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

колошника через защищенную центральную штангу, как это сделано в типовой конструкции засыпного устройства доменных печей.

Преимуществом такого засыпного аппарата является уменьшение высоты шахты, так как не требуется пространство, необходимое для опускания нижнего конуса. Уменьшается высота падения ма­ териалов в печи и лучше сохраняется очередность их загрузки. Все это улучшает регулирование хода печи сверху и облегчает условия полной автоматизации управления работой низкошахтных печей. Однако такой аппарат непригоден для работы в условиях высоких давлений, так как, несмотря на компенсаторы и наличие двойных стенок воронок конусов, трудно обеспечить достаточно надежную герметичность по линиям стыка конуса с воронкой и под­ вижной части воронки с неподвижной.

Из опыта эксплуатации низкошахтных печей известно, что повы­ шение давления газа на колошнике в значительной мере увеличивает их производительность, которая определяется максимально допу­ стимой скоростью газового потока в шахте. При слишком высоких скоростях газа шихта в верхней части шахты становится неустой­ чивой, что выражается в образовании каналов, переходе ее в псевдо­ ожиженное состояние, нарушении процесса стекания жидких фаз в нижнюю часть печи. Поэтому для низкошахтных печей особо необ­ ходимо иметь максимально допустимую форсировку хода, так как их небольшой полезный объем сам по себе ограничивает выплавку чугуна.

Плавки в круглой низкошахтной печи в Угрэ (ФРГ) показали, что интенсивность орошения коксовой составляющей в нижней части печи жидкими продуктами не достигает предела каналообразования [93]. Интенсивность орошения В м3/(м2-ч) определяли при этом из производительности печи (Q т/сут), которую в свою очередь находили суммированием доль чугуна и шлака:

263

Для (2ШЛ= 400 кг/т чугуна р/ = 5100 кг/м3, при Qmjl = 600 кг/т

чугуна р/ = 4660 кг/м3. Уменьшение выхода шлака от фшл до QщЛ при том же удельном количестве газа и той же интенсивности оро­ шения при условии, что по уравнениям (169) и (170) В : В ' — Q/pp ; Q’ip'f = 1, позволяет определить прирост производительности по уравнению (168):

Как отмечалось выше, при выходе шлака от 300 до 500 кг/т чу­ гуна плотность орошения в нижней части печи не лимитировала форсировку хода процесса. С увеличением расхода дутья интенсив­ ность орошения возрастает. При этом зависимости В от расхода дутья Wn (тыс. м3/ч) и количества газа G (тыс. м3/ч) удовлетвори­ тельно описываются уравнениями регрессии:

где F — площадь горна, м2.

Повышение производительности печи путем увеличения коли­ чества дутья ограничивается в основном пределом подпора газа в верхней части шахты. Еще до достижения предела каналообразования шихта местами может перейти в состояние кипящего слоя. В таком состоянии в единице объема фактическая масса кусочков шихты, за вычетом плотности газа, должна быть равна подъемной

Подставив в уравнение (174) значение Др/Я из уравнения (175) и решая его относительно d., получим критический диаметр частичек шихты при псевдоожижжении:

264

Плотность шихты значительно выше плотности газа, поэтому

частичек, при которых слой шихты переходит в псевдоожижженное состояние, можно рассчитать и по формулам (29) и (41).

В табл. 34 приведены результаты работы низкошахтной печи в Угрэ с различной максимальной производительностью в 1967— 1968 гг.

Учитывая различные газодинамические условия в рассматриваем мых опытах, можно предположить, что значительное различие степеней форсировки хода печи связано с газодинамикой процесса. Поэтому производственные показатели рассматривали в аспекте подпора и каналообразования в слое шихты и в первую очередь выше фурменной зоны. При этом сопоставляли опыты, в которых рудная часть шихты была неизменной (100% агломерата), а различ­ ными были крупность кокса и форма его кусков (формованный и кусковый кокс). Из табл. 34 видно, что с уменьшением кусковатости кокса или его прочности уменьшается количество дутья и снижается производительность печи. Достижение скорости газа, по всему сечению шахты равной 1,7—2,9 м/с, для порозности шихты соот­ ветственно от 0,3 до 0,5 является, очевидно, допустимым пределом. Это подтвердилось и исследованиями на модели.

Для определения скорости газа, при которой слой сыпучих мате­

’I кРг

где рк —■кажущаяся плотность материала куска, кг/м3;

ds — эквивалентный диаметр куска, определяемый из фор­

вен 0,43. Условно эту величину можно применять и для материалов доменной плавки. Тогда для определенных кусковых материалов можно с достаточной точностью рассчитать по формуле (178) скорость газа, при которой система начинает переходить в псевдоожиженное состояние, а по формуле (179) скорость газа, при которой наблю­ дается подвисание слоя.

Отсюда становится понятным влияние кусковатости шихтовых материалов на форсировку хода печи. Во всех случаях увеличение

265

Т а б л и ц а 34

** Французский формованный КОКС. *2 То же, западногерманский.

равномерности и крупности материалов способствует повышению ин­ тенсивности плавки. Но большую роль при этом играет и загрузочное устройство, так как нерациональное распределение материалов (по гранулометрическому составу) по окружности и радиусу печи может привести к неравномерному ходу и даже подвисаниям хорошо под­ готовленной шихты. Для низкошахтных печей это особенно важно, так как образование в них локальных участков с зажатым слоем в большей мере влияет на общий сход шихты, чем в печах больших объемов. К сожалению, до настоящего времени нет достаточно пол­ ных исследований распределения материалов по окружности и ради­ усу низкошахтных печей, оснащенных засыпными аппаратами раз­ личных конструкций.

266

Загрузочные устройства низкошахтных печей прямоугольного сечения

Вначале низкошахтные печи прямоугольного сечения загружали, как и круглые, через боковые желоба-трубы. В качестве газовых затворов применяли шиберы или задвижки дроссельного типа. Печи загружали в основном рудо-угольными брикетами, наиболее полно отвечающими условиям металлургической плавки в низкошахтных печах. Однако, несмотря на хорошее перемешивание частичек руды и угля в брикетах по горизонтальным и вертикальным сечениям

Рис. 143. Первоначальная схема загрузочного устройства ннзкошахтных печей завода «Вест»:

/ — штанга; 2 — тяги; 3 — крышка; 4 — конус; 5 — приемная воронка; 6 — боковые на­ правляющие желоба

низкошахтнои печи имело место неравномерное распределение материалов и газов. Это ухудшало основные показатели работы печи. Кроме того, задвижки дроссельного типа не обеспечивали достаточ­ ной герметичности загрузочного устройства. Поэтому для низко­ шахтных печей на заводе «Вест» в Кальбе (ГДР) была разработана другая конструкция загрузочного устройства. При этом исходили из того, что малое время пребывания шихтовых материалов в пла­ вильном пространстве печи (2,5—4,0 ч) требует более тесного кон­ такта рудной части шихты и горючего, а также более высоких скоро­ стей прогрева материалов и скоростей процессов косвенного восста­ новления окислов железа. При этом в значительной мере ускоряются процессы восстановления кремния, марганца и повышается степень десульфурации чугуна. Таким требованиям отвечало загрузочное устройство, которое обеспечивало хорошее смешивание материалов на колошнике благодаря их рассеиванию при ссыпании с конусов при условии пересечения их потоков между собой (рис. 143). При этом очень важно поддерживать постоянную высоту падения шихты от нижней кромки конуса до поверхности засыпи. Газовым затво­ ром такого засыпного аппарата является крышка, которая с по-

267

мрщыо двух тяг и электропривода открывает или закрывает загру­ зочную воронку.

На этом заводе шихту на колошниковую площадку подают в ва­ гонетках подвесной дороги. В каждую вагонетку загружают рудную часть подачи и горючее. Во время ссыпания материалов в воронку конуса происходит первое перемешивание рудной части подачи с горючим, а второе перемешивание имеет место при ссыпании мате­ риалов с конуса в печь. Несмотря на это, перемешивание материалов оказалось недостаточным, особенно внутри концентрических окруж­ ностей (под конусами) и у стен печи. С увеличением же количества мелких фракций возрастала сегрегация материалов по крупности и степень их перемешивания еще более снижалась. Поэтому отсев мелочи перед загрузкой в печь имел большое значение.

Идеальным, с точки зрения лучшего перемешивания всех компо­ нентов шихты, является их совместное брикетирование в необходи­ мой пропорции. Тогда регулирование теплового режима работы печи можно осуществлять дозировкой брикетов с разным количеством горючего, при этом упрощается конструкция всего загрузочного устройства. Наиболее рациональным следует считать клапанныезатворы с мягким уплотнением (для верхнего затвора) или затворы с наплавленными износостойкими карбидными сплавами (типа «ре­ лит»), Надежная герметизация засыпного аппарата низкошахтных печей необходима еще и потому, что в связи со значительно меньшей их высотой (12 вместо 30—40 м) происходит большее загрязнение окружающей воздушной среды окисью углерода и пылью.

Следует отметить, что на заводе наряду с железококсом проплав­ ляли сортированные железные руды, флюсы и кокс марки БШТ. Поэтому рациональное распределение материалов в печи имело су­ щественное значение. Кроме того, планировалось повышение давле­ ния газа на колошнике и обогащение дутья кислородом, а также ча­ стичное брикетирование и окомкование шихты, что должно значи­ тельно повысить производительность низкошахтных печей. В этих новых условиях имеющиеся загрузочные устройства (см. рис. 143) не могли обеспечить нормальной работы печей, так как их перегрузка составляла свыше 140—150% (от номинальной мощности). Положе­ ние осложнялось еще и тем, что не было автоматической связи работы конусов с доставкой вагонеток по подвесной дороге. Все это отри­ цательно влияло на ход процесса и показатели работы. Для устра­ нения указанных недостатков требовалось усовершенствовать всю систему загрузки. При этом необходимо было предусмотреть неко­ торое накопление материалов в загрузочных бункерах колошнико­ вого устройства и максимально автоматизировать всю линию подачи шихты с тем, чтобы иметь избирательную систему загрузки отдель­ ных печей в зависимости от степени интенсивности их хода. Эти тре­ бования были уточнены в реконструированном загрузочном устрой­ стве (рис. 144). В нем предусмотрены приемные воронки, в которых накапливаются определенные порции материалов. Верхние и ниж­ ние газовые затворы конусные, что обеспечивает хорошее переме­

268