Файл: Тарасов, В. П. Загрузочные устройства шахтных печей.pdf

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

нем засыпи. Частицы при этом приобретают относительные скорости,

в псевдоожиженном слое. При различных скоростях газового потока перемещение частиц происходит более свободно и на большие рас­ стояния. Ввиду того, что под нижним конусом в большинстве случаев преобладают небольшие потоки по сравнению с периферийной об­

Явление перевеивания относится только к псевдогазовому слою, поэтому его нельзя определить ни по пробам твердых материалов, извлеченных из-под уровня засыпи, ни по замерам толщины слоя шихты [95].

Одна часть твердых частичек, находящихся в псевдогазовом слое под нижним конусом, уносится газом из печи в момент толчка газо­ вой струп от центра к газоотводам после ссыпанпя шихты с конуса, а другая (более тяжелая) часть частичек медленно оседает и переходит в псевдоожиженный слой. Дальнейшая миграция этих частичек происходит уже из этого слоя.

углу откоса поверхности засыпи сдвинется от стен в промежуточную зону, а на периферии и (частично) в центре печи будет располагаться преимущественно кокс. В центр печи выдавится от стен основная часть кокса предыдущей подачи, а также скатятся куски кокса по­ следней порции вновь загруженной подачи. Масса кокса загружае­ мой подачи разместится у стен печи. Такое явление наиболее ярко выражено при загрузке доменных печей большими подачами.

Важность экранирования агломерата коксом подтверждается практикой работы доменных печей при различных системах загрузки. В случае раздельной загрузки агломерата и кокса содержание дву­ окиси углерода в центре, как правило, всегда больше, чем на пери­ ферии. При загрузке доменных печей ждановского металлургиче­ ского завода им. Ильича раздельными порциями агломерата и кокса содержание двуокиси углерода в центре печн составляло 15—16%, а при совместной загрузке 10—11% (рис. 43, в).

Распределение шихтовых материалов по радиусу печи является' основным фактором, определяющим формирование радиального газового потока, но до некоторой степени здесь имеет значение и под­ вод дутья снизу. Диаметр воздушных фурм и их высов в печь оказы­ вают влияние на распределение газа в периферийной, промежуточной и осевой зонах. В большинстве случаев [97, 98, 99] отмечается, что оптимальная величина кинетической энергии истечения дутья из фурм должна составлять 3500—5000 кг -м/с, в некоторых же иссле­

80

гранулометрического состава шихты и необходимости увеличения кинетической энергии дутья предлагается [101 ] закрывать одну или две фурмы с «вяло» работающей стороны. С улучшением качества сырья фурмы необходимо открыть вновь. Это увеличивает гибкость

врегулировании газовым потоком по радиусу и окружности печи.

Взаключение следует сказать, что влияние газового потока на

радиальное распределение материалов изучено еще недостаточно.

Г л а в а 3

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ПО ОКРУЖНОСТИ ПЕЧИ

Влияние распределения шихтовых материалов по окружности печи на показатели ее работы так же велико, как и распределение по радиусу колошника. Об этом писали многие ученые и практики доменного производства [1,3, 11,45, 55, 77, 78, 102 и др. ]. В. К. Грузинов предложил обозначать неравномерность распределения объ­ ема материалов в воронке малого конуса термином «объемная нерав­ номерность». Под количественной неравномерностью следует пони­ мать различие масс материалов по окружности колошника, а соот­ ношение отдельных фракций при этом создает качественную неравно­ мерность.

Как уже отмечалось ранее, воронка Кеннеди и лоток Броуна не могли обеспечить достаточно устойчивое и оптимальное распреде­ ление газового потока в доменной печи, поэтому они были вытеснены распределителем Мак-Ки, успешно применяемым и в настоящее время. Первые вращающиеся распределители шихты такого типа работали неудовлетворительно из-за конструктивных недоработок, а также несовершенства схемы управления [103—108 и др. ].

Впервые обстоятельное исследование работы распределителя Мак-Ки произвел Д. В. Ефремов на одной из доменных печей ММК. Он заметил, что гребни материалов в приемной воронке располага­ лись со стороны подъемника и отстояли от его оси на 15—20° как для левого, так и для правого скипов. Высота рудных откосов не была постоянной и в зависимости от физических свойств шихты колебалась в пределах 450—550 мм (в некоторых случаях она составляла 300— 400 мм). Им же было установлено, что неравномерность, полученная в воронке малого конуса, сохраняется на большом конусе и в печи и что, кроме количественной неравномерности, в воронке малого конуса образуется качественная неравномерность. Была подчеркнута также зависимость количественной и качественной неравномерностей материалов в воронке малого конуса не только от конструктивных дефектов механизмов и несовершенства электрической схемы рас­