Исследование работы доменной печи при совместной загрузке железорудных материалов и кокса в скип

Аналогичные результаты были получены в тех случаях, когда вместо фракции 5-0 мм применяли фракцию 3-0 или 5-1 мм.

При смешивании фракции 5-3 мм с более крупными получили иные результаты (рис. 15). В этих опытах изменение насыпной массы слоя γ и перепад давлений ∆Р при смешивании изменились аналогично. Переход от послойной укладки к загрузке смеси сопровождался уменьшением порозности и газопроницаемости; лишь в одном случае изменение условий загрузки практически не повлияло на эти показатели (рис. 15, а).

Следовательно, мнения об увеличении газопроницаемости слоя при смешивании фракций разной крупности [5-7] и об ее уменьшении при этом [9] могут быть в равной мере справедливы, но в своих конкретных условиях.

Анализируя влияние рассматриваемых способов загрузки на газопроницаемость слоя, следует учесть количественную сторону явления.

Уменьшение перепада давления на 1 м высоты слоя в результате смешивания фракций разной крупности с фракцией 5-0 мм при ее содержании до 30% достигало 600-700 мм вод. ст. или примерно 60-70%.

При удалении мелочи 3-0 м л из агломерата переход от смешанной с послойной загрузке фракций уменьшал газодинамическое сопротивление слоя лишь на 30-50 мм вод. ст., или на 20-25%.

Рис. 15. Изменение перепада давлений (∆Р) и насыпной массы (γ) агломерата при послойной укладке (1) и при загрузке в смеси (2) фракция 5-3 мм с более крупными фракциями а-в (цифры в скобках – мм)

 

Таким образом, относительное изменение перепада давлений на 1 м высоты слоя для агломерата, содержащего 5-30% мелочи, в 2-3 раза больше, чем без мелочи, а абсолютные значения перепада при наличии мелочи в 14-20 раз выше, чем при ее отсутствии. Рассортировка агломерата по фракциям с раздельной их загрузкой обеспечивает повышение газопроницаемости шихты лишь при условии полного отсева мелочи (5-0 мм).

Для практики важно знать количественное изменение газопроницаемости при смешивании агломерата и кокса, имеющих реальный гранулометрический состав.

Перепад давлений в слое из этих материалов измеряли на установке с цилиндром диаметром 520 мм и высотой 700 мм. Использовали кокс крупностью 80-40 и агломерат крупностью 40-0 мм, меняя в них содержание фракции 5-0 мм в агломерате от 0 до 40% через каждые 5%.

Перепад измеряли (рис. 16) при приведенной скорости газа 0,9 м/с. Смешивание кокса и агломерата реального гранулометрического состава уменьшило газодинамическое сопротивление слоя на 12-25%.

Рис. 16. Изменение газодинамического сопротивления реальной шихты в зависимости от содержания мелочи при послойной укладке кокса и агломерата (1) и при их загрузке в смеси (2)

 

Исследовали также изменения газопроницаемости слоя при смешивании кокса с окатышами, содержащими до 10% мелочи. В этих опытах при смешивании было выявлено на 17-25% большее сопротивление материалов, чем при послойной укладке (рис. 17). Сопротивление слоя при смешивании изменялось значительно меньше, чем в опытах с агломератом.

Как известно, повышение равномерности распределения материалов по сечению печи сопровождается увеличением газодинамического сопротивления столба шихты. Поэтому смешивание рудного сырья с коксом, улучшая газопроницаемость ввиду особенностей размещения мелких и крупных кусков, в то же время должно способствовать снижению газопроницаемости вследствие более равномерного распределения материалов.

Рис. 17. Изменение газодинамического сопротивления шихты в зависимости от содержания мелочи при послойной загрузке кокса и окатышей (1) и при их загрузке в смеси (2)

 

Фактическое изменение газопроницаемости шихты в результате смешивания рудных материалов с коксом и влияние такой загрузки на работу печи может быть установлено только опытным путем.

Более полного смешивания рудного сырья с коксом в существующих производственных условиях удается достичь при загрузке в один скип рудной сыпи и кокса, размещаемого сверху. При опрокидывании скипа и высыпании материалов в приемную воронку и затем на большой конус и в печь материалы оказываются в значительной степени перемешанными между собой: более мелкий и тяжелый рудный материал внедряется между кусками кокса. Это подтверждается результатами исследования на модели засыпного устройства в масштабе 1/10 натуральной величины [1].

Влияние условий загрузки на технико-экономические показатели доменной плавки исследовали на печи полезным объемом 1033 м3.

Загрузка рудного сырья и кокса в один скип при существующей схеме шихтоподачи с вагон-весами затруднительна. В частности, при этом число перемещений вагон-весов увеличивается вдвое, так как в карман набирается порция рудной сыпи, соответствующая только половине объема скипа. Это значительно снижает производительность участка загрузки.

Для облегчения работы машинистов вагон-весов массу подачи с переходом на совместную загрузку рудных материалов и кокса увеличили более чем на 30%, обеспечив предельное заполнение скипа.

Для проведения опытных плавок в электросхему загрузки потребовалось внести некоторые изменения, обеспечивающие необходимую согласованность работы вагон-весов и коксовых затворов.

Перед опытными плавками на печи применяли цикличную систему загрузки Р2К2↓ КР2К↓. В опытный период применяли преимущественно цикличную загрузку, состоявшую из одной подачи с загрузкой рудных материалов на дно скипа и одной подачи с загрузкой кокса на дно скипа. При этом, подача состояла из 20,5 т рудной сыпи и 6,5-6,7 т кокса.

Наличие в цикле подачи с загрузкой кокса на дно скипа было обусловлено стремлением подгрузить периферию, так как при преимущественном использовании подач с загрузкой рудной сыпи на дно скипа содержание двуокиси углерода на периферии снижалось, а в осевой и промежуточной зонах повышалось.

Применение цикличных загрузок с различным соотношением указанных подач дает возможность регулировать распределение рудных нагрузок по сечению печи.

На новом режиме загрузки печь работала 10 дней. Сравнительный период после опыта тоже продолжался 10 дней.

В течение опытного периода имелись некоторые обстоятельства, усложнявшие работу печи, что отрицательно влияло на технико-экономические показатели. Основные трудности были связаны с напряженной работой машинистов вагон-весов. На протяжении всего опытного периода загрузка была узким местом в работе печи, что затрудняло устранение возникающих по разным причинам неполнот. В ряде случаев печь работала на агломерате с рудного двора, отличающемся повышенным содержанием мелочи.

Технико-экономические показатели работы печи в опытный и сравнительный периоды сопоставлены в табл. 1.3. В опытном периоде увеличилась интенсивность плавки в результате улучшения газодинамических условий в печи. При более форсированном ходе перепад давлений был таким же, как и в сравнительном периоде. Газопроницаемость шихты улучшилась несмотря на некоторое повышение равномерности распределения материалов, подтверждавшееся более равномерным распределением содержания двуокиси углерода по радиусу (рис. 18).

Таблица 1.3.

Технико-экономические показатели работы доменной печи объемом 1033 м3тпри загрузке рудного сырья в смеси с коксом (I) и при обычной загрузке (II)

Показатели	I	II
Производительность, т/сутки *	1727 (1732)	1669
Производительность, % *	103,5 (103,8)	100
Расход кокса (сухого), кг/т чугуна *	591 (589)	601
Интенсивность плавки по коксу, т/м3 ·сутки	1,020	1,002
Доля подготовленного железорудного сырья, %	97,3	96,7
В том числе окатышей	38,8	46,8
Содержание кремния в чугуне, %	0,74	0,68
Выход шлака, кг/т чугуна	518	507
Основность шлака (СаО/SiО2)	1,25	1,25
Расход природного газа, м3/т чугуна	85,7	85,7
Расход кислорода, м3/т чугуна	1,6	–
Температура дутья, °С	1072	1041
Избыточное давление колошникового газа, ат	1,01	1,01
Перепад давления (дутье–колошник), ат	1,20	1,20
Простои, %	0,45	0,5

* В скобках – значения, приведенные  к условиям периода обычной  работы II.

На опытных плавках удельный расход кокса снизился при приведении к одинаковым условиям на 12 кг/т чугуна, или на 2,0%, а производительность печи возросла на 3,8%.

Рис. 18. Распределение содержания двуокиси углерода в газе по радиусу колошника доменной печи объемом 1033м3 при обычной послойной загрузке рудного сырья и кокса (1) и при их загрузке в смеси одним скипом

 

Можно считать, что смешивание рудного сырья с коксом при загрузке доменной печи, обеспечивая увеличение газопроницаемости шихты и более равномерное распределение материалов, способствует улучшению условий плавки и повышению ее технико-экономических показателей.

Кратковременность опытного периода была обусловлена значительными трудностями при подаче рудной сыпи и кокса в один скип.

Можно усилить смешивание материалов и без такой загрузки. В частности, это достигается путем набора на малый конус двух скипов материалов: коксового и рудного с расположением кокса под слоем рудной сыпи.

Влияние такой загрузки на показатели доменной плавки исследовали на печи полезным объемом 700 м3, выплавлявшей передельный чугун. В обычных условиях на печи применяется система загрузки Р2К2. При этом подача состоит из 13 т рудных материалов и 3,7-4,1 т кокса.

Соотношение размеров загрузочного устройства на этой печи таково, что во вращающейся воронке размещается только один скип материалов. При наборе двух скипов на малый конус значительная часть материала второго скипа размещается в неподвижной приемной воронке. В связи с этим электросхему работы распределителя шихты изменили таким образом, чтобы он вращался только после загрузки на малый конус первого скипа каждой пары.

В течение опытного периода продолжительностью 30 суток применяли различные системы загрузки в сочетании с набором двух скипов на малый конус.

Наиболее эффективной в смысле смешивания была загрузка по системе КРКР↓, при которой расположение каждой пары рудного и коксового скипов на малом конусе благоприятствует смешиванию. Однако ввиду особенностей электросхемы работы распределителя рудный материал при этом грузится в печь без вращения воронки.

Чтобы обеспечить равномерность кругового распределения материалов, эту систему загрузки чаще использовали в комбинации с системой Р2К2↓ или РКРК↓, что попутно позволяло подгрузить периферию рудным материалом.

По тем же соображениям использовали систему загрузки РК2Р↓ и КР2К↓. По эффективности смешивания обе эти системы уступают системе КРКР↓, так как из двух пар скипов только одна имеет благоприятное для смешивания расположение рудного материала и кокса. Однако они более удобны для машинистов вагон-весов.

На рис. 19 приведены кривые радиального распределения двуокиси углерода при различных системах загрузки.

Наиболее приемлемой по равномерности кругового и радиального распределения газа, а также по удобству для машинистов вагон-весов оказалась система загрузки РК2Р↓.

Рис. 19. Распределение двуокиси углерода по радиусу колошника доменной печи объемом 700 м3 при различных системах набора рудного (Р) и коксовых (К) скипов

 

Переход на новый режим загрузки способствовал улучшению использования газа и повышению газопроницаемости шихты, что позволило увеличить интенсивность плавки. Это обеспечило повышение производительности печи на 7,0% при снижении удельного расхода кокса на 2,5% (после приведения к одинаковым условиям).

В настоящее время на заводе им. Петровского выполнен проект устройства для загрузки рудного сырья и кокса в один скип. При этом наряду с последовательной подачей этих материалов в скип предусмотрено и их одновременное ссыпание.

Показатели работы печи в исследуемый период приведены в табл.1.4. Для сравнения взяли близкий по условиям доопытный период продолжительностью 9 суток.

 

Таблица 1.4.

Показатели	I	II
Производительность, т/сутки *1	1399 (1381)	1292
Производительность, % *1	108,3 (106,9)	100
Расход кокса (сухого), кг/т чугуна *1	546 (546)	562
Расход кокса (сухого), % *1	97,2 (97,2)	100
Интенсивность плавки по коксу, т/м3 ·сутки	1,229	1,165
Доля агломерата в шихте, %	100,0	100,0
Расход материалов, кг/т чугуна: металлодобавки сырой флюс конверторный шлак	21 50 11	37 54 54
Содержание кремния в чугуне, %	0,78	0,79
Выход шлака, кг/т чугуна	479	493
Основность шлака (СаО/SiО2)	1,26	1,26
Расход природного газа, м3/т чугуна	80	86
Расход кислорода, м3/т чугуна	21,9	24,0
Температура дутья, °С	1062	1047
Избыточное давление колошникового газа, ат	1,06	1,08
Перепад давления (дутье–колошник), ат	1,03	1,01
Простои, %	0,33	0,15
Тихий ход, %	0,38	0,19