56. Движение газа в слое кусковых материалов.
ДП представляет собой противоточный реактор, в котором движение газового потока обеспечивается его избыточным давлением на входе снизу, а движение материалов – силой тяжести. Газовый поток пронизывает слой кусковых материалов, находящихся в различных состояниях. При небольших скоростях газа в слое между кусками устанавливается ламинарное движение. С повышением скорости газа происходит постепенный переход движения в турбулентную область, причем частицы слоя остаются в спокойном состоянии. На основе многочисленных экспериментальных работ получена математическая формула, устанавливающая универсальную взаимосвязь сопротивления газовому потоку и свойств газа и шихты для ламинарного и турбулентного режимов (более характерного для ДП).
Формула для определения потерь давления газового потока в слое сыпучих материалов:
где Н – высота слоя; dэкв – эквивалентный диаметр куска; - скорость газа; - плотность газа; - коэффициент сопротивления; - порозность слоя. Самое большое влияние оказывает порозность.
Порозность – это отношение объема пустот в слое к объему слоя.
Нам выгоден слой с высокой порозностью. Самая большая порозность когда кубическая упаковка.
Если слой состоит из шаров разного диаметра, то промежутки между крупными шарами могут быть заполнены более мелкими. В этом случае порозность может оказаться ниже ее значения для самой плотной укладки в условиях равномерной кусковатости.
Мелк крупн
Из диаграммы следует, что по мере уменьшения количества кусков крупной фракции мелочь сначала заполняет объемы межкусковых промежутков без сокращения количества крупных кусков. При этом порозность уменьшается, а насыпная масса материала увеличивается. Когда все резервы размещения мелочи в объеме межкусковых промежутков будут исчерпаны, для дальнейшего увеличения количества мелочи в данном ограниченном объеме потребуется удаление крупных кусков и замена их мелкими. При этом часть объема, занятого сплошным материалом, замещается материалом более мелким, но имеющим промежутки между кусками. Таким образом, порозность снова начинает возрастать.
Таким образом, только в начале добавления как более мелкого, так и более крупного материала к слою кусковых материалов происходит ухудшение структуры слоя, снижение его порозности и рост сопротивления газовому потоку. Этот вывод свидетельствует о целесообразности сортировки материала на классы крупности с узким диапазоном изменения гранулометрического состава. Нельзя давать в агрегат мелочь (меньше 5 мм). Каждый дополнительный % мелочи – это потери 0,5% производительности и на 0,5% увеличивается расход кокса.
57. Распределение шихты в печи и ее движение.
Движение материалов в доменной печи при устойчивом ходе плавки характеризуется плавным и равномерным опусканием уровня засыпи.
Первостепенное значение для движения материалов в печи имеет процесс горения кокса у фурм, в результате которого не только освобождается пространство для поступления новых порций горючего сверху, но и создаются условия существования вторичных факторов, обусловливающих сокращение объема материалов и занимаемого ими пространства в печи. К этим вторичным факторам относятся: плавление, разложение известняка, механическая уминка и вынос пыли из печи с газовым потоком. Взятые вместе первичный и вторичный факторы создают эффект постепенного и повсеместного сокращения объема и плавного опускания материалов.
Механическая уминка присуща материалам с различным размером кусков. При движении вниз небольшие куски различных компонентов шихты заполняют промежутки между более крупными кусками.
Перемещение пыли в доменной печи достигает значительных размеров. Частицы агломерата размерами 0,5 мм и частицы кокса до 3 мм подхватываются газовым потоком, проходящим через столб шихты. Перемещаясь на небольшую высоту, такая пыль оседает в многочисленных лабиринтах столба материалов. Суммарное количество пыли, перемещающейся с газами по высоте ДП, достигает 20% от массы всех шихтовых материалов, загружаемых в печь.
Уминка материалов и вынос пыли из доменной печи являются в известной степени негативными процессами, способствующими ухудшению газопроницаемости столба материалов и увеличению доли оборотных продуктов плавки.
Скорость движения материалов в различных точках колошника печи меняется в пределах от 20 до 260 мм/мин. Скорость движения материалов в колошнике является результирующей всех процессов сокращения объема материалов, рассмотренных выше, и зависит от соотношения этих процессов. Совершенно равномерное опускание поверхности материалов на колошнике при одинаковой скорости во всех точках поверхности никогда не наблюдается, хотя в общем вся масса шихты движется слитно.
Если рассматривать скорость движения материалов как фактор использования полезного объема доменной печи, то резервом дальнейшего повышения производительности остается зона плавления, где происходит интенсивное сокращение объема кусковых материалов и превращение определенной их части в жидкую фазу, фильтрующуюся через слой кокса и попадающую в металлоприемник.
Однако и здесь, в зоне плавления, существуют пределы сокращения объема, определяемые критическим значением порозности, при котором еще обеспечивается беспрепятственное движение газового потока вверх. Чрезмерная нагрузка зоны плавления жидкой фазой, образующейся из твердых кусков и затопляющей коксовую насадку, может приводить к явлениям «захлебывания», подстоям и подвисаниям столба материалов.