CC BY
0Металлургия и материаловедение
УДК 669.162
д.т.н. Новохатский А. М., Блинов А. М.
(ДонГТУ, Алчевск, ЛНР, [email protected])
ХАРАКТЕР ВЫПУСКА ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КАНАЛА ЧУГУННОЙ ЛЕТКИ
Проведен анализ истечения продуктов плавки по каналу чугунной летки доменной печи. Определено влияние геометрических параметров канала на характер и длительность выпуска.
Ключевые слова: холодная модель горна доменной печи, канал чугунной летки, кокс, длительность выпуска, эквивалентный диаметр.
Характер опорожнения горна в большой степени зависит от режима наполнения и выпуска продуктов плавки. Это связано с тем, что скорость движения расплава по мере отдаления от чугунной летки уменьшается из-за увеличения суммарной площади сечения каналов в межкусковых промежутках коксовой насадки, что приводит к наличию в горне остаточного шлака, который, как правило, находится на диаметрально противоположной стороне от выпускного отверстия. На количество остаточных продуктов плавки в металло-приемнике доменной печи по завершениии выпуска влияет ряд параметров: химический состав шлака, температура расплава, порозность коксовой насадки, форма и геометрические размеры чугунной летки.
Анализ текущего состояния вопроса показал зависимость между дренажом расплава через коксовую насадку к чугунной летке и характером выпуска продуктов плавки. Кроме того, на этот процесс влияет конфигурация канала летки [1-4].
В современных условиях при работе доменных печей с безводными леточными массами существует проблема их заправки в канал чугунной летки, так как большинство заправочных машин проектировалось под более эластичные водные материалы местных глиномялок. Из-за высокой стоимости безводных масс иностранного производства обслуживающий персонал осуществляет их экономию, и канал чугунной летки заполняется неполностью. В условиях постоянно
ограниченной подачи запорной массы в канал происходит образование «короткой» летки, а при избытке леточной смеси формируется удлиненный канал, выступающий на внутренней стенке горна (рис. 1), что сказывается на характере выпуска чугуна и шлака.
После выдувки ДП № 5 ПАО «АМК» в горне была обнаружена воронка на входе в канал чугунной летки с внутренней стороны печи (по данным отчета предприятия ООО «Донбасс-Днепрострой»). Образование воронки связано с абразивным воздействием жидких продуктов плавки на устье выпускного канала.
С гидравлической точки зрения, горн представляет собой цилиндрическую емкость, из которой продукты плавки выходят через канал длиной от 2 до 3 метров, в зависимости от объема печи. Скорость тока жидкости через него может быть рассчитана по известным формулам, однако находящаяся в горне доменной печи коксовая насадка оказывает существенное влияние на характер истечения продуктов плавки.
Поэтому в данной работе освещен вопрос определения влияния формы и геометрических размеров канала чугунной летки на скорость истечения продуктов плавки с присутствием коксовой насадки. Исследование процесса течения чугуна по каналу чугунной летки производилось с использованием холодной физической модели горна доменной печи полезным объемом 1719 м3, выполненной в масштабе 1:15. Роль коксовой насадки выполнял известняк крупностью
Металлургия и материаловедение
/ - Чглпйнм) кпнпл чугунной пршк!/. ? - впрпнкя пАрп.я/пщпягя прп нрдпгтпткр зпппрнпй мпггы. 3 - Нарост, аброзуишоися при шбытке запорной пассы
Рисунок 1 Форма канала чугунной летки: а) при систематическом недостатке запорной массы; б) при систематическом избытке запорной массы
1-3 мм, а жидкого чугуна — вода, которая имеет схожие гидравлические свойства. Остальные параметры «натура — модель» соблюсти довольно сложно, поэтому был использован принцип автомодельности в общем объеме горна, в котором происходит ламинарное движение жидкости. В районе летки и в ее канале происходит турбулентное движение. Давление в модели поддерживалось 40 кПа.
Модель (рис. 2) выполнена из стального листа толщиной 2 мм в виде герметичного цилиндра. Для подачи материала и жидкости в верхней части выполнен съемный люк, герметичность которого обеспечивалась резиновым уплотнением.
Для создания избыточного давления в модель подавался сжатый воздух. Регулирование давления производилось сбросным клапаном. Внутреннее пространство модели заполнено имитатором коксовой насадки. Канал чугунной летки формировался пластилином, его вскрытие производилось при помощи металлических калибров, имеющих диаметры 2 и 4 мм. Создание воронки и нароста в устье канала чугунной летки производилось при помощи специальных шаблонов. Для соблюдения равных начальных условий в модель заливалась вода в избытке. Жидкость, выходящая через летку, собира-
лась в контейнер, находящийся на весах. При достижении заданной массы определялась продолжительность выпуска. Исследование осложнялось наличием притыканий канала чугунной летки кусочками коксовой насадки. Это явление наблюдается и на действующих доменных печах. В этом случае горновыми производится шуровка летки с помощью длинного прута. Поэтому при моделировании производилась аналогичная операция. Диаметр канала чугунной летки исследовался в интервале от 2 до 4 мм. Для имитации образующейся воронки внутренней части летки придавали конусообразный вид с углами раскрытия от 2о до 30о с шагом в 4о. Глубина конусной части составляла 0,25 от длины канала. Имитацию «длинной летки» производили путем формирования конусовидного нароста с углами раскрытия от 10о до 90о с шагом 10о. Схема канала летки показана на рисунке 3. Полученные результаты показывают, что увеличение диаметра канала чугунной летки значительно увеличивает скорость выпуска.
Повышение размера бура с 2 до 4 мм в физической модели приводит к снижению длительности выпуска в 1,7 раза. Помимо этого, значительный эффект дает угол раскрытия конуса во внутренней поверхности канала чугунной летки. На рисунке 4 пока-
Металлургия и материаловедение
заны графики изменения длительности вы- вышение расхода продуктов плавки, далее пуска при увеличении угла раскрытия кону- происходит его снижение (рис. 4 а). В слу-са внутренней части канала чугунной летки. чае образования нароста, длительность выПри достижении конусности 14о видно по- пуска экспоненциально снижается (рис. 4 б).
Рисунок 2 Модель горна доменной печи
Канал чугунной летки
б
Рисунок 3 Имитация канала чугунной летки: а) имитация воронки; б) имитация нароста
Металлургия и материаловедение
Рисунок 4 Изменение длительности выпуска в зависимости от угла раскрытия конуса: а) при разгаре устья канала в виде воронки; б) при образовании нароста
Поскольку известны фактическая и теоретическая скорости выхода заданного количества жидкости из модели, по формуле 1 был рассчитан эквивалентный диаметр участка, соединяющего канал чугунной летки и коксовую насадку.
d
\
4 • Q
тг-ф-^J 2 • g • H
(1)
где: Q — количество жидкости вышедшей из модели, м3; ^ — длительность выпуска, с, р — коэффициент скорости; Н 0 — действующий напор, м.
Для оценки пропускной способности канала чугунной летки в условиях наличия коксовой насадки предлагается определить расходный коэффициент, который характеризуется отношением эквивалентного и фактического диаметров канала летки, колеблющийся в интервале 0,68-0,9, для различных условий. Помимо всего вышеперечисленного, в работе определено количество шуровок канала чугунной летки из-за при-тыканий коксовой насадки, зависящих от конфигурации ее внутреннего тракта, которое составило в среднем от 0,5 до 4,5 раз.
Наименьшее их количество наблюдалось при углах раскрытия конуса воронки в 14о.
Таким образом, результаты исследования показывают значительное влияние формы канала чугунной летки на количество проходящих через него продуктов плавки.
Выводы:
1. Определено, что, помимо диаметра канала чугунной летки, на длительность выпуска продуктов плавки и подпирания его тракта частицами коксовой насадки, значительное влияние имеет конусность воронки и нароста, которые образуются в устье канала.
2. В ходе физического моделирования установлено, что наименьшее время выпуска жидкости из горна и минимальное количество притыканий летки при разгаре воронки происходит с углом ее раскрытия, равным 14о, а при образовании нароста длительность выпуска экспоненциально снижается.
3. На основании результатов опытов был рассчитан эквивалентный диаметр тракта чугунной летки физической модели и определен расходный коэффициент влияния коксовой насадки на пропускную способность канала чугунной летки, который колеблется в интервале 0,68-0,9, для различных условий.
t
о
ISSN 2077-1738. Сборник научных трудов ГОУВПО ЛНР «ДонГТУ» 2017. № 7 (50)
_Металлургия и материаловедение_
Библиографический список
1. Маханек, Н. Г. К вопросу выпуска продуктов плавки из доменной печи [Текст] / Н. Г. Маха-нек, О. П. Онорин, О. К. Грибоедова и др. // Производство чугуна : межвуз. сб. — Свердловск, 1979. — С. 104-114.
2. Пляшкевич, А. С. Расчётные и модельные исследования движения чугуна в горне доменной печи [Текст] / А. С. Пляшкевич, Н. М. Бабушкин /Металлургическая теплотехника : тематический отраслевой сб. — М. : Металлургия, 1970. — № 8 — С. 121.
3. Товаровский, И. Г. Доменная плавка в мощных доменных печах [Текст] /И. Г. Товаровский, Р. Д. Каменев, Г. Б. Рабинович. — М. : Металлургия, 1968. — 116 с.
4. Новохатский, А. М. Методики и технические средства определения технологического состояния горна доменной печи [Текст] / А. М. Новохатский, Г. Д. Михайлюк / Донбасский государственный технический университет : сб. научн. трудов. — Алчевск, 2008. — Вып. 27. — С. 201-209.
© Новохатский А. М. © Блинов А. М.
Рекомендована к печати к.т.н., проф. каф. ММК ДонГТУ Ульяницким В. Н.,
вед. инженером ЦЛКПАО «АМК» Самарским В. Н.
Статья поступила в редакцию 09.10.17.
д.т.н. Новохатський О. М., Блинов О. М. (ДонДТУ, Алчевськ, ЛНР, [email protected]) ХАРАКТЕР ВИПУСКУ ПРОДУКТ1В ПЛАВКИ В ЗАЛЕЖНОСТ1 В1Д ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТР1В КАНАЛУ ЧАВУННО1 ЛЬОТКИ
Проведено анал1з вит1кання продукт1в плавки по каналу чавунног льотки доменног печ1. Ви-значено вплив геометричних параметр1в каналу на характер та тривал1сть випуску.
Ключовi слова: холодна модель горна доменног печ1, канал чавунног льотки, кокс, тривал1сть випуску, екв1валентний д1аметр.
Doctor of Tech. Sc. Novokhatskiy A. M., Blinov A. M. (DonSTU, Alchevsk, LPR, bam_10_89@mail. ru)
TYPE OF MELTING PRODUCTS TAPPING ACCORDING TO GEOMETRIC PARAMETERS OF TAPHOLE CHANNEL
There has been carried out the analysis of melting products flowing along the tap-hole channel of blast furnace. There has been determined the influence of geometric channel parameters on a type and time of tapping.
Key words: cold model of the blast-furnace hearth, taphole channel, coke, tap time, equivalent diameter.
