Оптимизация структуры столба шихтовых материалов и газораспределения
На данный момент накоплен достаточный опыт, разрешающий установить главные предпосылки рационального газового потока и распределения материалов в замечательных доменных печах. В связи с увеличением и периферийным подводом дутья поперечных размеров больших доменных печей, что затрудняет проникновение газового потока в их центральную территорию, изменяются требования к формированию столба шихтовых материалов в замечательных агрегатах и проникающей способности струи дутья.
Отличительной изюминкой распределения материалов в доменных печах громадного количества есть повышение рудной нагрузки в промежуточной и периферийной кольцевых территориях с ее резким уменьшением в центре печи. Наряду с этим принимают меры по ограничению попадания мелочи в осевую территорию. Необходимость формирования таковой структуры столба шихтовых материалов диктуется созданием условий для проникновения потока газа к прогрева материалов и оси печи в данной территории.
Перераспределение рудных материалов по радиусу печи не должно приводить к чрезмерному их сосредоточению на периферии либо в промежуточной кольцевой территории. В первом случае в фурменные очаги будут приходить неподготовленные материалы, что приведёт к горению фурм, а во втором – приведет к чрезмерному опусканию линии плавления материалов и уменьшению высоты свободного от вязких рудных материалов коксового канала, по которому газовый поток и»фурмен-ной территории устремляется к оси печи.
В этом случае вероятно резкое сокращение коксового канала либо кроме того его перекрытие вязкими материалами, что нарушает устойчивость распределения газового потока и повышает сопротивление проходу газа. Так, увлекаясь сосредоточением рудных материалов в промежуточном либо периферийном кольце с одновременной разгрузкой осевой территории, возможно взять обратный итог – ослабить газовый поток в центре пени с понижением его устойчивости.
В совершенном случае структура столба материалов обязана снабжать оживленный газовый поток в узком кольце на периферии и развитый поток газа в ограниченной по площади осевой территории печи. Соответственно должны распределяться и рудные материалы. О преимуществах работы доменных печей с подгруженной открытым центром и периферией много раз отмечалось в работах.
При освоении работы доменной печи № 9 количеством 5000 м3 комбината “Криворожсталь” для облегчения ее хода сперва уменьшили подгрузку периферии со смещением рудных материалов к оси печи, сохранив открытой осевую территорию. Но в будущем подгрузили периферию, поскольку применение восстановительной свойстве газового потока было низким.
В работах установлено, что на печах среднего количества (2700 м3) при чрезмерной подгрузке периферии и большом развитии осевого газового потока движение доменной плавки часто нарушается. Быстро увеличивается напряженность работы печи, сход материалов делается неустойчивым и сопровождается осадками. Наряду с этим отмечается локальные оползания гарнисажа и возрастает количество сгоревших холодильников. Осложняются кроме этого остановки доменной печи из-за появления на фурмах шлака.
При таком распределении газового потока и материалов движение печи был устойчивым только при низком содержании мелочи в агломерате. Устойчивость хода печи обеспечивалась “отдушиной” в осевой территории, через которую выходили излишки (по условиям газодинамики) газа из вторых кольцевых территорий и уменьшалось сопротивление опусканию материалов. Одновременно с этим сход шихты при чрезмерной подгрузке периферии был замедленным.
При повышении количества небольших фракций в загружаемых попадании и железорудных материалах их в осевую территорию замечали два вида расстройств. В одном случае центральная часть печи подгружалась. Отсутствие “отдушины” приводило к резкому возрастанию сопротивления проходу газов. Характерным показателем расстройств для того чтобы типа есть постепенное увеличение давления и верхнего перепада тёплого дутья до самого момента подвисания столба материалов.
Замечали кроме этого и повышение температуры периферийных газов. Одно из таких расстройств проанализировано на рис. 36.
По окончании 23 ч неспешно начал расти верхний перепад с одновременным повышением давления температуры и горячего дутья периферийных газов. С 23 ч 45 мин при относительно ровном сходе шихты по шомпольным диаграммам давление и верхний перепад тёплого дутья быстро возросли, сход материалов закончился.
В другом случае при высоких скоростях газов и наличии небольших частиц в осевой территории, что возможно замечать при чрезмерном форсировании доменной плавки повышением количества дутья, часть материалов в данной зане переходит во взвешенное состояние. Наряду с этим сопротивление проходу газа как в центре печи, так и в среднем по ее сечению значительно уменьшается. Печь может проработать в этом случае еще некое время при плавном сходе шихты, а после этого наступает подви-сание столба материалов, что происходит из-за смещения рудных компонентов шихты в зону псевдоожижения (такое смещение самый возможно в момент опускания порции материалов).
Рис. 1. Диаграммы устройств, характеризующие движение печи 2700 м3 ЧерМК при повышении содержания небольших частиц в агломерате: А – давление тёплого дутья; Б – расход дутья; В к Г- соответственно верхний и нижний перепады; Д и У – соответственно левая и правая шомпольные диаграммы; Ж – температура периферийных газов
Пример аналогичного нарушения хода печи приведен на рис. 2. Диаграмма содержания СО2 по радиусу колошника говорит о том, что печь трудилась с чрезмерно открытым центром. С 14 ч из-за замусоренности неполной выдачи и горна продуктов плавки начал расти нижний перепад при понижении верхнего перепада. К 17 ч мусор из печи большей частью был удален, более полно выданы и продукты плавки.
Сопротивление проходу газов к центру печи понизилось и газовый поток устремился к оси в большей мере.
Рис.2. Диаграммы устройств, характеризующие движение печи количеством 2700 м3 ЧерМК при замусоренное горна:
В следствии уменьшения сопротивления проходу газов в среднем по сечению печи давление тёплого дутья понизилось, а расход дутья возрос, что еще в основном усилило осевой поток газа и стало причиной переходу большой части шихтовых материалов во взвешенное состояние в осевой территории. Не обращая внимания на повышение количества дутья неспециализированный перепад газов в печи и, как следствие, давление тёплого дутья дополнительно понизилось.
Через 55 мин при удовлетворительном сходе (по шомпольным диаграммам) столб материалов подвис, что возможно, случилось из-за сдвига рудных материалов в открытую территорию. Наличие характерных показателей в динамике трансформаций последовательности показателей работы доменной печи разрешило создать распознавания расстройств и методику прогнозирования ее хода с выдачей первопричин рекомендаций и выявлением нарушений по своевременному принятию мер с целью их предотвращения.
Необходимость относительного развития периферийного газового потока выражается в частичном разрыхлении шихты на уменьшении и периферии сил сцепления материалов со стенкой шахты, увеличивая деятельный вес шихты. Так, оживление периферийного газового потока на печи 2700 м3 ЧерМК разрешило форсировать плавку при сохранении удельного расхода кокса.
При большом повышении поперечного сечения у больших доменных печей, трудящихся с открытой осевой территорией, наличие оживленного газового потока не есть необходимым условием, поскольку с повышением количества значительно уменьшается удельная боковая поверхность стен и понижается роль пристенного разрыхления столба шихтовых материалов. К примеру, при повышении количества доменных печей на ЧерМК с 1033 до 5500 м3 удельная боковая поверхность стен уменьшилась более чем в 2 раза (с 0,568 до 0,259 м2/м3). Но наряду с этим подгрузка периферии и на больших печах не должна быть чрезмерной с позиций прихода неподготовленных материалов в горн.
стаж работы замечательной доменной печи 5500 м3 ЧерМК подтверждает высказанные теоретические мысли. Печь трудится с подгруженной периферией (температура на периферии 100-200 °С) и открытой осевой территорией. Наряду с этим обеспечивается устойчивый форсированный движение печи.
Нужным условием стабильной работы замечательной доменной печи при таком распределении газового потока и материалов есть отсутствие так именуемого “тотермана” в центре печи и минимальное попадание в осевую территорию небольших фракций.
Действенная работа замечательных доменных печей в значительной степени зависит от равномерности окружного распределения шихты. Отличительной, изюминкой окружного распределения шихты при применении бесконусного загрузочного устройства есть тесная сообщение степени окружной неравномерности с режимом загрузки. В большинстве случаев, с целью уменьшения сегрегации шихты по крупности используется многокольцевая загрузка.
Возможности формирования оптимальной структуры столба шихтовых материалов с целью наилучшего применения тепловой и химической энергии газового потока при хорошей газопроницаемости в печи сильно зависят от наличия в шихте небольших частиц и неконтролируемого радиального перераспределения материалов.
При наличии громадного количества мелочи тяжелее вырабатывать растянутый гребень рудных материалов в широкой промежуточной кольцевой территории без концентрации рудных нагрузок в более узком диапазоне с одновременным их уменьшением на периферии и расширением открытой территории в центре печи. Неконтролируемое перемещение рудных материалов в печи улучшается при повышении глубины воронки ?« осевой территории, которая определяется как программой загрузки материалов, величиной естественного угла откоса й свойством их скатывания по уклону засыпи, так и соотношением скоростей опускания материалов по радиусу печи.
В случае если ранее на доменных печах маленького количества скорость опускания материалов на периферии существенно превышала ее значения в осевой территории, то на больших доменных печах эти скорости выровнялись. Так, на доменной печи № 5 5500 м3 ЧерМК в отдельные периоды замечали опускание материалов в осевой территории кроме того с более высокой скоростью. Об интенсивном опускании материалов в центре доменной печи № 9 5000 м3 комбината “Криворожсталь” отмечается в работе.
Для уменьшения глубины воронки поверхности шихты используют режимы бесконусного загрузочного устройства с загрузкой коксовой части одной подачи в цикле в центральную территорию печи. Подгрузка осевой территории коксом снабжает нужную степень ее раскрытия и предотвращает ссыпание рудных материалов в эту территорию. Одновременно с этим направляться подчернуть, что и при таковой совокупности загрузки из-за стремительного схода материалов не всегда удается удержать приемлемый уровень глубины воронки, при котором не происходило бы ссыпание рудных материалов в центральную часть печи.
Рациональное распределение шихтовых материалов по радиусу доменной печи формирует предпосылки для оптимального газораспределения, снабжающего большую эффективность процесса. При периферийной подаче Дутья и отводе газов создаются условия для периферийного потока газов и образования “малоподвижной” территории материалов по ее оси.
С повышением поперечных размеров доменной печи высота данной территории возрастает и на больших агрегатах с диаметром горна 14,4 м и более может быть около 2/3 рабочей высоты печи. При загрузке центральной части печи коксом понятие “малоподвижная” территория утрачивает собственный суть, поскольку кокс владеет высокой газопроницаемостью и подвижен. Большая часть его опускается к фурменным очагам, а нижняя часть коксового столба, воображающая собой неподвижную коксовую насадку, обновляется неспешно за счет растворения углерода кокса в чугуне и протекания реакций прямого восстановления.
При недостаточном проникновении газов к оси печи и наличии рудных материалов “молоподвижная территория” в центре печи может преобразовываться в неподвижный газопроницаемый массив с застывшими полупродуктами плавки, образуя “тотерман”, что осложняет работу печи. Формирование рациональной структуры столба шихтовых материалов есть необходимым условием для проникновения газового потока в осевую территорию, в особенности для печей с громадными поперечными размерами, но tie единственным.
Вторым, крайне важным, условием есть создание нужного запаса энергии фурменного газа для преодоления сопротивления его перемещению на пути от фурм до оси печи. Это достигается вдуванием соответствующего количества дутья и подбором диаметра и числа фурм. Для больших доменных печей кинетическая энергия дутья образовывает 90-110 кН/с, а скорость истечения дутья превышает 200 м/с.
При применении термина “кинетическая энергия дутья” направляться иметь в виду, что сила проникновения потока газа обязана обеспечиваться не только скоростью истечения дутья, которая входит в формулу кинетической энергии во второй степени, но и массой дутья. В этом отношении для доменных печей с громадным диаметром горна более приемлемо понятие “количество перемещения дутья”.
Чрезмерное уменьшение диаметра фурмы при повышении их числа может привести к понижению проникающей свойстве газового потока из-за утраты жесткости струи, не обращая внимания на достаточную кинетическую энергию дутья благодаря высоких скоростей его истечения. Самый действенно одновременное его массы скорости и увеличение дутья. В первом случае (особенно при достаточном диаметре фурм) возрастает глубина территории циркуляции по оси фурмы, во втором – область больших температур перемещается к оси печи, повышая температуру газа в центре.
Недооценка роли параметров дутья в формировании оптимального газораспределения и согласованного параметров режима дутья и изменения загрузки проявилась при освоении работы замечательной доменной печи 50(Х) м3 комбината “Криворожсталь”. Из-за недостаточной проникающей способности газового потока к центру горна и значи-тельнйго понижения температуры газа в осевой территории вязкость шлака Завышенной основности, которую вынуждены поддерживать из-за громадного прихода серы с коксом, была чрезмерно высокой, что стало причиной его нехорошей проходимости через коксовую насадку и образованию малоподвижной территории.
Это не разрешило применять большой резерв по газопроницаемости в верхней территории печи методом более равномерного перераспределения рудных нагрузок. Структура столба шихтовых газораспределения и материалов определяет расположение и форму в печи пластичной территории либо территории размягченных рудт ных материалов, ограниченной снизу линией плавления. Со своей стороны территория размягчения – плавления оказывает громадное влияние на распределение газового потока по сечению печи.
Изучения, совершённые на замороженных азотом доменных печах в Японии и ФРГ (5, 95), уточнили представления о форме и положении в печи пластичной территории. Помимо этого, взяли серьёзные сведения относительно образования малоподвижной территории и тотермана в центре печи, послойного схода шихты впредь до успехи температуры плавления железорудных материалов.
На данный момент доменные печи оборудуют контрольно-измерительной аппаратурой для определения размещения пластичной территории на действующих печах. С целью этого используют вертикальные и горизонтальные зонды, расположенные на более низких горизонтах под поверхностью засыпи, и измеряется температура и статическое давление газа на периферии в нескольких точках по высоте печи впредь до заплечиков (96).
самоё характерное положение пластичной территории в замечательных доменных печах приведено на рис.38. Форма ее имеет д-образный вид, что соответствует развитому осевому потоку газа. Слои кокса при таковой структуре пластичной территории играют роль необычных щелей, по которым газовый поток распределяется по сечению печи.
Наровне с распределением шихтовых материалов большое влияние на расположение и форму пластичной территории, оказывают и параметры дутья, воздействуя на соотношение теплоемкостей потоков шихты и газа. Изучения, совершённые в ФРГ на действующих печах, с определением размещения пластичной территории согласно данным отвода и замеров давления тепла по высоте печи продемонстрировали, что с повышением рудной нагрузки на периферии территория размягчения – плавления перемещается вниз и приобретаетЛ-образный темперамент, а с уменьшением – W-образную форму.
Установлено, что на размещение пластичной территории воздействуют такие свойства железорудных материалов, как степень разрушения при низкотемпературном восстановлении, восстановимость и минералогический состав, и развитие процессов косвенного восстановления, к примеру при вдувании углеводородов. С увеличением разрушаемости агломерата при низкотемпературном восстановлении температурный максимум по оси печи делается более плоским и широким, а пластичная территория смещается вверх, наряду с этим улучшается периферийный поток газа.
Рис.3. Схема размещения пластичной территории в доменной печи: 1 – территория кусковых материалов; 2 – пластичная территория; 3 слои кокса; 4 и 5 – соответственно подвижный и неподвижный кокс; 6 – фурма; 7 – ось чугунной летки
Большое влияние на поведение железорудных материалов в высокотемпературной территории оказывает их восстановимость и восстановительный потенциал газа. Высокая восстановимость, обусловленная соответствующим минералогическим и химическим составом шихты, и условиями окускования материалов, содействует ускорению протекания процессов косвенного восстановления в жёсткой фазе. Подобно воздействует увеличение восстановительного потенциала газа при вдувании углеводородов.
В следствии понижается концентрация FeO в рудных материалах, поступающих в высокотемпературную территорию печи, и увеличивается температура их размягчения, а толщина пластичной территории значительно уменьшается, что усиливает газопроницаемость столба шихтовых материалов.
В случае если в печи находится пара материалов с различной верни-мостью, то расплавление протекает в широком диапозоне температур и толщина пластичной территории возрастает. Толщина данной территории чем больше, чем ниже температура плавления. Авторы работы сделали вывод о том, что степень косвенного восстановления есть кроме этого критерием толщины пластичной территории, а тем самым газопроницаемости столба шихты.
Поверхность расплавления должна быть по возможности громадной, поскольку наряду с этим значительно уменьшается ее пластичности сопротивление и толщина зоны газовому потоку.
В работе приведены модели пластичной территории для широкого диапазона вероятных режимов работы замечательных доменных печей (рис. 4), разрешающие проанализировать влияние ее формы на ход доменной плавки. При размещении территории размягчения – плавления в виде знака W (рис. 4, а), движение печи нестабильный, с чрезмерно развитым периферийным потоком газа и неэкономичный.
При W-образной формы (рис. 4, б) обеспечивается более равномерное радиальное распределение газа, но движение плавки, в особенности на печах громадного количества, тугой с нарушением ровности схода шихтовых материалов. Наряду с этим остаются громадными тепловые нагрузки на кладку.
Рис. 4. Схемы размещения пластичной территории в доменной печи при разных режимах работы
отличных показателей достигаются при д-образной форме пластичной территории (рис. 4, в). В этом случае значительно уменьшается сопротивление проходу газа в нижней части печи, что снабжает более стабильный газодинамический режим. Такому размещению территории размягчения – плавления отвечает L-образное газораспределение с узкой небольшим “развитием” и осевой отдушиной периферийного потока газа.
При работе сД-образной формой пластичной территории и L-образным распределением газового потока достигли высоких результатов на доменных печах громадного количества. Так, на доменной печи № 6 4500 м3 компании “Кавасаки сэйтецу” в Тибе, оборудованной бесконусным загрузочным устройством компании “Поль Вюрт”, достигли степени применения СО в колошниковом газе 51,9%.
