автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Анализ газораспределения в шахте доменной печи с целью определения рациональных размеров и конфигурации осевого столба кокса и снижения его расхода

Г|,0 . ОД

! I 1

ПО

'^ЛГ'ИУПОЛЬСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИМ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ОЙЕДИРАН Оменеми Олусола

АНАЛИЗ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ШАХТЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ И КОНФИГУРАЦИИ ОСЕВОГО СТОЛБА КОКСА И СНИЖЕНИЯ ЕГО РАСХОДА

Специальность 05.16.02 — «Металлургия черных металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МАРИУПОЛЬ 1993

МАРИУПОЛЬСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ОЙЕДИРАН Ойейеми Олусола

АНАЛИЗ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ШАХТЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ И Ю1ЮИГУ1-АЦИИ ОСЕВОГО СТОЛБА КЛКА И СНИЖЕНИЯ ЕГО РАСХОДА

Специальность 05.16.02 - "Металлургия черных метялпп"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мариуполь 1993

i'i.Oi)iu выполнена в Мариупольской металлургической инстшуге

Научный руководитель - профессор, догтор технических ндуц ТАРАСОВ В.П.

Официальные оппоненты - профессор, доктор технических наук

ЛОГИНОВ В.И.

кандидат технических наук , доцент НОВОХАТСКИЙ ¿.И.

Вадуцее предприятие' - Цариупольский металлургический комбинат "Азовстадь*

^авшта диссертации состоится fc^fr 1993 г.

в ^_ часов на заседании специализированного совета

(шкфр U-068.03.0I) в Цариупольской кеталдургическои институте по адресу: 341000, г. Царнуполь, пер. Республики, 7.

С диссертацией цокло ознакокиться в библиотеке* Института Авторефзраг разослан " " ^-Apo-CsS*. 1993 г.

Учений секретарь специализированного cot га, профессор, доктор технических . ^ наук Ревтов Н.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЖОТН

Алдальностд^работь^ В настоящее время одним из приоритетных направлений развития народного хозяйства Федеративной республики Нигерии является металлургия черных металлов, осно-зой которой слуянт производство чугуна. Наряду с повышенными требованиями к качеству выплавляемого чугуна, интенсификацией доменного процеоса ставится задача экономии энергетических ресурсов, в том числе дорогостоящего кокса.

Снижению удельного расхода яокса способствует оптимальное газораспределение в пахте доменной печи. В соответствии о современными представлениями наиболее рациональной технологией ведения доменной ллавки считается работа доменной пэчи с осевой высокогазопроницаемой зоной. При этом достигается более полное использование восстановительной способности.доменного газа, снижается расход кокса. Для наиболее полного использования преимуществ этой технологии как в условиях металлургического комбината "Адааокута стил компании" (Нигерия), так и з условиях других стран, где достаточно развито доменное производство, необходимо соблюдать определенный размер осевой зоны с повышенной газопроницаеыостыэ.

В связи с этим актуальными язляатся работы по теоретическому обоснованна конфигурации и размеров этой зоны п по разработке устройств, обеспечивающих возкозность оперативного регулирования. Для решения этой задачи необходимо исследование закономерностей движения газа через слой доменной шихты, з первую очередь, влияния фракционного, состава на пороэность как одну из важнейших характеристик, определяющую газопроницаемость слоя.

Цель работа. Повышение эффективности доме>..юй плавки путем выбора рациональных конфигурации и размеров высокогазопроницаемой осевой зоны с учетом влияния фракционного составл на порозность столба шихтовых материалов.

Научная новизна. Для экспериментального исследования порозности слоя зернистых материалов использовано вакуумиро-вание и определение объема воздуха, заполняющего межкусковые пустоты. Высокая точность предложенного способа позволяет

использовать его при исследовании влияния фракционного состеьи на. нороаьость доменной шихты. Разработан метод расчета пороз-иости доменной шихты, позволяв: й определять ее значение при набит отношениях диаштров мелких и крупных частиц и содерЕа-1шо мелкой фракции от 0 до I. Теоретически обоснован выбор раа» иеров и конфигурации осевой высокогазопроницаемой аош, обеспс-чиващих повышенна еффективности доменной плавии. Наилучапз твхнико-згоноиическиа показатели доменной плавки при обычное качестве пелезорудной шихты достигаются,когда диаштр осевого схолба кокса составляет 0,25-0,40 диаметра кояошика. Впервио осуществлен анализ совместного влияния на производительность домзнной асчи изменения содеркания мзлкю: фракции в сгломарс-то и раэмзров осе. ->Й технологической отдушины. Влияние кавдо-го из этих факторов на производительное!ослабляй^ влияние другого. Показано, что с уменьшением количества мелочи в агяо~ шрате уменьшается минимальный рациональный диаметр осевой -технологической отдушины. Установлено, что для формирования непрерывного осевого столба кокса ого диаметр на должен прервать установленного критического значения, при котором высок слоя шихты, распространяющегося по радиусу колошника, сравнивается с высотой коксового гробня в центре.

' Практическая ценность и реализация результатов даботц. Предложены рекомендации по выбору диаметра и формы осевого столба кокса при загрузке домеьной печи для снижения расхода кокса и увеличения производительности. Разработано новое конусное загрузочное устройство с осевьш технологическим отверстием в большом конусе, обеспечивающее регулирование размзрог центральной отдушины. Предложенные рекомендации по выбору диаметра осевого технологического отверстия б большом конусе кс-пользовани при проектировании новых загрузочных устройств дли металлургического комбината им. Ильича г. Мариуполь и Днепровского металлургического комбината г. Днепродзержинск*

На .защиту вш;рс_ятся_: метод экспериментального определе-н..л порозности слоя зернистых материалов; установленные математические зависимости для расчета порозности доменной шихты; теоретически обоснованные пределы изменения диаметра осевой высокогазопроницаемой зо1ш, обесиечивасщие наилучшие технико-

оштияческиз показатели доменной плавки при различном фракционном составе пихты; установленное условия формирования непрерывного осевого столба кокса в гаахто доменной пзчи; конусное загрузочное устройство с технологическим отверстием в боль-кон понусе, обеспечиваваре регулирование диаметра центрального столба кокса.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуздены на региональной научно-технической конференции (г. Мариуполь, шай 1992 г.), на научных семинарах кафедры металлургии чугуна Мариупольского кзтадлур-гичэского института (1990-1992 г.г.).

Публикация.» Материалы диссертации опубликованы в 4 научных статьях и тезисах докладов, получен один патент по заявке на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, сб^их рекомендаций, выводов и предложений, изложена на 128 страницах машинописного текста и вюнэчает 25 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 101 наименования.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ГЕСТАНОВКА ЗАДАЧ' ИССЛЕДОВАНИЙ

Для осуществления анализа распределения газовых потоков по сечения доненной печи необходимо'предварительное определе- ' низ газодинамических характеристик слоя пихтовых материалов. Важнейшей величиной, определявшей газопроницаемость шихты является порозность. Работы С.С.Фурнаса, Т.Л.Джозефа и Р.Ешара положили основу экспериментального определения морозности слоя зернистого материала. Для доменной шихты экспериментальные исследования зависимости порозности от фракционного состага были проведены В.П.Тарасовым и В.Н.Ковшовым. Большое значение этой величины обусловило разработку множества альтернативных способов ее экспериментального определения. Наилучшие результаты были получены при определении порозности радиоизотопным методом и путем заполнения межкускового пространства водой или воздухом под повышениям давлением. Все эти методы имеют

опродоленниа недостатки, которые снижают точность определения объема гг'стот.. Поэтому представляет большой интерес разработ- , ка новых способов экспериментального определения порозности зернистых материалов, устраняющих недостатки известных методик.

Анализ движения газа через слой доменной шихты требует расчетного определения ее порозности. Известные формулы для расчета порозности в зависимости от фракционного состава доменной шихты обычно применимы для узкого интервала изменения содержания мелкой.фракции и отношения диаметров мелких и крупных частиц. Таким образом, в настоящей время имеется необходимость в разработке метода расчета порозности бинарного слоя зернистых материалов, применимого при любых изменениях факторов, оказывавдих глияние на объем пустот между кусками шихты.

В соответствии с современными представлениями наиболее рациональное радиальное распределение шихты и газов предусматривает относительно высокую подгрузку периферийной и промежуточно!: зон доменной печи и наличие раскрытой центральной зоны. Для наиболее полного использования преимуществ такого распределения шихты необходимо соблюдать определенные размеры осевой аоны, отличащейся повышенной газопроницаемостью. Выводы о рациональных размерах осевой ^тдушины сделаны на основе статистического анализа показателей работы большого числа доменных печей В.И.Логиновым. Вопрос влияния размеров осевой отдушины на. технико-экономические показатели доменной плавки в силу своей важности требует наряду со стааистической оценкой теоретического анализа, основанного на исследовании физико-химических закономерностей доменного процесса.

Работ« доменной печи зависит не только от размеров осевого столба кокса, но и от его формы. Более ровный ход печи и лучшие показатели доменн 1 плав. < достигается при непрерывном коксовом столбе в центре печи. Однако в частоящее время отсутствуют исследования условий формирования такого распределения кокса по высоте в центральной зоне.

Значительное влияние параметров осевой отдушины на показатели работы доменной печи свидетельствует о необходимости загрузочных устройств, обеспечивающих регулирование размеров столба кокса в центре. Один из наиболее перспективных засыпнш: аппаратов с осевым технологическим отверстием в большом конусе, позволяющий подават! часть кокса к оси печи, не имеет таких.

возможностей. Разработка модификации такого устройства, позволяющего регулировать размеры центральной разгруженной зоны, значительно расширит его возможности.

Исходя из выше изложенного, с учетом поставленной цели, основными задачами данной работы являются: разработка нового метода экспериментального определения порозности слоя зернистого материала; математическое описание порозности в зависимости от доли малкой фракции и отношения диаметров мелких и крупных частиц в зернистом слое; теоретическое обоснование и выбор рациональных размеров и формы осевой отдушины; определение критического диаметра осевой отдушины, при превышении которого нарушается непрерывность осевого коксового столба; усовершенствование конусного загрузочного устройства с осевым технологическим отверстием в большом конусе с целью оперативного рзгулкрованпя диаметра осевой высокогазопроницаемой зоны.

ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ВЛИЯНИЯ' • СОДЕРШИЯ МЕЛКИХ ФРАКЦИЙ НА ГОРОЗНОСТЪ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Важнейшей газодинамической характеристикой доменной шихты является порозность. Для исследования влияния фракционного состава на порозность шихтовых материалов разработан новый метод ее определения.

Ногый метод экспериментальных исследований порозности слоя зернистых материалов основан на. определении объема атмо- ■ сфэрного воздуха, заполняющего пустоты.мезду частицами. Способ предусматривает откачивание с помощью насоса и измерение объема воздуха из вануумкамеры, куда помещен сосуд с зернистым материалом, а так яэ измерение температуры и дарения в вакуумо-торе. По этим данным определяется объем камеры, не заполненный материалом. При достижении достаточно глубокого вакуума объем откачиваемого воздуха, измеренный при атмосферном давлении, практически равен объему вакуумкамеры. Возможно так де предварительное достижение разрежения в пространстве, куда помещен зернистый материал, и последующее измерение объема атмосферного воздуха, вновь впускаемого в вакуумкамеру. Ее объем в отсутствие слоя зернистых материалов рассчитывается заранее, или тредварительно определяется таким же образом ктк и при их нали-

чип. Разность этих 'объемов представляет собой объеи частиц

М£ц . но котороцу определяется порозность à-CVtл~Угч~)/Усл где "Уел - объем слоя, и3.

В сравнении с общепринятым способом определения порозности сыпучих материалов, основанном на заполнении пустот мегду кусками падкостью, разработанный метод имеет ряд преи*<уществ. Устраняется отрицательное влияние на точность измерений уплотнения мелких частиц под действием жидкости, цузырьков воздуха, образующихся при заполнении жидкостью пустот, капиллярных явлений.

Порозность слоя, состоящего из различного числа стеклянных шаров длаыетром 20 мм, определенная предложенным методой, сравнивалась с рас .етньши значения^!, определенными по известно^ числу шаров и их диаметру. Разность девду опытными и расчетными значениями не превысила 3 %.

В!""Окая точность измерений позволила перейти к исследо--вашш влияния фракционного состава на порозность доменной шихты. При проведении опытов в качестве шихтовых материалов использовались стеклянные частицы четырех размеров: крупныз 25-50 ioj■ средние 15-25 мм; и мелкие 3-5 мы и 1-3 их, близкие по форма кускам агломерата и кокса. Подбирались следукциз отношения диаметров мелких и крупных частиц (с/т/с/к): 0,05; 0,11; 0,20 и 0,53. Порозность определялась по предложенному методу при сен:; различных значениях содержания мелкой фракции в слоо в интервале сх' 0 до I. Полученные зависимости порозности от содержания мелочи и отношения диаметров мелких и крупных части- ¡пласт V -образнгЧ вид и напоминает параболу. Порозность доменной шихты уменьшается с увеличением содераания мелочи от 0 до 0,5 и возрастает при содержании мелочи больше 0,5. Порозность слоя,'состоящего из частиц одной фракции наибольшая к составляет 0,53 M3/*«3. Наименьшие значения порозности соответствует содержанию мелочи 0,48-0,53. Увеличение отношения dm/dK приводит к увеличении порозности.

З^исимость порозности доменной шихты с.' содержания малке 1 фракции 171 удовлетворительно описывается уравнением

б =^а-тг + ê-m + с ^

где а Iê 1 С - эмпирические коэффициенты.

Для определения значений коэффициентов а. , é и С кривые

зависимости порозности были линеаризованы путем замены у = (£,г- т- т,) , где б» - значение порозности при

произвольно выбранной доле мелочи Л7, . Анализ зависимостей

и от т при различных соотношениях диаметров частиц с/т//„ позволил получить расчетные уравнения для определения эмпири-зеских коэффициентов.

а = - 0,ЗЩ (¿т№к ) + 0,704 (2)

6 г 0,293 (¿„/¿к)- 0,119 (3)

Значение коэффициента С не зависит от с!т/с1к и состав-1яет 0,291. Сопоставление расчетных значений порозности слоя »сменной пихты с экспериментальными значениями показало, что галученные уравнения достаточно точно отражают зависимость по-зозности от гранулометрического состава шихты и М01ут быть ис-юльзованы для газодинамических расчетов доменной плавки. От !звестных уравнений для расчета порозности доменной шихты формулы (1-3) отличаются тем, что охватывают любые изменения со-1аржания мелочи и отношения диаметров мелких и крупных частиц.

ВЫБОР И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ И КОНФИГУРАЦИИ ОСЕВОЙ ШСОШГАЗОПРОНИЦАИЮЙ 30НЫ_

Назначением осевой высокогазопроницаемой зоны доменной :ечи является обеспечение при напряженном проходе газа и тесом его контакте с пихтой по всему радиусу печи относительно вободного движения газового потока в узком пространстве во збежание тугого хода и подвисания. Развитием устойчивого га-ового потока в центре печи обусловлены важные технологичес-нэ преимущества: высокая дренажная способность коксовой на-адки в горне, формирование подвижных шлаков в и°нтре, рацио-альная форма' зоны когезии.

Изменение диаметра осевой отдушины в доменной печи ока-авает существенное влияние на показатели ее работы. С ув<яи-ением диаметра центральной высокогазогтоницаемой зоны возра-гает расход кокса, что обусловлено снижением использования осстановительной способности газа у оси печи, и увеличивает я ее производительность, благодаря большей газопроницаемости ихты и возможности увеличения форсировки.

Технология загрузки доменной печи, предусматривающая по-

дачу части кокса непосредственно в центр колошника, предполагает снижение удельного расхода кокса при неизменной, или бо-леа высокой производительности. Тоэтоцу в качестве максимальных размеров осевой отдушины был принят такой ее диаметр, при котором расход кокса сравнивался с расходом кокса при обычном режиме загрузки. Минимальный диаметр осевой зоны с повышенной газопроницаемостью обеспечивает равный уровень производительности доменной печи при различных режимах загрузки шихты на колошник»

Для определения влияния размеров осевой отдушины на удельный расход кокса осуществлялся анализ изменения радиального распределен ¡я СС^ в колошниковом газе при различных диаметрах центральной высоко азопроницаемой зоны. Сопоставление кривых радиального распределения СО% на колошнике различных доменных печей, работающих с осевой загрузкой кокса: № 9 "Криворожстали", № 6 Новолипецкого комбината и № 3 "Запорожстали" - показало, .что радиальное распределение СО2 может быть описано двумя кривыми: горизонтальной, от стен колошника до промежуточной зоны, и наклонной, от промежуточной зоны до оси печи (рис.1). Изменению диаметра осевой технологической отдушины соответствует перемещение наклонной прямой: уменьшению - в сторону оси печи, увеличению - к стенкам колошника. В качестве границы осевой зоны принималась точка с содержанием 00% в колошниковом газе 12,6 %. Выбор границы осевой зоны осуществлялся на основании опыта заботы доменной печи № 3 Ц "Запорожсталь", оборудованной загрузочным устройством с осевым технологическим отверстием в большом конусе диаметром 2 м. На расстоянии I м от оси почи содержание ^^ в колошниковом газе по усредненным за год результатам его анализа составил 12,6 %. Для определения общего содержания С0£ в колошниковом газе осуществлялся переход от радиуса колошника к долям его площади X = вх)/в к , где $к и Бх - площади колошника и круга с радиусом от оси колошника до рассматриваемой точки. Уравнение искривленной нисходящей ь.,тви зависимости С0£ от доли площади олошника приняло ВИ" (рис.1)

'/ = ГккА+в)-КкА1^Гх7, (4)

?це - радиус колошника ;

А и Б - коэффициенты уравнения наклонной прямой

гшшядь кмошншсп,.ши елО O.f 0,5 0.5 0,1 0,3 i.O

1,0 2,0 3,0 рягнус гироиникп, м

Рис.1. Радиальное распределение CQg в колошниковой газе: I - при обычном рекиме загр!j-ки; 2 - при периодической подаче кокса в центр; 3 - при формировании непрерывного центрального коксового столба; 4-6 - описание радиального распределения СО2 горизонтальной и наклонной прямыми; 7-9 - распределение OOg по равновеликим концентрическим зонам колошники. Диаметр осевой технологической отдушины, отнесенный к диаметру колошника: 4 и 7 - 0; 5 и 8 -0,3; 6 и 9 - 0,68.

aVÜHHM К JUÜME PY ко

Рис.2. Влияние изменения диаметра осевой 'икнологической отдушины на показатели доменной £ плавки: I - удельный расход ; кокса; 2 - производительность ^ доменной печи; 3 - р°сход как-и са при обычном режиме загрузки; « 4 - производительность печи при | обычном реаиме загрузки;

4 5 - допустимые пределы изменения

5 диаметра осевой высокогазопро-

* ницаемой зоны; 8; 17; 26 -содержание фракции 0-5 мм в агломерате, %.

распределения С02 по радиусу печи

Ах 4 5

X - расстояние от стен колошника до рассматриваемой точки.

Общее содержание С02 в колошниковом газе определялось как шощадь фигуры, ограниченной кривой распределения С0~

СО г = С Ом та* • х+ /((I? к А + В у- Я к А /Гх7) с1х' (5)

где СС2 таж - содержание С02, соответствующее горизонтальному участку кривой распределения С02, %. Изменение расхода кокса при различной степени использования восстановительной способности доменного Iдза и соответственно при различном содержании в нем СО^ рассчитывалось по уравнение,

к _ <65,797- ^ГРдд - СОлх) Укг (6)

^ 22,Ц -117,845 Ск

где 002« и С02 - общее содержание С02 в колошниковом газе ^ * гфи различных размерах осевой технологи-

ческой отдушины, % ; 165,797 и 117,1345 - абсолютные значения тепловых эффектов реакций

С02 + С = 2С0 и С + 1/2 02 = СО, ВДж ;

12 - молярная масса углерода, кг/кмоль; 22,4 - молярный объем газа, м3/кмоль; Укг - удельный выход колошникового газа,м3/т чуг.; С к - содержание углерода в коксе, %. Расход кокса определялся при сравнении содержания С02 в колошниковом газе щ(и исследуемом диаметре осевой отдушины и в колошниковом газе доменной печи № 3 "Запорожстали", работающей с диаметром осевой отдушины, равном 0,3. диаметра колошника, и расходом кокса 484 кг/т чугуна, принимаемым в качестве базового. Новое значение расхода кокса определялось путем сложения величины дК с базовым расходом кокса. С увеличением диаметра осевой зоны с высокой газопроницаемостью расход кокса монотонно возрастает (рис.2). При этом минимальный расход кокса 462 кг/т чугуна достигается при диаметре осевой отдушины, равном 0, когда имеет место высокая рудная нагрузка по всему радиусу колошника от стен до оси печи. Подобный вывод справед-

лив при обязательном условии сохранения ровного схода шихт В реальных условиях доменной плавки подгрузка рудной составлявшей всех участков радиуса доменной печи обычно сопровождается тугим ходом и подвисанияш! шихты и способствует формировании периферийных потоков газа. Вследствие этого расход кокса при перегрузке центра возрастает. •

Удельный расход кокса при различных диаметрах осевой отдушины сравнивался с этим показателен работы третьей доменной печи ЦК "Запороясталь" при обычном реаи.че загрузки, приведенным к условиям осевой загрузки кокса. Эта величина составила 510 кг/т чугуна. При подаче части кокса в центральную зону кой расход топлива достигается при диаметре -осевой отдушин?! 0,40 диаметра колотит. При это» в соответствии с расчета!.?: чпрзз 16 % площади колошника яроходэт 28 - 34 % доуэнкого газа. Увеличение диаметра осевой сэдушшш сгсрх 0,4 диаметра колошнг'-а нецелесообразно, поскольку при этом работа печи становится менее экономичной, чем пр>; обычном рехимэ загрузки.

Об изменении производительности доменной печи при рззлнч-ннх размерах осевого коксового столба судили по вопмозной ао форсировке при сохранении благоприятных газодинамических условий з верхней половина шахты. Расчеты пронзво, ¡лись для случаев, когда агломерат содоряит 0. 17 и 25 % мелочи. Пршшалось! что благоприятные газодинамические условия б верхней част:: шахты сохранится, если серхннП перепад давления -1 Р п--:-вышае'х соотг ^тствзнно 20, 25 20 кЛа. 1Соличество газа, прохо-дяцзгэ порез столб пигхты рассчитывалось по радиальншл зона:!. Для обычного рза-ша загрузки рассматривались три равновеликие зоны: периферийная, промежуточна и центральная. Для режимов загрузки, предусиатривавщих подачу части кокса в центр, выделялись две зоны: осевая и зона, содерла:дзя зелезорудкыэ материалы. Исходя из общего содержания мелочи в шихте определялось количество мелких фракций и газодинамические характеристики шихты в радиальных з-нах. Расчет порозности осуществлялся по уравнениям (1-3). По радиальному распределения СО^ в колосниковом газе оценивалось изменение химического состаип колонии кового газа по радиальным зонам.

Скорость газа И в каждой из радиальных зсл определялась уравнением

M - 1/ àP(bd 6* Тс P (7)

» 4>(i-5)fHhTPo '

где Ф - фактор формы частиц, Ф = 0,8 ;

d - среднегарыонический диаметр частиц, м ; V - коэффициент сопротивления, У 1,96 ; J>H - плотность доыонного газа, приведенная к

нормальным условиям, кг/м3; Ч - высота верхней части пахты, ы ; То и Р0 - нормальные температура и давление, °К и Па ; Т и Р - средние значения температуры и давления газа в верхней части шахты, °К; и 11а. По известным скоростям газового потока в радиальных зонах Ui

определялся допустш.шй выход колошникового газа d u

Q= У Uî ■ S i , хде Si - площади радиальных зон, м^.

tel

Исходя из допущения о неизменности количества азота в доменном газе, определялся возможный расход дутья Qg, , связанный с производительностью доменной печи Т простым соотношением

Т = 1,09 Qj. , полученным на основании статистической обработки показателей работы доменной печи № 3 "Запорожстали" за 1986-1990 г.

С увеличением диаметра осевой отдушины производительность доменной печи возрастает (рис.2), что обусловлено увеличением газопроницаемости столба шихты. Уменьшение содержания мелкой фракции в рудных материалах ослабляет влияние размеров осевого столба кокса на производство чугуна. В свою очередь, по мере увеличения диаметра центральной высовогазопроницаемой зоны ослабляется влияние на производительность печи фракционного состава агломерата.

Сопоставление удельной производительности доменной печи при различных диаметрах осевой разрыхленной зоны с этим же показателем при обычлых режимах загрузки показал, что минимально допустимые размеры осевой технологической отдушины составляют: О,21 диаметра колошника при содержании мелочи в агломерате 8 %, 0,25 диаметра колошника при 17 % мелочи в агломерате, 0,27 диаметра колошника при 25 % мелочи (рис.2); При этом через 4,41, 6,85 и 7,29 % площади колошника, проходит соответственно.8, 13 и 17 % объема газа.

Зависимость инициального диаметра отдушины V , отне- энного к диаметру колошника, от содержания фракции - 5 мы в агломерате может быть определена соотношением

К = .-0,000114 9*+ 0,0073 £ +0,159. (&)

11ри таких размерах осевой отдушины уровень производительности печи становится равным ее производительности при обычном режиме загрузки. При меньшем диаметре центрального коксового столба производительность доменной нечи значительно уступает производству чугуна при обычном режк.ле загрузки. Выделенные допустимые пределы изменения диаметра осевой отдушины учитывались прл проектировании новых загрузочных устройств.

Для обеспечения устойчивого осевого газового потока важным условием является формирование непрерывного столба кокса в центре печи. При ссыпании небольшого количества кокса на некотором расстоянии от оси печи формируется кольцевой гребень. По мере увеличения диаметра этого гребня при неизменном количестве кокса его высота уменьшается. При превышении критического значения диаметра осевой отдушины высота кольцевого гребня кокса вокруг оси печи становится меньше толщины слоя шихты, содержащего рудный материал, распространяющего я от стен колошника к центру. Непрерывность центрального столба кокса нарушается из-за пересыпания рудной составляющей через кольцевой коксовый гребень. В результате тригонометрического анализа радиального распределения шихты т колошнике получено уравнение, позволяющее в зависимости от массы подаваемого в центр печи кокса и объема основной части подачи определясь критический диаметр осевой отдушины, превышение которого нецелесообразно из-за нарушения неразрывности столба кокса. Проведен расчет критического диаметра осевой отдушины для доменной печи полезным объемом 1513 м3, оборудованной загрузочным устройством с осевым технологическим отверстием диаметром 2 м в большом конусе, объемом шихты в 1 лсконусноы пространстве 24 м3, что соответствует ^¿ловиям металлургического комбината "Запорожсталь". Для обеспечения неразрывности столба кокса при диаметре отдушины 2 м масса пересыпающегося в центральное отверстие кокса должна превышать 340 кг.

Результаты проведенных исследований подтверждают целесо-эбразность разработки загрузочного устройства с осевым техиоло-

гическим отверстием в большом конусе, обеспечивающим регулирование диаметра осевой отдушины. Устройство содержит большой конус, подвешешшй на полой штанге с помощью тяг. Осевое технологическое отверстие ограничена цилиндрической обечайкой. На внутренней поверхности большого конуса под осевым технологическим отверстием шарнирно закреплены плиты. Движение плит осу-щоствляется с помочью толкателя, выполненного б виде цилиндра, соединенного тягами со штангой, проходящей внутри полой штанги. Регулирование диаметра осевой отдушины осуществляется за счет изменения угла наклона поворотных плит. Для уменьшения размеров центрального .соксового столба толкатель поднимается и угол наклона плит к горизонту уменьшается. При необходимости плиты могут занимать горизонтальное положение и закрывать осевое технологическое отверстие в большом конусе. При этом загрузочное у^трййство работает в режиме типового.Толкатель может использоваться как зонд для определения уровня засыпи в центре колошника.

СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ОТРАБОТКИ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ ЗАГРУЗКИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ С ПЕРИОДИЧЕСКОЙ И НЕПРЕРЫВНОЙ ГОДАЧЕЙ ЧАСТИ ЮКСА НЕГОСРВДСТВЕНЮ В ЦЕНТР ШЛОШНИКА

На доменных печах № 2-4 металлургического комбината "За-порожсталь" установлены новые загрузочные устройства, оборудованные осевым технологическим отверстием в большом конусе и •обеспечивающие подачу части кокса непосредственно в центр колошника. Возможны два режима загрузки кокса в осевую зону: периодическая и непрерывная. Периодическая подача кокса в центр колошника осуществляется, если объем шихты в подаче недостаточен для заполнения пространства между большим конусом и чашей до верхней кромки обечайки. При применении обычных четырех-скиповых подач кокс в центр не пересыпается. Для подачи кокса в осевую зону в циале применяются пяти или шестискиповые подачи: /ААКК { - 4 ГААКК 1-3

\KAAAKKI-I < КААИК 4-1

[каак* - i ,

где И - известковый сборный скип, содержаюий известняк, метал-лодобавки и рудгс.з материалы. Последний скип или полтора-два скипа кокса из шестискиповой подачи пересыпается в осевое технологическое отверстие. В результате в центре печи формируются

отдельные коксовые линзы. Такой рении загрузки не обеспечи. ает формирование развитого газового потока в центре, но исклвчает перегрузку центра рудными материалами при использовании экономичных подач с увеличенной рудной колоиэй. Переход от обычных рзшпюп загрузки доиэнной печи I? 3' "Запорожстали" к период!*-чзской подаче части кокса в центр позволил улучшить радиаяьноз распределение СО^ на колосника (рис.1), увеличить степень использования восстановительной способности газа с 0,417 до 0,422 а снизить расход кокса на 20 кг, г чугуна. Однако при этом чаем иаблацали тугой ход печи, неустойчивость радиального газораспределения, нэравнонэрноэ окру-ное распрздэхвкко газового потоса.

Пзрзход и нзпргфывко?! подача кокса г. осязуо зону бия осу-са-ствяон за счв* сокрацения выпоры обечайки. При ©той гсккяошо материалы каздой четырехскиповой подачи достигали верхнего ирг,:I абачайии и часть кокса из последнего еккпа пересыпалась я цаи^р. При ото** у оса формировался непрерывный столб кокса. Такой г,:ы загрузки обеспечиввл разгрузку осевой зона и рациональнее радиальное газораспределение (рис.1). Ход пзчн стал более устой-«зим, округлое раепрэделеш'э более ровш'.:}. Пэрзход к непрерывной подачэ кокса в центр позволил увеличить степень использования восстановительной способности газа до ,«?26 и дополнительно снизить расход кокса и» 6 кг/т чугуна.

ОСНОЕНЫЕ КЙЮДО И РЕГО!Ш1ЩС1

1. Определенна порозности зернистого материала в лабораторных условиях с высокой точностьп целесообрязно осуществлять путем вакуумировапия слоя и измерения объема откачиваемого воздуха, заполняпцего пустоты нгвду частицам:! с учетом его давления и тешзратуры. Позеденко воздух? при этом описывается законами идеального газа. Погрешность определения порозяоетн этим мэтодом не превышает 5 %.

2. В соответствии с результатами определения вакуумирова-нием порозности слоя стеклянных частшд, по форнз точно поето-ряпщих кусочки кокса и аглоиерата, с увеличением доли мелочи до 0,5 объем пустот в слое уменьшается, а свила 0,5 возрастаем. Максимальная порозкость слоя составляет 0,53 ия/м3 и соответствует монофракционному слою. С увеличением отношения диаметров мелких и крупных частиц порозность доленной шихты возрастаем,

3. Зависимость порозности доменной пихты от доли мелочи

>

достаточно точно описывается уравнением Ь =Уат2+ ¿т + С , предварительно преобразуясь в линейную зависимость комплекса (и-6*)/Ст-т,)от содержания мелкой фракции гл . В результате описания получено уравнение, позволяющее определять пороэ-ность доменной шиты при различном содержании в слое доли мелочи и отношении диаметров мелких и крупных частиц.

4. Формирование осевой технологической отдушины позволяет достичь относительно свободного прохода газа через небольшую поверхнг1ть материалов у оси печи и обеспечить возможность под-грузки рудными материалами периферийной и промежуточной зоны

и высокую степень использования восстановительной способности газа практически по всему радиусу печи при сохранении ровного схода шихты. Подача кокса в центр способствует так же активизации работы центральной части горна и формированию прогретых подвижных шлаков.

5. Изменение диаметра осевой высокогазопроницаемой зоны в доменной печи оказывает существенное влияние на показатели ее работы. С увеличением диаметра осевой отдушины возрастает расход кокса, что обусловлено снижением использования восстановительной энергии газа у оси печи, и увеличивается ее производительность, благодаря большей газопроницаемости шихты и возможности увеличен^" форсировки. Уменьшение содержания мелких фракций в агломерате ослабляет влияние осевой технологической отдушины па производительность доменной печи.

6. Наилучшие технико-экономические показатели доменной плавк». достигаются: если содержание мелочи в агломерате 8 % при диаметре осевого столба кокса 0,21-0,40 диаметра колошника, если содержание мелочи 17 % - при диаметре 0,25-0,40 диаметра колошника и при диаметре 0,27-0,40 диаметра колошника, если содержание мелочи 25 %. Указанные пределы допустимого изменения диаметра осевой высокогазопроницаемой зоны применимы как для доменных печей, оборудованных бесконусными загрузочными устройствами, так и для печей с засыпным аппаратом с осевым технологическим отверстием в большом конусе.

7. При необходимости увеличения производительности печей диаметр осевой отдушины должен приближаться к 0,40 диаметра колошника. Для достижения экономии кокса необходимо уменьшение размеров центральной высокогазопроницаемой зоны, В настоящее время, когда именно удельный расход кокса является наиболее

< ♦

важным фактором, размер осевой отдушины должен быть минимальным и составлять от 0,21 до 0,33 диаметра колошника.

8. Во избежание пересыпания железорудного материала к оси печи диаметр кольцевого гребня кокса в центре колошника не дол -кен превышать критического значений, при которой высота слоя, распространявшегося по радиусу материала сравнивается с высотой коксового грэбня.

9. Загрузочное устройство догэнной печи с осевым технологическим отверстием в большом конусе, позволяющее снизить удельный расход кокса на 20-26 кг/т гугуна за счет повышения степени использования восстановительной способности газа, может работать в, двух резинах: с периодической и непрерывной загрузкой части кокса в центр колошника. Более рациональным является ро-жии непрерывной загрузки кокса в центр. При переходе к нецу периодической подачи кокса в осевую зону наблядается более ровный схол шихты, повышение степени использования восстановительной способности газа и дополнительное снижение расхода кокса на 6 кг/т чугуна.

10. Дяя максимального использования преимуществ технологии доменной плавки с осевой загрузкой кокса необходимо иметь возможность регулирования диаметра осевого тех. ологичоского отверстия в большом конусе. Такая возмояность реализуется за счет установки поворотных плит на внутренней поверхности большого конуса непосредственно под осевым технологическим отверстием л приведением их в движение с помощью цилиндрического толкателя.

ОСНОВШЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОДОБЛШЮВАНО В ИЩУЩИХ РАБОТАХ

1. Определение рациональных размеров центральной высокогазопроницаемой зоны шихты на основе анализа работы доменной печи J? 3 комбината "Запороксталь" / В.П.Тарасов, О.О.Сйедиран, А.А.Томаш и др. // Сталь.- 1992. № 5. C.I8-2I.

2. Тарасов В.П., Ойедиран 0.0., Томаш A.A. Математическое описание зависимости иорозностн доменной шихты от содержания мелкой фракции // Известии цУЗов. Черная металлургия.-1991.- № 5. С.107.

»

3. Тарасов В.П., Ойедиран 0.0., Томаш A.A. Новый способ экспериментального определения порозности слоя зернистых материалов // Тезисы докладов региональной научно-технической конференции. T.I. "Металлургия".- Мариуполь. 1992. С.б.

4. Тарасов В.П., Ойедиран 0.0., Томаш A.A. К вопросу определения конфигурации и размеров центральной зоны колошника с фиксированной загрузкой кокса // Тезисы докладов региональной научно-технической конференции. T.I. "Металлургия".-Мяриупог . 1992. С.6.

5. Патент по заявке » 5036780, МКИ С 21 В 7/20. Засыпной аппарат доменной печи / Тарасов В.П., Ойедиран 0.0., Томап A.A., пяпвл. 09.04.92.

|'"1П П ii«»aii,#.0V.9$l>ci>4 4 60x-8J7i«. Бумага отЯС/ЫЧЛ га^. Офсетная n<4aik. У 1. «"1 л. 4M Ч> "">• 4ЛЧ . Уч.-изл. л. 4ß . Тираж 420 па.

или), мпшо, Мариуполь, пер.Республики, 7