Рух матеріалів і газів у доменній печі

Як було сказано, шихтові матеріали в доменну піч завантажуються дискретно, тобто окремими порціями, так званими подачами або колошами. Як правило, в кожну подачу включають залізовмісний матеріал і паливо. На колошнику доменної печі ці матеріали розташовуються пошарово. Шарувата структура стовпа доменної шихти зберігається до температур плавлення (створення чавуну і шлаку), краплі рідини по поверхні шматків твердого палива стікають в горно доменної печі.

Спочатку шихтові матеріали підіймалися на колошник уручну, колошники були відкритими, і по характеру горіння колошникового газу по перетину колошника визначали, куди завантажити більше рудної або паливної частини шихти для більш повного використання теплової і хімічної енергії пічних газів.

В даний час завантаження шихтових матеріалів у доменні печі механізовано і практично повністю автоматизовано.

З бункерів шихта подається в спеціальні місткості, так звані скіпи, які за допомогою електроприводу по напрямних рейках піднімають матеріали до завантажувального пристрою доменної печі. Існує і конвеєрна система подачі матеріалів на верх печі.

Внутрішній простір доменної печі відокремлений від навколишнього середовища. Спочатку це було зроблено з метою повного уловлювання й утилізації доменного газу, а потім і для збільшення тиску газу в пічному просторі з метою інтенсифікації доменної плавки.

Було запропоновано різноманіття конструкцій запираючих пристроїв доменних печей, які отримали назву засипних апаратів.

Це різноманіття конструкцій завантажувальних пристроїв викликано тим, що засипні апарати повинні не тільки герметизувати доменну піч, але і забезпечити такий розподіл шихтових матеріалів у доменному просторі, який дозволив би досягти максимального використання енергії пічних газів.

Найпоширенішими виявилися засипні апарати на основі воронки, конуса Паррі та розподілювача шихти Мак-Кі, який обертається (рис. 3.4).

1 – скіп; 2 – приймальна воронка; 3 – воронка, що обертається;

4 – малий конус; 5 – обертовий розподілювач шихти; 6 – великий конус; 7 - воронка великого конуса; 8 – похилий міст

Рис. 3.4 - Засипний апарат доменної печі

Матеріали зі скіпа через приймальну воронку поступають у воронку малого конуса, яким вона герметично закрита знизу. Шихта тут розподіляється нерівномірно як за об'ємом, так і по масі та гранулометричному складу. Якщо не прийняти спеціальних заходів, то ця нерівномірність збережеться і при подальшому опусканні матеріалів на колошник доменної печі, тобто в якомусь районі кола доменної печі буде більше шихти за об'ємом, а в іншому районі більше по масі, десь має бути більше крупних шматків, а десь більше дрібних. Такий розподіл матеріалів по колу печі не може забезпечити високий ступінь використання енергії пічних газів і високопродуктивну роботу доменної печі. Тому після завантаження матеріалів зі скіпа у воронку верхнього конуса вона разом з конусом і шихтою повертається навкруги вертикальної осі на певний кут, званий станцією. Це дозволяє за заданою програмою переміщати гребені та западини матеріалу по колу колошника, компенсуючи

у такий спосіб первинну окружну нерівномірність розподілу шихти при її завантаженні в піч.

Верхній конус з його воронкою, що мають привід для повороту навкруги вертикальної осі, складають обертовий розподілювач шихти (ОРШ), який використовується для управління розподілом шихти і газу по колу доменної печі.

Вивантаження матеріалів з малого конуса відбувається при його опусканні через кільцевий зазор між воронкою і конусом.

Після набору на нижній конус заданої кількості матеріалу (наприклад, двох скіпів коксу і двох скіпів агломерату), аналогічним чином, тобто при опусканні нижнього конуса, шихта потрапляє в доменну піч. Частинки шихти, які розганяються по похилій поверхні конуса, рухаються потім по траєкторії близькій до параболічної, прямуючи до стін доменної печі, де після падіння на раніше завантажений матеріал певним чином розподіляються по перетину печі. На характер розподілу шихти в доменній печі впливають багато чинників:

- кут нахилу твірної нижнього конуса;

- співвідношення діаметрів колошника і конуса;

- висота падіння матеріалів;

- форма профілю поверхні, на яку опускається шихта;

- фізичні властивості матеріалів;

- черговість завантаження рудної і паливної частин подачі в доменну піч і т.д.

Деякі з цих чинників не можуть постійно змінюватися з метою управління радіальним розподілом. До цих чинників можна віднести конструкцію нижнього конуса і його чаші, конструктивні розміри колошника, фізичні властивості шихтових матеріалів.

Для оперативної дії на радіальний розподіл шихтових матеріалів і газів використовують, як правило, зміну відстані від нижнього конуса до поверхні раніше завантаженої в доменну піч шихти, яку називають рівнем засипу; зміну маси матеріалів у подачі; зміну черговості завантаження компонентів шихти в доменну піч.

Рівень засипу – це відстань від кромки нижнього конуса в його опущеному стані до поверхні шихти. Зменшення цієї відстані (підвищення рівня засипу) дозволяє більшій кількості крупних шматків концентруватися біля стін доменної печі, в так званій периферійній зоні.

Маса подачі може бути змінена без зміни в ній співвідношення маси палива і рудної складової: маса подачі може складатися з 15 т агломерату і 5 т коксу або 21 т агломерату і 7 т коксу. Відношення маси агломерату до маси коксу в обох випадках дорівнює трьом, тоді як загальна маса подачі в другому випадку буде на 8 т більшою. Збільшення маси подачі приводить до більш рівномірного розподілу агломерату і коксу по перетину доменної печі.

Порядок завантаження матеріалів – це послідовність завантаження залізорудних і паливних матеріалів у подачі. Прямою подачею називають такий порядок завантаження матеріалів, коли на нижній конус спочатку завантажують залізовмісний матеріал, а потім паливо. Наприклад, ААКК↓1,75, тобто на нижній конус завантажуються два скіпи агломерату, потім два скіпи коксу, опускання конуса (стрілка вниз) дозволяється при досягненні рівня засипу 1,75 м. Зворотною подачею називають такий порядок завантаження, коли на нижній конус спочатку завантажують паливо, а потім рудну частину: ККАА↓1,5 - на нижній конус завантажені два скіпи коксу, потім два скіпи агломерату, дозвіл на опускання конуса дається при досягненні рівня засипу 1,5 м. Можна використовувати й інші види черговості завантаження матеріалів: КААК↓, АККА↓, АКАК↓.

Прийнято вважати, що прямі подачі сприяють концентрації залізорудних матеріалів у периферійній зоні, а зворотні подачі – концентрації в цій зоні коксу.

Розподілу матеріалів по перетину доменної печі надається велика увага, оскільки він визначає характер руху газів у доменній печі. Більшою гнучкістю в розподілі матеріалів по радіусу доменної печі володіють безконусні завантажувальні пристрої, які доцільно встановлювати на потужних доменних печах.

Серед різноманіття безконусних завантажувальних пристроїв (БЗП) добре зарекомендувала себе конструкція фірми "Поль Вюрт" (Люксембург). Схема подібного пристрою показана на рис. 3.5. Його основні елементи: обертовий напрямний жолоб 2; два накопичувальні шлюзові бункери 4; центральна тічка (труба) 7; відсічна засувка 5 (шихтовий затвор); обертовий лоток 8 з механізмами, забезпечуючими його обертання навкруги вертикальної осі та зміну кута його нахилу. Електродвигуни розташовані біля центральної труби у футерованій камері, до якої подається холодний азот для

забезпечення роботи обладнання при температурі до 70 ^оС. Шлюзові бункери 4 об'ємом 50—80 м³ обладнані верхнім 3, нижнім 6 газовідсікаючими клапанами і шихтовим дозуючим затвором 5. Газовідсікаючі клапани забезпечують герметичність печі, оскільки верхній клапан відкривають при закритому нижньому, і навпаки.

Завантаження шихти проводять у такий спосіб. Обертовий напрямний жолоб 2 встановлюють над порожнім бункером 4, відкривають верхній газовідсікаючий клапан 3при закритих нижньому клапані 6 і затворі 5 бункера та починають подачу шихти в бункер з конвейєра 1шихтоподачі; наповнивши бункер, закривають верхній відсікаючий клапан. Для вивантаження шихти в піч відкривають нижній газовідсікаючий клапан і потім шихтовий затвор бункера, при цьому швидкість висипання матеріалу з бункера

1 – конвеєр шихтоподачі; 2 – обертовий напрямний жолоб;

3 – верхній газовідсікаючий клапан; 4 – проміжний бункер;

5 – шихтовий затвор; 6 – нижній газовідсікаючий клапан;

7 – центральна труба; 8 – обертовий лоток

Рис 3.5 - Безконусний засипний апарат фірми «Поль Вюрт»

визначається ступенем розкриття шихтового затвора. Матеріал, що висипається з бункера, через трубу 7 потрапляє на лоток 8,що обертається,і скачується по ньому в піч. Післяспорожнення бункера закривають шихтовий затвор 5і потім нижній газовідсікаючий клапан 6. За час спорожнення бункера лоток здійснює не менше 10 оборотів, при цьому кут нахилу лотка змінюють за заданою програмою в межах 7—53°, вивантаження триває 60—140 с.

Правий і лівий бункери 4 працюють по черзі: коли наповнюють один бункер, з іншого матеріал вивантажують у піч. Шихту з конвеєра 1направляють в той або інший бункер за допомогою обертового напрямного жолоба 2. Клапани газоущільнювачів виконують тільки функцію ущільнення, не стикаючись з шихтою, що збільшує термін їхньої служби.

При роботі завантажувального пристрою перед відкриттям газовідсікаючих клапанів проводять вирівнювання тиску в бункерах 4 з тиском у печі або з атмосферним. Щоб запобігти викиду з бункерів 4 запорошеного доменного газу в атмосферу, на вітчизняних печах передбачена система пилеподавлення, полягаюча в тім, що в бункер під час вивантаження з нього шихти подають азот під тиском більшим, ніж тиск газів у печі, і тому гази з печі в бункер і з нього в атмосферу не потрапляють.

Поширюється використання роторних завантажувальних пристроїв (РЗП), які постачає фірма „Тотем” (Москва) ].

РЗП поєднує двоконусний шлюзовий апарат і новий розподілювач шихти – ротор 9, який уявляє собою п’ятило-патевий гвинт (рис. 3.6). Менша вартість порівняно з БЗП, гнучкість у керуванні радіальним розподілом та можливість монтажу РЗП без істотних змін колошникової будівлі робить його привабливим при реконструкції доменних печей корисним об’ємом 950 - 3000 м³.

Завантажені в піч шихтові матеріали постійно опускаються назустріч висхідному потоку пічних газів. Зменшення об'єму матеріалів, утворення в печі вільного простору обумовлене такими факторами: газифікацією вуглецю твердого палива при його взаємодії з киснем дуття і шихти; плавленням шихтових матеріалів, більш щільною їх упаковкою при русі, періодичним видаленням із печі рідких продуктів плавки.

Час перебування матеріалів у доменній печі складає 6 - 7,5 годин і може бути визначений за формулою, запропонованою М.О. Павловим:

1 – приймальна воронка;

2 – воронка ОРШ;

3 – верхній конус;

4 – шлюзова камера;

5 – нижній конус;

6 – електродвигун ОРШ;

7 – приводи і датчики

навантаження воронки із

змінним кутом нахилу для

управління окружним

розподілом шихти;

8 – редуктор ОРШ;

9 – роторний п’ятилопатевий

обертовий розподілювач

шихти

Рис. 3.6 – Роторний завантажувальний пристрій доменної печі

, год,

де V_кор – корисний об'єм доменної печі, м³;

Р_доб – добова продуктивність печі, т/доб;

V_пит – питомий об'єм шихтових матеріалів на виплавку одиниці маси чавуну, м³/т.

Сила, під дією якої шихтові матеріали опускаються в доменній печі, називається активною вагою. Величина активної ваги визначається як різниця між фізичною вагою шихтових матеріалів і силами, перешкоджаючими опусканню шихти (силою тертя о стіни печі, виштовхуючою силою рідких продуктів плавки, підйомною силою газового потоку). При зменшенні активної ваги до певного значення, опускання шихти може припинитися.

Рух газів знизу вгору здійснюється за рахунок їхнього високого статичного тиску в горні та зниженого тиску на колошнику. Якщо час знаходження матеріалів у печі обчислюється годинами, то гази проходять через стовп шихтових матеріалів за декілька секунд. За цей короткий час газ віддає шихтовим матеріалам велику частину свого тепла і відновлює залізо й інші елементи.

Горновий газ, який утворюється в результаті взаємодії дуття з вуглецем палива, остаточно складається з трьох компонентів: водню, азоту і монооксиду вуглецю. Початкова температура газу на рівні повітряних фурм дорівнює ~ 2000 ^оС. На виході з доменної печі температура газу, як правило, не перевищує 200-300 ^оС. При проходженні через стовп шихтових матеріалів частина водню і монооксиду вуглецю бере участь у відновних процесах, тому основними компонентами колошникового газу є СО, СО₂, Н₂, Н₂О и N₂. Чим нижче температура колошникового газу і більше в ньому окислювачів, тим більше використовується в печі теплова і відновна енергія газу. Для досягнення цього необхідний рівномірний розподіл газового потоку по перетину доменної печі. Оскільки розподіл газового потоку є функцією розподілу шихтових матеріалів, то їхній розподіл у доменній печі повинен бути рівномірним. Проте такий розподіл шихти чинить великий опір руху газів, тому технологи вимушені розподіляти шихтові матеріали по перетину доменної печі нерівномірно і створювати у такий спосіб сприятливі умови для руху газового потоку, вимушено знижуючи ступінь використання енергії пічних газів.

Управління газорозподілом у доменній печі здійснюють зміною газопроникності стовпа шихтових матеріалів у вибраній ділянці перетину. При цьому використовується різна газопроникність компонентів шихти і різна газопроникність крупних і дрібних шматків одного і того ж матеріалу. Наприклад, кокс має в порівнянні з іншими компонентами доменної шихти більш рівномірний гранулометричний склад і високу міцність, чинить менший опір руху газів, тому в ту ділянку печі, де необхідно збільшити кількість проходячих газів, вантажать більше коксу. І, навпаки, в район печі, де потрібно зменшити газовий потік, завантажують більше матеріалу з низькою газопроникністю (дрібні фракції агломерату, залізняку і т.д.).

Управління газовим потоком у доменній печі вимагає контролю його розподілу. Розрізняють окружний і радіальний газорозподіл. Прагнуть добитися рівномірного газорозподілу по колу доменної печі. Контроль окружного газорозподілу здійснюють, аналізуючи температуру газу в газовідводах, свідчення термопар, установлених по периметру доменної печі, та витрату дуття на окремі фурми. Чим менше різниця температур по газовідводах, менше розкид свідчень периферійних термопар і менше різниця витрати дуття на окремі фурми, тим рівномірніше газ розподілений по колу доменної печі.

Розподіл газового потоку по радіусу доменної печі, тобто в її вертикальному перетині нерівномірний. Відносно велика кількість газу проходить у периферійній та осьовій зонах печі. Контроль радіального газорозподілу здійснюють вимірюванням температури газу і визначенням його хімічного складу в різних точках діаметра колошника доменної печі. Високі температури вказують на велику кількість проходячого в цій ділянці газу. Високий вміст СО₂ в газі вказує на малу його кількість в цьому районі.

Переважний рух газів біля стін доменної печі називають периферійним газовим потоком або периферійним ходом доменної печі.

Переважний рух газів у осьовій (центральній) зоні доменної печі називають осьовим або центральним ходом доменної печі.

Питання для самоконтролю засвоєння матеріалу:

1. З яких основних частин складається доменна піч?

2. Яким чином шихтові матеріали поступають у доменну піч? Що входить до їхнього складу?

3. Охарактеризуйте рух шихтових матеріалів і газів у печі.

4. Як відбувається завантаження шихти і розподіл матеріалів на колошнику?

5. Як контролюється розподіл газового потоку по радіусу колошника доменної печі?

Дата добавления: 2015-07-17