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

затворы, перепускные клапаны, очерёдность загрузки материалов и т. д.).

По нашему мнению, использование этого устройства в реальных условиях работы мощной доменной печи маловероятно, так как неизбежно коробление хоботообразного патрубка, который все время будет находиться в зоне интенсивного газового потока и сравни­ тельно высоких температур. По этой же причине и условия работы нижнего сальникового уплотнения вращающегося патрубка будут тяжелыми. Необходимая смазка будет выгорать, а применение паро­ лабиринтных уплотнений не обеспечит достаточно надежной герметич­ ности.

В центр печи будет попадать много рудной составляющей подачи, что усложнит работу горна. При этом возможна потеря дренажа центральной зоны нижней части печи и частое горение воздушных фурм. Возможно также значительное измельчение мате­ риалов (особенно кокса) вследствие их трения друг о друга во время вращения патрубка и при ссыпании на колошник.

Улучшение горизонтального распределения шихты типовым распределителем

Для обеспечения более стабильного и равномерного распреде­ ления сырых материалов по окружности шахтной печи И. Я- Светловский предложил под нижним конусом специальную крестовину с крыльями (авт. свид. СССР, № 43590, 1933 г.). Во время опуска­ ния нижнего конуса крестовина с крыльями вращается и разносит шихту по окружности колошника более равномерно, чем в обычном засыпном устройстве. Для большей равномерности такого распреде­ ления и для снижения сегрегации материалов по крупности на по­ верхности крыльев сделаны ребра, направленные к периферии и к центру колошника. Вращать крылья можно как обычным электро­ приводом, так и винтовой нарезкой вертикальной тяги, на которой подвешена крестовина. В этом случае при опускании нижнего конуса с полой штангой будет перемещаться и нарезанная часть тяги, что заставит вращаться и крестовину с крыльями.

Наряду с определенными конструктивными трудностями вра­ щения крыльев в условиях высокой запыленности и температуры колошникового пространства, очевидно, трудно получить равно­ мерное размещение материалов, так как скорость вращения крыльев не может быть большой. В случае же их деформации (отсутствие охлаждения) распределение материалов значительно ухудшится. Такое же ухудшение в размещении шихты по окружности и радиусу печи произойдет и в случае выхода из строя механизма поворота

крестовины с крыльями.

Аналогичный принцип равномерного распределения материалов по окружности печи был использован в предложении Н. С. Гирло, С. Г. Шпарбера и П. Г. Гайдаря (авт. свид. СССР, № 35859, 1933 г.).

Вих конструкции засыпного аппарата имеется центральная труба

сприводом для вращения и специальными лопастями, угол наклона

которых можно изменять. Внутри трубы находятся два малый конуса, выполняющих роль газовых затворов.

Хотя окончательные выводы об эффективности любой новой системы загрузки определяются промышленными или полупромыш­ ленными испытаниями, можно с уверенностью утверждать, что рас­ смотренные две конструкции загрузочных устройств неперспективны.

В1948 г. В. П. Мищенко предложил вращать воронку Мак-Ки

вмомент высыпания материалов из скипа (авт. свид. СССР, № 86028, 1948 г.). При достаточно быстром вращении (более 30 об/мин) можно значительно улучшить равномерность горизонтального распределе­

ния материалов в печи. Перевод отечественных доменных печей на работу с повышенным давлением газа на колошнике не позволил испы­ тать в реальных условиях такую загрузку, так как трудно осуще­ ствить уплотнение вокруг быстровращающейся распределительной воронки. Применение этого способа на нескольких печах США ока­ залось удачным [118, 187, 260]. Расход дутья был увеличен на 18— 24%, отпала необходимость в работе распределителя по станциям, производство чугуна возросло на 10—17%, а расход кокса снизился на 5—10%. В качестве уплотнения вокруг вращающейся воронки применили водяной затвор в сочетании с уплотнительными коль­ цами (см. рис. 14).

Быстрое вращение воронки Мак-Ки не только способствовало увеличению производительности печи и экономии кокса, но и зна­ чительно повысило стойкость огнеупорной футеровки шахты. Так, при выплавке литейных чугунов с обычной воронкой через два года после смены футеровки на кожухе печи появились местные перегревы, требовавшие дополнительного охлаждения. А при вращении воронки такие явления не возникали и в течение 6—7 лет не требовалось дополнительной поливки кожуха. После установки быстровращающегося распределителя длительность службы футеровки шахты уве­ личилась до семи лет (по сравнению с четырьмя годами на другом заводе).

Скорость вращения воронки составляла вначале 26—30 об/мин. Затем ее снизили до 20 об/мин, так как при быстром вращении зна­ чительно усложняются условия эксплуатации оборудования распре­ делителя. При сравнительно небольших скоростях вращения рас­ пределительной воронки достаточно равномерное распределение материалов по окружности печи не обеспечивается, ввиду того что шихта из скипа высыпается быстро и неравномерно. В связи с боль­ шими трудностями синхронизации скорости вращения распредели­ теля с количеством поступающего материала из скипа нет оснований рассчитывать на улучшение горизонтального распределения мате­ риалов. Для устранения этого недостатка было рекомендовано до­ полнительно вращать воронку одновременно с опусканием малого конуса (авт. свид. СССР, № 194861, 1965 г.; № 218921, 1967 г.). Это должно было улучшить качество распределения материалов по окружности печи. Однако сегрегация шихты по крупности все же остается и получаемая при этом неравномерность не будет перио­ дически смещаться по окружности, что приведет со временем к иска­

212

жению профиля печи. Такая неравномерность останется и в тоМ случае, если вращать воронку навстречу струе ссыпаемой шихты, как это предлагает фирма «Интерлейк Айрон Корп» (США) (пат. Франции, № 1110913, 1954 г.).

Исследованиями качества распределения материалов при враще­ нии воронки в период набора и высыпания шихты с малого конуса на модели (1 : 10) типового засыпного устройства доменной печи объемом 1719 м3 занимались В. Д. Сергиенко и Д. А. Сторожик [261 ].

Рнс. 115. Изменение коэффи­ циента окружной неравномер­

ности распределения материа­ лов ф на большом конусе при вращении распределителя в пе­ риод высыпания материалов из скипа (а), во время опускания малого конуса (б) и совместно в указанных режимах (в) для фракций, мм:

1 — 3—1; 2 — 8—6; 3 — 15—

10; 2 — суммарное количество фракций

п, об/мин

Было предусмотрено изменение угла опрокидывания скипа на раз­ грузочных кривых от 35 до 60°, хода малого конуса от 60 до 90 мм и скорости вращения воронки в пределах 12н—65 об/мин. Простран­ ство между чашей и большим конусом было разделено на 12 равных секторов-карманов. В качестве шихты служил агломерат трех фрак­ ций: 10—15; 6—8 и 1—3 мм. Перед высыпанием агломерата из скипа начинали вращать воронку распределителя (до номинальных обо­ ротов). Шихту из каждого сектора рассеивали по фракциям и взвеши­ вали. По среднеарифметическому значению пяти замеров подсчиты­ вали коэффициент неравномерности ср по формуле (44). Испытания показали, что увеличение числа оборотов воронки снижает степень неравномерности окружного распределения материалов. Этому нее способствует уменьшение угла а с 60 до 35°, так как увеличивается время высыпания агломерата от 1,4 до 2,2 с. Из рис. 115 видно, что

213

во всех трёх случаях с увеличением скорости вращения сверх 10 об/мин количественное и качественное распределение агломерата по окружности модели практически не изменяется. Практика же работы американских доменных печей показала, что изменение ско­ рости вращения воронки от 15 до 30 об/мин значительно влияет на размещение шихты по окружности [260]. Очевидно, принятые исследователями при моделировании коэффициенты механического подобия не полностью соответствуют действительности. Так, для получения механического подобия ими были приняты следующие изменения [261, с. 34]:

скорость опрокидывания скипа и открывания малого конуса

= ут, м/с'

а скорость во время опрокидывания 1,0 м/с, то время высыпания агломерата t'n составит примерно 3 с. Можно подсчитать число обо­ ротов воронки Nn, которые она сделает за это время при скорости вращения пп = 10 об/мин:

#„ = -§-*„ = 3-10/60 - 0,5 оборота.

Время высыпания агломерата из скипа модели определим по фор­ муле

В действительности же скорость высыпания для этих условий на модели составила 1,4 с [260 ]. За это время на модели воронка сделала

что не соответствует действительности.

Кроме того, при значительном уменьшении гранулометрического состава шихты растет коэффициент трения, что может повлиять на результаты распределения материалов. В этих случаях нужно поль­ зоваться формулами неполного механического подобия [56, с. 23], но с соблюдением одинаковой текучести насыпных материалов. При этом целесообразно также учитывать степень прижатия шихты к стен­

214

кам воронки центробежными силами, которые возрастают с увели­ чением скорости вращения в п2 раз.

Во время вращения воронки со скоростью 10 об/мин в натуре и при соответствующей скорости вращения воронки на модели не по­ лучается завершенного витка в размещении материалов по окруж­ ности конуса. Следует отметить также, что из скипа шихта высы­ пается за 3—4 с крайне неравномерно. Следовательно, ни в натуре, ни на модели в рассмотренных случаях не может быть равномерного количественного и качественного размещения шихты по окружности колошника. Полученные же результаты, свидетельствующие о до­ статочно ровном окружном распределении агломерата, можно объяс­ нить значительным усреднением шихты в пяти проведенных опытах. Но тогда максимумы и минимумы в размещении агломерата отдель­ ных подач могут накладываться друг на друга, так как их положе­ ние не контролируется в момент открывания малого конуса. Вслед­ ствие этого, по-видимому, нет разницы в распределении агломерата при вращении воронки в период его ссыпания с малого конуса по часовой или против часовой стрелки. Во время разгона воронки до оптимальной скорости (при которой открывается малый конус) максимумы и минимумы агломерата в ней смещаются, что также не контролируется. Непонятно поэтому, о каком дальнейшем закру­ чивании или раскручивании винтовой линии в распределении мате­ риалов может идти речь. Несмотря на указанные недостатки, иссле­ дования на модели подтвердили возможность получения удовлетво­ рительного окружного распределения материалов при вращении воронки (очевидно, со скоростью не менее 20 об/мин) в момент опро­ кидывания скипа и при высыпании шихты с малого конуса.

Существенным недостатком указанного метода загрузки является трудность герметизации вращающейся с большой скоростью рас­ пределительной воронки. Особенно усложняется вопрос эксплуата­ ции сальникового уплотнения при работе доменной печи с высоким давлением газа на колошнике. Наличие подпятника для вращения малого конуса и сальникового уплотнения между штангами конусов также создает определенные трудности при эксплуатации. Приме­ нение двойных малых конусов, исключающих уплотнение вокруг вращающейся воронки, вероятно, не является решением проблемы, так как усложнение конструкции распределителя шихты вызовет дополнительные эксплуатационные трудности.

Равномерное распределение материалов по окружности печи Ж- Маркел (пат. Франции, № 1259562, 1960 г.) предлагает получать

метричных оси печи и разных по диаметру, или из усеченного конуса (пат. ФРГ, № 1183924, 1960 г.). Качающийся приемный лоток в этом случае разделен двумя вертикальными перегородками на три желоба,

в каждом отдельном канале. Выпускные отверстия желобов-каналов расположены под углом 120° друг к другу, что увеличивает равно­

2}5

мерность поступления материалов в распределительную воронку. Материалы можно загружать как с вращением распределительной воронки, так и без ее вращения. Если загрузочная воронка не вра­ щается, то шихта через пережим направляется к оси печи, благо­ даря чему выравнивается несимметричность загрузки. При враще­ нии распределительной воронки равномерность загрузки будет еще лучше, но это способствует трению находящегося в ней материала. Однако трение происходит на сравнительно небольшой поверхности,

торых лежат различные идеи равномерного размещения сыпучих материалов по окружности доменной печи. В связи с этим полезно рассмотреть принципиальные особенности работы таких распреде­ лителей, так как незнание общих закономерностей загрузки шихты может привести к ошибкам при выборе, проектировании и модели­ ровании быстровращающихся распределителей.

Время высыпания материала из скипа составляет 3—4 с, следо­ вательно, чтобы материал располагался по всей окружности воронки, закрытой малым конусом, она должна вращаться со скоростью не менее 20 об/мин. Однако при этом распределение материалов по окружности печи еще не будет равномерным вследствие значитель­ ной качественной и количественной неравномерности потока ссыпае­ мой из скипа шихты.

Известно, что во время движения по наклонному мосту и на ле­ кальной кривой материалы в скипах сегрегируют по крупности. Мелочь просыпается между крупными кусками ц в первых порциям

216