Материал: Система загрузки доменной печи шихтовыми материалами – агломератом в смеси с коксом

Рис. 11. Изменение содержания СО2 по радиусу печей (1 - Vп = 1386, 2 - 2000 м3) при загрузке по системе 3ААКК 2КААК ( -----) и смесью (- - - )

Степень смешения была недостаточной, хотя распределение рудной составляющей по радиусу печи было значительно равномерней, чем при обычных системах загрузки (рис. 12).

Наблюдения за работой печей при загрузке кокса в смеси с железорудными материалами по сравнению с работой при обычной системе загрузки показали, что меняются не только газодинамические условия плавки, но активизируются массо-теплообменные и физико-химические процессы в слое шихты.

Достигается более равномерный ход процессов в целом объеме столба шихты и локальных его участках.

Рис. 12. Распределение рудных нагрузок по сечению колошника

(I - периферия, II - промежуточное сечение, III - центр) при раздельной загрузке (-----) и смесью (- - - -): 1 - ААКК; 2 - КААК; 3 - ААКК; 4 - АКЧАК; 5 - КАЧКА; 6 - смесь

Так, в зоне пластического состояния материалов (1100-1350 °С) слои рудных материалов при обычной загрузке практически плохо проницаемы и газ в основном проходит через коксовые окна. При загрузке смесью железорудные материалы в зоне пластического состояния более или менее равномерно распределены между коксом, через слои которого более равномерно проходит газ по всему сечению печи (рис. 13). Участки рудных материалов, находящихся в пластическом состоянии, в этом случае будут лучше обрабатываться газом, а сопротивление зоны будет меньшим.

Рис. 13. Структура и очертания зон при слоевой загрузке шихтовых материалов (а) и в смеси (б): 1 - кусковая (сухая) зона шихты; 2 - пластическая зона; 3 - зона разрыхления; 4 - зона капельного течения; 5 - зона горения

При отсеве мелочи фракции 0-5 мм газопроницаемость смеси несколько ниже, чем слоя при раздельной укладке материалов (см. рис. 1). Тем не менее, загрузка смесью грохоченных материалов в условиях действующей доменной печи может оказаться еще эффективнее, чем при наличии в агломерате мелочи, что объясняется резким улучшением газодинамических условий в определяющей зоне - зоне пластического состояния железорудных материалов. Отрицательное влияние нижней зоны на ход печи при загрузке грохоченных рудных материалов в смеси с коксом ослабляется.

Смешивание железорудных материалов с коксом в существующих потоках шихтоподачи достигается совместной загрузкой их в один скип или соответствующей укладкой на транспортерной ленте, в промежуточном бункере с последующей разгрузкой их на колошник.

При загрузке в скип кокс и агломерат подаются одновременно или поочередно: на дно скипа агломерат, сверху - кокс и наоборот. Степень смешения в этих случаях различна. Изменение порядка загрузки используется для регулирования распределения материалов и газа в печи.

Для обеспечения соответствующей скорости загрузки агломерата и кокса в один скип рудные течки переоборудуются в бункер, объем которого равен объему скипа. Бункер делится перегородкой на две равные части, перекрытые снизу затворами с механизмами, работающими в автоматическом режиме по заданной программе. Новая система загрузки была внедрена и применяется с 1979 г. на доменной печи № 2 завода им. Г.И. Петровского. Среднегодовой расход кокса на этой печи снизился на 2%, настолько же возросла производительность. В отдельные месяцы расход кокса снижался до 5%, а производительность возрастала на 3,5%.

Кратковременные опытные плавки (до 6 сут.), которые проводились на доменных печах №11 и 12 комбината им. Ф.Э. Дзержинского, показали возможность загрузки шихты в смеси при работе на горячем агломерате. При подаче в один скип горячего агломерата и кокса последний не возгорался, дымообразование не наблюдалось. Производительность печей возрастала на 2, расход кокса снижался на 4%. В настоящее время одна из печей комбината оборудована устройством с гидравлическим приводом для загрузки в один скип агломерата и кокса по трем программам.

Опытные плавки, проведенные на комбинате "Криворожсталь" на печах большого объема с транспортерной подачей материалов к скипам, показали, что на этих печах можно получить наибольший эффект [2], но система загрузки смесью материалов требует дальнейшей доработки и исследований, особенно в переходный период и в режиме регулирования. Кроме этого, требуется дальнейшее исследование работы механизмов, особенно затворов бункеров и транспортеров, для обеспечения их долговечности и надежности.

.4 Влияние смешивания рудного сырья с коксом на газодинамические условия и технико-экономические показатели доменной плавки

Кокс и рудное сырье, используемые в доменной плавке, в современных условиях значительно различаются по крупности, ввиду чего газопроницаемость шихты в печи существенно зависит от того, в какой мере эти материалы перемешиваются при загрузке на колошник. От степени их смешивания в процессе загрузки зависит не только характер взаимного расположения кусков разной крупности, но и равномерность их распределения по сечению печи, что влияет на использование газа и на технико-экономические показатели плавки.

Днепродзержинским индустриальным институтом на заводе им. Петровского исследовано влияния загрузки рудных материалов в смеси с коксом на работу печи. Предварительно в лабораторных условиях изучили газопроницаемость слоя, состоящего из фракций различной крупности, при разных режимах загрузки [4].

Материалы продували компрессорным воздухом (5 ат) в цилиндре диаметром 300 мм и высотой 700 мм с регулированием его расхода.

Перепад давления измеряли на высоте 0,5 м при расходе воздуха, соответствующем приведенной скорости (в расчете на полное сечение цилиндра) 0,9 м/с, что обеспечивало соблюдение условий автомодельности для всего диапазона размеров исследованных фракций.

Загружали агломерат крупностью от 5-0 до 25-15 мм. Для каждой пары исследуемых фракций измеряли перепады давления воздуха в цилиндре и насыпную массу агломерата при расположении мелкой и крупной фракций двумя слоями и при их загрузке в смеси. По насыпной плотности можно было судить о величине порозности при разных условиях загрузки.

Измерения проводили при различном соотношении фракций. Количество фракций 5-0 мм изменяли от 0 до 100% через каждые 10%.

На рис. 14 приведены результаты исследования газопроницаемости слоя при загрузке фракций разного размера в комбинации с фракцией 5-0 мм.

Рис. 14. Изменение перепада давлений (∆Р) и насыпной массы (γ) агломерата при послойной укладке (1) и при загрузке в смеси (2) фракция 5-0 мм с более крупными фракциями а-в (цифры в скобках - мм)

Следует отметить неодинаковый характер зависимости насыпной массы слоя от содержания мелкой фракции. При загрузке слоями (1) изменение получается практически линейным. При загрузке в смеси (2) оно нелинейно. Общая насыпная масса при загрузке обеих фракций в смеси всегда больше, чем при их послойной укладке; следовательно, порозность слоя при смешивании фракций разной крупности уменьшается. Наибольшее различие в величине у по кривым 1 и 2 наблюдалось в серии опытов на рис. 1, в с фракциями 5-0 мм и 25-15 мм, больше всего различавшихся по крупности. При смешивании этих фракций насыпная масса получается на 11-13% большей, чем при послойной загрузке.

Уменьшение порозности при смешивании материалов разной крупности не всегда сопровождается ухудшением газопроницаемости. Судя по кривым ∆Р (рис. 1), смешивание фракции, несмотря на уменьшение порозности, приводит в большинстве случаев к увеличению газопроницаемости слоя, причем весьма значительному. Влияние порозности как таковой в данном случае не является определяющим. Более существенное значение здесь имеет изменение размеров межкусковых каналов, свободных для прохода газа.

Более заметно проявляется влияние порозности при содержании мелочи выше 70%, когда при загрузке в смеси получается худшая газопроницаемость, чем при раздельной.

Таким образом, для материала, содержащего наряду с более крупными фракциями также и мелочь 5-0 мм, загрузка их в смеси обеспечивает более высокую газопроницаемость слоя, чем раздельная загрузка.

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)