CC BY
42
УДК 669.162.2
Томаш А. А.
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ МАЛОГО КОНУСА НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ШИХТЫ НА КОЛОШНИКЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
На распределение шихтовых материалов на колошнике доменной печи оказывают влияние многие факторы [1,2]: порядок загрузки, уровень и угол наклона поверхности засыпи, ход и геометрические особенности большого конуса и др. Влияние хода малого конуса обычно не учитывают. Ему отводят единственную роль газового затвора. Механизм ссыпания шихты с большого и малого конусов одинаков. Соответственно, скорость ссыпания шихты для обоих конусов определяется одним уравнением [1,3]
fV= y¡2gl(sina - / cosa) + С2 sin2 aW2 , (1)
где g - ускорение свободного падения, м/с2;
a - угол наклона поверхности конуса, для малого конуса а=62°; f - коэффициент трения шихты по конусу, для доменной шихты f = 0,25 -0,30 [4], для расчетов принято f=0,28;
С - коэффициент, учитывающий сопротивление кромки чаши, С=0,7-0,9, большее значение соответствует большему ходу конуса; 1 - путь движения материалов по конусу от щели между контактными поверхностями до кромки, 1 = h sin a, м; h - ход конуса, м;
Wo - начальная скорость движения материалов, м/с
W0 = Áylg(l.6h cos а - А0 ((1 / sin<?) -1)), (2)
где X - коэффициент истечения шихты, к =0,4-0,5, большее значение относится к хорошо сыпучим материалам и большему ходу конуса; h - высота свободно стоящей стенки материалов, равная минимальному ходу конуса при котором начинается ссыпание шихты, h =0,15м; <р- угол внутреннего трения материала, ср=36°.
Ход конуса оказывает сильное влияние на скорость ссыпания материалов. При h, близком к высоте свободно стоящей стенки материалов, большое сопротивление кромок конуса и чаши значительно снижает скорость, с которой шихта покидает поверхность конуса. По уравнениям (1-2) начальная скорость движения шихты и скорость ссыпания с малого конуса составили при ходе малого конуса 0,15 м Wo=0,08 м/с, W=l,39 м/с, а при полном ходе малого конуса 0,9м Wo=l,18 м/с, W=3,54m/c. Скорость ссыпания шихты предопределяет траекторию ее падения на большой конус, координаты каждой точки которой , рассчитывают по уравнению параболы
х = [(Wcosа) / g][^2gy + (Wsma)2 - Wsina], (3)
где х и у - горизонтальная и вертикальная координаты точек траектории
падения шихты относительно кромки конуса.
Так как в межконусном пространстве отсутствует восходящий газовый поток, искажающий параболы падения частиц и требующий дополнительного учета, уравнение (3) более точно описывает траектории движения шихты в межконусном пространстве, чем на колошнике доменной печи. При малом ходе конуса шихта ссыпается почти отвесно (рис.1) и гребень загружаемых материалов на большом конусе располагается непосредственно под кромками малого конуса. При опускании малого конуса на полный ход траектории падения шихты более пологие и гребени материалов располагаются ближе к стенкам чаши большого конуса на 0,25-0,5 м, несмотря на меньшую высоту падения. Расчетные выводы о влиянии хода малого конуса на расположение шихты на большом конусе подтвердились в ходе наблюдений загрузки кокса на доменной печи N3 МК "Запорожсталь" перед задувкой через открытые люки межконус-
ного пространства. При ходе малого конуса 0,2 м гребни кокса на большом конусе располагались на 0,35-0,4 м ближе к оси, чем при его опускании на 0,9 м. Расположение шихты на большом конусе влияет на порядок ссыпания материалов в печь. Первыми ссыпаются шихтовые материалы I, расположенные у контактных поверхностей (рис.1), за ними следует шихта из зоны 11, прилегающей к стенкам чаши, в последнюю очередь загружаются материалы III, лежащие непосредственно на поверхности большого конуса [1]. При обычном режиме работы конусов и системе загрузки ААККФ (рис. 1 а) в первую очередь на колошник будет ссыпаться первый рудный скип. Затем ссыпятся половина второго рудного скипа и часть коксовой колоши, расположенные у стенок чаши.
Рис. 1. Расположение доменной шихты на большом конусе загрузочного устройства при различных режимах работы малого конуса: а - обычном; б- с остановкой в промежуточном положении.
1-большой конус загрузочного устройства доменной печи; 2-чаша большого конуса; 3-полностью опущенный малый конус; 4-малый конус в промежуточном положении; 5-траектории падения шихты с малого конуса, опущенного на полный ход; 6-траектории падения шихты с приоткрытого малого конуса; 7-рудные материалы на большом конусе; 8-кокс на большом конусе.
Последними на колошник будут загружены часть рудных материалов и кокса с поверхности большого конуса. Таким образом при обычном режиме загрузки и прямой подаче примерно 25% рудных материалов загружаются в печь после значительной массы кокса и на колошнике распределяются на некотором расстоянии от стен. Изменение режима работы малого конуса меняет расположение шихты на большом конусе и следовательно порядок ее ссыпания в печь. При ссыпании агломерата с опущенного на полный ход малого конуса, а кокса через приоткрытый малый конус и системе загрузки ААККФ (рис.1 б) почти весь рудный материал, сосредоточится у стенок чаши и будет опущен на колошник раньше кокса, располагающегося на поверхности большого конуса. Это должно привести к большему сосредоточению рудного материала в периферийной зоне печи и увеличению здесь рудной нагрузки. Аналогично при подаче кокса через опущенный на полный ход, а агломерата через приоткрытый малый конус следует ожидать снижения рудной нагрузки у стен печи при любом порядке скипов. Исследования радиального распределения шихты при раз-
I
личных режимах загрузки производили на секторной модели колошника доменной печи полезным объёмом 3200 м, выполненной в масштабе 1:10, с соблюдением требований подобия. Крупность частиц агломерата составляла 1-3 мм, кокса 3-5 мм. Прозрачные стенки модели позволяли наблюдать распределение компонентов шихты от стен к оси установки. Для удобства наблюдений частицы кокса предварительно окрашивались в белый цвет. Исследовались наиболее распространенные системы загрузки ААКК Ф и КААК Ф .Уровень засыпу составлял 0.15 м (1.5 м на реальной печи), угол наклона поверхности засыпки 20 градусов. Загрузку материалов через приоткрытый малый конус имитировали изменением их положения на большом конусе: перемещением ближе к поверхности конусного распределителя. При размещении кокса преимущественно на поверхности конусного распределителя, что соответствует его ссыпанию с малого конуса, опущенного на 200 мм, а агломерата у стенок чаши, как при обычном режиме работы малого конуса, рудная нагрузка у стен печи увеличивалась, а у оси снижалась (рис.2). В сравнении с традиционным расположением шихты на большом конусе рудная нагрузка на периферии при системе загрузки ААККФ увеличилась с 3,1 до 3,5 т/т кокса, при системе загрузки КААК Ф- с 1,6 до 1,9 т/т кокса. В осевой зоне наблюдали снижение рудной нагрузки с 0,8 до 0,2 т/т кокса при прямой подаче и с 1,3 до 1,0 т/т при подаче одаим коксом вперед.
Р,Ь ¡,!1 !,;■ 2,0 2,Ь 5,0 3.5 4,0 0,5 ¡,0 1,5 2,0 2,5 3,0 ¿,5
Расстояние от стен колошника, м Расстояние от стен колошника, м
Рис. 2 Радиальное распределение рудных нагрузок на колошнике доменной печи при различных режимах загрузки: а-ААКК Ф; б-КААК Ф .
1-обычный режим работы малого конуса; 2-загрузка агломерата через приоткрытый малый конус; 3-загрузка кокса через приоткрытый малый конус.
^Размещение агломерата на поверхности большого конуса, соответствующее остановке малого конуса в промежуточном положении, а кокса у стенок чаши, соответственно опусканию малого конуса на полный ход, рудная нагрузка на кокс в периферийной области уменьшилась до 2,3 т/т при системе загрузки ААККФ и до 1.0 т/т при системе загрузки КААКФ. Для обоих систем загрузки характерно значительное смещение рудного гребня от стен колошника к оси при переходе от загрузки кокса через приоткрытый малый конус к обычному режиму работы малого конуса и к подаче агломерата через маш>1й конус, опущенный в промежуточное положение. После укладки агломерата на поверхность большого конуса, а кокса к стенкам чаши и последующей загрузки шихты на колошник наблюдали частичное перемешивание рудных материалов и кокса. При другом расположении шихты на большом конусе и системе загрузки ААКК Ф перемешивания компонентов шихты не наблюдали. Подача КААКФ способствовала перемешиванию шихты независимо от ее размещения на большом конусе. Перемешивание агломерата и кокса происходит, когда значительная масса кокса ссыпается с большого конуса перед агломератом. Это объясняется тем, что более мелкие и тяжелые частицы рудной шихты внедряют-
ААКК Ф перемешивания компонентов шихты не наблюдали. Подача КААКФ способствовала перемешиванию шихты независимо от ее размещения на большом конусе. Перемешивание агломерата и кокса происходит, когда
значительная масса кокса ссыпается с большого конуса перед агломератом. Это объясняется тем, что более мелкие и тяжелые частицы рудной шихты внедряются в толщу кокса при движении у щели между контактными поверхностями засыпного аппарата и в момент падения на поверхность засыпи. Более крупные и легкие куски кокса не могут внедряться в слой агломерата. По-этому при ссы-пании кокса вслед за рудной шихтой происходит разделение материалов.
Таким образом, режим работы малого конуса можно использовать как дополнительное средство регулирования радиального распределения шихты по радиусу колошника [5]. Приостановка малого конуса при загрузке кокса способствует подгрузке рудной шихтой периферии, перемещению рудного гребня к стенам колошника, разгрузке центра и разделению компонентов доменной шихты. Загрузка агломерата через приоткрытый малый конус ведет к разгрузке периферии, удалению рудного гребня от стен колошника, подгрузке центральной зоны и смешиванию компонентов шихты в печи.
Перечень ссылок
1. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса. -М.: Металлургия, 1990. -216 с.
2. Ковшов В.Н., Петренко В.А. Экспериментальные исследования движения
шихты и газа в доменной печи. - Днепропетровск, 1996,- 124 с.
3. ЗенкоеР.Л. Механика насыпных грузов. - М.: Машиностроение, 1964. - 251 с.
4. Доменное производство: Справочник в 2т,- М.: Металлургия, 1989. - 496 с.-Т.1.
5. Патент N 2007462 Российская Федерация. МКИ7 С 21 В 7/20. Способ загрузки доменной печи.
