10. Распределение шихтовых материалов на колошнике

Наиболее рациональное распределение шихтовых материалов при их загрузке в печь обеспечивает максимальную производительность и наилучшее использование объема печи при минимальном расходе кокса.

Поэтому установление правильной системы загрузки шихты и ее распределение на колошнике является одной из главных задач доменщика. Чем больше вдувается в печь воздуха, тем больше ее производительность. В то же время чем лучше распределяются шихтовые материалы на колошнике, тем больше можно вдувать в доменную печь воздуха, т. е. форсировать работу печи.

На распределение шихтовых материалов могут влиять многие факторы, главные из них следующие: ситовый состав кокса и агломерата (руды), угол естественного откоса материалов, количество дутья, очередность загрузки агломерата (руды) и кокса, высота уровня шихты в печи, при котором загружаются очередные порции шихты, величина опускаемой в печь порции, угол наклона большого конуса, величина кольцевого зазора между большим конусом и колошником.

При опускании большого конуса шихтовые материалы сползают с него, а затем падают с определенной скоростью. Чем больше куски, тем большую скорость они будут иметь и упадут дальше от конуса, а мелкие - ближе. Большие куски будут откатываться от стен колошника на большее расстояние, а меньшие будут располагаться на меньшем расстоянии от стен колошника, образуя гребень и воронку из материалов на колошнике.

Для распределения шихтовых материалов большое значение имеет угол их естественного откоса. Значения этого угла для некоторых матералов приведены в табл. 15.

Таблица 15

Высота гребня и расстояния его от стен колошника, а также расположение крупных кусков по сечению колошника имеют существенное значение для нормального распределения газового потока. Чем больше мелочи в шихте, тем больше угол откоса, тем больше высота гребня и тем плотнее кольцо из мелких шихтовых материалов. Следовательно, в этом месте сопротивление для прохода газов будет наибольшим. Это положение относится ко всем случаям работы засыпного аппарата.

На расположение гребня влияют размеры колошника и большого конуса (их диаметры). На рис. 83 показана схема расположения гребня в зависимости от величины зазора между кромкой большого конуса и стенкой колошника. Как видно из рисунка, с уменьшением зазора у стенок колошника больше скапливается мелочи, и наоборот. Чрезмерно малый или большой зазор не способствует нормальному распределению шихты на колошнике. Величина зазора не зависит от объема печи, а обусловливается только размерами большого конуса и колошника. Его размеры выбирают в зависимости от содержания мелких фракций в шихте. Нормальный зазор на хорошо работающих печах составляет 750 - 900 мм.

Рис. 83. Зависимость расположения гребня от величины зазора между кромкой большого конуса и стенкой колошника

Немалое значение для распределения материалов имеет характер работы большого конуса. Чем больше ход конуса, т. е. величина опускания, и чем быстрее он опускается, тем больше возможность попадания крупных кусков к стенкам колошника. При большом высове кромки большого конуса за нижнюю кромку чаши шихта дольше сползает, что делает траекторию падения более пологой. Куски вместе с мелочью падают ближе к стенкам колошника. В этом случае крупные куски откатываются, а гребень с мелочью остается у стен колошника.

Важным фактором, влияющим на расположение гребня, является уровень засыпи, под которым понимают расстояние между нижней кромкой большого конуса в опущенном положении и поверхностью шихтовых материалов в печи. С повышением уровня гребень отдаляется от стенки колошника (рис. 84).

Рис. 84. Расположение гребня в зависимости от уровня засыпи

Как видно из схемы, при нижнем уровне h₁ гребня нет и мелочь расположена у самой стенки; второй - средний уровень h₂ - уже дает возможность некоторым кускам шихты оставаться между гребнем и стенкой; третий уровень h₃ - самый высокий - создает небольшой откат крупных кусков к стенке.

Уровень засыпи обычно устанавливают опытным путем и его величину утверждает руководитель цеха.

Порция кокса, загружаемого в печь, называется коксовой подачей (колошей), а скип с коксом обозначают буквой "К"; порция агломерата (руды) - рудной подачей и обозначается буквой "А" или "Р".

Флюсы обозначают буквой "И" (лишь в случае подачи их отдельным скипом). Пользуясь этими обозначениями, можно записать количество скипов того или другого материала, загружаемого за одну подачу в печь. Например, КРРИК обозначает, что подача состоит из двух скипов кокса, двух скипов рудной части и одного скипа флюса. Порядок записи подачи соответствует порядку загрузки материалов на большой конус. Опускание подачи в колошниковое пространство обозначается стрелкой (↓)

Размер подачи определяется массой руды или кокса. Может быть подача большой, средней или малой величины с разным количеством скипов в ней. Количество скипов зависит от величины подачи и степени их заполнения. Например, подача, содержащая 5 т кокса, обычно состоит из двух скипов кокса и двух скипов руды. Чем больше размер подачи, тем большая площадь сечения колошника перекрывается рудной ее частью.

Чем меньше величина подачи, тем уже кольцо, состоящее из руды; при этом она ближе располагается к стенкам колошника. Это относится и к мелкому агломерату, к мелкой железной руде. При нормальной крупности агломерата, в котором преобладает кусковатая фракция, четко выраженного гребня может не быть даже при малой подаче. Величину подачи, как правило, меняют редко и лишь в том случае, если изменились условия плавки.

Изменить распределение материалов можно не только изменением величины подачи, но и очередностью подачи кокса и агломерата на большой конус, что называется системой загрузки. Возможны следующие системы загрузки.

Рис. 85. Принципиальная схема распределения материалов на колошнике: а - при подаче рудой вперед (нормальная); б - при подаче коксом вперед (опрокинутая)

Прямая (нормальная) - все скипы подачи загружают на большой конус; внизу располагается вся рудная часть, а сверху - коксовая PPKKK↓ (пятискиповая подача). При опускании такой подачи руда располагается ближе к стенкам колошника (периферии);

опрокинутая, или обратная, - все скипы подачи загружают на большой конус; внизу располагается кокс, а сверху - руда KKKPP↓. Руда отдаляется от периферии (рис. 85);

слоеная, или комбинированная, - крайние скипы грузят коксом или рудой PKKKP↓ или KPPKK↓ возможна также KKPPK↓;

с опусканием отдельных полуподач руды или кокса следом KKK↓ РР_след или РР↓ ККК↓_след. В первом случае руда незначительно отдаляется от периферии, во втором - приближается к периферии;

расщепленная - расщепление скипов PKK↓ РК↓ (прямые полуподачи), ККР↓ КР↓ (обратные полуподачи). В первом случае руда приближается к периферии, во втором - отдаляется;

раздельная - опускается отдельно руда и кокс PP↓KKK↓.

Особенностью доменной печи является то, что поток газов стремится двигаться у стенок, так как высов фурм внутрь печи чрезвычайно мал, газоотводы также расположены по периферии печи, а живая сила воздуха расходуется на расстоянии 1 - 1,5 м. Однако если сечение печи по периферии загрузить менее газопроницаемым материалом, например мелкой шихтой, а центральную часть - кусковым материалом, поток газа можно направить ближе к осевой части печи.

Потоки газов в печи могут быть различными. Если газ в основном движется у стен печи, то такой поток называют периферийным, центральным - при проходе главным образом в осевой части и канальным - при движении по образовавшимся в столбе шихты каналам. При загрузке печи стремятся обеспечить равномерное распределение газов по всему сечению, что обусловливает равномерное опускание шихтовых материалов и лучшую обработку их газами.

Резкое усиление или сокращение газового потока в центре или на периферии всегда сопровождается ухудшением работы печи. Эти особенности в распределении газового потока зависят в основном от распределения материалов на колошнике и определяют показатели плавки.

Распределение газового потока становится в любом случае более равномерным с увеличением газопроницаемости шихты, которая зависит от качества агломерата (руды) и кокса. Однако идеально равномерного распределения получить в существующих условиях нельзя. Распределение материалов пока что остается в какой-то степени неравномерным и по высоте и по сечению печи.

Система загрузки всегда связана с величиной подачи. При одной и той же подаче можно получить различное распределение шихтовых материалов, изменив систему загрузки, и наоборот. Так, например, периферийный поток газа развивается при использовании опрокинутых подач большого размера. Причем при переходе от меньшего размера подачи к большей в случае опрокинутой подачи периферийный поток развивается сильней, чем при переходе от большей подачи к меньшей. Однако применение подач большого размера для развития периферийного хода не всегда может привести к желаемым результатам.

Загрузка периферии увеличивается при уменьшении величины подачи в большей мере в случае использования прямой совместной подачи.

Таблица 16

Для частичного разрыхления периферии коксом может быть применена расщепленная подача, при которой первая полуподача опускается как нормальная, а вторая как опрокинутая. Шихту одной расщепленной подачи можно опустить в печь в виде малой и большой подач.

Основным порядком загрузки считается все же раздельная подача, когда кокс и руда опускаются раздельно, т. е. Р↓ К↓. Такая система загрузки при хорошем качестве агломерата и кокса применяется часто. Она создает нормально развитый периферийный поток газа.

Часто используют цикличную загрузку. Цикличность загрузки представляет собой чередование подач с различными системами загрузки или шихты разной кусковатости.

В табл. 16 приведены данные о работе доменной печи с применением цикличной загрузки. Из таблицы видно, что с увеличением количества подач даже с одним коксом вперед расход его на 1 т чугуна увеличивается.

Может быть установлена цикличность из комбинированных подач. Применение цикличной загрузки часто дает весьма положительные результаты, так как переменная загрузка и разгрузка периферийного кольца создают извилистый путь газа, что увеличивает время его пребывания в печи, а значит, газ лучше используется.

При выгрузке из скипов на малый конус засыпного аппарата материал ложится под углом (рис. 86). На стороне, противоположной скиповому подъемнику, материала будет всегда больше. Кроме этого, ось движения каждого скипа смещена от оси штанг конусов, и поэтому материал при падении из скипа образует гребень, который смещается по отношению к оси засыпного аппарата на 20 - 25°.

Рис. 86. Примерное распределение материалов в воронке распределителя шихты после выгрузки скипа

Для равномерного размещения гребня, образующегося в воронке малого конуса по окружности колошника, служит вращающийся распределитель шихты, конструкция которого рассмотрена в гл. IV.

На доменных печах принята схема работы распределителя шихты на шесть станций вращения - 0 (т. е. без вращения), 60, 120, 180, 240 и 300° и на восемь станций - 0, 45, 90, 145° и т. д. Угол поворота изменяется после набора всей подачи. При наборе подачи все скипы поворачиваются на один и тот же угол.

Распределители современных доменных печей позволяют осуществить вращение через 15° на любой угол после каждой подачи или отдельного скипа. С помощью вращающегося распределителя борются с односторонним и канальным ходом путем перемещения гребня на место, где образуется "канал".

Высота гребня в воронке малого конуса зависит от угла наклона скипа при его разгрузке (крайнее положение при разгрузке). Чем меньше угол наклона скипа, тем выше гребень материалов в цилиндрической воронке, и наоборот. При этом имеет значение также и степень заполнения цилиндрической воронки распределителя. Чем больше заполнен скип, тем больше заполняется воронка и тем меньше гребень.

Распределитель шихты, перемещая гребень, создает как бы винтовую загрузку, состоящую из отдельных подач, что облегчает получение более равномерного распределения материалов. Если при загрузке печи не вращать распределитель шихты, то это приведет к одностороннему, ненормальному распределению материалов.

Перечислить все причины, мешающие нормальному распределению материалов, невозможно. Основными, встречающимися на практике являются следующие: искажение профиля печи в результате разгара или его заростания (образования гарниссажа, настылей); продувы газа в месте стыка чаши и большого конуса; выпадание или вспучивание металлических сегментов защитного устройства стен колошника; расцентровка большого конуса и т. д. Для устранения перечисленных причин необходимо останавливать печь на ремонт.

Распределение материалов на колошнике контролируют по составу и температуре газа в радиальном направлении. Так, например, при прямой системе загрузки, малой величине коксовой колоши и пониженном уровне засыпи содержание углекислоты будет наибольшим у стен печи. Это свидетельствует о перегрузке периферийной зоны рудной частью. Для отбора проб газа по радиусу (на содержание СО₂) доменные печи оборудуют специальными устройствами.

Топливная система запчасти для болгарских погрузчиков подробное описание.