2.5.4 Стационарные загрузочные устройства доменных печей (сзу)

Практика использования для загрузки доменных печей различных конструкций ЗУ, обеспечивающих широкие возможности распределения шихтовых материалов и газовых потоков по радиусу и окружности печи и возросшие технические возможности позволяют применять СЗУ [3, 8, 123, 124].

Надо отметить, что использовать СЗУ для загрузки доменных печей предлагалось и ранее. Так в 1952г. В.Мурш предложил ЗУ (пат.США, №2619344, 1952г.) в котором столб шихты в дополнительной воронке использовался как газовый затвор. Вращающийся распределитель В.Мурш заменил стационарной высокой воронкой с дефлектором в верхней её части. Однако такое устройство не обеспечивало равномерность окружного распределения. Кроме того, оно совершенно непригодно было для работы с повышенным давлением газа на колошнике. Поэтому такое СЗУ не нашло применения в промышленности. Некоторые конструкции СЗУ были предложены в Японии с использованием принципа песочных часов, но также не были опробированы в промышленности.

Стационарные ЗУ нельзя полностью относить к БЗУ, поскольку в них применяются конусные газовые затворы, которые частично выполняют и функции распределителей шихты. По принципу же окружного распределения материалов, также как и РЗУ, они больше относятся (принцип песочных часов) к бесконусным ЗУ.

Загрузку доменной печи без вращения распределительной воронки опробовали на доменной печи № 3 Днепропетровского металлургического завода [124]. Приемная воронка обеспечивала деление шихты из двух скипов на два потока, расположенных друг к другу на 180⁰, например 45⁰ и 225⁰. Из двух следующих скипов также на 180 (135 и 315). Вторая подача из 4-х скипов загружалась сначала на 0 и 180, а затем на 90 и 270.

Из приемной воронки материалы попадали в распределительную стационарную воронку, обеспечивающую деление шихты также на четыре станции (4 лопасти под углом 90 друг к другу), но смещенных относительно потоков из приемной воронки на 45. Окружное распределение шихты улучшалось за счет комбинирования очередности загрузки. На рис.2.20 представлены результаты исследований распределения шихтовых материалов по окружности модели СЗУ (а,б,в) распределений средних температур по окружности печи (г) и на периферии (д).

Нормальный разброс температур периферии составлял 100-120 С, на других доменных печах, работающих с ВРШ, разброс температур периферии ∆t_n, также был 100-120 С^′. Отличие состояло в том, что при работе с ВРШ ∆t_n по всем точкам имел устойчивый характер, а при загрузке СЗУ точки чаще переплетались. Температура же по газоотводам была более устойчивой при загрузке СЗУ, по сравнению с таковой с ВРШ.

В течение длительного времени эксплуатации СЗУ расход кокса был на 8-10 кг ниже, а производство чугуна на 60т/сут. выше по сравнению с работой этой печи с типовым ЗУ [3, 8, 123]. Содержание СО₂ было на 0,4-1,0 % выше, а Н₂ на 0,4 – 0,5% ниже в печных газах по сравнению с работой печи с типовым ВРШ.

Успешное опробирование СЗУ в промышленных условиях способствовало появлению различных таких конструкций, подробный анализ которых изложен в источнике [8].

В таблице 2.19 приведены результаты исследований распределения агломерата при загрузке его типовым загрузочным устройством и СЗУ, результаты работы которого на доменной печи (V₀=1033м³) рассмотрены выше.

Видно, что при распределении агломерата ВРШ на 8 станций (цикл загрузки) максимальная неравномерность составила 1,2%. Во время загрузки СЗУ на 4 станции (цикл загрузки) максимальная неравномерность составила 0,9%.

Поскольку цикл загрузки СЗУ в два раза короче, по сравнению с типовым ЗУ (или в 1,5 раза при 6-ти станциях работы ВРШ) и максимальная неравномерность по массе в полтора раза меньше, чем при загрузке типовым ЗУ, то и результаты работы доменной печи с такой загрузкой более высокие (5-10кг/т чуг. ниже расход кокса).

В таблице 2.20 представлены результаты распределения кокса по восьми секторам на модели ЗУ типовой конструкции и СЗУ.

Распределение кокса 2-х подач типовым ЗУ более равномерно, по сравнению с распределением 2-х подач СЗУ. Максимальная неравномерность в первом случае составила 2,0%, а во втором 2,7%.

При загрузке цикла из 8-ми подач кокса типовым ЗУ максимальная неравномерность составила 1,9 %. Во время загрузки цикла из 4-х подач кокса СЗУ максимальная неравномерность составила 1,7%. Таким образом кокс также как и агломерат распределяется более равномерно по окружности при загрузке СЗУ по сравнению с таким распределением при загрузке типовым ЗУ. Следовательно, вполне реально СЗУ могут не только иметь аналогичное распределение шихты по окружности печи как и при загрузке типовым ВРШ, но и более равномерное. Еще большее преимущество по такому распределению СЗУ имеют по сравнению с БЗУ лотковых, типа воронка – склиз, дисковых. Поэтому у СЗУ несомненно широкое применение в будущем.

Таблица 2.19 – Распределение 2-х подач агломерата типовым ЗУ и СЗУ

№ сектора	Типовые ЗУ				СЗУ				Примечания
	Загрузка 2-х подач. Станции ВРШ: 00 и 450		Загрузка 8-и подач. Станции ВРШ: 0;45;90;135;180;225;270;315(0)		Загрузка 2-х подач. Станции: 00 и 1800		Загрузка 8-и подач. Станции: 0;180;90;270; (0)
	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%
1	296,8	13,7	282,9	12,8	297,1	13,2	291,1	12,4	ВРШ работал по обычной программе на 8 станций через 450 каждая: 0;45;90;135;180; 225 (-135); 270(-90); 315 (-45). СЗУ - цикл из 4-х подач.
2	287,8	13,3	278,5	12,6	287,5	12,7	296,1	12,5
3	258,6	12,0	265,2	12,5	245,7	10,9	287,2	12,2
4	262,7	12,2	287,3	13,0	299,2	13,3	288,9	12,3
5	271,4	12,5	276,3	12,5	309,8	13,7	291,8	12,4
6	263,3	12,9	256,4	11,6	264,2	11,7	306,3	13,0
7	231,0	10,7	271,8	12,3	258,6	11,5	311,3	13,1
8	290,2	13,4	280,7	12,7	294,9	13,0	285,4	12,1
	2161,8	100	2199,1	100	2107,0	100	2158,1	100

Перспективными являются работы ДонНИИчермета, ПГТУ, СМИ по созданию конкурентноспособных СЗУ. На рис. 2.21 представлены СЗУ конструкции Тарасова с дифференцирующей и дозирующей воронками. Устройство состоит (рис. 2.21) из приемной дифференцирующей воронки 1, в которой предусмотрены делители, предназначенные для разделения потока ссыпаемой шихты из скипа или с транспортерной ленты. Разделение шихты на два, четыре или большее количество потоков производится с целью более равномерного их распределения по окружности дозирующей воронки 2. Последняя представляет собой два усеченных конуса, имеющих общее меньшее основание. В результате полученного пережима лимитируется количество и скорость ссыпания материалов на верхний конус 5, а при его опускании также и в межконусное пространство. Верхний конус является также газоуплотнительным затвором. Шихта на него попадает через подвижную в вертикальной плоскости воронку 4, перемещение которой осуществляют в направляющих 3. В нижнем положении воронка 4 прилегает к верхнему конусу 5, который плотно запирает чашу 6.

Во время перемещения воронки 4 вверх регулируется кольцевой зазор между её обечайкой и верхним конусом, т.е. происходит дозирование ссыпающихся через воронку материалов. Дальнейшее усреднение шихты происходит при её ссыпании с верхнего, а затем и с нижнего конуса 7, который вместе с его чашей 8 образует второй газовый затвор.

Таблица 2.20 – Результаты распределения кокса по окружности

доменной печи при загрузке её типовой конструкцией ЗУ и СЗУ

№ сектора	Типовые ЗУ				СЗУ
	00; 450		00 ÷ 3150 8 станций		00; 1800		00;1800;900;2700
	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%
1	142,6	11,8	113,0	11,3	144,4	12,1	112,1	13,7
2	157,1	12,9	117,8	11,8	133,0	11,2	101,5	12,4
3	164,1	13,6	127,7	12,8	150,1	12,6	95,8	11,8
4	157,4	13,0	126,8	12,7	165,9	13,9	100,3	12,2
5	147,2	12,2	122,0	12,2	143,0	12,0	96,4	11,6
6	139,5	11,5	124,7	12,5	141,4	11,9	101,0	12,4
7	140,3	11,6	134,8	13,5	159,5	13,4	105,4	12,8
8	162,8	13,4	131,8	13,2	153,4	12,9	106,4	13,0
	1211,0	100,0	998,6	100,0	1190,7	100,0	818,9	99,9

Работа СЗУ происходит следующим образом. При ссыпании шихты из левого скипа она делится на два потока под углом 90⁰ друг к другу. Шихта из правого скипа также делится на два потока под углом 90⁰ друг к другу и под 90⁰ относительно потоков шихты из левого скипа. Таким образом, на горизонтальной плоскости дозирующей и распределительной воронкой материалы из двух скипов имеют четыре концентрированных гребня равномерно расположенных по окружности под углом 90⁰ друг к другу.

Затем шихтовые материалы движутся по наклонным сужающимся стенкам дозирующей воронки. Её диаметр в нижней части рассчитан так, чтобы четыре гребня перекрывали друг друга на одну четверть. Это первое выравнивание распределения шихты по окружности пережима дозирующей воронки. Второе усреднение окружного распределения шихты происходит при ссыпании материалов через дозирующий зазор между поднимающейся вверх воронкой (4) и конической поверхностью верхнего конуса. Количество просыпаемых в чашу верхнего конуса материалов увеличивается по мере подъема цилиндрической воронки (принцип песочных часов).

На верхний конус набираются два скипа или целая подача. Часть шихты остается в дозирующей воронке и при опускании верхнего конуса она ссыпается по тем же закономерностям, что и при закрытом конусе. Как уже отмечалось, при открывании верхнего конуса, а затем и нижнего (на рис.2.21, б не показан) происходит дополнительное усреднение материалов по окружности печи.

Распределение материалов на второй конструкции СЗУ рис.2.21,б аналогично такому же распределению первой конструкции (а). Отличие заключается в том, что первым газовым затвором здесь являются клапаны под приемной воронкой (б, поз.9). Кроме того, распределительная воронка с подвижной в вертикальной плоскости воронкой (4) расположена над малым конусом. Большой нижний конус оборудован ТОНК, для пересыпания части кокса в осевую зону печи (на Рис. 21, б не показан).

Следовательно, СЗУ, представленные на рис.2.21а,б, обеспечивают лучшее качество окружного распределения материалов, по сравнению с типовым ЗУ, а также БЗУ всех известных конструкций. Вторым преимуществом СЗУ является простота их конструктивных решений, а также отсутствие уплотнений вокруг вращающейся воронки. По сравнению с БЗУ отсутствует сложное вращение лотка, ротора и различных дисков непосредственно на колошнике печи. Третьим преимуществом СЗУ является значительно более низкая стоимость, а следовательно быстрая окупаемость, что очень важно в настоящее время для России, Украины и Казахстана.