CC BY
26
УДК 669.162.263
Тарасов В.П.1, Хайретдинова О.Т.2, Томаш А.А.3
МЕТОД РАСЧЕТА ПЕРЕПАДА СТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ДОМЕННОГО ГАЗА В ЗОНЕ РАЗМЯГЧЕНИЯ ШИХТЫ
Разработай метод расчёта перепада давления газа в зоне размягчения доменной печи, основанный на современных представлениях о послойном строении вязкопластиче-ской зоны с коксовыми окнами, с учётом радиальной неравномерности распределения шихтовых материалов.
Доменный процесс основан на рациональной организации противотока шихтовых материалов и газов. Акцент управления ходом форсированно работающей доменной печи при определенных условиях (отсев мелочи перед загрузкой шихты, ухудшение газодинамических условий низа печи, увеличение давления газа на колошнике) перемещается в нижнюю часть рабочего пространства. В настоящее время задача разработки теоретически обоснованной математической модели движения газа в доменной печи [1,2] не решена полностью. Наименее исследованным остаётся вопрос о потерях напора газа в зоне размягчения. При прохождении газового потока через слой кокса и через зону вязкопластичного состояния железорудных материалов теряется до 60% напора [3]. Ширина этой зоны и ее конфигурация во многом определяют результаты работы доменной печи. Поэтому разработка способов воздействия на форму этой зоны является одной из основных задач совершенствования технологии доменной плавки.
В основу настоящего расчета положено представление о существовании в зоне размягчения слоев полурасплавленных рудных материалов с низкой газопроницаемостью и так называемых коксовых "окон", через которые преимущественно и проходит доменный газ [4]. Ранее проведенные опыты подтвердили справедливость такого предположения и показали, что порозность кокса в коксовых "окнах" сохраняется на уровне следующих значений для периферийной, промежуточной и осевой зон: епер= 0,32 m7mj, 0,41 м7м"', = 0,30 mj/mj. При этом рудная нагрузка в этих зонах составила соответственно: 3,6 т/т, 6,5 т/т, 0,8 т/т. Для определения газопроницаемости зоны размягчения применена известная методика учета радиальной неравномерности распределения шихты [5]. Общий объем газа, проходящего через горизонтальное сечение зоны размягчения, складывается из частных расходов газа через три равновеликие радиальные зоны доменной печи; Qs = Q„ep + Qnp +Qoc- Для условий вязкопласти-ческой зоны доменной печи с коксом и полурасплавленным материалом в межкусковых пустотах уравнение Эргона для расчёта перепада давления газа ДР принимает вид
АР = — * Q'P , (1)
d еГеГ 2 OSfz?
где ¥ - коэффициент сопротивления проходу газов;
Н - длина коксового канала в зоне размягчения Н=Н? /sino; м; Нр - толщина зоны размягчения, принятая равной высоте распара, м; а - угол наклона слоев шихты, а = 26 -к 28 град.; d - крупность кусков кокса, м;
б , - порозность коксовой насадки с размягченным материалом в каждой из радиальных зон, мУ,
6 к - порозность свободного от размягчённого материала кокса, м3/м5; р - плотность газа, кг/м3;
1 ПГТУ, д-р техн. наук, проф.
2 ПГТУ, ассистент
3 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
С?! - расход газа через радиальную зону или всё горизонтальное сечение распара, м3/с;
Ф-фактор формы кусков кокса;
8, - площадь сечения распара (вр) или радиальной зоны, равная 1/3 площади распара Й-вр/З), м2;
Х| - доля площади горизонтального сечения 1 - й зоны, занятая коксовыми окнами, д.ед.
Из-за радиальной неравномерности распределения шихтовых материалов сопротивление прохсру газов в зоне размягчения несколько уменьшается. Дня объективной оценки газопроницаемости вязкопласгической зоны её характеризуют эквивалентными величинами, обеспечи-ваюшими равные расчётные значения перепада давления газа в каждой из трёх равновеликих зсн и во всём горизонтальном сечении рабочего пространства. Также равными в трёх радиальных концентрических зонах и во всём горизонтальном сечении зоны размягчения приняты величины Н, с1, еь, р, Ф. После вычисления общего (СЬ) и частных (С^, <3^,, (?ое) расходов газа через всю зону размягчения и радиальные концентрические зоны из уравнения (1) и сокращения равных величин эквивалентные значения порозности слоя с размягчённым материалом г и доли коксовых окон в общей площади распара х рассчитываются по формуле
^же ~ Х& ~ У^Хперепер Хпр^пр + Хос^ос ] > (2)
а уравнение Эргона окончательно принимает вид
лр-у»^*1"^ * * 1
й еГ 2ФБ1 Я1 К>
Доля площади, занятая коксовыми окнами в каждой зоне, определяется рудной нагрузкой РН, отношением массы и объёмов размягчённых железорудных материалов Ур и кокса Ук
х, = Ь + УРIКI"1 = I1 + рн(п //>,)-(**- . (4)
где ук и рр - насыпная плотность кокса и плотность первичного шлака, кг/м3.
Расчет перепада давления доменного газа в зоне размягчения производили с учетом влияния температуры и давления при следующих характерных для доменной печи полезным объемом 2000м'1 условиях: коэффициент сопротивления = 1,9, фактор формы Ф = 0,7, длина коксовых каналов в зоне размягчения Н = 3,82 м, температура газа Т = 1473 К, абсолютное давление Р = 330 кПа. Результаты расчёта представлены на рисунке. Наряду с общим расходом
Рис. - Изменение перепада давления доменного газа в зоне размягчения при средней, 3,6 т/т кокса (1, 4, 5), высокой, 4,6 т/т кокса (2) и пониженной, 2,6 т/т кокса (3) рудной нагрузке и различной механической прочности кокса: 1 - 3 - средней (с! = 28 мм, ек = 0,45 м3/м3), 4 - высокой {А = 35 мм, ек = 0,50 м3/м3), 5 - низкой (<1 = 20 мм, ек = 0,40 м3/м3)
газа варьировали факторы, характеризующие экономичность работы доменной печи и качество кокса. Печи с расходом кокса 500 - 550 кг/т чугуна работают с рудной нагрузкой 3,5 - 3,7 т/т кокса. Для печей, работающих с низким расходом кокса 350 - 420 кг/т чугуна, принята рудная нагрузка 4,6 т/т кокса. Если печь работает с перерасходом кокса 580 - 620 кг/т чугуна, значение РН = 2,6 т/т кокса. Механическую прочность кокса характеризовали крупностью кусков d и по-розностью коксовой насадки ек. высокой прочности кокса соответствуют оольшие значения а и sk (см. рис.). Расчётное значение перепада давления газа в зоне размягчения в современных условиях составляет 15-25 кПа. Повышение рудных нагрузок сопровождается возрастанием потерь напора газа в вязкопластической зоне на 2 - 4 кПа. Снижение прочности кокса приводит к увеличению сопротивления проходу газов в зоне размягчения в 2 - 4 раза, т.е. с 10 до 40 кПа.
Выводы
1. Разработанная на основе современных представлений о строении вязкопластической зоны доменной печи методика расчёта позволяет определять перепад давления газа в зоне размягчения с учётом неравномерности радиального распределения шихты, изменения рудных нагрузок и качества кокса.
2. Расчётное значение перепада давления газа в зоне пластического состояния материалов в современных условиях составляет 15-25 кПа. Увеличение рудных нагрузок приводит к повышению потерь напора газа в зоне размягчения на 2 - 4 кПа, а снижение прочности кокса увеличивает перепад давления в этой зоне в 2 - 4 раза, т.е. с 10 до 40 кПа.
Перечень ссылок
1. РаммА.Н. Современный доменный процесс. - М.: Металлургия, 1980,- 303 с.
2. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса. - М.: Металлургия, 1990. - 216 с.
3. Оценка положения зоны вязкопластичного состояния материалов в доменной печи / Суханов Е.Л., Шепетовский Э.А., Загайнов С.А. и др. // Черная металлургия. Бюллетень НТИ,-1990.-С. 52-53.
4. Доменное производство: Справочник в 2-х т. - Т.1: Подготовка руд и доменный процесс -М.: Металлургия, 1989.-496с.
5. Тарасов В.П., Томаш A.A. Метод определения эквивалентных газодинамических характеристик шихты в горизонтальном сечении рабочего пространства при построении одномерной модели движения газа в шахте доменной печи // Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб. науч. тр. - Мариуполь, 1995. - Вып.. 1 - С. 7 - 12.
Тарасов Владимир Петрович. Д-р техн. наук, профессор кафедры металлургии чугуна, окончил Московский институт стали и сплавов в 1954 году. Основные направления научных исследований - совершенствование агломерационного и доменного процессов и снижение энергетических затрат на выплавку чугуна; изучение закономерностей движения зернистых материалов и газов в противоточных реакторах.
Хайретдинова Ольга Тагировна. Ассистент кафедры металлургии чугуна, окончила Приазовский государственный технический университет в 1998 году. Основные направления научных исследований - совершенствование доменного процесса и снижение энергетических затрат на выплавку чугуна; изучение закономерностей движения газов в зоне вязкопластического состояния шихтовых материалов.
Томаш Александр Анатольевич. Канд. техн. наук, доцент кафедры металлургии чугуна, окончил Мариупольский металлургический институт в 1987 году. Основные направления научных исследований - совершенствование агломерационного и доменного процессов и снижение энергетических затрат на выплавку чугуна; изучение закономерностей движения зернистых материалов и газов в противоточных реакторах.
Статья поступила 04.02.2002
