» » Сортировка материалов по размеру кусков
08.06.2015

Средством повышения газопроницаемости и обеспечения равномерного распределения газов в слое является сортировка материалов по кусковатости. Объясняется это тем, что меелкозернистый материал, располагаясь в пустотах между крупными кусками, ухудшает газопроницаемость такого слоя. Кроме того, мелкие частицы в смеси с кусковыми являются причиной канального хода газов: пробившись сквозь участки, заполненные пылью, газовый поток уносит эту пыль и образует каналы, в которые устремляются большие количества газов, не встречая значительного сопротивления. Наоборот, если шихта состоит из одинаковых или мало отличающихся друг от друга по размерам кусков (например, 70 и 50 мм), меньшие из них не располагаются в пустотах между крупными, и столб материалов, имея много пустот, является более газопроницаемым. Неоднократные рассевы смешанной руды на фракции показали, что сумма объемов всех фракций после рассева больше объема нерассеянной смеси. До рассева 1 м3 руды с максимальным размером кусков 75 мм на три класса примерно одинакового объема пустоты составляли 50,7% объема, а после рассева — 75,5%. Увеличение объема пустот повышает газопроницаемость, а также улучшает распределение газов по сечению печи. Однако не всякая сортировка по кусковатости дает и тот и другой эффект. Улучшение газопроницаемости шихты возможно при таких условиях:
а) мелочь до сортировки должна размещаться между кусками;
б) количество мелочи должно быть достаточным, чтобы она заполнила значительную часть объема пустот между крупными кусками высшей фракции;
в) мелкозернистый материал, выделенный в особую фракцию и загруженный отдельным слоем, не должен слеживаться в плотную массу, гидравлическоё сопротивление которой бoльшe, чем сопротивление смеси до рассортировки.
А.С. Саркисьянц, предположив идеальный случай, когда куски шарообразны, рассмотрел размещение больших и малых шаров до и после сортировки и пришел к заключению, что мелкие куски могут разместиться между крупными только в том случае, если отношение линейных размеров самых крупных кусков к размерам самых мелких в каждой фракции составляет более 2. При меньшей разнице размеров мелкие куски не разместятся в пустотах, а будут раздвигать крупные куски.
При наиболее рыхлой размещении шаров сумма пустот составляет около 50% всего объема, а при плотной упаковке — 26%.
Как показали исследования К.А. Бовкуна, на величину потери напора оказывает влияние не так объем пустот, как размер каналов, образованных этими пустотами. Количество мелкой фракции в смеси, выше которого газопроницаемость шихты ухудшается по сравнению с загрузкой слоями, зависит не только от разницы в размерах крупных и мелких кусков, но и от физических свойств материала.
Высказанные соображения иллюстрируются результатами исследований М.А. Шаповалова, приведенными на рис. 10.
Сортировка материалов по размеру кусков

Опыты проводились в цилиндре, заполненном смесью кокса с рудой, через который продувались разные количества воздуха.
Сначала шихта засыпалась слоями разной крупности —0—12 мм, 12—30 мм и 30—60 мм (кривые а1). Затем эти же материалы предварительно смешивались (кривые а2). В опытах фиксировалось давление при разном количестве воздуха. Из рис. 10 видно, что при 50% мелочи (0—12 мм) в смеси руды разница между сопротивлением слоя при смешанной и раздельной загрузке незначительна. Общее сопротивление слоя при обоих способах загрузки велико, так как при смешанной загрузке большое количество мелочи (0—12 мм) полностью заполняет все пустоты, а при раздельной загрузке отдельно расположенный плотный слой мелкозернистой фракции создает большое сопротивление.
при 25% мелкой фракции раздельная загрузка дает большее сопротивление, чем смешанная, так как мелкозернистые частицы руды не заполняют всех пустот между кусками. Отсев мелочи из смеси и сосредоточенная загрузка ее плотным и толстым слоем увеличивает сопротивление, несмотря на возрастание объема пустот между кусками крупной фракции. Когда фракция 0—12 мм в шихте отсутствует, раздельная загрузка остальных двух фракций дает меньшее сопротивление, чем смешанная.
Таким образом, сортировка материалов увеличивает газопроницаемость слоя кусковых материалов. Сортировка с выводом мелочи в особую фракцию не увеличивает газопроницаемость. К подобным выводам, кроме М.А. Шаповалоза, приходили и другие исследователи. Таким образом, только при полном отсеве мелкой фракции из руды и из агломерата и выводе ее из шихты можно добиться существенного улучшения газопроницаемости как при смешанной, так и сортированной шихте.
Как показано М.А. Павловым, а позже подтверждено исследованиями Г.Г. Орешкина и Н.Л. Гольдштейна, рассортировка руд ценна не только тем, что повышает газопроницаемость слоя, но главным образом и тем,что дает более равномерное распределение газа по сечению печи и более устойчивое распределение самих материалов. Ввиду этого иногда желательна рассортировка и раздельная подача даже руды, содержащей мелочь. Рассортировка же кусковых материалов, в том числе и кокса, всегда дает увеличение газопроницаемости. Следует также учесть, что сортировка по крупности имеет преимущества, связанные и с более рациональным размещением материалов при загрузке на колошнике; при достаточно одномерной фракции ее составные части меньше сегрегируют. Поэтому если при загрузке смешанной шихты на периферии ложится главным образом мелочь, а в центре печи — кусковая руда, то при загрузке каждой фракции отдельно мелкозернистый материал располагается и в центре, и на периферии.
При чередующихся слоях материалов разной кусковатости газы движутся по извилистому пути; путь газов при этом удлиняется, а использование их улучшается. Поэтому в ряде случаев опытные доменные плавки на рассортированных по кусковатости материалах давали хорошие результаты. Приведем некоторые примеры из довоенной практики.
В США при работе на нерассортированных рудах, содержавших 28,2% частиц размером менее 12,5 мм и 56,6% кусков размером более 25 мм, расход кокса на 1 т передельного чугуна составлял 1,11 т. При рассортировке руды на два класса (крупнее и мельче 19 мм) расход кокса снизился до 0,95 т, а при рассортировке на три класса — до 0,918 т. Производительность печи возросла во втором случае на 20%, а в третьем на 26%. Аналогичные результаты были получены и при выплавке литейного чугуна.
При сортировке материалов по крупности на одном из заводов Германии расход кокса сократился на 80—100 кг на 1 т чугуна.
На доменной печи № 3 завода им. Дзержинского, выплавлявшей до сортировки руд 354 т чугуна в сутки при расходе кокса 1,07 т на 1 т чугуна, с переходом на сортированную руду (классы: 35— 75 мм; 6—35 мм и 0—6 мм) производительность повысилась до 458 т при расходе кокса 0,947 т. При отсеве частиц размером менее 6 мм и работе на двух классах (75—35 мм и 6—35 мм) производительность возросла на 29%. Обычно при грохочении руд с максимальным размером кусков 80 мм получаются три фракции: 80—30 мм, 30—10 мм, 10—0 мм (иногда вместо 10 мм бывает 12 мм или 6—8 мм). Самая мелкая фракция руды спекается на аглолентах.
Отношение размеров крупных кусков к мелким в первой фракции равно 2,67, а во второй -3. Хотя эти цифры и больше теоретически выведенной величины 2, но в такой фракции мелкие частицы не заполняют пустоты, образованные крупными кусками. Сортировка кокса играет меньшую роль, чем сортировка руды, так как нижний предел крупности кокса равен 25 мм, а иногда 35 мм. Однако кокс следует сортировать на фракции крупнее 50 мм и 50—25 мм. Опытные плавки, проведенные на сортированном коксе за границей и на отечественных заводах «Криворожсталь» и Магнитогорском до войны, дали хорошие результаты. Практически работа на сортированном коксе не внедрена. При этом особенно большое значение приобретает отделение от кокса и известняка частиц размером менее 25 мм.