» » Новые пути форсирования хода доменных печен и обеспечения равномерной работы газов
08.06.2015

Новая доменная техника характеризуется новыми путями увеличения интенсивности хода печей.
1. При вдувании в доменную печь воздуха, обогащенного кислородом, уменьшается количество газов, образующихся от сгорания кокса, и, следовательно, уменьшается перепад давлений между горном и колошником, что позволяет увеличивать интенсивность плавки до тех пор, пока разность давлений не достигнет критической величины.
Подробнее о значении применения обогащенного кислородом дутья будет сказано ниже.
2. Одной из разновидностей обогащения дутья кислородом является добавление к дутью водяного пара. Из одного объема Н2О образуется при диссоциащ1и в горне 0,5 объема кислорода и, следовательно, каждый процент пара в дутье увеличивает содержание кислорода в воздухе на 0,5% абсолютных, что составляет около 2,5% первоначального содержания кислорода в дутье. Добавочный кислород сопровождается не азотом, которого при воздушном дутье в 3,76 раза больше, чем кислорода, а водородом, количество которого превышает объем кислорода только в 2 раза. Добавление пара к дутью равноценно некоторому обогащению его кислородом и дает возможность форсировать доменную печь, сжигая увеличенное количество горючего без соответственного увеличения количества дутья. При этом полученный водород ускоряет и восстановительный процесс.
Однако разложение водяного пара по реакции
Н2O → Н2 + 1/2O2

протекает с поглощением тепла, которое должно быть компенсировано нагревом дутья на 72°С ка каждый процент Н2О; иначе неизбежно повышение расхода кокса на единицу чугуна.
3. При увеличении давления газов в доменной печи уменьшается их объем. При одинаковом весовом количестве скорость газа в печи, работающей при повышенном давлении, уменьшается. Это дает возможность увеличивать весовое количество дутья, не превышая его критического объема, т. е. форсировать работу доменных печей с сохранением их ровного хода. Для повышения давления в газопроводе, где проходит очищенный газ, устанавливается дроссель, создающий сопротивление движению газа. Вследствие этого давление газа перед дросселем возрастает; соответственно увеличивается давление в печи.
Ниже приводится (по А.Н. Рамму и М.Я. Остроухову) доказательство того, что изменение потери напора газа в слое шихты обратно пропорционально изменению давления газа.
По формуле Н.М. Жаворонкова потеря напора газа выражается уравнением
Новые пути форсирования хода доменных печен и обеспечения равномерной работы газов

При постоянном весовом количестве дутья плотность газа прямо пропорциональна его давлению, а скорость движения обратно пропорциональна, т. е.
Новые пути форсирования хода доменных печен и обеспечения равномерной работы газов

т. е. изменение потери напора при движении газа через слой материала обратно пропорционально абсолютному давлению газа.
Обычно на современных больших доменных печах давление на колошнике составляет около 1,1 ата, а на фурмах — 2,3 ата. Следовательно,
Новые пути форсирования хода доменных печен и обеспечения равномерной работы газов

Если среднее давление в печи увеличить до Р2 = 2,4 ата, то перепад давления между горном и колошником определится из уравнения (1,38):
Новые пути форсирования хода доменных печен и обеспечения равномерной работы газов

Если давление на колошнике увеличить до 1,9 ата, то давление у фурм составит
1,9 + 0,85 = 2,75 ата.

Среднее давление
(1,9 + 2,75) : 2 = 2,33 ата,

т. е. приблизительно столько, сколько предположено выше.
Прежде, при подаче в печь количества воздуха, при котором дальнейшее форсирование при нормальном давлении было невозможно из-за достижения предельного перепада давления, последний составлял ΔР = 1,2 ат. При повышении давления до 0,9 ати на колошнике перепад в слое уменьшается до 0,85 ат, т. е. имеется возможность форсировать работу печи по крайней мере до достижения «критического» давления в данных условиях — 1,2 ат.
При этом ряд авторов доказывает, что количество дутья (следовательно, количество сжигаемого в единицу времени горючего и образующихся газов) может быть увеличено в (Р2/Р1)0,56 = 1,21 раза, т. е. приблизительно на 20% без нарушения ровного хода печи. А.Н. Рамм и И.И. Коробов считают, что интенсивность плавки можно увеличить на большую величину.
Не используя полностью возможности форсирования хода печи, можно снизить вынос колошниковой пыли, повысить нагрев дутья и соответственно уменьшить удельный расход горючего. Однако снижение выноса колошниковой пыли и расхода горючего возможно и при предельном форсировании печи.
Как показали недавние исследования, переход на повышенное давление существенно изменяет распределение газовых потоков. По некоторым данным усиливается поток газа на периферии, по другим сообщениям увеличивается сосредоточение мелкой фракции материалов у стен на колошнике; изменяются относительные скорости опускания шихты и углы откоса материалов в печи. Углы откоса материалов зависят от «уравновешенности» шихты подпирающим потоком. Часто повышенное давление приводит к увеличению углов откоса шихты. Современные воздуходувные машины пока не дают возможности увеличить количество дутья при соответствующем повышении давления газов на колошнике более 0,7—1,5 ати. В дальнейшем предполагается изучить и внедрить в работу доменных печей более высокие давления.
Распространенная в иностранной литературе точка зрения, согласно которой причиной снижения расхода кокса при повышенном давлении является более медленное движение газов в печи, удлинение времени их пребывания и улучшение контакта их с шихтой, противоречит элементарным представлениям о факторах, определяющих скорость восстановления и интенсивность работы газов.
В России в настоящее время более 50% чугуна выплавляется в доменных печах, работающих при повышенном до 0,9 ати давлении газов. Однако ожидаемого увеличения интенсивности еще не достигнуто по двум причинам;
а) недостаточная мощность воздуходувных машин; по этой причине некоторые доменные печи еще не переведены на работу при повышенном давлении, а многие работают при давлении 0,4—0,6 ати на колошнике;
б) недостаточна стойкость оборудования, особенно засыпных аппаратов.
Мельчайшая пыль, содержащаяся в большом количестве в неочищенном газе, истирает кромки конуса, увеличивает щели между ним и воронкой, вызывает деформации засыпного прибора и расстройство распределения материалов на колошнике. На некоторых заводах, например, на Магнитогорском и «Азовстали», удалось достигнуть высокой стойкости засыпных приборов, но эти достижения пока еще далеко не повсеместны.
Среди специалистов в течение длительного времени обсуждался вопрос; какой путь форсирования работы печей эффективнее — подготовка сырья или применение повышенного давления газов. Исследования показали, что нельзя противопоставлять повышенное давление улучшению физических свойств сырья. Оказывается, что повышенное давление не дает нужного эффекта при мелкой руде; эффект особенно заметен при подготовленной шихте. Поэтому верный путь форсированной и эффективной работы — повышенное давление при хорошо газопроницаемой шихте. Результаты работы при повышенном давлении доменных печей заводов Магнитогорского, Кузнецкого, им. Дзержинского, «Запорожсталь», «Азовсталь» лучше, чем на других заводах, поскольку на этих заводах совмещены высокая газопроницаемость шихтовых материалов при равномерной их кусковатости и прочном коксе с применением повышенного давления газов.