Файл: Пауков А.В. Радиоактивные изотопы - помощники металлургов об опыте применения радиоактивных изотопов в металлургии.pdf

рой методике мож­ но получить боль­ шее количество, экс­ перимент а л ь н ы X данных;:. ‘.

зонтах шахты (7—9 м/ч) и минимальны у распара (3—6 м/ч); в периферийной зоне скорость меньше, чем в центре_печи; руда, особенно в нижних горизонтах шах­ ты, движется быстрее кокса.опыте, проведенном на заводе «Азовсталь», обнаружили тот же характер, рас­ пределения скоростей опускания известняка по высоте шахты печи; в периферийной зоне скорость уменьшалась от 9,5 м/ч в верхней части шахты до 3,6 м/ч на уровне воздушных фурм.

20

Значительное количество ;опытов проведено на заво:- де «Азовсталь» по второй методике с определением сред­ них скоростей опускания шихты по высоте шахты печи. Как известно, на результаты работы доменной печи влияет множество факторов, и невозможно провести не­ сколько опытов в одинаковых условиях. Поэтому простое усреднение результатов разных опытов по времени опус-; кания шихты не может дать полного представления о ■работе печи. В этих условиях важное значение имеет ме­ тодика обработки результатов опытов. Такая методика опубликована А. А. Черепивским и А. М. Скребцовым. Для характеристики работы доменной печи они приняли, фактический расход углерода у' на тонну выплавленного

В литературе по результатам анализа выплавки чугу­ на в 70 доменных печах за длительный период приведе­ но следующее уравнение,для оптимального расхода угле­ рода у, кг/т:

у = К + 0,3^ + 0,60х2 + 3,0х3 — 0,40л.і —0,05х5 — 0, lOxg — 0,07х7 0,04х8 —■ £0х3 — О,225х1о -Т 50х71 4- +0,75х12 — 0,30х13 + U + Z,

21

л'э — содержание кремния в чугуне, % ; Лю — температура дутья, °С; '

*п — расход дутья, м3/й3 рабочего объема печи в мин;

л*і2 — количество влаги в дутье, кг/т чугуна; *із — доля грохоченого кокса, % ;

Z— функция, зависящая от срока службы футе­ ровки;

U — функция, зависящая от содержания серы в чугуне.

Авторы характеризовали режим плавки чугуна во

у' : у<1 расход кокса соответственно больше или меньше

22

ки ввода сначала нашли зависимость между отношением у' : у и временем движения индикатора. В качестве при­ мера на рис. 3 для двух точек ввода кусков кокса с фос­ фором-32 представлена такая зависимость. Из рисунка видно, что с увеличением расхода углерода время опу­ скания кокса в точке ПО мм увеличивается, а в точке 460 мм — уменьшается. Если на рис. 3 провести ли­ нию, параллельную оси абсцисс, то нетрудно оп­ ределить время опускания шихты на различных рас­ стояниях от футеровки шахты при у' ; z/=const. В каче­ стве примера на рис. 4 для расхода углерода 0,925; 0,975; 1,025; 1,075 и 1,125 приведены кривые для опреде­ ления времени опускания шихты на различном расстоя­ нии от футеровки. Из рисунка видно, что с увеличением расхода кокса (по сравнению с оптимальным) время опускания шихты в центре печи уменьшается, а на пери­ ферии (в точке ПО мм), наоборот, увеличивается. При изменении отно­ шения г/1 : у наи­ большее измене­ ние времени опу­ скания шихты наблюдается в интервале рассто­ яний от футеров­ ки 460—860 мм.

Получен н ы е результаты по­ могли выявить связь между рас­ пределением ско­ ростей движения

23

гическими параметрами плавки (содержание СО2 в га­ зах, величины рудной нагрузки и коксовой калоши, ко­ личество агломерата в шихте и др.), с другой стороны. Отмечено, что разработанный метод определения време­ ни опускания шихты может быть использован для регу­ лирования хода и создания системы комплексной авто-

матизации доменной печи. Уникальный эксперимент по изучению движения ших­ товых материалов в домен­ ной печи провели работни­

24

ампул в шихте составляло соответственно 450, 320, 240, 120 и 40 мин. Положение ампул в шахте печи, обнару­ женное во время разбора шихты, представлено на рис. 5. Из рисунка четко видно, что наибольшей скоростью

ные по движению шихты учитывали при обработке хими­ ческих, петрографических и других анализов проб мате­ риалов, отобранных из различных точек шахты печи.

Проведенный опыт подтверждает также справедли­ вость методик ранее выполнявшихся исследований по изучению движения шихтовых материалов в доменной печи.

Движение газов в шахте печи

Движение газов в шахте доменной печи — один из ма­ ло изученных процессов выплавки чугуна. Первую по­ пытку определить скорость движения газов в доменной печи сделал Е. В. Войс в 1949 г.; детальное исследование этого процесса провел Ф. Ф. Колесанов.

Ф. Ф. Колесанов использовал в качестве «метки» ра­ диоактивный газ радон-224, обладающий а-излучением. На печи было оборудовано устройство, которое позволя­ ло мгновенно вводить в поток газа радиоактивный радон через фурму. Над фурмой расположили две трубы для отбора газа из печи: одну — на 1,5 м ниже уровня засыпи шихты, вторую — на 5 м выше уровня фурм в рай­ оне распара. Газ из печи непрерывно пропускали через ионизационную камеру, которая регистрировала его из­ лучение. Моменты ввода радиоактивного радонѣ в печь и появления максимумов интенсивности излучения в ионизационных камерах регистрировались на фотоплен­ ке с помощью осциллографа. По этим данным определя­ ли скорость движения газа.

Удалось получить новые данные и значительно уточ­ нить существующие представления о механике движения

25

газов в печи. Было найдено, что при средних размерах кусков агломерата и кокса (25—40 мм) длина пути газов по каналам между кусками материалов примерно в три раза больше высоты слоя шихты. В верхних гори­ зонтах шахты печи скорости движения газов в различных опытах изменялись мало; в нижней части шахты, в зоне шлакообразования изменялись примерно вдвое. На периферии, в зоне шлакообразования, скорости газа со­ ставляют 30,64-61,3 м/с, что значительно больше скоро­ сти газа в шахте печи (22,4—23,8 м/с). Найдены также зависимости скорости движения газового потока в печи от системы загрузки.

С помощью радиоактивного газа криптон-85 изотоп­ ной лабораторией Ждановского завода им. Ильича, со­ вместно с ДонНИИчерметом было изучено распределе­ ние в горне печи природного газа, вдуваемого через одну из фурм. Криптон-85 вводили в природный газ в смеси с азотом. Пробы газа из печи отсасывали в специальные радиометрические камеры диаметром и высотой по. 300 мм. Радиоактивность газа в камерах определяли с помощью специальной аппаратуры. Данная методика позволила уточнить особенности протекающих в горне реакций с участием природного газа, разработать и внед­ рить конструкцию фурм, обеспечивающих полное смеше­ ние природного газа с воздухом, равномерное его рас­ пределение по сечению доменной печи, улучшение ис­ пользования водорода, и, как следствие, сокращение расхода кокса на 1—2% (200—400 тыс. руб. на 1 млн. т чугуна).

С пойощью криптона-85 на этом же заводе изучали интенсивность газового потока по сечению верхнего го­ ризонта шахты доменной печи. Для этого был сконстру­ ирован специальный проточный датчик с отверстием для поднимающихся газов. Датчик помещали под шихтой и в поток газа вводили строго дозированную порцию криптона-85. Чем больше интенсивность газового потока,

26

тем больше разбавляется в нем криптон-85 и тем мень­ шая радиоактивность фиксируется в проточном датчике.

Сравнивая интенсивность излучения газа над разны­ ми участками шахты, получили кривую распределения интенсивности газового потока по радиусу шахты печи.

Выявленная зависимость между интенсивностью по­ тока газа, с одной стороны, температурой, составом газа (СО и СО2) и другими параметрами, с другой сто­ роны, имеет важное значение для теории доменного про­ изводства, а рациональное использование тепловой и химической энергии газов в итоге позволяет экономить кокс и повысить производительность печи.

Интересный опыт решения одного из практических вопросов движения газов в доменной печи проведен на заводе «Азовсталь». Практика работы показала, что уравнительный газопровод, соединяющий межконусное пространство печи со скруббером высокого давления, че­ рез 3'—9 мес. забивается пылью. Очистка газопровода (диаметром 600 мм) производилась только при длитель­ ной остановке печи. Поэтому печи часто переводили с по­ вышенного давления газа под колошником (~1 атм) на обычное, в результате чего производительность снижа­ лась. Задача состояла в том, чтобы определить источник пылеотложений в газопроводе — скруббер или доменная печь.

Короткоживущий изотоп лантана-140 с жестким у-излучением в стеклянной ампуле с помощпо специаль­ ного трубчатого приспособления с резьбой ввели внутрь газопровода. Точка ввода изотопа располагалась на рас­ стоянии 0,5 м от оси уравнительного клапана большого конуса (УКБК). Ампулу разбивали в момент начала работы большого конуса. Поток пыли при этом дол­ жен был относить радиоиндикатор или в сторону скруб­ бера (если источник пыли—доменная печь), или в сторо­ ну доменной печи (если источник пыли—скруббер). Ин­ тенсивность излучения изотопа замеряли на наружной

27

поверхности газопровода с помощью микрорентгеномет­ ра ПМР-2. Измерения показали, что источником пыли является межконусное пространство доменной печи, от­ куда в период между открытием большого конуса и за­ крытием УКБК пыль проникает в уравнительный газо­ провод на сравнительно большие расстояния, а затем распространяется в течение двух-трех дней вплоть допылеуловителя.

Проведенная работа позволила выяснить причины за­ бивания пылью газопровода, что дало возможность пол­ ностью их устранить.

Перемешивание чугуна в горне

Данные об интенсивности перемешивания чугуна в горне нужны как для построения теории процессов взаи­ модействия металла, шлака и огнеупоров футеровки,, так и для решения некоторых практических вопросов конструкции горна. Известно, что после выпуска очеред­ ной плавки из печи в горне ниже уровня оси чугунной летки постоянно остается определенное количество ме­ таллического расплава. Верхние активные слои остатка расплава (активный остаток) при движении изнашива­ ют футеровку. Эти же слои расплава смешиваются с вновь наплавленным слоем чугуна и в некоторой степени могут изменить его первоначальный химический состав.

Величину активного остатка металла в горне опреде­ лили на заводе «Азовсталь» следующим образом. В гори доменной печи вводили одной или несколькими ампула­ ми изотоп фосфора-32. Момент ввода выбирали так, что­ бы до очередного выпуска чугуна было не менее трех часов; за это время изотоп распределяется в металле выше оси летки и ниже ее в активном остатке. На пер­ вом выпуске чугуна после ввода изотопа отбирали про­ бы металла и определяли их радиоактивность. Если обо-

28