содержание дву­ окиси углерода у стен колошника было 8—9, а у оси 2—3%. Во время же загрузки прямых подач (ААКК|) содержание двуокиси углерода в газе было у стен 5—6, а у оси 8—9%. В промежуточной зоне в указанных условиях загрузки содержание углекислоты в газе было примерно одинаковым и составляло 17—18%. Следо­ вательно, при загрузке по системе одним и двумя скипами кокса вперед периферия больше загружалась рудной составляющей, чем при загрузке прямыми подачами. В центре печи при загрузке пря­ мыми подачами содержание двуокиси углерода примерно на 6%

69