Изменение сопротивления проходу газов в шахте доменной печи при послойной укладке рудных материалов и кокса Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ВЕСТНИК

ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Вып.№9

2000 г.

ТЕХН1ЧН1 НАУКИ

МЕТАЛУРГ1Я

УДК 669.162.211.4

Томаш А А.

ИЗМЕНЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОХОДУ ГАЗОВ В ШАХТЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ ПРИ ПОСЛОЙНОЙ УКЛАДКЕ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОКСА

Предложены поправки к расчёту коэффициента сопротивления проходу газов через столб доменной шихты, учитывающие неравномерность распределения мелкой фракции в слоях рудных материалов и кокса

Шихта доменных печей состоит из двух основных компонентов, значительно отличающихся газопроницаемостью: рудных материалов и кокса. Более прочный кокс, из которого перед загрузкой отсевают фракцию менее 25 мм, практически не содержит мелких частиц и обладает высокой газопроницаемостью. Мелочь крупностью менее 5 мм сосредоточена в рудной шихте, оказывающей большее сопротивление проходу газов. При послойной укладке кокса и агломерата, основного железорудного материала в доменной плавке, сопротивление проходу газов через шихту на 5 - 25 % больше, чем при их равномерном смешивании [1,2]. В доменную печь шихтовые материалы обычно загружают послойно. Увеличение сопротивления проходу газов при этом объясняют межслойным эффектом [3]. Снижение газопроницаемости столба шихты может происходить также из-за неравномерности распределения мелкой фракции по высоте.

Слой материалов одной подачи высотой И состоит из слоев агломерата (Ьа) и кокса (Ьк), высота которых меняется по радиусу доменной печи в соответствии с изменением рудной нагрузки РН, отношения массы агломерата к массе кокса

111 ТУ, канд. техн. наук, доц.

Ф - фактор формы частиц доменной шихты, Ф = 0,7 - 0,8;

р - плотность доменного газа, кг/м3;

и0 - приведенная скорость газового потока, м/с;

ЧЛ Чг*а, - коэффициент сопротивлений проходу газов через слой доменной шихты, агломерата и кокса [5], ЧР = 150 / Яе+1,75 ;

Ее - критерий Рейнольдса, Яе = С/0г/Ф/ v'(l - е)

V - кинематическая вязкость доменного газа, V = 1,7*10"5 м2/с. Коэффициент сопротивления и критерий Рейнольдса для слоев агломерата и кокса определяются аналогично с учётом значений с!а , с1к , е, , вк.

При расчёте перепада давления газа в шахте доменной печи используют усреднённые характеристики всей шихты с!, е. Дифференцированное определение потерь напора в слоях агломерата и кокса значительно усложнит расчёт. Для учёта увеличения сопротивления движению газов при неравномерном распределении мелких частиц по высоте слоя целесообразно внести поправки в расчёт коэффициента сопротивления. Выражение из соотношения (3) и ряд преобразований приводят к уравнению

^ = (4)

Яе

где А; и А0 - поправочные коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения мелких частиц по высоте слоя шихты

А. =

еъй

1 + п

о-о

1+л

1 +п

О-*»)

1+«

0 + Уа/г«РН) еЖ" (1 + РНук / Гя)

(5)

где п - показатель степени при Яе в знаменателе слагаемых уравнения (4).

Степень неравномерности распределение мелкой фракции по высоте столба доменной шихты характеризуется коэффициентом неравномерности к

а ~(та~тк)/тшч, (6)

где та, тк - содержание мелкой фракции в слое агломерата и кокса после перераспределения, д-ед.;

тн,ч - исходное содержание мелочи в агломерате, д. ед. Максимальная неравномерность в распределении мелочи формируется, если смешивание слоев агломерата и кокса и перераспределение мелких частиц между слоями в доменной печи полностью отсутствуют. При этом в слое агломерата сохраняется исходное содержание мелочи (та= тнач), а в слое кокса мелкие частицы отсутствуют (тк= 0). Коэффициент неравномерности к = 1. Если слои рудных материалов и твёрдого топлива полностью перемешиваются, или мелкие частицы равномерно перераспределяются ¿Между слоями (та = тк), неравномерность в распределении мелких частиц по высоте отсутствует, к = 0. Содержание мелочи при частичном её перераспределении между слоями определяется формулами

И,

+ куа1укРН)

\+Га!укРН

т .. --

1 + уа/укРН

(7)

(8)

о

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Исходное содержание мелкой фракции в агломерате, д. ед.

Рис. - Зависимость коэффициента сопротивления от исходного содержания мелочи в агломерате при

различной степени неравномерности её распределения но высоте

Зоны:------- -периферийная; промежуточная;...........центральная.

Общее содержание мелочи в шихте ш составит

т =тнач1[\ + (уа1Гк)1РЩ (9)

По известным значениям доли мелочи в агломерате, коксе и доменной шихте рассчитываются значения <1, с1;|. с1к ие> Ёа > Ех , необходимые для определения поправочных коэффициентов Ап. Коэффициент сопротивления рассчитывался с учётом перераспределения мелочи между рудными материалами и коксом для периферийной (РН = 3,5 т/т), промежуточной (РН = 6,0 т/т) и центральной (РН = 1,0 т/т) зон (рис. 1).

С увеличением неравномерности распределения мелкой фракции между рудными и коксовыми слоями сопротивление проходу газов может возрастать в 3 - 5 раз. Более сильно неравномерность в распределении мелочи сказывается в центральной зоне с низкой рудной нагрузкой. Сравнение экспериментальных [1, 2] и расчётных данных свидетельствует о том, что при обычных режимах загрузки доменных печей степень неравномерности к = 0,4 - 0,5. Предварительное смешивание компонентов доменной шихты перед загрузкой способствует снижению к до 0,1 - 0,3 и повышению газопроницаемости материалов. Раздельная загрузка агломерата и кокса увеличивает к до 0,6 - 0,7 и приводит к увеличению сопротивления проходу газов.

Выводы

1. При послойной загрузке в доменную печь рудных материалов и кокса формируется неравномерность распределения мелких фракций по высоте слоя. Мелочь в большей степени сосредоточена в слоях агломерата.

2. Для характеристики неравномерности распределения мелочи в слоях агломерата и кокса предложен коэффициент неравномерности. При равномерном распределении мелочи между слоями коэффициент неравномерности равен 0. При сосредоточении всех мелких частиц в

рудном слое коэффициент неравномерности принимает значение 1. При обычных режимах загрузки доменной печи коэффициент неравномерности составляет 0,4 - 0,5.

3. Для учёта влияния неравномерного распределения мелких частиц по высоте слоя на его га-

зопроницаемость целесообразно внести поцравки в расчёт коэффициента сопротивления. Предложен метод определения поправочных коэффициентов для расчёта коэффициента сопротивления.

4. Сосредоточение мелких частиц в рудных слоях приводит к увеличению сопротивления проходу газов через столб шихты. Влияние неравномерности распределения мелочи по высоте сильнее в центральной зоне с низкой рудной нагрузкой.

5. Предварительное смешивание рудных материалов и кокса перед загрузкой в печь способст-

вует повышению газопроницаемости шихты за счёт уменьшения неравномерности распределения мелочи по высоте.

Перечень ссылок

1. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса. - М.: Металлургия, 1990. - 216 с.

2. Влияние смешивания рудного сырья с коксом на газодинамические условия и технико-экономические показатели доменной плавки / В,И. Логинов, А.Л. Берин, С.М. Соломатин и др. //Сталь. - 1977. - М 5. - С. 391 - 394.

3. К вопросу о влиянии межслойного эффекта на газопроницаемость шихт / В. О. Вейшеделъ, Б.Г. Пластинин, A.A. Тришкин и др. // Известия вузов. Чёрная металлургия. - 1984. - № 3. -С. 27 -29.

4. Ergun S. Fluid Flow Through Packed Calumns // Chemical Engineer Progress. - 1952. - Vol. 48. -

№ 2. - P. 89 - 94.

5. РаммА.П. Современный доменный процесс. - М.: Металлургия, 1980. - 203 с.

Томаш Александр Анатольевич. Канд. техн. наук, доцент кафедры металлургии чугуна, окончил Мариупольский металлургический институт в 1987 году. Основные направления научных исследований - совершенствование агломерационного и доменного процессов и снижение энергетических затрат на выплавку чугуна, изучение закономерностей движения зернистых материалов и газов в противоточных реакторах.