CC BY
32
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
2004 р.
Вип. № 14
МЕТАЛУРГ1Я
УДК 669.162.263
Тарасов П.В.1, Томаш A.A.2, Семакова В.Б.3, Быков JI.B.4
ЗАСЫПНОЙ АППАРАТ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЙ ЗАГРУЗКИ ШИХТЫ
ПО РАДИУСУ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
Предложена конструкция конусного загрузочного устройства со стационарным распределителем шихты и технологическим отверстием в нижнем конусе. Показано, что технологические возможности стационарных загрузочных устройств могут быть более высокими по сравнению с ЗУ типовой конструкции и БЗУ любых типов
Конструктивные особенности загрузочных устройств (ЗУ) доменных печей являются решающими в распределении шихтовых материалов и печных газов по окружности и радиусу колошника. Известно, что именно верхнее распределение шихты является основным фактором изменения конфигурации коксовых окон в зоне когезии, т.е. не только предопределяет потери АР напора газов в сухой части столба материалов, но и в значительной степени АР в нижней части печи [ 1-3].
Следует отметить, что радиальное распределение газового потока играет в доменной печи более важную роль по сравнению с его окружным распределением. Выход из строя вращающегося распределителя шихты (ВРШ) можно до некоторой степени компенсировать за счет сдвоенных подач, набора на малый конус по два скипа агломерата и кокса, увеличения массы подач. Например, на МК "Криворожсталь" долгое время работают без ВРШ, показатели плавки при этом мало изменились. Если нарушается радиальное распределение газов, то это приводит не только к тугому сходу шихты, но и к её повисанию с последующими принудительными осадками.
До настоящего времени нет единого мнения о рациональном распределении шихты и газов по радиусу печи. Необходимость неравномерного распределения шихтовых материалов по их массе и гранулометрическому составу по радиусу печи не вызывает сомнений ни с теоретической точки зрения, ни тем более условий управления ходом печей с целью максимальной их производительности и минимального расхода кокса. Но достижение таких результатов в теоретическом и практическом понимании представляется по-разному.
В любой доменной печи существуют условия для снижения осевого потока газов. Это, во-первых, периферийный подвод дутья, во-вторых, перевеивание мелких частиц в осевую зону, в-третьих, накопление жидких продуктов плавки в горне, затем переток мелочи из промежуточной зоны в центр по всей высоте шахты и большая потеря порозности шихты в зоне когезии [1-3 и др.].
Как правило, в настоящее время на доменных печах Украины и России с конусными засыпными аппаратами (КЗА) типовой конструкции содержание СО2 в центре выше, по сравнению с содержанием СО2 на периферии печи. Попытки разгрузить центр печи за счет подачи малых колош и увеличения уровня засыпи, как правило, не дают положительных результатов. При малых колошах увеличивается рудная часть на периферии и снижается здесь газовый поток. В центре газовый поток может не только не увеличиваться, но и уменьшаться, из-за большей продуваемости газом меньшего количества ссыпаемых с конуса материалов и их перевеивания в центр печи. Такой же эффект может наблюдаться и при увеличении уровня засыпи. Поскольку продуваемость шихты так же увеличивается, из-за большего времени её падения ближе к стенкам колошника, где имеется более мощный поток газов. При подгруженном центре уве-
1 ГТГТУ, ст. преподаватель
2 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
3 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
4 ПГТУ, ст. науч. сотр.
личением рудной нагрузки на периферии редко удается увеличить центральный поток газов. Часто это приводит к потере ровного хода печи или к «подвисанию» шихты.
Ранее, при большем расходе кокса, указанными выше приемами удавалось разгружать центр печи от рудной составляющей шихты. Особенно это эффективно получалось в конце и сразу после выпуска чугуна. Загрузка прямых подач, уменьшение рудной нагрузки, снижение уровня засыпи с одновременным увеличением дутья - все это вместе взятое или в отдельности увеличивало осевой поток газов. Большие скорости газов в центре печи способствовали пере-дуву мелочи из осевой зоны в промежуточную зону. В связи со значительным снижением расхода кокса (повышение температуры дутья, вдувание углеродсодержащих добавок, улучшение качества кокса и агломерата и др.), как уже отмечалось, причины снижения центрального потока газов сохранились, а способы их восстановления оказываются малоэффективными.
Возникла острая необходимость загружать часть кокса непосредственно в центральную зону печи. Для этой цели применяют бесконусные загрузочные устройства (БЗУ) различных конструкций - лотковые, типа воронка-склиз, роторные (РЗУ) и др., которые позволяют загружать часть кокса в центр доменной печи [4-7 и др.]. Как правило, во всех публикациях отмечается неудовлетворительное распределение шихты БЗУ по окружности печи. Исключение составляет РЗУ. Но там кроме пятилопостного ротора для окружного распределения сохранили и ВРШ типовой конструкции. Все БЗУ дорогие - от 5 до 12 млн. американских долларов и окупаются в течение 7-10 лет. Кроме того, в условиях высокого содержания мелочи в агломерате и неравномерного его фракционного состава осложняется регулировка газовых потоков не только по окружности, но и по радиусу печи. Поэтому, например, показатели доменной печи № 9 МК «Криворожсталь» с загрузкой БЗУ лоткового типа меньше по сравнению с показателями печей с загрузкой КЗУ типовой конструкции (цех № 2). Так реальный расход кокса на доменной печи № 9 составил за 1-й квартал 2003 г. 480 кг/т чугуна, а на доменных печах цеха № 2 - 486 кг/т чугуна. Приведенный к равным условиям расход кокса составил соответственно 480 и 478 кг/т чугуна, т. е. коэффициент использования полезного объёма (КИПО) составил соответственно 0,746 и 0,697 м3-сут/т. Следовательно, показатели печи с БЗУ по крайней мере не улучшились, а следовательно, и окупаемость дорогостоящего ЗУ лоткового типа не оправдывается. Однако установка БЗУ на доменной печи объёмом 5000 м3 вполне объяснима, поскольку КЗУ здесь просто трудно установить из-за большого диаметра нижнего конуса. Зато неоправданна установка БЗУ на доменных печах среднего и малого объёмов в условиях низкого качества кокса и агломерата. Например, доменные печи № 3 и 4 МК «Азовсталь» с БЗУ лоткового типа имеют более низкие показатели, чем на МК им. Ильича с КЗУ типовой конструкции (соответственно реальный расход кокса по цехам 566 и 544 кг/т чугуна за 1-й квартал 2003 г.).
На МК «Запорожсталь» на доменной печи № 5 установлено БЗУ типа воронка-склиз. На доменных печах № 3 и 4 работают КЗУ с технологическим отверстием в нижнем конусе (ТОНК) для пересыпания части кокса в центр печи. В таблице 1 приведены показатели работы указанных печей МК «Запорожсталь» за 1-й квартал 2003 года. Из таблицы 1 видно, что работа доменной печи с БЗУ типа воронка-склиз также не оправдывает большие затраты на БЗУ.
Следовательно, КЗУ с ТОНК показало лучшие результаты по сравнению с типовой конструкцией ЗУ и БЗУ разных типов. Но при эксплуатации КЗУ с ТОНК возникали ситуации, когда без изменения величины подачи нужно было увеличить количество кокса, пересыпаемого в осевую зону. Или, наоборот, не изменяя массу подачи, снизить количество пересыпаемого в центр кокса или вообще не подавать кокс в осевую зону печи.
Целью настоящей работы явилось дополнение конструкции КЗУ с ТОНК свободно подвешенным конусом с дозирующей воронкой, как показано на рисунке 1. Это позволит увеличить технологические возможности ЗУ и снизить расход кокса.
Во время опускания промежуточного малого конуса дополнительный конус перекрывает технологическое отверстие, и кокс через него не пересыпается в осевую зону колошника (рис. 1, а). При опускании нижнего конуса с открытым промежуточным малым конусом шихта всей подачи попадет на периферию печи. В центр печи кокс не пересыпается. Если же промежуточный малый конус закрыть при верхнем положении нижнего конуса, то часть кокса будет пересыпаться через технологическое отверстие в осевую зону (рис. 1, б). Таким образом можно регулировать количество пересыпаемого кокса в центр печи, не изменяя массу подачи. Допол-
нительных механизмов перемещения конусов не требуется, что не усложняет конструкцию в целом.
Таблица 1 - Показатели работы доменных печей МК «Запорожсталь» за первый квартал 2003 г.
Наименование показателя ДП № 3 ДП № 4 ДП № 5 Примечание
Производство, т чугуна/сут 2781 2622 2784 Доменные печи
Расход кокса, кг/т чугуна 471 492 484 № 3 и 4 оборудо-
Выход шлака, кг/т чугуна 427 451 434 ваны КЗУ с
Температура дутья, "С 1122 1137 1108 ТОНК. Доменная
Давление на колошнике, кПа 1,36 1,34 1,28 печь № 5 БЗУ ти-
Содержание в чугуне. %: 0,82 0,70 0,80 па воронка-склиз
Мп 0,31 0,46 0,26
Б 0,023 0,025 0,022
Расход природного газа, м7т 116 124 114
Простои, % 0.83 1.57 3.30
Тихий ход, % 1,37 1,53 1,06
Отсев мелочи, % - - 6,0
Приведенные к равным условиям: производство чугуна, т/сут расход кокса, кг/т чугуна 2781 471 2665 496 2748 489
Малый конус является нижним газовым затвором. Верхним газовым затвором может служить второй малый кон\ с, как это имеет место на доменных печах № 3 и № 4 МК «Запорожсталь», или клапанные газовые затворы (рис.2). В последнем случае можно оставить типовой ВРШ или для равномерного распределения шихты по окружности применить дифференцирующую и дозирующую стационарные воронки.
1 - нижний конус; 2 - чаша нижнего конуса; 3 - технологическое отверстие нижнего конуса; 4 - дополнительный конус; 5 - труба для фиксирования вертикального положения дополгительного конуса; б - верхний конус; 7 - чаша верхнего конуса
Рис. 1 - Распределение кокса без пересыпания в осевую зон;,' (а) и с частичной загрузкой кокса в центр колошника (б) КЗУ с ТОНК
Работа ЗУ осуществляется по следующей схеме. Материалы ссыпаются из скипа через открытый верхний клапан 16 на делители дифференцирующей воронки 15. Здесь поток шихты разделяется на четыре потока и через узкое отверстие воронки 15 попадает в дозирующую воронку 14, нижняя часть которой имеет коническое сужение. Из воронки 14 шихта ссыпается на верхний конус 12, при этом воронка 14 может подниматься, а штанга 13 верхнего конуса служит направляющей опорой для перемещающейся воронки 14. На верхний конус 12, как правило, набирается по два скипа материалов, затем его опускают и шихта попадает на нижний конус 3. Здесь набирается вся подача, причем кокс может пересыпаться в осевую зону через коническую воронку 7 (рис. 1, б) или полностью ссыпаться на периферию (рис. 1, а). Нижний конус через специальные косынки 4 и трубу 5 крепиться к штанге 6. Дополнительный конус 8 имеет зазор 150 - 200 мм по отношению к нижнему конусу и через трубу 9 фиксируется его вертикальное перемещение. В свою очередь труба 9 свободно опирается на втулку 10, закрепленную в основании верхнего конуса. Нижний конус закрывает чашу 2, а верхний чашу 11. Все ЗУ устанавливается, над колошником 1, куда ссыпаются материалы с нижнего конуса.
Стационарный распределитель шихты (СРШ) с дифференцирующей и дозирующей воронками и КЗА с ТОНК позволяют получить достаточно равномерное окружное распределение материалов и однозначную загрузку части кокса в осевую зону с получением здесь устойчивого потока газов. Следовательно, значительно снизится расход кокса, цена которого к концу 2003 г. удвоилась по сравнению с 2000 г. (табл. 2). При этом немалую роль играет и снижение стоимости ЗУ стационарной конструкции и меньшие эксплуатационные затраты. С учетом эксплуатации СРШ на доменной печи № 3 МЗ им. Петровского [8J и ЗУ с ТОНК на доменных печах МК «Запорожсталь» [9] предлагаемое ЗУ обеспечит снижение расхода кокса на 25-30 кг/т чугуна при одновременном увеличении производительности на 3-4%.
Таблица 2 - Динамика средних прейскурантных цен на кокс в СНГ
Цена (источник оценки «Металл Эксперт», без НДС) по годам
Вид топлива 2000 2001 2002 2003 1-й кв. 2003 2-й кв. 2003 3-й кв. 2003 4-й кв. 2003 янв. 2004 февр. 2004
Доменный кокс (25 - 40 мм):
- Украина, $/т; 53 62 63 81 73 82 81 94 102 113
- Россия, $/т 59 68 61 80 75 81 81 88 91 101
Коксовый
орешек (8 - 25 мм): - Украина, $/т; 40 47 51 58 53 60 57 66 70 81
- Россия, $/т 47 49 45 58 52 56 61 66 68 77
Рис. 2 - Загруз очное устройство со стационарным распределителем шихты и конусным засыпным аппаратом с ТОНК
Выводы
1. В доменных печах при любых загрузочных устройствах существуют условия для снижения скорости газового потока в осевой зоне.
2. БЗУ любых конструкций позволяют загружать часть кокса непосредственно в осевую зону и поддерживать здесь необходимый поток печных газов. Однако они дороги, окупаются в течение 7-10 лет и создают большую окружную неравномерность по сравнению с типовым ВРШ.
3. Стационарные загрузочные устройства (СЗУ) обеспечивают более равномерное распределение материалов по окружности печи по сравнению с БЗУ.
4. Конусный засыпной аппарат с технологическим отверстием в нижнем конусе обеспечивает оптимальное распределение материалов и газов по радиусу печи. Кроме того, стоимость СЗУ в 5-6 раз дешевле БЗУ любой конструкции.
5. Учитывая положительные стороны стационарного засыпного аппарата, он найдет широкое применение в доменном производстве.
Перечень ссылок
1. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса: 2£ изд. перераб. и доп./ В.П.Тарасов. -Металлургия. —1990. - 216 с.
2. Исследование массопереноса при потере стабильности граничащих зернистых слоев/ В.П.Тарасов, В.Б.Семакова, А.А.Томаш и др. II Сталь. - 1991. - № 9. - С.11-14.
3. Тарасов В. П. О газопроницаемости зоны размягчения в условиях доменной плавки/
B.П.Тарасов, О.Т.Хайретдинова, А.А.Томаш // Изв. вузов. ЧМ. - 2002. - № 4. - С. 64-66.
4. Большаков В.И. Теория и практика загрузки доменных печей / В.И.Большаков. - М.: Металлургия. - 1990. - 256 с.
5. Бочка В.В. Автоматизированное управление распределением материалов по окружности доменной печи БЗУ лоткового типа/ В В. Бочка, А.К Тараканов, Н.Ш. Гринштейн //Производство чугуна на рубеже столетий- Днепропетровск: Пороги, 1999 - С.431-435.
6. Покрышкин В.Л. Оценка эффективности использования технологических возможностей БЗУ по данным тепловых и материальных балансов доменной плавки /В.Л.Покрышкин, Ю.В.Рак, Н.Е.Ходотова И Сталь. - 1989. - № 4. - С. 10-1 4.
7. Особенности распределения шихтовых материалов загрузочным устройством с роторным распределителем шихты/ А.А.Антонов, С.Ф.Бугаев, В.П.Горбачев, В.В.Каляка //Сталь.-1999.-№ 5 - С. 17-19.
8. Окружное распределение газового потока в доменной печи и его зависимость от способов загрузки шихты / В.П. Тарасов, В.П. Русских, В.Ф. Мазов и др. И Интенсификация процессов доменной плавки и освоение печей большого объема. - М.: 1978. - № 4. -
C.38-42.
9. Результаты эксплуатации загрузочного устройства с подачей части кокса в осевую зону колошника / В.А.Сацкий, В.П.Тарасов, В.И.Набока и др. II Сталь-2001 - № 11- С.486-489.
Статья поступила 01.03.2004
