1.Методы регулирования газопроницаемости в доменной печи.

1.1 Рациональное распределение материалов и газов по радиусу и окружности доменной печи

Одной из наиболее важных проблем во всем мире, в том числе и в Украине, является снижение энергетических затрат. В доменном производстве это в первую очередь относится к снижению расхода дефицитного и дорогостоящего кокса.

Управление ходом доменной печи является сложным процессом, требующим от обслу­живающего персонала глубоких теоретических знаний. Особенно это относится к управлению радиальным распределением материалов и газов, которое в основном определяет ход печи, ее производительность и удельный расход кокса [1-2].

Система загрузки шихтовых материалов в доменные печи должна обеспечивать высокую степень использования энергии печных газов при нормальном сходе шихтовых материалов в доменной пета.

Рациональная организация газораспределения должна удовлетворять двум противоположным требованиям: обеспечение высокой степени использования тепловой и восстановительной энергии печных газов, что требует равномерного распределения железорудной части и кокса по сечению доменной пета, обеспечение плавного схода шихтовых материалов. Для выполнения этих задач существуют следующие технологические способы регулирования распределения шихтовых материалов: изменение порядка загрузки агломерата и кокса на колошник, уровня засыпи шихты, массы подачи, изменение угла наклона и скорости вращения загрузочного лотка при использовании бесконусных загрузочных устройств.

В последние годы получила развитие теория «коксовых окон» при прохождении газов через слой пластического состояния железосодержащих компонентов шихты [4]. Эта теория предполагает, что поток газа в верхние горизонты шихты проходит через прослойки кокса при практической газонепроницаемости слоев пластического состояния агломерата и окатышей. Опыт работы доменных печей ОАО «ММК им. Ильича» и «Криворожстали», с раздельными подачами агломерата и кокса, показали целесообразность использования таких систем. При этом экономия удельного расхода кокса достигала 20 - 25 кг т чугуна. По нашему мнению это можно объяснить выравниванием распределения газа в слое кокса по сечению печи и равномерным его вхождением в вышележащие слои железорудного материала. Известно, что одним из способов ликвидации канального хода доменной печи является загрузка холостых подач с целью выравнивания газораспределения по сечению доменной печи.

В соответствии с теорией коксовых окон наиболее благоприятное для доменной плавки является Λ-образная форма пластической зоны [5]. Форма пластической зоны является функцией распределения газового потока по сечению доменной пета. Для образования Λ- образной формы зоны когезии необходимо организовать преимущественное развитие газового потока в осевой части доменной пета, что обеспечивает соответствующим распределением шихтовых материалов при их загрузке в доменную печь [6-8].

Распределение газового потока по сечению доменной печи зависит от многих факторов, количество дутья и добавок температурного режима доменной плавки, прочности кокса, профиля пета и зоны размягчения, распределения материалов на колошнике, металлургических свойств железорудных материалов. Металлургические и физические свойства агломерата и окатышей значительно различаются. Необходимо учитывать различное поведение в доменной печи агломерата и окатышей. Угол естественного откоса у агломерата значительно больше угла для окатышей, следовательно, при загрузке агломерата в доменную печь образуется более глубокая воронка. Она определяет распределение по диаметру доменной пета загружаемых после агломерата материалов: кокс в большей степени будет перемещаться в осевую зону пета, в то время как агломерат распределяется более равномернее. При загрузке на слой агломерата окатышей, в силу их меньшего по сравнению с агломератом угла естественного откоса, они будут концентрироваться в осевой зоне доменной печи. И наоборот: загружаемый на слой окатышей агломерат будет в большей степени концентрироваться у стен доменной печи. Таким образом, замена агломерата в составе агломерационной шихты окатышами влечет существенное изменение распределения шихты, по сечению доменной печи, а, следовательно, и газового потока.

В связи со спецификой профиля доменной печи, периферийным подводом дутья, рез­ким увеличением поперечных размеров горна, распара и колошника распределение материалов по радиусу колошника должно быть неравномерным. Рациональным считается создание уме­ренно развитых газовых потоков у стен печи и в центральной зоне. Меньший поток газов дол­жен быть в промежуточной зоне. Это касается всех доменных печей, какими бы они не располагали загрузочными устройствами (ЗУ).

При любых ЗУ и шихтовых материалах, наибольшие рудные нагрузки (PH) должны быть в промежуточной зоне, умеренные PH - в периферийной зоне и самые низкие PH - в цен­тральной зоне печи. Желательно при этом в осевой узкой зоне иметь «отдушину», т.е. устойчи­вый. больший по сравнению с другими поток печных газов. Считается рациональным, если че­рез 4 % площади колошника в центре пета будет проходить 7 - 8 % печных газов.

Распределением газового потока в доменной печи можно управлять «снизу», изменяя параметры дутья, и «сверху», изменяя параметры загрузки шихтовых материалов (систему загрузки, уровень насыпи, величину подачи, угол вращения ВРШ, положение подвижного кольца относительно кромки большого конуса, а также путем изменения конструкционных параметров агрегата (количества и диаметра воздушных фурм , величины колошникового зазора, угла наклона большого конуса) и др.

При большом выборе средств регулирования распределения шихты и газов по радиусу и окружности доменной печи остается недостаточно ясным вопрос об их оптимальном распределении в горизонтальном сечении рабочего пространства, к которому следует стремиться при загрузке материалов. Неясность этого вопроса обусловлена противоречивостью требований, предъявляемых к распределению шихты и газов по сечению колошника доменной печи. С одной стороны, оно должно способствовать максимально высокому использованию восстановительной энергии газового потока, с другой – форсированному ходу печи. Для достижения первой цели необходимо стремиться к равномерному распределению компонентов доменной шихты в горизонтальном сечении рабочего пространства, чтобы в любом поперечном сечении печи каждой единице обрабатываемого материала соответствовало равное количество газа. Для обеспечения интенсивной работы печи шихта и газ, наоборот, должны быть распределены в определенной степени неравномерно. Необходимая степень неравномерности выдерживается в радиальном направлении. Причем, характер радиальной неравномерности распределения шихты и газа может быть различным – либо относительно в большей мере рудной частью загружена периферия и разгружен центр, либо, наоборот, периферия разгружена, а центр подгружен. Распределение газового потока по окружности при раскрытии периферии выравнивается. Однако при этом содержание диоксида углерода (СО₂) в колошниковом газе снижается, а расход кокса увеличивается. При чрезмерном же увеличении рудной нагрузки (>1,7 т/т) наблюдались признаки расстройства хода печи (более высокие технико-экономические показатели доменной плавки достигаются при формировании осевой технологической «отдушины»). Снижение периферийного хода газов и развитие осевого газового потока с сохранением ровного хода печи способствует улучшению контакта газов с рудными материалами и увеличению доли косвенного восстановления оксидов железа при уменьшении расхода кокса. Целесообразность развитого осевого газового потока, особенно для печей большого объема, обоснована теоретически и подтверждена практикой