Высокопроизводительная и экономичная работа ДП зависит от того, как организовано движение и распределение газов и шихты в ее рабочем пространстве. Движение и распределение газов определяется множеством факторов, но основными являются гранулометрический состав шихты, ее распределение на колошнике во время загрузки и перераспределение при опускании в печи. Газовый поток также оказывает влияние на распределение шихты.
Под распределением шихты понимают количественное соотношение в слое крупных и мелких фракций и соотношение толщин слоев материалов различной кусковатости.
О распределении шихты судят косвенно, контролируя параметры газового потока: химический состав, температуру и потерю напора. При отклонении этих параметров газового потока от оптимальных значений изменяют распределение материалов так, чтобы восстановить желаемое распределение газов. Таким образом, газовый поток в доменной печи выполняет не только роль рабочего тела, но и служит своеобразным индикатором, позволяющим контролировать работу печи и управлять ее ходом.
|
|
Газы в ДП движутся через столб шихты снизу вверх под действием, разности давлений, зависящей от величины сопротивления загружённой в печь шихты и количества воздуха, нагнетаемого в горн воздуходувной машиной. Проходя путь в 24–26 м в течение нескольких секунд, газовый поток должен выполнить тепловую и восстановительную работу и обеспечить ровный сход шихтовых материалов от колошника к горну. Исходя из этих функций газового потока к распределению газов предъявляются противоречивые требования:
– для наиболее полного использования тепла и восстановительной способности газового потока газы по сечению печи должны распределяться равномерно, т.е., температура и состав газов по сечению доменной печи должны быть одинаковыми, а шихта – в равной мере нагретой и восстановленной;
– для обеспечения ровного схода шихты газовый поток по сечению печи должен распределяться неравномерно, проходя в большем количестве у стен и в осевой зоне печи, где чаще всего бывает меньше агломерата.
В доменной печи невозможно достичь равномерного распределения газов по сечению по следующим причинам.
1. Газы в доменной печи движутся по ряду параллельных каналов, имеющих неправильную форму, непостоянное сечение и различную шероховатость стенок. Распределяясь обратно пропорционально сопротивлению каналов, газы движутся преимущественно по каналам большего сечения и меньшей протяженности.
2. Более интенсивному движению газа у стен печи способствует то, что каналы здесь более гладкие и имеют меньшую протяженность. Кроме того, увеличение горизонтального сечения шахты за счет наклона стен по мере опускания материалов способствует оттеснению в периферийное кольцо хорошо газопроницаемого кокса более тяжелыми кусками агломерата.
|
|
3. Загрузка шихты в ДП осуществляется при помощи конуса и воронки так, что гребень мелких шихтовых материалов всегда располагается на некотором расстоянии от стен печи. Крупные куски шихты скатываются к стенкам и к оси печи, вызывая здесь усиленное движение газов.
4. Горение углерода кокса в горне происходит в узком (шириной 1,4–1,8 м) периферийном кольце. Поэтому образовавшиеся в зонах горения газы стремятся двигаться по периферии печи. С увеличением количества дутья увеличиваются и зоны горения. Газы в большем количестве проникают в центр печи, и их распределение становится более равномерным.
5. На распределение газов по сечению влияет перераспределение шихты при движении ее от колошника к горну из-за различных скоростей опускания шихты в разных сечениях и по диаметру печи.
Однако, несмотря на наличие факторов, обусловливающих неравномерное распределение газового потока, эта неравномерность должна быть не какой угодно, а вполне определенной.
Показателем, характеризующим распределение газового потока по сечению столба шихты, является сопоставление количеств газов, проходящих через равновеликие площади заполненного шихтой сечения печи в единицу времени..
О распределении газов и о степени использования их энтальпии и восстановительной способности судят по содержанию СО2 в точках по радиусу или диаметру сечения, расположенного на 1,5–2,6 м ниже верхнего уровня шихты в доменной печи или по значениям температуры газов в тех же точках. Если в слое шихты определенного сечения печи относительное количество железосодержащих компонентов невелико, а преобладают куски кокса, обеспечивая высокую газопроницаемость, то здесь будет проходить много газа с высокой температурой и низким содержанием двуокиси углерода, т. е. Использование энтальпии и восстановительной способности газа будет низким.
Наоборот, в слое шихты с преобладанием мелких железосодержащих компонентов газ будет проходить в меньшем количестве с более полным использованием тепла и восстановительной способности. Температура газа, выходящего из печи, будет низкой, а содержание СО2 высоким.
Рациональное распределение - при котором в максимальной степени используется энтальпия газового потока и его химическая энергия без нарушения ровного схода шихтовых материалов (рисунок 5.2).
Распределение газов, удовлетворяющее поставленным выше требованиям, зависит в каждом случае от конкретных условий работы печи: качества шихты, объема печи, состояния профиля, марки выплавляемого чугуна и др. Поэтому рациональное распределение газов в каждом конкретном случае определяется опытным путем.
Рисунок 5.2 - Изменение содержания СО и температуры газа по радиусу в верхней части доменной печи при ровном ходе и низком расходе кокса
На рисунке 5.2 приведено рациональное распределение газового потока по радиусу доменной печи. Содержание СО2 в периферийном газе составляет 14, в точке максимума 19 и в центре 11%, а соответствующие значения температуры равны: 820, 520 и 910° С.
С повышением основности агломерата и снижением содержания мелочи в шихте разность между максимальными и минимальными значениями температуры и содержания двуокиси углерода в газе по радиусу должна уменьшаться. При равномерном распределении материалов и газов по окружности печи кривые распределения температур и содержания СО2 в газе должны быть одинаковыми по всем радиусам.
В зависимости от степени неравномерности распределения газовые потоки могут быть периферийными, осевыми и канальными.
|
|
При периферийном газовом потоке значительное количество газов проходит вблизи стен. Газы периферийного кольца уходят из печи с высокой температурой и низким содержанием СО2. Чрезмерное развитие периферийного потока газов, приводит к увеличению расхода кокса.
При осевом, или центральном, газовом потоке значительная часть газов движется в центральном круге. Осевой поток газа на расход кокса влияет менее значительно, чем периферийный, вследствие различной относительной доли площади сечения печи, занимаемой периферийным и центральным потоком газа, а следовательно, и различным количеством газов, проходящих в этих сечениях. Некоторое развитие центрального потока газов считается рациональным для обеспечения ровного хода и интенсификации процессов в центральной части печи.
Канальный ход газов во всех случаях является вредным и служит признаком нарушения ровного хода. Термин «канальный» ход газов условный. Под канальным ходом газа следует понимать чрезмерно интенсивный поток газа в одном или нескольких участках сечения печи.