» » Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей
08.06.2015

Интенсивность хода доменной печи выражается разными способами:
1. Коэффициентом использования полезного объема печи, представляющим полезный объем печи, приходящийся на тонну суточной выплавки чугуна
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

2. Временем пребывания материалов в печи от момента загрузки до получения из них чугуна в горне /ч, час.
3. Временем пребывания газов в печи 4, сек.
4. Количеством кокса в час на 1 сечения горна J, т/м2 час.
5. Количеством дутья в единицу времени на 1 сечения горна или количеством газов на 1 м2 сечения распара или колошника, примерно пропорциональным интенсивности горения 3 (п. 4), или количеством дутья на 1 сечения определенной части горна, например, периферийного кольца горна определенной ширины (м3/м2час).
6. Объемной интенсивностью горения кокса или интенсивностью хода — количеством кокса в сутки на 1 полезного объема печи — I (т/м3 сутки).
7. Количеством дутья в мин. на 1 полезного объема доменной печи, приблизительно пропорциональным величине (м3/м3 мин).
Все эти показатели тесно связаны между собой.
По П.Г. Рубину связь между Кипо и временем пребывания материалов в печи tч устанавливается из следующих рассуждений.
Примем:
V0 — рабочий объем печи, считая от уровня засыпи до уровня фурм;
Vпол — объем печи от уровня засыпи до оси летки;
Vср — средний объем материалов в печи, отнесенный к 1 т выплавленного чугуна;
V1 = TVcp/24 — объем материалов, соответствующий часовой загрузке;
Vнaч — объем материалов при загрузке на единицу чугуна;
Vф — объем кокса у фурм на единицу чугуна.
Следовательно, время пребывания материалов в печи можно выразить:
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Известно, что объем горна составляет около 15% рабочего объема, т. е. Vпол ≈ 1,15 V0.
Подставляя значения V0 и V1 в (1,5), получим
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Средний объем материалов в печи Vср меньше начального их объема Vнач вследствие уплотнения материалов при их движении в результате шлакования породы и плавления шихты, а также и потому, что кокс при опускании расходуется на истирание, науглероживание чугуна и восстановительные процессы. С другой стороны кажущийся объем материалов увеличивается при прохождении через них газов вследствие разрыхляющего действия газового потока
Вместо кокса, руды, агломерата, флюса и разных добавок, за гружаемых в печь, к фурмам приходит в твердом состоянии некого рое количество кокса, определяющее объем материалов на фурмах чугун, шлак и газ, находясь в жидком и газообразном состоянии, располагаются между кусками кокса и отдельного объема не занимают. Под тяжестью столба шихтовых материалов куски кокса укладываются плотнее. Явление это названо М.А. Павловым «уминкой».
Можно приблизительно подсчитать объем материалов при загрузке Vнач и кокса на фурмах Vф, но трудно установить закономерность уменьшения объема от Vнач до Vф. Однако знание этого закона необходимо для вычисления Vср. Предположение о равномерном изменении объема материалов от колошника до фурм мало вероятно, так как плавление чугуна и шлака и расходование углерода на реакции происходят главным образом в заплечиках и распаре. Поэтому правильнее принять по А.Н. Похвисневу:
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Аналогичная формула выведена М.А. Павловым следующим образом.
Если через V обозначить объем сырых материалов в печи, отнесенный к 1 т чугуна, а через Т — суточную выплавку чугуна в т, то произведение ТV выразит объем сырых материалов, прошедших печь в сутки, а отношение к нему полезного объема печи Vпол — время пребывания материалов в сутках или в часах:
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Этот вывод проще, но схематичнее предыдущего, так как не учитывает изменения объема материалов в печи, а также и того, что в горне процессы восстановления и шлакообразования уже почти не протекают.
Из (I, 10) следует известная формула, связывающая использование объема со временем пребывания материалов в печи и объемом шихтовых материалов, расходуемых на 1 т чугуна
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Следовательно, использование объема печи улучшается при сокращении времени пребывания материалов и уменьшении их объема на единицу чугуна, т. е. при снижении расхода и увеличении насыпного веса шихты.
Формулой (1,12) часто пользуются для подсчета времени пребывания материала в печи tч, т. е. средней длительности процесса получения чугуна.
Интенсивность хода печей иногда выражается временем пребывания газов в печи — tс. Но величины tч и tс связаны между собой прямой пропорциональностью: чем больше интенсивность хода печи, тем меньше tч и tс. Обычно в шихте на 1 т кокса приходится около 3 всех материалов. Так, например, 1 т кокса занимает объем около 2 м3; соответственно этому 1,6 т рудной сыпи имеет объем около 0,7 и 0,4—0,5 т флюса —0,3 м3. При изменении расхода кокса приблизительно пропорционально изменяется объем материалов. Поэтому, если в сутки расходуется кокса Кm, то часовое объемное количество материалов составит:
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Продолжительность пребывания материалов в печи (в час.) пропорциональна времени пребывания газов (в сек.), например: при tч = 8 час. tc = 3 сек., а при tч = 12 час., tc = 4,5 сек., т.е tч = 8/3 tc.
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Та же зависимость выводится зарубежными авторами следующим образом. Если принять, что сумма пустот в слое насыпных материалов шихты составляет 36%, то объем всех пустот до уровня фурм составит 0,36 V0.
На 1 т кокса приходится в среднем 10 400 газов (с учетом действительных температур и давлений в печи); поэтому при суточном расходе кокса К секундное количество газов равно 10400*К/86400, а время пребывания газов в печи
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Из формул (I,14), (I,16) и (I,17) следует, что время пребывания материалов и газов в печи зависит от объема печи и количества сжигаемого в единицу времени кокса.
Отношения V0/K или Vпол/K, входящие в формулы (I,14), (I,16) и (I,17) и определяющие время пребывания материалов и газов в печи, обратны объемной интенсивности горения: I = K/Vпол.
Следовательно, время пребывания материалов или газов обратно пропорционально объемной интенсивности горения.
Пользуясь понятием интенсивности хода I, можно дать иное выражение для Кипо:
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Следовательно, коэффициент использования полезного объема равен относительному расходу кокса, деленному на интенсивность плавки.
Можно Кипо выразить через количество руды в шихте, отнесенной к весу кокса Я, и выходу чугуна из единицы руды — α.
Количество кокса, сжигаемого в сутки, составляет VI; тогда вес проплавляемой руды составит HVI, а суточная выплавка чугуна
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Таким образом, Кипо тем лучше, чем выше нагрузка руды на кокс и чем больше выход чугуна из руды.
Поэтому иногда на некоторых восточных заводах интенсивность плавки оценивают суточным количеством руды, проплавляемой на единицу объема печи. Этим показателем охватывается понятие как интенсивности хода печи, так и использования газов для восстановительной и тепловой работы.
При постоянном качестве руды Kипо обратно пропорционально количеству проплавляемой в сутки руды.
Из выражения (I,10) можно установить потребное количество дутья и определить, от каких параметров оно зависит. Количество дутья, вдуваемого в печь в единицу времени, связано с длительностью пребывания материалов в печи, объемом материалов на единицу чугуна и количеством горючего, сжигаемого в единицу времени. Так как на каждую тонну кокса требуется вдувать в фурмы около 2900 м3 воздуха, то минутное количество воздуха составит:
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Из формулы (I,23), вытекает практическое правило: минутное количество дутья, подаваемого в печь, численно приблизительно равно удвоенному суточному количеству сожженного кокса (в т).
Подставляя в (I,23) значение Т из (I,10), получим:
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Так как К0 и V связаны между собой приблизительно прямой пропорциональностью, то на количество дутья Qмин изменение этих величин влияет слабее, чем объем печи Vпол и продолжительность пребывания шихты в печи t.
Если допустить, что каждой весовой единице кокса соответствует три объема материалов, то
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Из выведенных формул могут быть получены некоторые предлагающиеся нормы количества дутья.
Приняв t = 8 час., подсчитаем из формулы (1,25):
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Если же принять t = 7 час., то Qмин = 2,4 Vпол.
Магнитогорская конференция доменщиков в 1946 г. рекомендовала норму, согласно которой минутное количество дутья должно составлять 2—2,4 полезных объема печи.
Из сказанного следует, что 2К = 2,1Vпол или 2К = 2,4Vпол, т. е.
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Следовательно, интенсивность хода должна быть
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

на 1 полезного объема, что у нас преимущественно и бывает.
Интенсивность горения кокса J представляет собой количество кокса в т/час, сжигаемого на 1 сечения горна. При площади сечения горна F
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Известно, что для большинства печей отношение полезного объема к сечению горна колеблется в пределах от 25 до 30. Тогда:
Количество дутья в единицу времени и показатели интенсивности хода доменных печей

Рекомендуемые значения J для форсированно работающих печей незначительно отличаются от этих пределов.
Таким образом, формула (I, 24) удовлетворительно обобщает многие из существующих норм скорости хода печей, а формулы (I, 25), (I, 26), (I, 27) и (I, 29) правильно отражают частные случаи.
Из рассмотрения показателей интенсивности хода доменных печей можно заключить, что нормы интенсивности горения кокса (объемная и на единицу сечения горна), количества дутья, отнесенные к объему печи или к поперечному ее сечению, а также продолжительности пребывания материалов и газов в печи тесно связаны между собой прямой или обратной зависимостью.
Исключение составляет показатель использования полезного объема печи Кипо, зависящий не только от времени пребывания материалов в печи, но и от объема материалов, приходящегося на единицу чугуна. Этот показатель, в свою очередь, определяется качеством руды, насыпным весом материалов и использованием топлива в печи.
Коэффициент Кипо пропорционален интенсивности хода только при постоянном расходе материалов V, он может принимать разные значения при неизменной интенсивности хода tч, но меняющемся качестве сырья и способах ведения печи (через V).
То же следует и из формулы (I, 21).
Коэффициент использования полезного объема печи можно уменьшить, снижая относительный расход кокса (аналогично уменьшению V в формуле (I, 12) либо увеличивая объемную интенсивность горения I [аналогично сокращению в формуле (I, 12)].
Поэтому Кипо не всегда может служить показателем интенсивности хода. В этом его недостаток.
Все прочие показатели более четко, чем Кипо, отражают интенсивность хода. Однако продолжительность пребывания материалов в печи является некоторой средней условной величиной, так как действительное время пребывания компонентов шихты различно.
В нашей практике иногда недооценивают важность уменьшения Кипо путем снижения расхода кокса, а увлекаются увеличением I или уменьшением tч и tс. При неподготовленной шихте это достигается разгрузкой периферии от руды.
Это иногда дает возможность увеличить производительность (снизить Кипо), хотя возрастает расход кокса вследствие нерационального распределения газов. При дальнейшем форсировании расход кокса возрастает настолько сильно, что производительность печей уже не увеличивается. Таким образом, форсирование хода оправдывается только тогда, когда при увеличенном количестве газов не ухудшается их распределение по сечению печи.
В условиях хорошо подготовленной шихты снижение Кипо достигается рациональным путем: как за счет увеличения скорости схода шихты, так и за счет снижения расхода кокса.