Доменной печи

Очертание рабочего пространства печи, особенно ее нижней части в значительной степени определяется закономерностями движения шихтовых материалов.

Согласно существующим взглядам по механике движения сыпучих тел (к которым относится кокс) над выпускными отверстиями (фурменными очагами) образуется квазитор разрыхления, образуемый эллипсоидами разрыхления над зонами горения. Высота квазитора определяется из уравнения:

(1.5)

где r - радиус окружности эквивалентный по площади проекции очага горения на горизонтальную площадь, м;

R - радиус квазитора (расстояние от оси печи до длинной оси эллипосоидов), м;

W₀ - скорость выхода кокса в очагах горения, м/с;

W_ш - скорость движения шихты в районе вершины квазитора, м/с;

п - число фурменных очагов, шт;

e - эксцентриситет эллипсоида разрыхления.

Безусловно, что очертание заплечиков и распара должно вписывать квазитор разрыхления в профиль печи. В том случае, когда, к примеру, угол заплечиков выполнен пологим, то между зоной движущегося потока шихты и стенкой печи появляются участки неподвижного слоя шихты − создаются предпосылки для образования настылей. Напротив, если огнеупорная кладка печи «режет» квазитор разрыхления, то зона материалов с повышенной порозностью приближается к стенке печи, провоцируя периферийное движение газа, разгар кладки и горение холодильников.

Уравнение (1.5) предполагает определение скоростей движения шихты в вершине квазитора и при входе кусков кокса в фурменные очаги.

Применительно к доменной печи № 2 при удельном расходе кокса
k = 0,520 т/т и суточной производительности Р = 1395 т/сут, минутный объем кокса, сжигаемый в печи составит:

(1.6)

- насыпная масса кокса, т/м³

При диаметре распара печи, равном 8,2 м скорость движения кусков кокса в районе распара и низа шахты, где предположительно располагается вершина квазитора разрыхления, равна:

Скорость входа кусков кокса в фурменные очаги при числе фурм п = 14 и диаметре зоны горения = 1,17 м (определена позже) составляет:

При эксцентриситете эллипсоида разрыхления, равном e = 0,85 (взято среднее, рекомендованное В.К. Грузиновым), высота квазитора разрыхления равна:

Малая ось эллипсоида разрыхления определится из уравнения:

(1.7)

На рис. 1.9 показан профиль доменной печи № 2 и вписанный в ее нижнюю часть квазитор разрыхления. Из рисунка видно, что он достаточно хорошо согласуется с конфигурацией нижней зоны печи - в первую очередь с углом наклона заплечиков и высотой. Для полного согласования квазитора и профиля печи целесообразно несколько увеличить диаметр распара - до 8,3 м (вместо 8,2 м по проекту) и несколько уменьшить угол наклона заплечиков - до 79⁰40'.

Рис. 1.9.Профиль печи № 2 Чусовского металлургического завода
с вписанным в него квазитором разрыхления

По мнению В.К. Грузинова желательно совмещение гребня материалов на колошнике печи с большой осью квазитора разрыхления. В этом случае происходит загрузка мелких фракций шихты на вертикаль зоны разрыхленных материалов, что улучшает газодинамические характеристики столба шихты в печи. Кроме того, газ направляется в участки большей концентрации рудных материалов, улучшая степень использования восстановителей. Для выбора параметров колошника с учетом закономерностей ссыпания шихты и ее формирования в верхней части печи необходимо иметь в виду следующее. В том случае, когда ссыпающиеся с конуса материалы ударяются в верхнюю часть броневой защиты, то после неупругого удара шихта ссыпается вдоль броневых плит, что приводит к формированию гребня в периферийном кольце. Из-за сосредоточения мелких фракций шихты в этой зоне следует ожидать тугой ход печи; невозможной становится организация усиленного газового потока в периферийной зоне.

Напротив, если в пределах цилиндрической части колошника встречи ссыпающихся с большого конуса материалов с броневой защитой не происходит, то организуется неуправляемый периферийный газовый поток со всеми вытекающими от этого последствиями.

Таким образом, для реализации высказанного соображения необходим расчет траектории падения кусков шихты в рабочем пространстве колошника печи.

Из имеющихся методик по определению траекторий падения шихтовых материалов с конуса наиболее приемлемой следует считать метод В.К. Грузинова, поскольку в нем учитываются как свойства шихты, так и свойства газа.

Смещение куска шихты в вертикальном направлении за определенный промежуток времени определяется из следующего уравнения:

Смещение куска шихты в горизонтальном направлении за промежуток времени можно найти из выражения:

(1.9)

где S _в S _г- смещение куска шихты соответственно в вертикальном и горизонтальном направлениях, м;

W_п - предельная скорость падения куска шихты, м/с;

W_г - скорость движения газа в зазоре между стенками колошника и большим конусом, м/с;

- вертикальная составляющая скорости схода куска шихты с большого конуса, м/с;

d_кон - диаметр большого конуса, м;

α - угол наклона образующей большого конуса, град;

¦ - коэффициент трения кусков шихты о поверхность большого конуса (для кокса может быть принят равным 0,33; для кусков агломерата 0,47; для окатышей - 0,24).

Предельная скорость падения кусков шихты рассчитывается по уравнению:

(1.10)

где с - коэффициент (равен 5,4 при падении окатышей и 3,5 при падении куска агломерата и кокса):с

r_к,r_г - плотность куска шихты и газа соответственно, кг/м³;

d _K - эквивалентный диаметр куска шихты, м.

При составе колошникового газа: СО₂ =19,7 %, СО =22,8 %, Н₂ =5,2 %,
N₂ = 52,3 %, давлении колошникового газа Р_к = 0,83 ати и его температуре, равной 149 °С плотность газа при действительных параметрах колошникового газа составляет 1,5 кг/м³. При плотности кокса 880 кг/м³, агломерата - 3500 кг/м³ и окатышей - 3800 кг/м³ расчетные значения предельных скоростей соответственно составили: кокс - 16,74 м/с, агломерат - 14,93 м/с, окатыши - 28,25 м/с.

Значение вертикальной составляющей скорости схода куска шихты с большого конуса рассчитываются следующим образом:

(1.11)

При диаметре большого конуса на доменной печи № 2, равным 4,2 м, угле наклона образующей конуса 55 ⁰ и отмеченных ранее коэффициентах трения различных компонентов шихты о поверхность конуса, предполагая, что движение отдельных кусков шихты происходит с половины образующей конуса, численные значения вертикальной скорости схода шихты с конуса получаются равными: для кокса - 3,9 м/с, для кусков агломерата - 3,64 м/с, для окатышей - 4,05 м/с.

Скорость движения газа в зазоре между стенками колошника и конусом определяется из уравнения:

(1.12)

где V _Д - расход дутья, подаваемого в печь, м³/мин

- содержание азота соответственно в дутье и в колошниковом газе, % (объемн.);

t _к.г - температура колошникового газа, °С;

Р_к.г - избыточное давление колошникового газа, ати;

d_к,d_кон - соответственно диаметр колошника печи и диаметр большого конуса, м

При минутном расходе дутья, равном 1224 м³/мин расчетная скорость движения газа в зазоре между стенками колошника и большим конусом составляет 4,01 м/с.

Рассчитав все параметры, определяющие смещение кусков в вертикальном и горизонтальном направлении, задавая значения времени падения кусков (от 0,1 до 1,0 с), можно построить траекторию падения кусков шихты с конуса при загрузке материалов в печь.

Полученные расчетные данные показывают, что при уровне засыпи 1,0 м гребень ссыпающейся шихты располагается примерно на расстоянии 300 мм от стенки колошника. При установлении уровня засыпи более 1,6 м гребень шихтовых материалов будет находиться около стенок колошника и возможность регулировки газораспределением путем изменения уровня засыпи становится проблематичной.

Таким образом, высота и диаметр колошника доменной печи № 2 Чус.М.З. позволяют осуществлять эффективное регулирование газораспределения в печи и совмещать гребень материалов с большой осью квазитора разрыхления.

2. КОНСТРУКЦИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Дата добавления: 2015-07-18