Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Потоки газов могут быть периферийными, осевыми и канальными. При этом степень неравномерности потоков бывает различной. В одних случаях неравномерность вызывается необходимостью и, следовательно, до известной степени полезна; в других случаях, например, при канальном потоке, она вредна и представляет собой расстройство хода печи.
Неравномерность газового потока, вызванная стремлением использовать теплосодержание и восстановительную способность газа и имеющая целью направить большее количество газа туда, где больше руды, — рациональна и полезна. Однако иногда в целях обеспечения ровного хода печи приходится от этого принципа отступать и прибегать к периферийному или осевому потокам, которые также до известных пределов бывают полезны. При этом неравномерность потока, не вызванная стремлением обеспечить руду нужным количеством газа для нагрева и восстановления, должна быть минимальной. Чрезмерная неравномерность всегда вредна: там, где газа идет больше, чем требуется, он используется недостаточно полно и уходит из печи с чрезмерно высокой температурой. При этом куски или плотные слои шихты подвергаются его воздействию лишь снаружи. Но и при малом количестве проходящего газа тоже получается вред. Несмотря на хорошее использование его восстановительной способности (значительная часть СО газа переходит в СО2), количество его очень мало в сравнении с количеством газа, проходящего по широким каналам и плохо используемого. При этом большое количество материалов, обработанных малым количеством газа, остается мало прогретым и недостаточно восстановленным Следовательно, шихта в целом оказывается плохо подготовленной и при малом, и при большом количестве газа, а сам газ уходит из печи использованным в недостаточной мере.
Однако в известной мере приходится мириться с некоторой неравномерностью обработки шихты газами, имея в виду намеренное создание условий ровного хода печи, т. е. обеспечение несколько усиленного движения газов у оси и по периферии.
Рассмотрим, какими средствами можно установить характер и степень неравномерности газового потока.
О характере потока можно судить, измеряя температуру газа или делая анализ газа, извлеченного из тех или иных мест печи. На нескольких горизонтах (по высоте шахты и распара) в кожухе и кладке просверливаются отверстия, по одному или несколько на каждом горизонте. Через каждое отверстие вводят внутрь печи трубу, переметающуюся по радиусу. Останавливая устье трубы в разных точках радиуса, на периферии и в центре сечения, забирают пробы газа. Иногда одновременно измеряется и температура газа вставленными в трубу термопарами.
Таким образом, составляется представление о движении п работе газа на разных горизонтах и по сечению каждого. Для более глубокого изучения иногда забирают пробы материалов, подвергаемые исследованию, измеряют скорости движения и давления газа в разных точках, скорости опускания материалов, изменения уровня засыпи в разных точках радиуса колошника и т. д.
Для упрощения измерений часто ограничиваются одним верхним горизонтом, а пробы газа забирают (и производят измерения температур) по всему радиусу или лишь по периферии, считая, что интенсивность движения газа у стен дает уже некоторое представление о характере потока. Иногда в кладке шахты на разных горизонтах располагают термопары, по показаниям которых составляют косвенное представление об изменении потока. Если температура кладки шахты повысилась, — значит в соответствующем месте усилился газовый поток. Однако температура кладки может колебаться не только от изменения направления газового потока, но и от изменения фактической толщины стенки, например, от износа ее, от налипания на стенки материалов или полупродуктов плавки, а также от интенсивности охлаждения.
Иногда измеряют температуру газа в газоотводах или в «свечах» на колошнике; иногда в этих местах производят анализ газа. По этим данным делают выводы о движении газа под тем или иным газоотводом или «свечой». Температура газа в газоотводах иногда дает представление о характере потока.
Все же эти способы не всегда достаточно точно дают ответы на разные вопросы. Так, измерение температур кладки шахты нельзя признать ни точным, ни достоверным. Температура газа в газоотводе не всегда отражает интенсивность движения газов под газоотводом; иногда она дает представление о смешанном газе из нескольких участков печи. То же следует сказать и об анализе газа из газоотводов. Анализ и температура газа на периферии колошника характеризует движение газа в разных участках периферии, но ничего не говорят о том, каково движение в серединных и осевой частях печи.
Наиболее надежным средством суждения о движении газов по сечениям может быть отбор проб газов по радиусам с измерением температур газа в соответствующих точках. Для достоверности этих данных необходим систематический забор проб и частые измерения. При этом нужно охватить не один радиус, а по крайней мере два (по одному диаметру) на каждом горизонте. Важнейшим является самый верхний горизонт, на 1—2 м ниже уровня засыпи, но иногда, в исследовательских целях, нужны и горизонты, расположенные ниже.
Для одновременного отбора проб и измерения температур в печи ниже уровня материалов монтируют одну или две охлаждаемые «балки» с проходящими внутри их трубками, устья которых выходят внутрь печи в разных точках (рис. 1). Через трубки непрерывно отбираются пробы газа, передаваемые автоматическому газоанализатору на CO2. Иногда внутри этих трубок проходят термопары, горячий спай которых подвергается непосредственному действию газа в соответствующей точке колошника. В этом случае получаются данные об изменениях в составе и температуре газов по сечению печи.
На Магнитогорском заводе «балку» заменили подвижной трубой для отбора проб газа в нескольких точках по радиусу колошника. Труба вводится в печь, останавливается для забора проб, передвигается и выводится автоматически, по определенному графику, так что получаются непрерывные данные об анализе газа по радиусу.
На рис. 2 даны типичные диаграммы, отражающие периферийное движение газа (а), центральное (б) и периферийно-центральное (в) при заборе проб газа ниже уровня материалов. Однако о периферийном или центральном движении газа можно говорить (рис. 2) только в случае, если кривые характерны для всего сечения колошника, т. е. для нескольких радиусов в разных местах колошника.
Усиленный поток газа может быть не на периферии, а более или менее удаленным от стенки. В этом случае температурная кривая в соответствующем месте будет возрастать, а кривая СО2 — понижаться (рис. 3).
На рис. 4 приведены данные И.З. Козловича о температурах и содержании СО2 в газе по сечению печи. Опыты, проведенные В.г. Басовым и на Кузнецком металлургическом комбинате, свидетельствуют о более равномерном распределении газов по двум радиусам диаметра на двух горизонтах (рис. 5).
На диаграммах рис. 4 и 5 имеется полное соответствие между содержанием в газе и температурой: где выше температура, там ниже содержание СО2. Однако такое соответствие бывает не всегда. Если газ движется через каналы, образуемые известняком или легковосстановимой рудой, то в нем будет больше СО2, чем при прохождении газа между кусками руды, отдающей плохо свой кислород и не сопровождаемой известняком. Так бывает, например, при большой загрузке известняка в центральную часть печи, что требуется иногда для разжижения шлаков на периферии. В этом случае увеличивается содержание СО2 в газе у оси. С другой стороны, при движении газа даже в небольшом количестве и с малыми скоростями через слой кокса в газе вовсе не будет СО2. в первом случае температура газа может быть высокой, несмотря на присутствие сравнительно заметного количества СО2, а во втором — низкой, несмотря на отсутствие СО2.
Подобных примеров можно привести много. Все они свидетельствуют о том, что для строгости анализа следует иметь одновременные данные о составе и температуре газа по радиусу. На практике обычно определяют только содержание СО2 в газе, допуская, что это отражает действительную картину движения потока.
В последнее время для изучения распределения газов и материалов по сечениям используют радиоактивные изотопы. Однако эта методика применяется пока только при научных исследованиях.
