Влияние наклона поверхности засыпи на распределение рудных нагрузок по радиусу колошника

В засыпном устройстве типовой конструкции материалы на колошник печи засыпаются с конуса. Шихта после конуса движется по параболам, конфигурация которых зависит от начальной скорости шихты, угла наклона поверхности конуса и чаши, величины зазора между нижней кромкой конуса и защитными плитами колошника, уровня засыпи и т.д.

Известно, что при увеличении высоты падения материалов в печи на периферию попадает больше мелких частиц и газопроницаемость в ней уменьшается. Однако при этом не дано математического описания зависимости распределения рудной части по радиальным зонам колошника от уровня засыпи шихтовых материалов и других параметров загрузки шихты. Это в значительной степени затрудняет управление газовым потоком в печи, так как трудно определить необходимую очередность загрузки и количество подач, загружаемых по измененной программе.

На моделях засыпного аппарата типовой конструкции разных масштабов исследовали изменение рудной части по радиальным зонам в зависимости от уровня засыпи. Шихтовые материалы загружали с уровня 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 и 2,5 м (натура) от кромки нижнего конуса в опущенном положении. Угол наклона поверхности засыпи перед опусканием очередной подачи поддерживали постоянным (24°). Средняя рудная нагрузка изменялась в пределах 3,6-3,8 т/т кокса.

При загрузке прямыми подачами с увеличением высоты падения шихты рудные нагрузки в периферийной зоне возрастали на 10-12 % на каждые 0,5 м увеличения уровня засыпи. При этом большее изменение рудной составляющей происходило во время понижения уровня засыпи от 0,5 до 1,0-1,5 м (11-12 %). Если высоту падения шихты увеличивали с 2,0 до 2,5 м, то рудная нагрузка увеличивалась соответственно на 9,8-10,0 %. Соотношение агломерат-кокс в центральной зоне с увеличением уровня засыпи снижалось, примерно, на ту же величину, на которую оно возрастало на периферии. В промежуточной зоне указанное соотношение во время загрузки шихты с различного уровня засыпи (от 0,5 до 2,5 м) оставалось примерно одинаковым.

С достаточной точностью и большой степенью достоверности зависимость рудных нагрузок от уровня засыпи в периферийной (N_п) и центральной (N_ц) зонах можно описать уравнениями первого порядка.

Коэффициенты a и b линейной функции y = a x + b определяли способом средней системы, т.е.

(1.40)

где m – число произвольно выбранных наблюдений в первой группе (равное числу наблюдений во второй группе при четном n); n – общее число наблюдений; x, y – соответствующие аргумент и функция линейной функциональной зависимости.

Кроме рассмотренной функциональной зависимости N = f (h _з), рудная часть в радиальных зонах зависит и от глубины воронки поверхности засыпи перед опусканием очередной подачи.

Тогда зависимость рудных нагрузок от угла наклона поверхности засыпи (20-32°) и от уровня засыпи (0,5-3,0 м) составит:

; (1.41)

. (1.42)

При загрузке шихты обратными подачами рудная часть в периферийной и центральной зонах печи имела также линейную функциональную зависимость от уровня и угла наклона поверхности засыпи:

; (1.43)

. (1.44)

Следовательно, по формулам (1.41), (1.42), и (1.43), (1.44) можно определить величину рудной составляющей для периферии и центра печи в зависимости от уровня засыпи и наклона ее поверхности во время загрузки шихты прямыми и обратными подачами. Кроме рассмотренных систем загрузки применяют широко и загрузку шихты одним коксом вперед. Независимо от угла наклона поверхности засыпи шихты на колошнике доменной печи, количество рудной составляющей подачи в промежуточной зоне при загрузке одним коксом вперед не меняется и на 12-14 % выше суммарной рудной нагрузки. В периферийной и центральной зонах изменение рудной части в зависимости от глубины воронки шихты на колошнике также незначительно. Исследования показали, что рудные нагрузки незначительно меняются и в зависимости от уровня засыпи (1,0 т/т кокса на периферии при h _з = 1 м и 1,5 т/т кокса при h _з = 2 м)

Во всех этих случаях функциональная зависимость величины рудной части шихты от уровня и наклона поверхности засыпи носит линейный характер. Математическое описание указанной функциональной зависимости, после определения коэффициентов из уравнения (1.40) для подач одним коксом вперед, сводится к уравнениям:

; (1.45)

. (1.46)

Эти формулы для определения рудных нагрузок в радиальных зонах колошника пригодны при загрузке одним коксом вперед во всех диапазонах уровня и наклона поверхности засыпи материалов (a = 20-32°; h _з = 0,5-3,0 м). Коэффициент корреляции при этом высок 0,95-0,98, а степень достоверности составила 0,98-0,99. При изменении очередности загрузки агломерата и кокса, а также при изменениях уровня засыпи, для регулирования газопроницаемости столба доменной шихты по ее вертикальным сечениям можно пользоваться уравнениями (1.41) – (1.46).

Таким образом, исследования влияния величины уровня и наклона поверхности зсыпи на распределение рудных нагрузок в радиальных зонах колошника показали, что прямые подачи увеличивают рудную часть на периферии, а обратные подачи в периферийной зоне и особенно у стен печи ее значительно уменьшают. При этом необходимо учитывать, что при уровне засыпи 2,5 м и наклоне поверхности шихты в 32° обратными подачами нельзя увеличивать периферийный поток газов. При загрузке в этом случае шихты прямыми подачами рудные нагрузки в периферийной зоне составят 2,7 т/т кокса, что также недостаточно для быстрого снижения газового потока.

При загрузке подач одним коксом вперед при любых уровнях и наклоне поверхности засыпи величина рудной части в радиальных зонах достаточно постоянна. Это во многом определяет использование указанной очередности в загрузке агломерата и кокса для управления газовым потоком по радиусу печи.

Известно, что в любом случае загрузки подач одним коксом вперед увеличивается периферийный ход газов, а в центральной зоне он может при этом уменьшаться или оставаться на прежнем уровне в зависимости от количества мелочи в рудной части шихты. В отличие от загрузки обратными подачами уменьшение рудной части шихты на периферии происходит менее заметно. Кроме того, меньшее количество агломерата попадает в осевую зону печи и этим широко пользуются для стабилизации ее хода.

Исходя из теории и практики распределения шихтовых материалов и газов по радиусу печи при загрузке ее типовым загрузочным устройством можно констатировать:

1. Характер ссыпания шихты с нижнего конуса на колошник печи происходит в определенной последовательности, влияющей на траекторию падения материалов и их распределение по радиусу печи.

2. При увеличении уровня засыпи гребень материалов ложится ближе к стенкам колошника и снижается периферийный поток газов. Наоборот, подъем уровня засыпи по направлению к кромке нижнего конуса увеличивает расстояние гребня шихты от стенок колошника и способствует увеличению периферийного потока газов.

3. С увеличенном массы подачи увеличивается поток газов в периферийной зоне. Если массу подачи уменьшить, то одновременно снижается периферийный поток газов и увеличивается их ход в центре печи.

4. При смешанной загрузке агломерата и кокса с нижнего конуса на колошник печи (А₂К₂↓, К₂А₂↓, КА₂К↓, АКАК↓ КАКА↓ АК₂А↓) порозность слоя возрастает, а коэффициент сопротивления снижается по сравнению с равномерным их распределением в радиальном направлении.

5. Наиболее газопроницаемым является слой агломерата и кокса, загруженный системой коксом вперед (К₂А₂↓, КА₂К↓). Наиболее плотным слоем является слой из агломерата и кокса загруженных системой АКАК↓. С увеличением объемной доли мелочи в шихте указанное различие в газопроницаемости слоя возрастает.

6. Сказанное выше справедливо для загрузки в условиях, когда угол наклона поверхности засыпи (α₃) на колошнике не превышает 30-32⁰. Если α₃ > 30-32⁰, то прямые подачи не уменьшают поток газов на периферии, а наоборот увеличивают. Это относится и к подачам коксом вперед, которые при α₃ > 32⁰ снижают ход газов на периферии и увеличивают в осевой зоне.

7. В реальных условиях доменной плавки послойная загрузка агломерата и кокса, как правило, не увеличивает газопроницаемость слоя. Если учесть, что при послойной загрузке материалов затруднена регулировка ходом печей изменением их очередности, то смешанные способы загрузки предпочтительней.

8. Наши исследования позволяют определять распределение шихтовых материалов и газовых потоков по радиусу печи (см. Приложение 1.2).