Движение шихтовых материалов в доменной печи

 

В ДП шихта опускается под действием своей массы в пространство, освобождающееся в результате уменьшения ее объема при протекании различных процессов, основными из которых являются горение углерода кокса в фурменных очагах, расход углерода кокса на прямое восстановление, образование и плавление чугуна и шлака, а также уминка шихты при движении: 44 – 52% общего уменьшения объема шихты приходится на горение углерода, 11 – 16% – на прямое восстановление, 25 – 35% – на плавление чугуна и шлака и 5 – 15% – на уминку материалов. Уменьшение объема шихты происходит главным образом в очагах горения перед фурмами, а фурменные очаги можно представить как своеобразные воронки, через которые движется основная масса шихты. В связи с этим размеру очагов горения придается большое значение.

При движении материалов в печи происходит их перераспределение. Причинами перераспределения являются:

а) переменное сечение ДП;

б) периферийное расположение зон горения кокса и неравномерное распределение ЖРМ по сечению, обуславливающее неравномерное образование жидких продуктов плавки;

в) различие удельной массы и крупности ШМ: более тяжелые и мелкие движутся быстрее, мелкие и легкие частицы движутся медленнее и под действием восходящего потока могут даже переноситься из нижних слоев в верхние;

г) изменение агрегатного состояния материалов по высоте ДП: жидкие чугун и шлак быстро стекают в горн, опережая твердые куски кокса.

В результате неодинаковой скорости движения шихты в рабочем пространстве печи, материалы, одновременно загруженные в печь, приходят в горн неодновременно. Это явление называется опережением.

Среднее время пребывания материалов в ДП определяется по формуле

 

, (42)

 

где τ – среднее время пребывания материалов печи, ч;

V_пол – объем печи от уровня засыпи до оси чугунной летки, м³;

Т– суточная выплавка чугуна, кг;

v_нач – объем материалов при загрузке на единицу чугуна, м³/кг.

 

Движению ШМ от колошника к горну противодействуют подъемная сила газового потока, реакция опоры заплечиков, силы трения между кусками шихты и силы трения шихты о стенки печи. Эти силы противодействия значительно уменьшают давление столба шихты. Следовательно, движение шихты в доменной печи находится в зависимости от соотношения сил, действующих на столб шихтовых материалов. Пока равнодействующая сил, направленная сверху вниз, больше равнодействующей сил, направленных снизу вверх, шихта опускается нормально. Соотношение сил, действующих в ДП на горизонте фурм определяется из выражения и называется активным весом шихты

 

, (43)

 

где Р – неуравновешенная часть массы столба шихты, обеспечивающая ее движение – активный вес шихты, кг;

H – высота столба ШМ, м;

γ_ш – насыпная масса шихты, кг/м³;

ΔР – противодавление, или перепад давления газов, кг/м²;

S – площадь сечения горна на горизонте фурм, м²;

А – реакция опоры заплечиков, кг;

Р_тр.к – cилы внутреннего или межкускового трения, кг;

Р_{тр. с} – силы трения шихты о стенки печи, кг.

 

Реакция опоры заплечиков и силы внутреннего и внешнего трения остаются постоянными. Поэтому уравновешенная часть массы шихты зависит в основном от противодавления газов, образующихся в горне доменной печи.

Масса шихты Р_ш= , приходящаяся на единицу сечения печи прямо пропорциональна расстоянию от уровня засыпи. Активный вес шихты, то есть неуравновешенная подъемной силой газового потока часть массы шихты, передаваемая соответственно на стены печи и вниз, на горизонте фурм составляет 6 –10% от массы столба шихты, приходящейся на единицу площади. Движение шихты в ДП может прекратиться, если где-либо по высоте столба шихтовых материалов сила Р станет равной нулю.