» » Влияние кусковатости материалов на газопроницаемость и распределение газов по сечению
08.06.2015

На основании многочисленных исследований получены формулы для расчета гидравлического сопротивления слоя твердых материалов движущемуся сквозь них газу. Из этих формул следует, что сопротивление слоя определяется его высотой, скоростью и плотностью газа, размером кусков, объемом и сечением пустот между кусками. Значения коэффициентов и показателей степени в формулах разные и зависят как от свойств материала, так и от условий проведения опыта. Исследованиями гидравлического сопротивления материалов, применяемых в доменной плавке, занимались Фернес, Вагнер и др., М.А. Шаповалов, М.А. Стефанович, К.И. Сысков, Ф.Ф. Колесанов, Г.Г. Орешкин и др. Однако только формула Н.М. Жаворонкова, полученная при изучении движения газа через слой беспорядочно расположенных материалов при турбулентном режиме, наиболее полно описывает влияние разных факторов:
Влияние кусковатости материалов на газопроницаемость и распределение газов по сечению

При этом
Влияние кусковатости материалов на газопроницаемость и распределение газов по сечению

В формуле полностью отражено влияние на гидравлическое сопротивление всех указанных факторов. Близки к ней формулы М. А. Шаповалова и М.А. Стефановича, которые исследовали сопротивление доменной шихты в условиях заводов Юга и Магнитогорского, а также формула Вагнера с сотрудниками.
Таким образом, при заданных высоте слоя и свойствах газа решающими факторами сопротивления являются размер кусков и скорость газа.
Влияние кусковатости материалов на газопроницаемость и распределение газов по сечению

На рис. 8 и 9 приведены результаты исследований влияния этих условий на сопротивление разных материалов доменной шихты. Из рис. 8 видно, что потеря напора газа резко увеличивается при уменьшении размера кусков кокса ниже 25 мм, причем сопротивление слоя древесного угля больше, чем слоя кокса, что объясняется большей шероховатостью поверхности угля. На рис. 9 показано, как изменяется сопротивление слоя криворожских руд разных фракций с увеличением скорости воздуха. Если при крупной руде (30—60 мм) сопротивление слоя изменяется незначительно, то при пылеватой руде (0—12 мм) — весьма резко.
Влияние кусковатости материалов на газопроницаемость и распределение газов по сечению

Приведенные графики и формула, однако, непригодны для определения действительного гидравлического сопротивления столба материалов в доменной печи. Ими пользоваться нельзя потому, что в нижней части печи находятся тестообразные и жидкие полупродукты и продукты плавки. Кроме того, отдельные материалы шихты расположены слоями, другие перемешаны между собой разными способами, между тем как формулы и графики предполагают либо однородный материал, либо беспорядочную смесь. Главной же причиной неприменимости формул и графиков для исчисления действительного сопротивления слоя в печи является неравномерное движение газов по сечению. Поэтому перепад давления газов между горном и колошником оказывается ниже, чем расчетное среднее сопротивление столба шихты.
Приведенные формулы и графики дают лишь качественное приблизительное представление о газопроницаемости материалов разной кусковатости. Однако их значение не следует недооценивать.
В самом деле: пусть слой шихты, достаточно мелкой, должен дать большое сопротивление; действительная же разность давлений газов в горне и на колошнике невелика, потому что для газов обеспечена проходимость на периферии или у оси. Чем резче разница между расчетным и действительным напором газов, тем хуже обрабатывается слой мелких материалов, а газы неиспользованными уходят в колошник. Наоборот, при равномерном движении газов через слой шихты расчетное сопротивление слоя и действительная разность давлений газов в горке и на колошнике примерно равны.
Таким образом, результаты расчетов гидравлического сопротивления шихты в сопоставлении с действительным перепадом давлений часто дают возможность сделать некоторые выводы о состоянии столба материалов и равномерности распределения газового потока в нем.
Освобождение руды от мелочи не только улучшает газопроницаемость слоя, но и способствует равномерному распределению газового потока по сечениям печи.
Пылеватая руда захватывается потоком восходящих газов и уносится из печи. Это не только увеличивает расход руды и затрудняет уход за газопроводами и пылеуловителями, но и нарушает работу доменной печи. Поэтому освобождение материалов доменной плавки от мелочи — важнейшее мероприятие по обеспечению ровного хода печей, повышению их производительности и снижению расхода кокса на единицу чугуна.
Многие производственные данные иллюстрируют эффективность работы печи на кусковой шихте, освобожденной от мелочи. Пример хорошего использования газов был приведен на рис. 6. Другим примером может быть опыт работы небольшой доменной печи Сулинского завода, когда в качестве горючего применялась смесь кокса с антрацитом. При переходе с рядовой руды (содержавшей 10—30% кусков) на кусковую производительность печи увеличилась на 24—30%, а расход горючего сократился на 11%. На заводе им. Дзержинского применение кусковой руды дало возможность увеличить производительность доменной печи на 29%. На металлургическом заводе им. Кирова при увеличении расхода агломерата с 0,34 до 0,91 т на 1 га чугуна производительность печей возросла на 36%.
В доменной шихте вредными являются не только мелкие материалы, но и большие куски, требующие много времени на сушку, прогрев, удаление летучих и восстановление. На любом горизонте печи они оказываются менее прогретыми и восстановленными, чем куски меньших размеров.
Из всего изложенного видна важность дробления крупных кусков, окускования мелочи и придания шихте более равномерной кусковатости. Поскольку куски материалов не могут быть совершенно одинаковых размеров, существуют известные пределы допустимой их крупности. Так, для руды максимальный размер кусков принимается 50—80 мм, а минимальный — 8—12 мм. Для известняка и кокса принимается нормальным размер кусков 25—80 мм. Для больших доменных печей желательно установить нижний предел размера кусков кокса 35—40 мм.