» » Нормы интенсивности хода доменных печей
08.06.2015

Рассмотрим различные нормы интенсивности хода печей, рекомендуемые за границей и достигаемые в России.
В зарубежной литературе часто приводятся жесткие нормы количества дутья, превышать которые не рекомендуется во избежание повышения расхода кокса. Объясняется это якобы недостаточным временем пребывания газов в печи при форсированной работе и, следовательно, нерациональным использованием их теплосодержания и восстановительной способности.
Такой взгляд настойчиво защищается рядом американских авторов, но опровергается советской практикой: наши доменные печи работают производительнее заграничных, получая в единицу времени дутья больше, чем рекомендуется иностранными авторами.
В США предлагают нормировать количество дутья, исходя из расчета 38—55 м3/мин на 1 сечения горна, причем интенсивность дутья 38 м3/мин*м2 рекомендуется для больших печей, а 55 м3/м2*мин — для малых. Если учесть, что на 1 т загруженного в печь кокса требуется вдувать в фурмы около 2900 м3 воздуха, то интенсивность горения изменяется в пределах от 0,78 до 1,14 т/м2час. Эти нормы ниже рекомендуемых акад. М.А. Павловым для больших печей при показателях, достигаемых на практике. Другая американская норма интенсивности горения — 1 т кокса на 1 сечения горна в час — также является заниженной. Кроме того, интенсивность горения кокса зависит от многих факторов. Поэтому М.А. Павлов рекомендует эти значения в широких пределах.
Если исходить из объемной интенсивности горения, то в США значение этого показателя изменяется от 0,96 до 1,12 т кокса на 1 м3 рабочего объема печи (222), что соответствует 0,835—0,975 т кокса в сутки на 1 м3 полезного объема печи.
В наших доменных печах объемная интенсивность горения превышает приведенные величины на 20—25%. При пересчете приведенной американской нормы на минутный расход дутья, приходящийся на 1 м3 полезного объема печи, получается:
Нормы интенсивности хода доменных печей

в то время как в России эта величина составляет 2,0—2,4 мин.
О стремлении США избежать форсирования печей свидетельствуют нормы интенсивности хода по количеству кокса, приходящегося на 1 «активного» сечения горна (наружное кольцо горна шириной 1,83 м), или на 1 м2 площади колошника или распара. Однако не учитывается, что «активное» кольцо в горне изменяется в широких пределах. М.А. Павлов показал, что нормирование интенсивности хода по «активному» сечению горна находится в противоречии с теорией и практикой.
Нетрудно видеть непригодность формулы, исходящей из нормирования по «активному кольцу»:
Нормы интенсивности хода доменных печей

Согласно подсчетам по формуле (I.31), в горне диаметром 7 и 8 м должно сжигаться 833 и 1010 т/сутки кокса. В действительности в наших печах таких размеров кокса расходуется в сутки на 20—25% больше.
Предлагалось исходить из расчета 69 м3/мин дутья на 1 м2 сечения колошника или 30 м3/мин дутья на 1 сечения распара. Эти нормы также ниже достигнутых на наших печах показателей на 20—25%.
Для американских доменных печей предлагается продолжительность пребывания газов в печи 4—5 сек. Если подставить в формулу (1,17) рекомендуемые в США значения К/Vпол = 0,835/0,975, то tc = 2,7/3,1 сек.
Величина I = K/Vпол у нас достигает значения 1,05—1,2, что при пересчете дает:
Нормы интенсивности хода доменных печей

Войс, вводя радиоактивные изотопы в дутье, обнаружил, что периферийные газы пребывают на периферии доменной печи 2—3 сек., а в центре 3—9 сек. Ф. Колесанов, уточнив методику Войса. нашел скорости движения газов в шахте порядка 22,4—23,8 м/сек и 30,6—61,3 м/сек — в зоне шлакообразования. Отсюда время пребывания газов в печи составляет около 1—2 сек. Таким образом, рекомендуемая в США продолжительность пребывания газов в печах превышает действительные значения не только для отечественных, но и для американских печей. Сравнительно «тихий» ход американских доменных печей мотивируется иногда тем, что при этом якобы ниже расход кокса вследствие более длительного пребывания газов в печи и лучшего их использования.
Наша доменная техника опровергает этот взгляд. Как показано выше, при интенсивном ходе газы равномернее распределяются по сечению печи, что улучшает их использование. Кроме того, при повышенных скоростях движения газа часто в печи улучшаются теплопередача и восстановление окислов железа в результате лучшего смывания с поверхности кусков руды пленки продуктов восстановления. Сравнивая расход кокса на наших современных интенсивно работающих печах и на подобных зарубежных, потребляющих меньше дутья, и вводя поправку на качество сырья и топлива, приходим к заключению, что отечественные печи работают с расходом кокса не выше, чем печи США. Опыт работы некоторых печей России свидетельствует о том, что при более форсированном их ходе температура колошниковых газов, а также расход горючего ниже, что объясняется лучшей теплопередачей от газов к шихте.
Неустойчивость рынка сбыта чугуна в США и недостаточное развитие агломерации пылеватых руд создают условия, при которых форсирование доменных печей невыгодно и невозможно. Экономически нецелесообразно форсировать печи при необеспеченном сбыте чугуна, когда многие печи выдуты или остановлены. При большом количестве пылеватой руды в шихте форсирование увеличивает вынос колошниковой пыли и усугубляет неровный ход, отчего действительно увеличивается расход кокса: приходится создавать периферийный ход при плохом использовании газового потока.
Противоречия, свойственные капиталистическому способу производства, порождают, таким образом, новые противоречия: хорошо оснащенные, технически совершенные доменные печи эксплуатируются нерационально. Агломерация руд — совершенно необходимое средство улучшения показателей работы доменных печей — развита в США недостаточно, в доменной шихте имеется много пылеватой руды.
Наши доменщики давно интенсифицируют работу доменных печей в той мере, в какой это допускается газопроницаемостью столба материалов. Только вынос пыли или неровный ход при недостаточно газопроницаемом столбе могут лимитировать форсирование печей. Старые взгляды, согласно которым время пребывания материалов в печи должно быть не менее, например, 8—9 час., опровергнуты практикой. Так, в древесноугольных печах или печах Серовского и других заводов, имеющих столб материалов высокой газопроницаемости, продолжительность пребывания материалов в печи сокращается до 6 и даже до 4—5 час., т. е. почти вдвое по сравнению с тем, что имело место 20—30 лет назад. При этом ускоряются процессы восстановления и снижается расход горючего.
Приведенные выше формулы (1,5)—(1,29) показывают, что нормы интенсивности хода доменных печей тесно связаны со временем пребывания tч или tc, причем эти величины по нашим старым или современным американским взглядам должны составлять около 8—9 час. или 3—5 сек.
Продолжительность пребывания материалов в печи 8—9 час. объясняется не необходимостью обеспечить достаточное время для восстановления железа и других элементов, а тем, что при неподготовленной руде и форсированном дутье увеличивается вынос пыли, газы движутся каналами, печь идет неровно. Процессы восстановления, шлакообразования и теплопередачи не ухудшаются при сокращении времени пребывания материалов, поскольку есть печи, в которых эта величина доведена до 4—6 час., а в лабораторных условиях окислы железа восстанавливаются газом, состав которого близок к составу доменного газа, за 2—3 часа.
Предлагаемая продолжительность пребывания газов в печи 3—5 сек. в США также вызвана не условиями протекания процесса, а конъюнктурными обстоятельствами.
Возможность доведения времени пребывания материалов в печи до 4—6 час., а газов — до 1—2 сек. доказана практикой работы доменных печей России.
Возможность ускорения хода печей определяется только состоянием профиля печи, подготовкой шихты, ее газопроницаемостью и тем, насколько рационально распределяется газовый поток по горизонтальным сечениям печи.
Следовательно, норма Магнитогорской конференции доменщиков, требующая, чтобы в печь вдувалось в минуту дутья по объему в 2—2,4 раза больше ее полезного объема, соответствует тому минимальному количеству дутья, при котором достигается сравнительно равномерное распределение газов и, следовательно, рациональное их использование. Соответствующие этому показателю нормы интенсивности горения, количества дутья или газа на единицу сечения горна, распара, колошника могут считаться минимально необходимыми (а нормы времени пребывания шихты или газов в печи — максимально допустимыми).
Принимать интенсивность ниже указанных норм не следует во избежание неровного хода печей. При этом нижнее значение минутного количества дутья (2,0) должно соответствовать менее подготовленной шихте, верхнее (2,4) — подготовленной при соответствующем распределении материалов на колошнике (кусковая руда и агломерат на периферии).
Однако верхнее значение нормы расхода дутья не является предельным. Физико-химические и теплотехнические процессы в печи до указанных выше пределов не лимитируют интенсивности хода. Поэтому форсирование печей вполне возможно. Пределы форсирования устанавливаются пока только газопроницаемостью шихты.