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

было выше, чем при загрузке цикличными подачами, состоящими из 33,3% подач одним скипом кокса вперед и 66,7% обратных по­ дач. Такое распределение материалов, как и в случае для завода им. Ильича, объясняют глубокой воронкой засыпи шихты и большей скоростью ее опускания в центральной части печи [87].

На одном из металлургических заводов Юга для регулирования газораспределения по радиусу печи опробовали изменение коли­ чества кокса в скипах подачи [88]. Печь грузили по системе 1,25 м КААК | при коксовой подаче, равной 5,0 т. Количество агломерата по скипам было примерно одинаковым. Доля кокса в первом скипе составляла 2,7, а во втором 2,3 т. Во время такой загрузки содержа­

По мнению авторов [88], метод неравномерного распределения кокса по скипам можно эффективно применять при любых конфигу­ рациях поверхности засыпи на колошнике, существующих в усло­ виях ровного схода подач. Отмечается также, что особенно эффек­ тивной такая загрузка будет в том случае, если гранулометрические составы кокса и рудной части значительно различаются. Последнее связано с большими колебаниями углов откоса материалов и, сле­ довательно, большим эффектом в их радиальном размещении при изменении количества кокса в скипе.

Итак, при определении влияния порядка загрузки материалов на радиальное распределение газового потока нужно всегда учиты­ вать глубину воронки профиля засыпи перед опусканием очеред­ ной подачи. Поэтому важно оборудовать доменные печи приборами для систематического и надежного замера поверхности засыпи мате­ риалов на колошнике. Это позволит более эффективно использовать очередность загрузки шихты для управления газовым потоком по радиусу печи.

Рациональный метод «оттяжки» рудной составляющей подачи от стен печи

Как уже отмечалось, при загрузке материалов аппаратом Парри руда и агломерат сосредоточиваются у стен печи. В построенных мощных доменных печах объемом 2700 и 3200 м3, а также в проект­ ных печах емкостью 4000 и 5000 м3 засыпной аппарат представляет собой также систему воронка — конус с присущей ей вертикальной неравномерностью в распределении материалов. Отрицательное влияние такого распределения на ход процесса в больших печах сильнее, чем в малых. Для уменьшения вертикальной неравномер­ ности в распределении шихтовых материалов предложили загружать разные по массе коксовые подачи, например несколько подач кокса массой 4,8 т, а затем массой 7,2 т с последующим повторе­ нием цикла [89]. Соотношение числа подач в цикле должно подби­ раться опытным путем для каждой доменной печи.

70

Преимуществом такого способа смещения руды к центру яв­ ляется то, что кокс не попадает непосредственно к стенам печи, как это имеет место при загрузке подач коксом вперед. Особенно это важно для доменных печей, работающих на повышенном и высоком давлении газа на колошнике. В этом случае из-за увеличения угла откоса загружаемых в печь материалов и уменьшения скорости истечения дутья из фурм возрастает опасность периферийного хода газа.

при цикличной загрузке трех подач меньшего и двух подач большего объемов. При этом распределение материалов по радиусу колошника получается более равномерным и не происходит разрыхления мате­ риала у стен из-за попадания кокса. Поднимающийся поток газов имеет большую площадь соприкосновения с рудной составляющей шихты, благодаря чему увеличивается косвенное восстановление окислов железа руды и агломерата.

Впервые цикличную загрузку подачами с различным объемом кокса осуществили на доменной печи объемом 1033 м3. Химический анализ и ситовый состав применявшихся для плавки шихтовых материалов приведены в табл. 2.

Одно время эта печь в основном работала на железной руде с кремнистой пустой породой. Кислотность шлаков резко возросла, расход известняка увеличился до 1,1 т/т чугуна, нагрев горна стал неустойчивым, несмотря на повышенный расход кокса. Производи­ тельность печи резко снизилась, и возросла себестоимость чугуна.

Попытки улучшить газораспределение путем изменения величины подачи и загрузкой обратных подач, а также при помощи чередова-

71

Т а б л и ц а 2

Состав шихты, %

* Н. о. — нерастворимый остаток.

ния прямых и обратных подач (с различным их соотношением в цикле) не дали положительных результатов. Тогда печь перевели на работу с загрузкой по системе: четыре подачи с коксом массой 4,8 т -)- одна подача с коксом массой 7,2 т. Скиповый подъемник полностью обес­ печивал автоматизацию загрузки. По программе А набиралась пяти­ скиповая подача с коксом массой 7,2 т. Она состояла из трех скипов кокса по 2,4 т в каждом и двух скипов железной руды вместе с мар­ ганцевой рудой, известняком и различными добавками. По программе Б набиралась четырехскиповая подача, состоящая из двух скипов кокса и двух скипов рудной составляющей с добавками. При этой загрузке неавтоматизированным участком являлись вагон-весы, где машинисту приходилось через каждые четыре подачи с коксом массой 4,8 т набирать одну подачу с коксом массой 7,2 т. Так как на циферблате имелись зажимы для двух навесок, то машинисты быстро освоились с новой системой загрузки и производительность вагон-весов не понизилась.

Сразу же после перехода на такую загрузку материалов газорас­ пределение в печи улучшилось. Зона высокого содержания двуокиси углерода в газе повысилась, расширилась и придвинулась к пери­ ферии, т. е. газы стали обрабатывать большее количество руды на большей площади (рис. 42). Общее содержание двуокиси углерода в газе увеличилось с 9,7 до 11,0%.

Согласно показаниям контрольно-измерительной аппаратуры, а также диаграммам давления горячего дутья и работы шомполов, ход доменной печи при новой системе загрузки шихты не ухудшился, хотя содержание двуокиси углерода у стен печи увеличилось с 6—7 до 10,5-—11 %. Содержание ее у стен в дальнейшем возросло до 12,8%, поэтому пришлось увеличить количество больших подач с 20 до 33,3%, в результате чего интенсивность плавки выросла до 1,18 т/(м3-сут).

72

Лучшее газораспределение обеспечило лучшую подготовку мате­ риалов в верхней части печи и стабилизировало нагрев горна. Благо­ даря этому увеличилась рудная нагрузка и снизился расход кокса. Сразу же после перехода на цикличную загрузку нагрев печи повы­ сился и за сутки в подачу добавили 500 кг железной руды (в пере­ счете на 4,8 т кокса в подаче) при тех же самых расходах сырых материалов и выносе колошниковой пыли, которые имели место при обычной работе. В дальнейшем такую рудную нагрузку удержать не удалось, однако в среднем в подачу стали загружать на 300 кг руды больше. Технико-экономические показатели доменной плавки при обычной загрузке и цикличной, содержащей 4,8 и 7,2 т кокса, приведены в табл. 3.

Как видно из табл. 3 производительность печи после перехода на новую загрузку увеличилась с 1134,7 до 1305,2 т чугуна/сут, расход кокса снизился соответственно на 4,4%. Повышение производитель­ ности произошло только в результате увеличения рудной нагрузки, так как число подач в обоих периодах одинаково, а расход металлодобавок во втором периоде ниже. Преимущество работы доменной печи с новой системой загрузки было очевидным, поэтому на такой режим загрузки перевели вторую доменную печь. При этом рудная составляющая подачи возросла в течение суток на 500 кг при сохра­ нении уровня нагрева горна. Ход печи стал ровнее, хотя избыточное давление газа на фурмах увеличилось с 2,3 до 2,38 ат.

Для сравнения результатов работы доменной печи № 2 при обыч­ ной и при цикличной системах загрузки взято три периода. Произво­ дительность печи при переходе на цикличную загрузку увеличилась по сравнению с первым периодом с 1079,6 до 1221 т/сут, расход кокса уменьшился на 2,2%. По сравнению же с лучшим (третьим) периодом работы печи производительность ее осталась примерно той же, а расход кокса снизился на 5,8%. Небольшой прирост про­ изводства в этом случае объясняется тем, что в третьем периоде проплавлялись более богатые руды.

Несмотря на явную выгоду при работе доменных печей по циклич­ ной системе загрузки, на Ждановском металлургическом заводе им. Ильича от нее отказались, так как за это время было несколько случаев похолодания печей, причиной которых, по мнению админи­ страции цеха, послужил перебор машинистами вагон-весов тяжелых подач.

При транспортерной подаче материалов к скипам или при подаче шихты автоматическими вагон-весами можно полностью автоматизи­ ровать загрузку печи по системе цикличных подач. Тогда отпадет опасность перебора или недобора рудной составляющей по­ дачи.

Роль цикличной загрузки доменных печей подачами с различным содержанием кокса особенно возрастает при работе с распределите­ лями, обеспечивающими равномерное размещение материалов по окружности колошника. Сочетание подач с большим и малым коли­ чеством кокса будет способствовать рациональному распределению материалов по окружности и по радиусу печи [90].

73

Кривая / на рис. 42. *2 Кривая 2 на рис. 42.

Такая загрузка будет целесообразной и при увеличении избыточ­ ного давления газа на колошнике, а также при значительном сокра­ щении удельного расхода кокса, когда объемы рудной и коксовой частей подачи примерно равны.

74

Влияние газового потока на радиальное распределение материалов

Во время ссыпания шихты с большого конуса в печь мелкие ча­ стицы имеют более крутую траекторию падения, чем крупные. При этом нужно учитывать такой важный фактор, как подъемная сила газа, движущегося вверх [45].

Для определения предельной скорости падения частиц в газовой

выше (рм — рг), постольку в уравнении (30) принято, что (рм — рг) =

причем для шарообразных частиц о — 1, для округлых 0,77, для угловатых 0,66, для продолговатых 0,58, для пластинчатых 0,43. Для частиц неправильной формы А. Г. Касаткин рекомендует опре­ делять эквивалентный диаметр d3 из уравнения

75

Из уравнений (30), (33) и (34) можно определить wn, а затем по формуле, предложенной В. К. Грузиновым [45], найти путь частицы в проекции на вертикаль 5 В:

где wH— вертикальная составляющая скорости, с которой материал ссыпается с конуса, м/с;

т — время движения частиц до стены печи, с.

Из формул (18) и (21) определяют дон, а время т находят из урав­ нения [45]:

а к — угол наклона конуса, град.

При определении 5 Ви т по формулам (36) и (37) пренебрегают скоростью опускания конуса, которая мала по сравнению с величи­ нами wn и тшя. Вычисления траектории падения кусков руды, агло­ мерата и кокса были проделаны В. К. Грузиновым [45]. Уменьшение диаметра частиц кокса до 25, агломерата и руды до 10 мм еще не вызывает существенных отклонений траекторий падения от траекто­ рий в неподвижной газовой среде и от траектории при свободном паде­ нии. Кусочки диаметром 5 мм ударяются о стены на 500 мм выше, чем при свободном падении; для частиц размером 3 мм эта разница составляет 1800 мм.

Резкое изменение траектории падения частиц наступает при зна­

где wr — скорость газа, м/с.

Это позволяет определить критический диаметр частиц dKp, при котором изменяется траектория падения материалов. Подставим в уравнение (34) значение wn из формулы (38) и решим его относи­

Определим число Re из уравнений (30) и (33):

Приравнивая уравнения (39) и (40) и решая их относительно dKp, получим [45]

76

При наличии газового потока траектория движения мелких ча­ стиц за конусом не может лежать внутри продолжения образующей конуса. Действительная траектория падения частиц отклоняется от подобного падения в неподвижной газовой среде. Высота зоны удара материалов о стенки в работающей печи оказалась выше на 0,9—1,2 м, чем при замерах перед задувкой [59]. После перевода печей на работу с избыточным давлением газа на колошнике это повышение составило в среднем 0,25 м. Положение зоны удара Н. Н. Бабарыкин определял по резкому увеличению угла откоса материалов. При работе доменных печей с еще большим избыточным давлением газа на колошнике место встречи материалов с защитными плитами в работающей печи, вероятно, мало отличается от зоны удара шихты о стенки перед задувкой.

Надо также принимать во внимание и то, что кусочки кокса < 25 мм отсеиваются на грохотах (для печей большого объема ку­ сочки <40 мм) и в скиповой кокс не попадают. Как правило, на аглофабриках и затем под бункерами в доменном цехе происходит отсев частичек агломерата размером < 5 мм. Отсев мелких фракций кокса и агломерата резко сокращает влияние газового потока на параболы падения материалов за конусом. Кроме, того, при ссыпании материалов с конуса сплошным потоком имеет место экранирование мелких частичек, находящихся в большем количестве в нижней части потока, более крупными кусками. Для выяснения характера влияния крупных кусков на параболы падения мелочи был проделан простой эксперимент. На желоб, установленный под углом 45°, ссыпали агломерат, который скатывался на горизонтальную поверхность. Высота падения составляла 2,1 м. При ссыпании агломерата фрак­ ции 5—0 мм на расстоянии 600—800 мм от носка желоба находи­ лось 30,4% фракции 3—0 мм и 11,1% фракции 5—3 мм. На расстоя­ нии 800—1000 мм находилось 53,6% фракции 3—0 мм и 53,3% фракции 5—3 мм. При ссыпании агломерата фракции 40—0 мм на расстоянии 600—800 мм от носка желоба находилось уже 43% фракции 3—0 мм и 28,3% фракции 5—3 мм, а на расстоянии 800— 1000 мм соответственно 44,3 и 43,6% (табл. 4).

Таким образом, при совместном ссыпании нескольких фракций траектории падения мелочи становятся круче и мелкие фракции по­ падают в низ потока. Этим объясняется различие данных о траекто­ риях падения материалов при ссыпании с наклонных поверхностей [42]. В опытах использовали материалы различной кусковатости.

Уменьшение скорости газа при работе доменных печей на повы­ шенном давлении и экранирование в потоке мелочи, ссыпающейся с конуса шихты, приводят к тому, что в работающей печи параболы падения мелких частиц и крупных кусков примерно одинаковые. Попадание на поверхность засыпи мелких частиц в нижней части потока шихты способствует более легкому сдвигу мелочи от периферии в промежуточную зону между центром и стенами печи. Этим объяс­ няется характер распределения содержания двуокиси углерода по радиусу колошника и умеренно развитый газовый поток у стен печи при работе на агломерате, в котором содержание фракции < 5 мм

77

составляет не менее 35—40%. Но бывают случаи, когда периферия подгружается мелочью и ход печи становится неустойчивым, с ча­ стыми подстоями и подвисаниями столба материалов.

Однако на практике при увеличении содержания мелких фракций в агломерате и железной руде менее газопроницаемой чаще оказы­ вается центральная, а не периферийная зона печи. Так, на доменных печах Ждановского металлургического завода им. Ильича при увели­ чении содержания мелочи в агломерате всегда повышается содержа­ ние двуокиси углерода в центре печи. Характерным является случай, когда доменный цех получил два состава агломерата ЮГОКа, со­ держащего 28—30% фракции < 3 мм. Оба состава почти одновре­ менно выгрузили в бункера трех печей. Сразу же на всех печах повы­ силось содержание двуокиси углерода в осевой зоне (рис. 43).

Перемещение мелких частиц к центру печи, вероятно, связано с ходом потока газов по пути наименьшего сопротивления. Поэтому величина отклонения газового потока к центру печи увеличивается в верхней части столба шихты при углублении воронки [59]. Такое явление будет сказываться в большей мере при повышении давления газа на колошнике, так как в этом случае увеличивается угол откоса материалов.

Как показали исследования [93—96], на колошнике имеет место перевеивание мелких фракций из периферийной зоны печи в централь­ ную, причем следует различать состояния частичек твердых мате­ риалов, подбрасываемых над уровнем засыпи потоками газа.

78

Сравнительно крупные частички материалов, увлекаемые из межкусковых пустот агломерата и кокса энергией газового потока, находятся на поверхности шихты в виде псевдоожижженного, или кипящего слоя. Газовый поток не может поднять их выше, так как при выходе из шихты газ расширяется, теряя значительную часть своей кинетической энергии.

Понижение плотности в псевдоожиженном слое ослабляет влия­ ние сил трения между частичками и обеспечивает возможность их перемешивания и большую подвижность. В связи с наличием уме-

С0г , %

Рис. 43. Содержание двуокиси углерода в газе по радиусу печи при работе на мелком агломерате (о) и агломерате обычной кусковатостн (б), а также в зависи­ мости от способа загрузки (а) для доменных печей № I —3 Ждановского метал­ лургического завода им. Ильича (Разд. — раздельная загрузка кокса и агломе­ рата: Совм. — то же, совместная)

ренно развитого потока газа на периферии и в откосе материалов в сторону оси печи частички будут перемещаться в кипящем слое от стен к центру.

Однако, при ровном ходе печи в центральной зоне также имеется умеренно развитый поток газа, который будет отбрасывать частички материалов от центра к стенкам. Таким образом, мелкие частички агломерата, руды, окатышей из псевдоожиженного слоя разме­ щаются в основном в промежуточной зоне. Скорость движения газо­ вого потока в промежуточной зоне значительно ниже, чем в перифе­ рийной и осевой зонах, поэтому частички материалов из псевдоожи­ женного слоя будут перемещаться в столб шихты.

При несоответствии скорости газового потока по радиусу печи оптимальной неравномерности такого распределения частицы шихты из псевдоожиженного слоя будут перемещаться в зависимости от радиальных скоростей газа, конфигурации профиля засыпи и грану­ лометрического состава шихты. В этом случае указанное смещение частичек шихты в слое пониженной плотности будет усугублять рас­

стройство хода печи.

Псевдогазовый, или взвешенный, слой представляет собой частицы твердого вещества, увлекаемые потоком газа в пространство над уров-

П