Загрузки шихты типовым ВРШ

Конструктивные предложения по изменению ВРШ типовой конструкции в основном сводились к совершенствованию уплотнения вокруг вращающейся воронки и получению более равномерного распределения шихтовых материалов по окружности печи [1,3,8,15,14 и др.].

За более, чем столетнее использование ВРШ типовой конструкции существовали различные конструкции водяных затворов, которые обеспечивали надежное газозапирание вокруг вращающейся воронки. С переходом на работу с повышенным давлением газа на колошнике появились конструкции в которых разделили вращение и газозапирание [8]. Малый конус с чашей выполнялись стационарными, а над ними вращались воронки без уплотнения разных конструкций.

На рис.2.4 показаны схемы распределителей А.А. Дуткевича (а)[1], А.С. Аюкова (б)[2], Н.С. Щиренко (в)[3] и Ж. Маркела (г)[4]. Распределитель Дуткевича (Рис.2.4,а) состоит из приемной воронки 1, вращающейся воронки, которая имеет коническую верхнюю часть 2, 3, приводную шестерню 4 и стационарную опору 5, нижняя часть которой выполнена конической 6. Нижняя часть вращающейся воронки является верхним газовым затвором. При подъеме вверх она плотно закрывает газовый затвор 9 по коническим поверхностям 6 и 8. Нижний конус 11 с чашей 10 выполняют функции второго газового затвора и распределителя материалов по радиусу доменной печи.

В распределителе шихты (РШ) А.С.Аюкова рис.2.4, б под приемной воронкой 1 установлен отражатель 2. Вращающийся лоток-желоб 4 имеет приводную шестерню 3 и является только распределителем шихты. Верхний газовый затвор выполняет малый конус 6, который запирает стационарную воронку 5.

Разделение функций распределителя шихты и газового затвора за разными конструктивными элементами в РШ А.С.Аюкова является положительным, по сравнению с РШ А.А.Дуткевича.

Быстровращающаяся воронка Н.С.Щиренко, Рис.2.4,в, состоит из приемной воронки 1, вращающейся воронки 2 с двумя выпускными окнами. Малый конус 4 со стационарной воронкой 3 является верхним газовым затвором. Большой конус 6 с чашей 5 является распределителем шихты по радиусу печи и одновременно выполняют роль нижнего газового затвора.

В конструкции Ж.Маркела верхний газовый затвор выполняет малый конус 1 с неподвижной воронкой 2 (рис.2.4, г). Вращающаяся воронка 4 выполнена высокой, с пережимами 3 и имеет приводную шестерню 5 с роликовой опорой. Шихта во вращающуюся воронку поступает с ленточного транспортера 7 через приемный лоток 6.

Все указанные конструкции распределителей шихты были опробированы в промышленных условиях, и качество окружного распределения шихтовых материалов не улучшилось. Однако некоторые технологические и конструктивные решения рассмотренных схем использованы в работающих в настоящее время конструкциях и не исключено, что и в будущем они найдут применение. В этом плане особое место занимает применение отражателей, высокого столба материалов во вращающейся воронке, её пережима с последующим деформированием и дозированием потока шихты.

Интерес представляло предложение В.П. Мищенко (авт.св.СССР №86028,1948г.) вращать воронку Мак-Ки во время высыпания материалов из скипа (> 30 об/мин). Опробировать этот метод в СССР тогда не представилось возможным, т.к. печи перевели на работу с повышенным давлением газа на колошнике. Уплотнение из графитизированного асбеста, даже с медной оплеткой, не было приспособлено для этой цели. Применение данного способа на нескольких печах в США позволило увеличить производительность на 10-17% при одновременном снижении расхода кокса на 5-10% [96,97,8]. Печи были оборудованы водяными затворами вокруг вращающейся воронки с уплотняющими кольцами [8, рис.14,стр.21].

Подробное рассмотрение всех предложений по изменению конструктивных решений конусных загрузочных устройств с указанием их положительного и негатовного влияния на ход доменной плавки представлен в монографии [8]. Далеко не исчерпаны технологические параметры загрузки шихты типовым ВРШ для более равномерного распределения материалов по окружности печи. В первую очередь это относится к загрузке с диаметральной компенсацией. При обычной загрузке на 8 станций их очередность устанавливается следующим образом: 0°; 45°; 90°; 135°; 180°; 225° (-135°); 270° (-90°); 315° (-45°). Для диаметральной компенсации порядок загрузки следующий: 0°, 180°, 90°, 270(-90°), 45°, 225°(-135°), 135°, 315°(-45°).

В этом случае компенсация неравномерного количественного и качественного распределения шихтовых материалов происходит быстрее, поскольку в каждой последующей подаче гребни материалов накладываются на откосы, а не смещаются только на 45⁰ по отношению к предыдущей подаче, как это имеет место при обычной схеме загрузки. На рис.2.5 представлено распределение агломерата по окружности колошника при загрузке по станциям обычным способом (а), с диаметральной компенсацией (б) и одновременным учетом угла смещения 2a(в).Максимальная неравномерность масс агломерата двух диаметрально загруженных подач составляет от 1,0 до 2,3 % против 1,7 – 3,2 % при обычной схеме загрузки. Заметно лучше распределились фракции 0-10мм (5-7% максимальной неравномерности против 9,4-11,7 % при обычной загрузке). Остальные фракции распределились по окружности печи, примерно, одинаково.

Следует отметить, что при загрузке с диаметральной компенсацией с одновременным учетом угла смещения 2a изменение гранулометрического состава отдельных участков по окружности происходит плавно, без резких колебаний, чем при других способах загрузки (рис.2.5,в).

Диаметральную загрузку с одновременным учетом угла смещения 2a можно осуществлять и по другой схеме. Например, четные подачи загружать не на станции 180+2a (накладывание гребней и откосов шихты 2-х подач), а на станции 180-2a. В этом случае гребни и откосы двух подач будут располагаться противоположно. Это относится и к диаметральной компенсации материалов из четных скипов подачи. Загрузка по этой схеме, например, на восемь станций будет следующей:

Таблица 2.12 - Загрузка шихты с диаметральной компенсацией

Подачи 1-го цикла   1-я 0°; 2-я 90° 3-я 180°; 4-я 270° (-90°) 5-я 90°; 6-я 180° 7-я 270° (-90°); 8-я 0°	Скипы подач 1 цикла *) А1; К1 0°; А1; К1 90° А2; К2 180°; А2; К2 270° (-90°) А3; К3 90°; А3; К3 180° А4; К4 270° (-90°); А4; К4 0°
Подачи 2-го цикла   1-я 45°; 2-я 135° 3-я 225° (-45°); 4-я 315° (-135°) 5-я 135°; 6-я 225° (-45°) 7-я 315° (-135°) 8-я 45°	Скипы подач 2 цикла   А1; К1 45°; А1; К1 135° А2; К2 225° (-45°); А2;К2 315° (-135°) А3; К3 135°; А3; К3 225° (-45°) А4; К4 315° (-135°); А4; К4 45°

Крайне неравномерное распределение мелких частиц по окружности колошника при загрузке обычным способом двух подач предопределило такое же неравномерное размещение эквивалентных диаметров поровых каналов и порозностей слоя. Так, эквивалентный диаметр зерен слоя в первом секторе составил 0,0068 м, а со стороны гребня 0,012 м, т.е. в полтора раза больше (Рис.2.6,б). Порозность слоя соответственно составила 0,39 и 0,44 и отличалась на 12.8%, что значительно равномернее по сравнению с распределением частиц по крупности. При этом надо учитывать то обстоятельство, что размер пор и конфигурация поровых каналов имеют решающее влияние на потери давления газов по высоте слоя (см. первый раздел). Кроме того, газопроницаемость слоя целесообразнее определять не просто посредством объёма пустот, а посредством изменения (1-e)/e³. Максимальное значение этого отношения со стороны откоса составило 10,3 и 11.3 (для восьмого и первого секторов). Минимальное же значение было со стороны гребня и составило соответственно 6,6 и 7,2, то есть как и в случае размера частиц в полтора раза меньше, чем в секторах откоса. Следовательно, количественное влияние среднего размера диаметра частиц в гребне и откосе материалов на колошнике и порозности слоя на его газопроницаемость (потери давления по высоте слоя) примерно одинаковое.

При загрузке каждой четной подачи диаметрально противоположно по отношению нечетных подач количество мелочи, средние диаметры поровых каналов и порозность слоя по окружности колошника распределяются более равномерно по сравнению с обычным способом загрузки (см. рис.2. 6,а, б, в). Так, одинаковое количество мелочи находилось в первом, восьмом, а также в четвертом и пятом секторах (в среднем по 22-23 %), а в остальных секторах по 18-19 %. Исключение составил седьмой сектор, в котором находилось минимальное количество мелочи (16,3 %). Более равномерно распределились по окружности печи и частицы по эквивалентным диаметрам. Минимальный размер кусков составил 0,0071 м, а максимальный -0,010 м (см. рис. 2.6, б, 2). Максимальная разность в размерах поровых каналов снизилась с 1,5 до 1,3 раза. Примерно в таких же пределах уменьшилось различие отношений (1-e)/e³ и соответственно в первом и седьмом секторах 10,3/7,5 = 1,37(рис. 2.6, в, 1, 2). Следовательно, при загрузке подач на станции через 180° - 2a газопроницаемость материалов по окружности печи несколько выравнивается, что способствует лучшему использованию физической и химической энергии газа.

На основании изложенного можно считать, что переход на метод «зеркальной» загрузки каждой четной подачи с компенсацией поворота вращающейся воронки на угол 2a с комбинацией вращения на угол - 2a, позволит в значительной степени улучшить показатели доменной плавки, в частности, снизить расход кокса. Производительность печи практически не изменится, так как улучшение качественного распределения мелочи по окружности несколько увеличивает общий перепад давления газа. Если же при этом отсеивать мелкие частицы или улучшить качество агломерата производительность доменной печи также увеличится при значительном снижении расхода кокса.

Подробное рассмотрение загрузки шихты с диаметральной компенсацией её неравномерного распределения в ВВ вызвано тем, что этот метод загрузки неоправданно забыт. Известно, что на ДМЗ применение «зеркальной» загрузки позволило увеличить производительность печи на 4,2 % при одновременном снижении расхода кокса на 3,0 % [98].

Практика регулирования хода доменных печей путем изменения программы загрузки кокса дает хорошие результаты. На её основе можно предложить следующие рекомендации:

- когда температура какой-либо части периферии ниже допустимых пределов и в соответствующем газоотводе она ниже средней (при общем нормальном разбросе температур по всем газоотводам), в сектор, перегруженный мелкими материалами, следует грузить гребни кокса. Если при этом температура противоположного участка не выше средней, то следует добавить дополнительную станцию, при которой гребень кокса будет попадать на участок с минимальной температурой. Рудную часть подачи загружают в порядке принятой очередности;

- если против участка с пониженной температурой периферии близлежащий газоотвод имеет нормальный или высокий нагрев при разбросе температур в пределах нормы, то никакого регулирования не требуется;

- если в том же случае разброс температур по газоотводам ниже или выше оптимального, то отклонение газового потока от установленного уровня в основном обусловлено распределением материалов по радиусу колошника, и нужно соответственно изменить порядок загрузки агломерата и кокса;

- когда температура какого-либо участка периферии высока, а соответствующая температура газоотвода остается нормальной или ниже среднего значения (случай узко разгруженной периферии), в данный сектор грузят гребни кокса. Рудная часть подачи распределяется по обычной программе;

- при соответствии высоких температур периферии и близлежащего газоотвода (случай чрезмерно разгруженной периферии), гребни кокса грузят на противоположную сторону, если там низкая температура. В случае же одинаковой температуры колошника и периферии в остальной части окружности печи из работы исключают те станции вращающегося распределителя, которые подгружают гребни кокса в сектор с высокой температурой.

Количество скипов кокса с ориентированной загрузкой гребней зависит от степени неравномерности газового потока и определяется отклонением местных температур по периферии и по газоотводам от соответствующих средних значений этих величин.