Распределение шихты в печи и ее движение.

Движение материалов в доменной печи при устойчивом ходе плавки характеризуется плавным и равномерным опусканием уровня засыпи.

Первостепенное значение для движения материалов в печи имеет процесс горения кокса у фурм, в результате которого не только освобождается пространство для поступления новых порций горючего сверху, но и создаются условия существования вторичных факторов, обусловливающих сокращение объема материалов и занимаемого ими пространства в печи. К этим вторичным факторам относятся: плавление, разложение известняка, механическая уминка и вынос пыли из печи с газовым потоком. Взятые вместе первичный и вторичный факторы создают эффект постепенного и повсеместного сокращения объема и плавного опускания материалов.

Механическая уминка присуща материалам с различным размером кусков. При движении вниз небольшие куски различных компонентов шихты заполняют промежутки между более крупными кусками.

Перемещение пыли в доменной печи достигает значительных размеров. Частицы агломерата размерами >0,5 мм и частицы кокса до 3 мм подхватываются газовым потоком, проходящим через столб шихты. Перемещаясь на небольшую высоту, такая пыль оседает в многочисленных лабиринтах столба материалов. Суммарное количество пыли, перемещающейся с газами по высоте ДП, достигает 20% от массы всех шихтовых материалов, загружаемых в печь.

Уминка материалов и вынос пыли из доменной печи являются в известной степени негативными процессами, способствующими ухудшению газопроницаемости столба материалов и увеличению доли оборотных продуктов плавки.

Скорость движения материалов в различных точках колошника печи меняется в пределах от 20 до 260 мм/мин. Скорость движения материалов в колошнике является результирующей всех процессов сокращения объема материалов, рассмотренных выше, и зависит от соотношения этих процессов. Совершенно равномерное опускание поверхности материалов на колошнике при одинаковой скорости во всех точках поверхности никогда не наблюдается, хотя в общем вся масса шихты движется слитно.

Если рассматривать скорость движения материалов как фактор использования полезного объема доменной печи, то резервом дальнейшего повышения производительности остается зона плавления, где происходит интенсивное сокращение объема кусковых материалов и превращение определенной их части в жидкую фазу, фильтрующуюся через слой кокса и попадающую в металлоприемник.

Однако и здесь, в зоне плавления, существуют пределы сокращения объема, определяемые критическим значением порозности, при котором еще обеспечивается беспрепятственное движение газового потока вверх. Чрезмерная нагрузка зоны плавления жидкой фазой, образующейся из твердых кусков и затопляющей коксовую насадку, может приводить к явлениям «захлебывания», подстоям и подвисаниям столба материалов.

Эффективность повышения давления газов в печи.

Для преодоления сопротивления столба шихты, примыкающего к печи пылеуловителя, системы газоочистки и создания достаточного давления доменного газа в газовой сети завода дутье подается в печь под избыточным давлением, превышающем 98 кПа. Потери давления между горном и колошником для данной высоты доменной печи возрастают с увеличением количества протекающего газа, но уменьшаются с увеличением общего давления, поскольку при этом увеличивается плотность газов и уменьшается их скорость в ДП; одновременно с этим возрастает время пребывания газа в печи.

Наряду со снижением потерь давления газового потока, ускорением процесса восстановления железа, выравниванием уровней температур, давлений и концентраций СО на всех горизонтах шахты доменной печи повышение давления газа сопровождается снижением выноса колошниковой пыли, уменьшением неконтролируемых колебаний рудной нагрузки, способствуя стабилизации теплового состояния ДП.

Практика работы ДП показывает, что повышение избыточного давления газа на колошнике на каждые 9,8 кПа позволяет увеличить производительность печи на 1 – 2%. Рост производительности печи при примерно постоянных внешних потерях тепла в свою очередь приводит к уменьшению доли потерь тепла на единицу выплавляемого чугуна и вносит свой вклад в экономию топлива. Вынос пыли в результате применения повышенного давления сокращается на 35-50%. Эффективность повышения давления газов зависит от условий работы печи и величины давления.

Недостатком применения повышенного давления является понижение стойкости оборудования, особенно засыпных аппаратов, и потеря с колошниковым газом большого количества энергии, затраченной на повышение давления дутья.

Нагрев дутья

Является эффективным методом интенсификации плавки. Увеличивается производительность печи, снижжается температура колошникового газа, так как с увеличеним нагрева дутья и сокращением расхода кокса в шихте отношение для верхней зоны доменной печи растет. При неизменной рудной нагрузке температура колошника не изменяется, а тепло дутья используется на перегрев продуктов плавки, восстановление трудновсстановимых окислов и т.д. Снижается величина тепловых потерь, т.к. при скоращени расхода горючего производительность доменной печи увеличивается. Использование нагрева позволяет покрыть затраты тепла на восстановление трудновосстановимых углвеодородов.

При повыешнии температуры дутья увеличивается требования к фракционному составу шихты, поскольку в этих условиях снижается газопроницаемость слоя, так как при повышении нагрева дутья возрастают объем и давление в горне, т.е. увеличивается давление газов снизу, затрудняющее плавный сход шихты. Это вызывает дальнейшее повышение давления и затрдунения в сходе шихты. Из-за уменьшения расхода кокса уменьшается газопроницаемость слоя шихты(т.к. у кокса выше газопроницаемость, чем у рудных материалов). Следовательно увеличение температуры дутья заставляет проводить определенные мероприятия, главным образом связанные с улучшением качества шихтовых материалов и особенно с их восстановимостью и сохранением прочности при восстановлении.

Температура дутья в современной ДП примерно 900—1000С

Увлажнение дутья.

В дутье ДП всегда имеется некоторая доля водяных паров. Водяной пар разлогается по реакции , т.к. при избытке углерода кокса кислород в основном используется для сгорания углерода.

Основной результат увлажнение дутья является снижение температуры фурменных очагов(из-за отрицательного теплового эффекта реакции), обогащение дутья кислородом влаги, а горнового газа – активным восстановителем – водородом. Снижение прихода тепла из-за диссоциации компенсируется увеличением температуры дутья. (для компенсации 1% пара в дутье надо увеличить температуру на 40С)

При постоянном тепловом режиме горна возрастает доля кислорода в дутье и количество водорода в горновом газе. Перове увеличивает производительность печи, второе – улучшает восстановительною способность газа, а следовательно уменьшает расход кокса.

Изменение степени не прямого восстановления можно оценить по формуле

Вдувание УВ и кислорода снизило значение увлажненного дутья, но увлажнение является хорошим инструментом «тонкого» и быстрого регулирования состояния нижней зоны печи, т.к. почти без опаздания влияет на тепловой режим горна.

Обогащение дутья кислородом

Эффективность использования кислорода в печи определяется суммарным воздействием ряда факторов.

1. Основным результатом обогащения дутья кислородом является интенсификация горения углерода у фурм, вызванная тем, что в еди­ницу времени в печь вводят больше массовых единиц кислорода. Это в свою очередь означает увеличение количества углерода, сгорающе­го в единицу времени у фурм, т. е. рост производительности доменной печи. Но поскольку перепад давлений между горном и колошником печи снижается, то, не повышая давления газа, количество сжигаемо­го в единицу времени углерода можно увеличить.

2. Уменьшение выхода газа в горне приводит к существенному пе­рераспределению тепла в печи. Увеличение вызывает сниже­ние величины нижней зоны теплообмена и значительное увеличение размера верхней ступени теплообмена. Таким образом, в горне и ниж­ней части заплечиков сосредоточивается большое количество тепла, а в вышележащих горизонтах приток тепла становится меньше и темпе­ратура ниже. Это аналогично перераспределению температур при по­вышении нагрева дутья, но сказывается значительно резче. Увеличе­ние отношения . вызывает рост , т. е. разность начальных и конечных температур газов стремится к разности конеч­ных и начальных температур шихты, а это, в свою очередь, означает снижение температуры колошникового газа и потерь тепла с колош­никовым газом. Однако наряду с этим положительным фактором пе­рераспределение температурных зон в печи имеет и отрицательные последствия.

Понижение температур в шахте печи вызывает запаздывание не­прямого восстановления, после чего степень использования восста­новительной способности газа-восстановителя и общая степень непрямого восстановления могут снизиться с отрицательными послед­ствиями для расхода горючего.

Перераспределение температур в печи может нарушить сход мате­риалов; так, при понижении горизонта шлакообразования в верхнюю часть заплечиков приходят твердые и слаборазмягченные массы. При этом возможны заклинивание материалов и неровный ход печи, под-висания, тугой ход, ход с осадками.

3. Снижение количества дутья на единицу углерода, а следователь­но и чугуна, вызывает уменьшение прихода тепла с дутьем. Это связа­но с выводом из дутья нагретого азота, который основную часть сво­его тепла оставляет в печи. При определенных условиях снижение прихода тепла с азотом более не перекрывается относительным сни­жением потерь тепла через колошник и стенки печи. Таким образом, доменная печь получит меньше тепла, что потребует дальнейшего ро­ста температуры дутья или перерасхода кокса.

4. Рост содержания кислорода в дутье и вывод из него азота озна­чает значительный рост доли газа-восстановителя в печном газе. На рис. 4.106 приведен график изменения состава и количества газа в доменной печи при изменении содержания кислорода в дутье. Так, если при атмосферном дутье доля оксида углерода в горновом газе со-

ставляет -35%, то при 25% О₂ она равна 40, а при 40% О₂ в дутье — 57%. Увеличение доли восстановителя должно привести к улучшению усло­вий и величин непрямого восстанов­ления.

5. Увеличение производительно­сти печи приводит к снижению удельных тепловых потерь.

6. Уменьшение количества газа в горне при неизменном приходе теп­ла должно вызывать повышение тем­пературы в горне печи.