Научная статья на тему 'Потери напора газа в коксовой насадке со стекающим расплавом'

Потери напора газа в коксовой насадке со стекающим расплавом Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
143
25
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Томаш А. А.

Для условий заплечиков доменной печи, где столб шихты формируется из кускового кокса и стекающих в горн жидких продуктов доменной плавки, проведен анализ влияния на порозностъ слоя и потери напора газа различных факторов: объёма межкусковых пустот коксовой насадки, количества, плотности и вязкости расплава.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Потери напора газа в коксовой насадке со стекающим расплавом»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНРШОГО УНШЕРСИТЕТУ

2002 р

Вип. № 12

ТЕХН14Н1 НАУКИ

МЕТАЛУРГЮ

ЗДЕС 669.162.263

Томаш А.А.*

ПОТЕРИ НАПОРА ГАЗА В КОКСОВОЙ НАСАДКЕ СО СТЕКАЮЩИМ

РАСПЛАВОМ

Для условий заплечиков доменной печи, где столб шихты формируется из кускового кокса и стекающих в горн жидких продуктов доменной плавки, проведен анализ влияния на порозностъ слоя и потери напора газа различных факторов: объёмамежкус-ковых пустот коксовой насадки, количества, плотности и вязкости расплава

При разработке известных математических моделей распределения статического давления газа по высоте рабочего пространства доменных печей [1] не решена задача расчёта потерь напора газового потока в заплечиках. В нижних горизонтах доменной печи железорудные материалы находятся в виде расплава, стекающего по поверхности кусков кокса и частично заполняющего объём его межкусковых пустот. Порозностъ слоя е определяется порозносгью

При анализе строения зернистых слоев межкусковые пустоты, по которым движется газ, традиционно представляют в виде цилиндрических изогнутых каналов переменного сечения [2]. Следуя традиционному подходу, с учётом ламинарного режима течения шлака, можно определить изменение скорости расплава V в поперечном сечении каналов [3]

У=(Ар/4т}к)(г2-хг), (2)

где Др/Ь - градиент давления жидкости, Па/м; т| - динамическая вязкость расплава, Па*с; г - радиус канала, м; х - пасстояние сгг оси канала, м.

Согласно (2) скорость течения расплава непосредственно на поверхности кусков кокса равна 0 и увеличивается по мере приближения к оси канала. Наибольшая скорость течения наблюдается на поверхности расплава, расположенной на расстоянии Хо от оси канала. Средняя скорость течения жидких продуктов плавки составит

.УО_

Я:(гг -х1) Ъф

у = А_^Ар(г2-4) {3)

Радиус межкусковых каналов, расстояние от оси канала до поверхности стекающего расплава, порозность слоя и коксовой насадки связаны пропорцией

х11гг=<111й1=е1ек, (4)

где с1к и (!,, - диаметр свободных межкусковых каналов и пустот, частично заполненных расплавом.

Связь между диаметрами каналов и кусков кокса Л выражается известной формулой [2]

ёк=екФсИ(\~ек), (5)

где Ф - фактор формы кусков кокса, Ф = 0,7 + 0,8.

Градиент давления стекающей жидкости возникает под действием силы тяжести Лр/Ъ = С учётом последнего выражения после подстановки уравнений (4 и 5) в формулу (3) средняя скорость течения расплава в коксовой насадке составляет

v=pgd202e2K{\-eieK)

(6)

Ъ2г}(\-£к)2

После подстановки значения V в уравнение (1) и преобразования полученного выражения значение порозности слоя кокса со стекающим расплавом равно

1-е*

е = ек-

_ 32G^

йФр V Ag£K

(7)

По данным [2] жидкий шлак занимает примерно 0,013 - 0,014 м3/м3, что составляет 3 - 4 % межкускового объёма пустот в коксовой насадке, т.е. порозность кокса без шлака составляет 0,35 - 0,40 м3/м3. Близкие результаты получены при расчётах по формуле (7) при следующих исходных данных: порозность кокса £К = 0,37 м3/м3, крупность кусков кокса d = 25 мм, плотность шлака р = 2600 кг/м3, площадь сечения рабочего пространства А = 73,3 м2 (см. рис). С увеличением выхода и вязкости шлака и снижением его плотности порозность слоя кокса со стекающим шлаком уменьшается, а объём пустот, занимаемый шлаком, может увеличиваться с 0,008 до 0,035 м3/м3. Современная доменная печь полезным объёмом 1719 м3 на Украине работает с выходом шлака G^ — 15,6 - 18,5 кг/с. Вязкость доменного шлака г) уменьшается с 4,0 Па*с при температуре 1214 - 1290 °С до 0,17 - 0,24 Па*с при 1500 °С [4]. При средней вязкости 0,5 - 1,0 Па*с промежуточный шлак занимает 0,013 - 0,018 м3/м3 объёма коксовой насадки. Чугун занимает в слое кокса не более 2,3*10^ - 4,6* 10"4 м3/м3 из-за высокой его плотности, 6840 кг/м3, и низкой вязкости, 1,45*10'3 - 1,75*10"3 Па*с [4]. Его незначительным влиянием на порозность коксовой насадки в заплечиках можно пренебречь, ограничившись учётом объёма шлака.

0,035

1 0,03 я

2

g 0,025 э

£

К 0,02

S 0,015

I

с

d001

0,005

----------- -------

0,3 ПЛ

10 12 14 16 18 Выход шлака, кг/с

20

Рис. - Объём коксовой насадки, занятый стекающим шлаком в заплечиках доменной печи

Расчёт перепада статического давления газа ДР в пустотах слоя высотой Н со стекающим расплавом можно производить по уравнению Дарси - Вейсбаха [2]

ЬР = Л(Н!<1пе2)(рги1 /2), (8)

где X - коэффициент сопротивления проходу газов в пустотах, частично заполненных расплавом;

рг - плотность газа, кг/м3; Ц) - приведенная скорость газа, м/с. Неизвестное значение диаметра пустот можно заменить средним размером кусков кокса, пользуясь соотношением, вытекающим из (4) и (5)

йп = <1Ф^Гк1(\-ек) (9)

После преобразований уравнение Эргона для расчёта потерь напора газа в слое кокса со стекающим расплавом приобретает вид

H(l~eK)prU20

~ . -> i П i _ „ J

а е2'5£°/ 2Ф ' {,0)

где 4х - коэффициент сопротивления проходу газа в слое, заменяющий коэффициент А, при переходе от цилиндрических межкусковых каналов к реальному зернистому материалу [2].

В соответствии с уравнениями (7) и (10) шлаковый режим оказывает существенное влияние на потери напора газа в нижней части доменной печи. Увеличение вьгсода шлака с 450 до 550 кг/т чугуна и средней вязкости промежуточного шлака с 0,75 до 1,5 Па*с приводит к повышению расчётного перепада давления газа в заплечиках с 16,5 до 17,7 кПа. Решающее влияние на газопроницаемость коксовой насадки оказывает механическая прочность кокса. При разрушении непрочного кокса уменьшается средний размер его кусков и порозность насадки. Уменьшение крупности кусков кокса с 25 до 20 мм и порозности насадки с 0,37 до 0,35 м3/м3 приводит к увеличению расчётногч перепада давления газа с 16,5 до 26,1 кПа. Мелкие частицы кокса, попадая в шлак, увеличивают его вязкость. Поэтому снижение газопроницаемости нижней зоны доменной печи при непрочном коксе может быть ещё более значительным.

Выводы

1. В заплечиках доменной печи шлак, занимая часть объёма межкусковых пустот коксовой насадки, снижает её порозность на 0,013 - 0,018 м3/м3. Объём пустот, занимаемый шлаком, увеличивается с увеличением его выхода и вязкости и снижением плотности расплава. Объём пустот, занимаемый чугуном, незначителен, 2,3*10"4 - 4,6*10^ mVm3.

2. На газопроницаемость столба шихты в нижних горизонтах доменной печи решающее влияние оказывают механическая прочность кокса и шлаковый режим. Снижение прочности кокса влечёт увеличение сопротивления проходу газов в заплечиках более чем на 60 %.

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. Каминер A.A., Яхно О.М. Гидромеханика в инженерной практике. - К.: Техника, 1987. -

175 с.

4. Доменное производство: Справочник в 2-х т. - ТЛ. Подготовка руд и доменный процесс. -М.: Металлургия, 1989.-496 с.

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.

И

Статья поступила 24.01.2002

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.