WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
109 УДК 669.162.2:669.162.24;005 В.И.Большаков, И.Г.Муравьева, Ю.С.Семенов, С. Т.Шулико АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ СКОРОСТЕЙ ОПУСКАНИЯ ШИХТЫ В ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ Установлено, что при ровном ходе печи с конусным загрузочным устройством скорость опускания шихты линейно увеличивается по радиусу колошника от центра к периферии. Показано, что условия движения шихты на печах с конусными и бесконусными загрузочными устройствами различны.

Современное состояние вопроса.

Показатели доменной плавки в значительной степени зависят от организации условий движения, распределения и взаимодействия встречных потоков шихты и газа [1]. Изменение скоростей опускания шихтовых материалов по сечению печи на уровне колошника связано с закономерностями движения сыпучих тел. При этом, на величину скорости и направление траекторий движения оказывают влияние противодавление газового потока, сформированного и зависящего от параметров дутьевого режима и программы загрузки печи, теплофизических и восстановительных процессов плавки, а также периодичности накопления и отработки продуктов плавки. В то же время, под воздействием скоростей опускания шихты формируется профиль (рельеф) поверхности засыпи на колошнике печи, который в свою очередь существенно влияет на распределение шихтовых материалов и газового потока в печи, а в конечном итоге на показатели плавки.

Оснащение доменных печей промышленными средствами измерения профиля поверхности засыпи (профилемерами) открыло широкие возможности исследования фактических величин и соотношений скоростей опускания шихты по сечению колошника и шахты в доменных печах различного объема, при различных режимах плавки для определения возможного диапазона их изменения и характера распределения.

Изложение основных материалов исследования.

Первое инструментальное исследование движения шихты в процессе плавки, проведенное С. П. Кинни в 1923 – 1929 г. г. на печи объемом 700 м3, показало, что скорость опускания материалов в различных точках сечения шахты доменной печи не является постоянной и максимально увеличивается вблизи стен печи. Выполненные в дальнейшем исследования особенностей движения шихтовых материалов явились подтверждением того, что на доменных печах с конусными загрузочными устройствами при нормальном ходе печей наибольшая скорость схода шихты наблюдается в периферийной зоне или вблизи неё. При увеличении интенсивности плавки максимуму скорости опускания шихты смещается в сторону оси печи [2]. В статье [2] показано, что условия движения шихты на печах с конусными и бесконусными загрузочными устройствами существенно различаются. Так, выполненные Д.В.Ефремовым, Н.И.Красавцевым, А.П.Любаном и А.Н.Редько исследования на печах объема от 1000 до 1300 м3 показали, что распределение скоростей опускания шихты изменяется в достаточно широком диапазоне, иногда шихта по оси печи опускалась с большей скоростью, чем у стенки печи [3]. При исследовании работы доменных печей, Д.В.Ефремовым и Н.И.Красавцевым был установлен различный характер распределения скоростей схода шихты, зависящий от их хода [4]. В 1935 г. Д.В.Ефремов, измерявший скорость движения материалов посредством грузиков, опущенных в печь, установил что при ровном ходе печи средняя скорость опускания шихты составляет на периферии 3,9 м/ч, а по оси – не более 3,3 м/ч. По данным Н.И.Красавцева при ровном ходе печи скорости опускания материалов составляют 3,78 м/ч у стенки колошника, 5,04 м/ч над фурмами и 2,46 м/ч по оси печи, а при тугом ходе печи наибольшая скорость наблюдается у оси печи – 3 м/ч, наименьшая у стенки – 1,2 м/ч. Из данных А.Н.Редько следует, что опускание шихтовых материалов в периферийной части колошника происходит с наибольшей скоростью, тогда как в центральной – с наименьшей.

Аналогичные выводы о влиянии хода печи на распределение скоростей опускания шихтовых материалов по сечению колошника были получены в 1935–1939 г.г. лабораторией металлургии чугуна ЛПИ на доменных печах Магнитогорского завода, «Запорожстали» и «Азовстали» [5].

Изучение движения материалов осуществлялось двумя способами: непрерывным наблюдением за опусканием грузика, который вводился в печь через боковые отверстия, расположенные над уровнем засыпи шихты, а также последовательным определением во времени изменений поверхности засыпи материалов в периоды между загрузками подач в печь. Установлено, что под влиянием подвисаний, осадок и состояния рабочего профиля печи, скорость опускания шихты в различных точках сечения печи меняется. Во время ровного хода печи имеет место ярко выраженный периферийный сход материалов, а в условиях тугого хода, ускоряется сход материалов в промежуточной зоне печи. При сильном развитии подвисаний шихты с последующими обрывами, которые могут происходить в периферийной, центральной или промежуточной зонах сечения печи, скорость опускания материалов зависит от их характера. Так, на доменной печи №1 Магнитогорского завода при ее работе с подвисаниями и обрушениями шихты, скорость ее опускания изменялась, в среднем, от 2,4 до 12 м/ч.

В учебнике А.Д.Готлиба [6] показано, что для ровно работающей печи большого объема скорость опускания шихты у стен колошника составляла 4,08 м/ч, а у оси – 2,46 м/ч. Авторами работ [7,8] сделан обобщающий вывод о том, что оптимальному распределению скорости по диаметру колошника соответствует максимальная ее величина в промежуточной зоне, т.е. в вертикальном кольце столба шихты с наибольшей рудной нагрузкой, а на периферии и в центре печи скорость схода должна быть ниже [7]. При излишне развитом периферийном потоке газов и слабом разрыхлении осевой зоны скорость опускания материалов у стенки печи увеличивается, а в центре уменьшается. При подгруженной периферийной и относительно свободной от рудных материалов осевой зоны печи скорости опускания в этих зонах уменьшаются, а в некоторых случаях максимальная скорость наблюдается в промежуточной или осевой зонах печи. В осевой зоне максимальные скорости опускания наблюдались при тугом ходе печи [8].

На печи объемом 1719 м3 завода им. Дзержинского при измерениях скорости схода шихты (программа загрузки 5А2К2А 2КА2К), осуществляемых с помощью гамма–профилемера, установлено, что скорость опускания шихты в периферийной зоне в 1,5 – 2 раза больше, чем в осевой.

При этом скорости в различных сечениях колошника изменялись от 3 до м/ч. В результате к началу выгрузки следующей очередной подачи профиль поверхности засыпи по диаметру колошника приобретал почти горизонтальную форму [9].

Исследования, проведенные на доменных печах Днепродзержинского металлургического комбината [10], позволили установить, что скорость опускания шихты на периферии выше, чем у оси: на периферии в рудном «гребне» ее величина составляла около 5 м/ч, в центре печи – 3,8 м/ч. При этом разница скоростей опускания шихты по радиусу колошника увеличилась с повышением расхода дутья. В результате форма профиля поверхности засыпи, зависящая от скоростей опускания шихты по сечению печи, обусловливала различное влияние программ загрузки на распределение материалов и газового потока, а также на ход плавки в целом. При увеличении скорости опускания шихты на периферии, прямые подачи (АК) в большей степени подгружали периферийную зону и разгружали центр печи рудными материалами, а обратные подачи (КА) разгружали периферию и загружали центр. В случае, когда скорость опускания шихты вблизи оси печи была выше, чем на периферии, прямые подачи усиливали загрузку центра и ослабляли загрузку периферии рудной частью подачи, а обратные, наоборот, больше разгружали центр и подгружали периферию.

На распределение скоростей движения шихты по сечению печи влияли также количество работающих воздушных фурм, их диаметр и высов, определяющие размеры очагов горения.

При проведении исследований на доменной печи завода в Швельгерне (Германия) определялись скорости опускания поверхности засыпи на периферии и по оси печи в зависимости от величины рудной нагрузки [11]. Установлено, что при уменьшении рудной нагрузки за счет увеличения доли кокса в периферийной зоне от 12 до 24% скорость схода шихты в этой зоне изменялась от 8,6 до 8,7 м/ч. При тех же условиях скорость схода шихты по оси печи увеличивалась от 5,76 до 7,2 м/ч, хотя доля кокса в осевой зоне сохранялась практически постоянной – 38 – 40%.

На доменной печи объемом 2014 м3, оборудованной двухконусным засыпным аппаратом, измеренная с помощью сканирующего рентгеновского профилемера скорость опускания шихты составила: на периферии – 6,06–6,24 м/ч, в рудном гребне – 5,22–5,4 м/ч, по оси печи – 5,94–6,0 м/ч [7]. Установлено, что наиболее медленное опускание шихты в рудном «гребне» (промежуточной зоне), несущем максимальную рудную нагрузку, предопределяет завершенность теплофизических и восстановительных процессов в сухой зоне шахты при наименьших материально–технических затратах. Этот вывод подтверждается экспериментальными данными, полученными на доменной печи завода Оита в Японии, где наименьший расход топлива на выплавку чугуна был получен при опускании столба шихты с уменьшением скорости от оси к периферии. При этом, некоторое ее увеличение в центральной части печи наблюдалось в момент снижения расхода дутья и вызвано уплотнением столба шихты в этой зоне [12].

Авторами работы [4] установлено, что при низкой интенсивности плавки наибольшие скорости опускания шихтовых материалов на колошнике доменной печи наблюдаются в периферийной зоне. С увеличением расхода дутья максимум величины скорости опускания шихты отдаляется от стен колошника на 600–1000 мм, а при форсировании плавки перемещается к осевой зоне печи.

Изучение распределения скоростей движения материалов в столбе шихты (рис.1), выполненное Л.З. Ходаком и Ю.И. Борисовым [13] на модели доменной печи объемом 1386 м3 (масштаб 1:20) показало, что в осевой части колошника материал движется быстрее, а ближе к стенам его движение замедляется. Опускание материала в верхней части шахты ускоряется у стен, при этом скорости опускания на периферии начинают превышать скорости в центре с максимальными их значениями над фурменными очагами. Различие в радиальном распределении скоростей по высоте печи вызвано различной порозностью материалов в объеме столба шихты, которая обусловливает особенности распределения шихты и движения восходящего газового потока.

Рис.1. Схема поля скоростей при моделировании движения столба материалов доменной печи под комплексным воздействием процессов плавления и горения.

Наибольшая скорость опускания шихтовых материалов возможна и в промежуточной зоне колошника. На доменной печи №3 АК «Тулачермет» объемом 2002 м3, оборудованной двухконусным загрузочным устройством, с помощью радиоизотопного профилемера (РИАП–2М) установлено, что при расходе дутья 1,6 м3/м3 объема печи, и программе загрузки КРРК 2 РККР 3 (уровень засыпи 1,7 м) скорость опускания шихты по радиусу колошника печи возрастала от периферии к оси печи: от 5,94 м/ч на периферии, до 6,9 м/ч у оси и достигала максимального значения – 7,5 м/ч – в промежуточной и осевой зонах печи соответственно [14].

В ходе исследований на одной из Магнитогорских доменных печей, работающей в форсированном режиме, с помощью рентгеновского импульсного профилемера, также было установлено, что скорость опускания шихты в кольцевых зонах сечения колошника изменяется с постепенным возрастанием от оси печи к периферии, с максимальными значениями ее в промежуточной зоне: 1 – осевая зона – 2,64 м/ч, 2 – 7,02 м/ч, 3 – 10,14 м/ч, 4 – 10,32 м/ч, 5 – периферийная – 8,64 м/ч [15].

Анализ приведенных результатов экспериментальных исследований показывает существенную зависимость распределения скоростей опускания шихты по сечению доменной печи от режима плавки и хода доменной печи. Выполненные на доменных печах исследования опускания шихтовых материалов в ходе плавки позволили установить наличие взвешенного слоя над поверхностью засыпи шихты, возникающего при определенных режимах работы печи. В тех местах верхней части шахты, где газы идут с наибольшей скоростью, плавильные материалы могут подхватываться силой восходящей струи газов и удерживаться во взвешенном состоянии [16].

Как отмечено в работе японских исследователей [16] последствиями влияния газового потока на состояние поверхности засыпи шихты являются сдвиг кокса к оси печи, а также кратковременный переход его во взвешенное состояние. Возможность перехода материалов в псевдоожиженное состояние в верхней части печи отмечена также в работе [13].

Из исследований, проведенных на доменной печи с использованием гамма–профилемера [9] следует, что характер диаграмм профилемера в осевой зоне подтверждает скопление в ней шихтовых материалов преимущественно крупных фракций, обусловливающих развитие центрального газового потока в печи и соответствующую крупнокусковую структуру столба шихты с вспучиванием ее поверхности и переводом материалов во взвешенное состояние при чрезмерной форсировке хода печи. Возможность возникновения «кипящего слоя» отмечена в работах В.М.Клемперта [18].

В работах ряда исследователей [19] и [7] показано, что уплотнение периферийного кольца после выгрузки материалов с конуса приводит к смещению газового потока к оси печи. В результате чего скорость газа в центральной верхней части шахты кратковременно возрастает в 1,35 – 1,45 раза. Описанный характер уплотнения периферийного кольца материалов, перераспределение газа по сечению в верхней части шахты, растекание трапециевидных торов подтверждается показаниями профилемера, фиксирующего частые «кипения» слоя шихты в центре печи.

При исследованиях опускания шихтовых материалов в процессе доменной плавки, особое внимание уделялось влиянию на распределение скоростей опускания шихты по сечению печи выпусков продуктов плавки. Так, на доменной печи объемом 3000 м3 [20], наблюдались стабильные периодические колебания скоростей опускания материалов по сечению печи в ходе плавки. При этом, скорости опускания шихты в осевой зоне колошника печи определялись расчетным путем на основании взаимосвязи между скоростями опускания поверхности шихты в осевой и периферийной зонах, для чего использовались данные о массе загружаемых материалов и показания электромеханических зондов. Результаты исследований показали, что в периферийной зоне скорость опускания шихты изменяется в пределах 9–15 м/ч. При этом амплитуда ее колебаний во времени достигала ± 0,9 м/ч, с возможным ее ростом до ±2,7 м/ч, что объясняется периодическим подходом и проплавлением слоев рудной составляющей подач. В осевой зоне амплитуда колебаний была значительно выше, чем в периферийной зоне, а скорость опускания иногда достигала 13,8 м/ч (рисунок 2)..

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.