Исследования газодинамики доменной печи

Основные методы исследований в доменном производстве

Работа доменных печей эффективна, если достигается максимально возможная производительность при низком расходе топлива на выплавку чугуна и высоком качестве металла. Для оценки относительной производительности доменной печи пользуются показателем удельной производительности и коэффициентом использования полезного объема доменной печи (КИПО). Последний определяется как частное от деления полезного объёма печи на суточную выплавку чугуна и, таким образом, показывает, какая доля полезного объёма приходится на выпуск 1т чугуна в сутки. Удельная производительность— величина, обратная КИПО. Она определяется делением суточной выплавки чугуна на полезный объём печи.

Об эффективности расходования топлива судят по удельному расходу кокса (отношению его суточного расхода к массе выплавленного за сутки чугуна). Качество чугуна характеризуется многими параметрами. Достижению прогрессивных показателей плавки способствует ведение процесса в доменных печах большой единичной мощности.

Научно-технический прогресс в доменном производстве направлен на разработку путей интенсификации плавки при одновременном уменьшении расхода топлива и повышении качества чугуна. В производственных условиях необходимо проводить обширные исследования.

Хорошая газопроницаемость столба доменной шихты является важным условием форсированного ведения плавки и достижения высокой производительности печи, которая зависит от скорости сжигания кокса. Единице массы кокса в доменной шихте соответствует строго определенное количество железорудного сырья. В современных условиях на 1 т кокса, загруженного в печь, вводят железорудные материалы в количестве, обеспечивающем выплавку примерно 2 т чугуна. Поэтому, если требуется повысить производительность доменной печи, следует увеличить подачу дутья в единицу времени, чтобы сжечь больше кокса. Однако соответственно количеству дутья возрастает объём горновых газов, в то время как газопроницаемость столба шихтовых материалов ограничена. При чрезмерном объёме горновых газов требуемое по технологии оптимальное газораспределение нарушается, газы пробивают отдельные каналы в столбе шихты и уходят из печи плохо использованными. В результате становится неустойчивым ход печи, снижаются степень использования восстановительной способности газов и энтальпия газового потока. В наиболее неблагоприятном случае увеличение объёма горновых газов может вызвать подвисание шихты и общее нарушение хода печи.

Все это выдвигает перед технологами, ведущими доменную плавку, сложную задачу— обеспечить в доменной печи эффективный противоток шихты и газов. Необходимо создать условия для беспрепятственного и быстрого опускания шихты в зону плавления, для наилучшего контакта поднимающегося газового потока с поверхностью кусков шихтовых материалов за счет оптимального их расплавления в слоях. Это позволит интенсифицировать тепловую и восстановительную обработку. Очевидно, такая задача может быть выполнена только при известных газодинамических и гранулометрических характеристиках кокса, агломерата, окатышей и других компонентов доменной шихты, имеющих различную крупность и неодинаковые доли в общей структуре столба шихтовых материалов.

В условиях доменного производства структуру столба шихтовых материалов формируют в процессе загрузки, распределяя различными способами компоненты шихты на колошнике печи. Рациональная структура столба шихты, обеспечивающая эффективное использование газов в доменной печи, получается при оптимальном распределении материалов разной кусковатости как по радиусу колошника, так и по его окружности.

Эффективность различных приёмов загрузки на действующих печах контролируют, замеряя температуру или определяя содержание СО2 по окружности колошника доменной печи в нескольких точках радиуса. Для этой цели все доменные печи оборудуют специальными площадками, на которых устанавливают лебедки с зондами, вводимыми внутрь печи от периферии до центра. При замере температуры в центральной полой трубке зонда помещают термопару. Через ту же трубку отсасывают пробы для анализа, предварительно пропустив некоторое количество газа в атмосферу, чтобы удалить из трубки газы, попавшие в нее ранее.

При проведении более глубоких исследований доменную печь (рис. 5.2) оборудуют площадками 1-7 для размещения зондов 8-13 на нескольких горизонтах по её высоте. На печи зондированием охвачены колошник, верхняя и средняя часть шахты, распар и фурменная зона. Управление движением и привод зондов сосредоточены в одном пункте на рабочей площадке печи. На рис. 5.3 приведена схема устройства зонда для замера температуры или отбора проб газа на анализ. Центральная трубка 5 с диаметром около 6 мм имеет сквозной канал и в хвостовой части запирается пробковым краником. Трубы 3 и 4 образуют водоохлаждаемый каркас, так что вода поступает через подводящие патрубки 2 в хвостовой части и движется к головной части зонда между трубами 3 и 4, охлаждая наиболее подверженную воздействию высоких температур наружную поверхность зонда. Из головной части вода отводится через зазор между трубами 4 и 5 и сбрасывается патрубками 1. Труба 4 имеет внутренний диаметр около 40 мм, а труба 3 около 55 мм. Описанное оборудование позволяет исследовать газодинамические характеристики шихтовых материалов различной крупности как на лабораторных установках, так и на промышленных доменных печах.

В области газодинамики столба доменной шихты разрабатывают такие темы.

1. Газопроницаемость насыпных масс кокса, агломерата окатышей, сырых железных руд.

2. Факторы, определяющие рациональное распределение шихтовых материалов на колошнике, которое обеспечивает высокую газопроницаемость столба шихты и эффективный контакт газов с железорудными материалами.

Комплексное решение задач, относящихся к названным темам, открывает возможности значительно форсировать доменную плавку, что, в свою очередь, позволит существенно увеличить производительность печей

3. Распределение газового потока в слое шихты по радиусу и окружности печи.

4. Приёмы равномерного распределения дутья и природного газа по фурмам для повышения степени его использования на всех участках рабочего пространства печи.

Работы по последним двум темам имеют целью изыскать приёмы рационального распределения газов в столбе шихты, за счет этого максимально использовать восстановительную способность и запас тепла газового потока и тем самым обеспечить дальнейшее снижение удельного расхода кокса на выплавку чугуна.

5. Скорость движения газовых потоков в доменной печи.

6. Статическое давление газов на различных горизонтах печи.

7. Факторы, определяющие изменение перепадов давления газов в верхней и нижней половине печи.

Темы 5-7 разрабатывают, чтобы установить причины тугого хода печи, подвисания шихты, чрезмерного развития периферийного, центрального или канального хода газов и определить меры борьбы с указанными явлениями. Это обеспечит резкое снижение выноса колошниковой пыли и стабилизацию рудных нагрузок, а следовательно, улучшение использования сырья, снижение потерь шихтовых материалов и общее повышение экономических показателей производства.

8. Факторы, влияющие на скорость схода материалов и «активную массу шихты».

9. Общие условия, позволяющие организовать ровный и устойчивый форсированный ход доменной плавки.

Две последние темы относятся к сложной задаче одновременного повышения интенсивности плавки и получения чугуна высокого качества.