CC BY
48
УДК 669.162.22-52 Дружков В.Г., Ширшов М.Ю.
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПОДВОДА ГОРЯЧЕГО ДУТЬЯ В КОЛЬЦЕВОЙ ВОЗДУХОПРОВОД ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
Аннотация. Рассмотрены варианты подвода горячего дутья к кольцевому воздухопроводу как одна из причин неравномерного распределения дутья по фурмам доменных печей. Проведены исследования с различными способами подвода дутья в лабораторных условиях. Предложено оснащать доменные печи кольцевым воздухопроводом с тангенциальным подводом горячего дутья, при реализации которого неравномерность распределения дутья будет минимальна.
Ключевые слова: печь доменная, подача горячего дутья, кольцевой воздухопровод, односторонний прямой и тангенциальный подводы, двусторонний тангенциальный подвод.
Как правило, при работе доменной печи распределение горячего дутья по фурмам весьма неравномерно [1-3]. Отклонения в расходе дутья по фурмам колеблются в пределах ±30-60% от среднего [3,4]. Причинами образования такой неравномерности могут быть конструкции трактов подвода горячего дутья, в частности узла подвода его в кольцевой воздухопровод, число и диаметр фурм, параметры дутьевого режима, сопротивление столба шихты над фурмами и др. [1-6].
Воздухопровод горячего дутья, представленный на рис. 1, в котором прямой воздухопровод врезается перпендикулярно к кольцевому воздухопроводу горячего дутья, не претерпел каких-либо существенных изменений и применяется на большинстве доменных печей России и мира (согласно результатам анализа литературных данных с 1930-х годов по настоящее время) [8-10]. Недостатком такого устройства является односторонний подвод горячего дутья, в результате чего расход его на фурмах в секторах места ввода и диаметрально противоположного ему, обычно, выше [1, 3, 5-7]. Об этом свидетельствуют данные исследований предыдущих лет [1-5, 11, 12], а также современные наблюдения, сделанные на доменных печах ОАО «ММК» в 2013 и 2014 годах [7, 13].
Среди работ, рассматривающих вопросы, аналогичные подводу дутья к кольцевому воздухопроводу, наибольший интерес представляют исследования [4, 5, 11] на доменных печах №5 Северстали (^=5580 м3) и №9 Криворожстали (^=5037 м3), в которых односторонний подвод дутья в кольцевой воздухопровод, изображенный на рис. 2, осуществляется сверху двумя патрубками с углом между их осями соответственно 72° и 59°.
Распределение горячего дутья по фурмам, представленное на рис. 3, изучали в незагруженных печах во время их сушки после капитального ремонта 1-го
разряда. рис. 2. Кольцевой воздухопровод горячего дутья [5]:
1 - кольцевой воздухопровод; 2 - фурменные приборы;
--3 - узлы ввода горячего дутья в кольцевой воздухопровод;
© Дружков В.Г., Ширшов М.Ю., 2016 4 - прямой воздухопровод горячего дутья
Рис. 1. Общий вид кольцевого воздухопровода доменной печи [10]: - кольцевой воздухопровод; 2 - фурменные приборы; 3 - доменная печь; 4 - место врезки прямого воздухопровода горячего дутья; 5 - воздухопровод горячего дутья
270'
30 1 №2 4
л Л25 180' V
ШП \ №1.2
б
Рис. 3. Распределение дутья по воздушным фурмам: а -ДП-5 Северстали; б - ДП-9 Криворожстали: 1 - средний расход дутья на фурму, принятый за единицу; 2 -расход дутья, доли ед.; ПУ, ШП, Бг, Б2 - пылеуловители, шихтоподача, бункера БЗУ; ЧЛг, ...,ЧЛ4 - летки для выпуска продуктов плавки; 1, ..., 42 - номера воздушных фурм; 0°, ..., 270° - станции лотка БЗУ; № 1, № 2 - подводы горячего дутья в кольцевой воздухопровод
и их средняя ось - № 1,2 [5]
Видно, что для обеих печей секторы с увеличенным на 10-20 % расходом дутья на фурмы располагались вблизи подводов (№1 и №2) в кольцевой воздухопровод и на диаметрально противоположной стороне [4,5,11].
На кафедре «Металлургия черных металлов» (МЧМ) МГТУ им. Г.И. Носова была поставлена задача изучить влияние подвода горячего дутья к кольцевому воздухопроводу доменной печи по одному из трех вариантов в зависимости от конкретных условий: - первый вариант (рис. 4, а), односторонний подвод горячего дутья к кольцевому воздухопроводу доменной печи, выполненный перпендикулярно, при этом диаметр кольцевого и прямого воздухопроводов
одинаковы;
- второй вариант (рис. 4, б), односторонний подвод дутья к кольцевому воздухопроводу доменной печи, выполненный не перпендикулярно, а тангенциально (по касательной), при этом диаметр кольцевого и прямого воздухопроводов одинаковы;
- третий вариант (рис. 4, в), двусторонний подвод дутья (с двумя местами врезки в диаметрально противоположных направлениях) к кольцевому воздухопроводу доменной печи, выполненный не перпендикулярно, а тангенциально (по касательной), при этом диаметр кольцевого и прямого воздухопроводов одинаковы.
Рис. 4. Общий вид кольцевого воздухопровода на модели доменной печи ¥п=3200 м3 (М 1:50): 1-28 - фурменные приборы; ро,ро - р? - отверстия для отбора статического давления
а
в
Работы проводились в лаборатории физического моделирования доменного процесса на круглой, разъемной модели доменной печи, с полезным объемом (V]!) 3200 м3, выполненной из оргстекла в масштабе 1:50 (с загрузкой шихтовых материалов), с перпендикулярным и тангенциальным подводом прямого воздухопровода горячего дутья к кольцевому, при этом диаметр кольцевого и прямого воздухопроводов одинаковы. Сыпучей средой служила смесь шамотной (фракции 0,8-1,8 мм) и агломерационной крошки (фракции 0,85-1,6 мм), с насыпной плотностью 1,325 г/см3.
Количество фурм 28. Место врезки перпендикулярного подвода дутья находилось между 1 и 28 фурмами, одностороннего тангенциального подвода -между 1 и 28 фурмами, двустороннего тангенциального подвода - между 1 и 28, 15 и 16. Чтобы получить представление о распределении потоков дутья по кольцевому воздухопроводу, на модели было исследовано распределение полного давления. По окруж-
ности кольцевого воздухопровода и в месте врезки подвода дутья расположены отверстия р0, р0 -р7 (см. рис. 4) для отбора полного давления, в которые устанавливался специальный зонд диаметром 2 мм. Измерение полного давления в кольцевом воздухопроводе осуществляли с помощью и-образного манометра hu (мм) (Р > 2000 Па; hu =1100 мм). На модели в кольцевой воздухопровод подавался холодный воздух (^22°С) с помощью лабораторных воздуходувок. Расход дутья из патрубка воздуходувки при односторонних перпендикулярном и тангенциальном подводах составил 1,73 ■ 10-3 м3/с. При двустороннем тангенциальном подводе дутья в кольцевой воздухопровод Q=1,4■ 10-3 м3/с.
В табл. 1-3 представлены результаты измерений полного давления в кольцевом воздухопроводе с разными способами подвода дутья.
На рис. 5 представлено распределение полного давления в кольцевых воздухопроводах (см. рис. 4).
Таблица 1
Результаты измерений в кольцевом воздухопроводе с перпендикулярным подводом
Р' ро Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6
р, Па 5223,4 5203,8 5135,2 5115,6 5047 5027,4 5135,2
р, мм вод. ст. 532,6 530,6 523,6 521,6 514.6 512,6 523,6
Таблица 2
Результаты измерений в кольцевом воздухопроводе с односторонним тангенциальным подводом
Р' Р0 Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7
Р, Па 5243 5341 5409,6 5243 5262,6 5262,6 5184,2 5184,2
Р, мм вод. ст. 534,6 544.6 551,6 534.6 536,6 536,6 528,6 528,6
Таблица 3
Результаты измерений в кольцевом воздухопроводе с двусторонним тангенциальным подводом
Р' Р0 Р7 Р6 Р5 Р4 Р'0 Р3 Р2 Р1
Р, Па 4478,6 4606 4537,4 4596,2 4655 4576,6 4370,8 4429,6 4478,6
Р, мм вод. ст. 456,7 469,6 462,6 468,6 474,6 466,6 445,7 451,7 456,7
Точки отбора давления, р1 Точки отбора давления, р1
рО р7 рб р5 р4 р'О рЗ р2 р1
Точки отбора давления, р1
Рис. 5. Распределение полного давления в кольцевом с разнъти способами подвода: 1 - перпендикулярный; 2 - тангенциальный; 3 - двусторонний тангенциальный
При одностороннем тангенциальном подводе дутья полное давление выше. Объясняется это тем, что при таком способе ввода дутья поток, попадая в кольцевой воздухопровод, не встречая на своем пути препятствий, скользит по нему, увеличивая скорость движения и динамический напор. В результате снижается статическое давление и расход дутья по фурменным приборам на участке ввода и диаметрально противоположного ему. Происходит закручивание потока, что позволяет поддерживать стабильность динамического напора и скорости движения потока дутья.
Таким образом, тангенциальный подвод горячего дутья к кольцевому воздухопроводу позволит обеспечить более равномерное распределение горячего дутья по фурмам доменных печей. Это способствует улучшению технологических показателей работы доменной печи и позволяет увеличить производительность печи и уменьшить удельный расход топлива. Кроме того, при таком способе подвода горячего дутья удается снизить вероятность разрушения футеровки в местах ввода.
В реальных условиях прямой воздухопровод соединяет между собой блок воздухонагревателей (3-4 шт.) и доменную печь. Блок воздухонагревателей обычно располагается с одной стороны, поэтому двусторонний тангенциальный подвод горячего дутья, как на модели доменной печи (см. рис. 4, б) реализовать невозможно. Поэтому предложена конструкция (рис. 6), в которой прямой воздухопровод снабжен V-образной вставкой, одна ветвь которой напрямую соединена с входным отверстием одного патрубка кольцевого воздухопровода, а вторая ветвь указанной вставки выполнена удлиненной в виде изогнутой по форме кольцевого воздухопровода наружной трубы, соединенной с входным отверстием другого патрубка.
Горячее дутье от воздухонагревателей поступает в прямой воздухопровод 6, пройдя по которому в V-образной вставке 7 делится на два потока.
Первый поток, по ветви 8 вставки 7, напрямую соединенной с патрубком 4, попадает в полость кольцевого воздухопровода 1. Указанный поток, не встречая на своем пути никаких препятствий, продолжает свое движение по кольцевому воздухопроводу 1, сохраняя скорость.
В то же время горячее дутье под давлением из прямого воздухопровода 6 по изогнутой наружной трубе 9 через патрубок 5 поступает в кольцевой воздухопровод 1. Он, так же как и первый, не встречает на своем пути никаких препятствий, поэтому продолжает движение по кольцевому воздухопроводу 1, сохраняя свою скорость.
Создание в кольцевом воздухопроводе 1 двух последовательно направленных друг за другом потоков горячего дутья, обеспечивающих взаимное их ускорение, позволяет поддерживать стабильность скорости движения и динамического напора потоков горячего дутья.
Рис. 6. Устройство для ввода горячего дутья в доменную печь [14]: 1 - кольцевой воздухопровод горячего дутья; 2 -фурменные приборы; 3 - доменная печь; 4, 5 -патрубки; 6 - прямой воздухопровод; 7 - ¥-образная вставка; 8,9 - ветви
На данное устройство для ввода горячего дутья получен патент № 158168 [14].
Повысить равномерность распределения горячего дутья по фурмам доменной печи представляется возможным благодаря оснащению доменных печей кольцевым воздухопроводом с тангенциальным подводом горячего дутья в него.
Тангенциальный односторонний подвод к кольцевому воздухопроводу способствует более равномерному распределению горячего дутья по фурмам на доменных печах с числом воздушных фурм до 20 шт.
На доменных печах с большим числом воздушных фурм (с полезным объемом печи ^ > 3200 м3) целесообразно осуществлять двусторонний тангенциальный подвод дутья к кольцевому воздухопроводу.
Список литературы
1. Влияние распределения дутья по фурмам на газовый поток в доменной печи / К.М. Бугаев, В.М. Антонов, Г.В. Варшавский и др. // Сталь. 1987. №2. С. 17-22.
2. Бугаев К.М. Распределение газов в доменных печах. М.: Металлургия, 1974. 176 с.
3. Тарасов В.П., Тарасов П.В. Теория и технология доменной плавки. М.: Интермет Инжиниринг, 2007. 384 с.
4. Распределение дутья по окружности в доменной печи объемом 5000 м3 / В.И. Большаков, С.Г. Шулико, В.В. Лебедь, Ю.С. Семенов и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2005. №2. С. 10-16.
5. Большаков В.И. Технология высокоэффективной энергосберегающей доменной плавки. К.: Наук. думка. 2007. 412 с.
6. Дружков В.Г., Ширшов М.Ю. Причины неравномерного распределения дутья по фурмам доменных печей и необходимость оснащения их САРД нового поколения II Теория и технология металлургического производства. 2014. № 1. С. 27-31.
7. Результаты оценки равномерности распределения дутья по фурмам доменных печей I Ширшов М.Ю., Дружков В.Г., Павлов А.В., Прохоров И.Е. II Теория и технология металлургического производства. 2014. № 2. С. 27-31.
8. Новоспасский А.Ф. Конструкции доменных печей и устройство цехов. Ч. 2: Подача сырых материалов к печам и нагрев воздуха. М.: ГОНТИ, 1938. 230 с.
9. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. Т.1: Машины и агрегаты доменных цехов: учебник для вузов I А.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребеник и др. М.: Металлургия, 1987. 440 с.
10. Любин А.Е. Металлические конструкции сооружений комплекса доменной печи. Проектирование. Эксплуатация. Диагностика технического состояния. Киев: Сталь, 2010. 471 с.
11. Пути улучшения распределения дутья в доменной печи / Большаков В.И., Логинов В.И., Шутылев Ф.М. и др. // Сталь. 2006. №5. С. 11-14.
12. Экспериментальное исследование распределения дутья по фурменным приборам доменной печи перед задувкой / Ф.Р. Шкляр, Н.М. Бабушкин, В.Н. Тимофеев и др.// Теплотехника доменного и агломерационного производства: тр. ВНИИМТ. М.: Металлургия, 1966. №4. С. 313-325.
13. Дружков В.Г., Ширшов М.Ю., Прохоров И.Е. Методы определения расхода горячего дутья на отдельно взятую фурму в горне доменной печи // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. № 2. С. 21-27.
14. Пат. на полезную модель №158168 РФ. Устройство для ввода горячего дутья в доменную печь / Дружков В.Г., Ширшов М.Ю.; патентообладатель МГТУ им. Г.И. Носова. Опубликовано 20.12.2015 в БИ и ПМ № 35.
Сведения об авторах
Дружков Виталий Гаврилович - канд. техн. наук, доц. института металлургии, машиностроения и материалообра-ботки, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. Тел. (3519) 29-84-30.
Ширшов Михаил Юрьевич - аспирант института металлургии, машиностроения и материаллообработки, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. E-mail: shirshov1989@mail.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
RESULTS OF AN ESTIMATION OF UNIFORMITY OF DISTRIBUTION ON BLAST TO THE TUYERES OF BLAST FURNACE
Drouzhkov Vitaly Gavrilovich - PhD (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.
Shirshov Mikhail Yuryevich - Postgraduate Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: shirshov1989@mail.ru .
Abstract. The options considered for supplying hot blast circulating duct as one of the reasons for non-uniform hot blast distribution of the hot blast on tuyeres of blastfurnaces. Conducted research with variety ways of supplying blast in the laboratory conditions. It is proposed to equip the blast furnaces hot blast circulating duct with a tangential supply of hot blast, the implementation, which non-uniform hot blast distribution will be minimal.
Keywords: blast furnace, delivery of hot blast, hot blast circulating duct, open side direct and tangential supply, dual sided tangential supply.
♦ ♦ ♦
