Движение шихты в доменной печи

 

В ДП шихта опускается под действием своей массы в пространство, освобождающееся в результате уменьшения ее объема при протекании различных процессов, основными из которых являются горение углерода кокса в фурменных очагах, расход углерода кокса на прямое восстановление, образование и плавление чугуна и шлака, а также уминка шихты при движении: 44 – 52% общего уменьшения объема шихты приходится на горение углерода, 11 – 16% – на прямое восстановление, 25 – 35% – на плавление чугуна и шлака и 5 – 15% – на уминку материалов. Уменьшение объема шихты происходит главным образом в очагах горения перед фурмами, а фурменные очаги можно представить как своеобразные воронки, через которые движется основная масса шихты. В связи с этим размеру очагов горения придается исключительное значение.

Периферийное расположение зон горения приводит к преимущественному движению шихты на периферии печи.. Скорость движения шихты в периферийном кольце колошника составляет 90 – 140, а в центре 70 – 120 мм/мин. Время пребывания шихты в печи составляет 6 - 8 ч. Активизация работы центра печи приводит к существенному увеличению скоростей опускания шихты в осевой зоне и к уменьшению разности скоростей движения шихты на периферии и в центре.

Повышение скорости схода шихты на периферии колошника объясняется и другими причинами, главной из которых являются расширение шахты книзу и более интенсивное по сравнению с коксом движение железорудных компонентов, располагающихся в большом количестве на периферии.

В центре горна также имеется вертикальное движение материалов, а кокс к очагам горения может попадать не только сверху и с боков, но и снизу из центрального столба, погруженного в ванну металла. Это подтверждает высокопроизводительная работа сверхмощных ДП с диаметром горна 10 м и более. Т.е. неподвижной массы материалов в центре горна может не быть.

При движении материалов в печи происходит их перераспределение, причиной которого является изменение скоростей опускания шихты по причинам:

а) на разных горизонтах печи вследствие изменения размеров сечения;

б) в одном сечении ввиду неравномерного образования жидких продуктов плавки и горения кокса в горне;

в) в зависимости от удельной массы и крупности материалов: более тяжелые и мелкие движутся быстрее, мелкие и легкие частицы движутся медленнее и под действием восходящего потока могут даже переноситься из нижних слоев в верхние;

г) в зависимости от агрегатного состояния материалов: жидкие чугун и шлак быстро стекают в горн, опережая твердые куски кокса.

В результате неодинаковой скорости движения шихты в рабочем пространстве печи, материалы, одновременно загруженные в печь, приходят в горн неодновременно. Это явление называется опережением.

Среднее время пребывания материалов в ДП определяется по формуле:

 

,

 

где τ – среднее время пребывания материалов печи, ч;

V_пол – объем печи от уровня засыпи до оси чугунной летки, м³;

Т– суточная выплавка чугуна, кг;

v_нач – объем материалов при загрузке на единицу чугуна, м³/кг.

 

Движению шм от колошника к горну противодействуют подъемная сила газового потока, реакция опоры заплечиков, силы трения между кусками шихты и силы трения шихты о стенки печи. Эти силы противодействия значительно уменьшают давление столба шихты. Следовательно, движение шихты в доменной печи находится в зависимости от соотношения сил, действующих на столб шихтовых материалов. Пока равнодействующая сил, направленная сверху вниз, больше равнодействующей сил, направленных снизу вверх, шихта опускается нормально. Соотношение сил, действующих в ДП на горизонте фурм:

 

,

 

где Р – неуравновешенная част столба шихты, обеспечивающая ее движение, кг;

H – высота столба шм, м;

γ_ш – насыпная масса шихты, кг/м³;

ΔР – противодавление, или перепад давления газов, кг/м²;

S – площадь сечения горна на горизонте фурм, м²;

А – реакция опоры заплечиков, кг;

Р_тр.к – cилы внутреннего или межкускового трения, кг;

Р_{тр. с} – силы трения шихты о стенки печи, кг.

 

Реакция опоры заплечиков и силы внутреннего и внешнего трения остаются постоянными. Поэтому уравновешенная часть массы шихты зависит в основном от противодавления газов, образующихся в горне доменной печи.

Масса шихты Р_ш, приходящаяся на единицу сечения печи прямо пропорциональна расстоянию от уровня засыпи. F₁ и F– неуравновешенная подъемной силой газового потока часть массы шихты, передаваемая соответственно на стены печи и вниз, на горизонте фурм давление шихты составляет 6 –10% от массы столба шихты, приходящейся на единицу площади. Движение шихты в ДП может прекратиться, если где-либо по высоте столба шихтовых материалов сила F станет равной нулю.