Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
На рис. 14 показаны три случая образования кучи с «гребнем» и откосами при ссыпании материала, состоящего из мелочи и кусков разных размеров. На рис. 14, а показано образование кучи в естественном состоянии, в этом случае самый мелкий материал образует «гребень» наверху. Крупные куски 1 откатываются вниз, в сторону, противоположную наклонной поверхности, с которой происходило ссыпание. Ближе к «гребню» ложится более мелкий материал 2. На другой откос на рисунке — под поверхностью скатывания — попадают куски еще более мелкого размера; из них более крупные 3 располагаются внизу, а менее крупные 4 — вверху откоса.
На рис. 14, б приведена схема образования кучи, ограниченной с одной стороны стенкой. Этот случай соответствует ссыпанию материала с конуса засыпного прибора, кромка которого удалена от стенки колошника. При этом мелочь, как и ранее, располагается па «гребне», но пространство между «гребнем» и стенкой еще сравнительно велико. В это пространство попадает небольшое количество самого крупного материала, а остальные крупные куски размещаются на откосе под поверхностью скатывания.
В этом случае материал ссыпается к оси печи, причем ниже ложатся крупные куски, а выше — мелкие 4.
На рис. 14, в «гребень» кучи расположен у самой стенки: внизу (под конусом), у оси, — более крупные куски, вверху (у стенки) — самый мелкий материал 4.
Таким образом, при ссыпании материала, состоящего из кусков разных размеров, происходит их рассортировка по крупности; они рассыпаются как бы веером. С уменьшением расстояния между кромкой конуса и стенкой меньше кусков откатывается к стенке и больше попадает к оси. При узком зазоре «гребень» может оказаться у самой стенки. По откосам к оси будут скатываться крупные куски, а мелкие расположатся между осью и стенкой. На рис. 15 приведены кривые распределения кусков материала по радиусу колошника при «гребне» у самых стен и вне стен.
Таким образом, как большой, так и малый зазоры между конусом и стенкой колошника нежелательны; они могут привести к чрезмерно периферийному либо к усиленному осевому потоку газов.
На рис. 16 показаны кривые распределения материалов в печи: при малом зазоре между конусом и колошником печи (сплошные очертания) и при большом (пунктирные линии).
Установлено, что зазор на колошнике должен быть 650—900 мм Нижний предел рекомендуется для малых печей, загружаемых материалами различной кусковатости. При материалах более равномерных по крупности, и при больших размерах колошника зазор между конусом и стенкой печи должен быть 800—900 мм.
По мере движения шихты вниз уровень засыпи опускается. Через определенное время в печь загружается такое количество материала, чтобы после загрузки высота слоя снова достигала первоначальной отметки. Уровень материалов контролируется специальными зондами («щупами», «шомполами»), проходящими через отверстия в засыпном аппарате и опирающимися на поверхность материалов в двух диаметрально противоположных точках. С материалом в печи движутся и зонды, которые связаны с прибором, указывающим и регистрирующим на диаграмме расположение шихты в каждый момент. По диаграмме можно судить о том, как часто подавались материалы в печь и какой глубины в каждом случае достигал уровень засыпи. Наиболее существенное значение зондовых диаграмм состоит в том, что по ним можно судить о степени ровности движения шихты. Всегда следует стремиться к тому, чтобы уровень материалов не опускался глубоко, т. е. чтобы печь не была «неполной». При пониженном уровне материалов газы используются недостаточно: проходя более короткий путь в шихте, они покидают печь с более высокой температурой и содержат меньше углекислоты.
Материалы же, падая с большой высоты, не только дробятся (кокс, агломерат), но и поступают в более низкий горизонт недостаточно подготовленными. Недостаточный нагрев материалов в печи, а также потеря через колошник физического и химического тепла газов приводят к похолоданию печи.
Резкие нарушения уровня засыпи, вызывающие изменения в распределении материалов и температуры колошниковых газов, приводят к изменению уноса пылеватой фракции шихты из печи. Поэтому необходимо поддерживать постоянный, заранее установленный уровень засыпи.
Вопрос об оптимальном уровне засыпи решается в каждом конкретном случае в зависимости от ряда обстоятельств. Оказывается, что расстояние от «гребня» до стенки колошника не остается постоянным при разных положениях уровня: чем выше уровень слоя, тем «гребень» дальше отстоит от стенки колошника. Это вытекает из существа процесса загрузки материалов с конуса, рассмотренного выше: чем меньший путь проходит материал до уровня засыпи, тем дальше от стенки он падает (рис. 17). На рис. 18 приведены результаты измерений расстояния «гребня» от проекции большого конуса при его наклоне 45°, 50° и разном расстоянии (по вертикали) между уровнем засыпи и конусом в поднятом положении. Эти данные подтверждают сказанное. Например, при уровне засыпи 500 мм «гребень» отстоит от проекции конуса (при угле наклона 45°) на 380 мм. Если же уровень засыпи расположен на глубине 1200 мм, то «гребень» располагается в 780 мм от проекции конуса, т. е. подходит близко к стенке колошника.
Большое кольцо между гребнем и стенкой, получаемое при весьма папкой печи, вызывает усиленный периферийный поток газов, который приносит больший вред, по сравнению с пользой от высокого уровня слоя.
Исследования кафедры металлургии чугуна Ленинградского политехнического института подтверждают нерациональность работы при высоком уровне засыпи.
На рис. 19 и 20 приведены содержания CO2 в газе, отобранном В.Т. Басовым в 1937 г., при диаметре колошника 6,1 м и при зазоре 750 мм и в 1946 г. А.Н. Редько при зазоре 850 мм и диаметре колошника 6,3 м по радиусу одной и той же печи. Из диаграмм видно, что понижение уровня способствовало повышению содержания СО2 на периферии, т. е. большему сосредоточению руды у стен, в первом случае этому соответствовала загрузка рудой и центра печи, s во втором — центр от руды разгружался.
При очень низком уровне засыпи рикошетирование способствует большему откату кусков к центру. «Гребень» в этом случае также несколько отдаляется от стенок, причем распределение кусков и мелочи по сечению колошника становится более равномерным.
Таким образом, только на небольшом участке по высоте печи «гребень» может быть около стенки. Этот участок находится примерно в районе встречи траектории падения материалов со стенкой колошника. Расположение уровня ниже этого участка нецелесообразно во всех отношениях. Поэтому уровень засыпи должен находиться выше пересечения траекторий падения материалов со стенкой колошника.
Некоторые изменения уровня засыпи в процессе работы печи неизбежны, например, от загрузки до загрузки или при временном прекращении подачи материала в печь. Поэтому важно, чтобы при этих колебаниях распределение материалов на колошнике изменялось бы незначительно. Для этого печь в области колошника делают цилиндрической на Высоте нескольких метров. На этом участке должен сохраняться уровень засыпи. Попытка сделать колошник вверху расширяющимся не оправдала себя в тех случаях, когда диаметр колошника увеличивался на участках расположения уровня засыпи, так как это приводило к периферийному движению газов. Не допускается также высокое расположение места перехода цилиндрической части в коническую шахту, связанное с уменьшением цилиндрического колошника. С другой стороны, чрезмерное увеличение высоты цилиндрической части колошника также вредно.
При данном ситовом составе сырья и при определенном зазоре в каждом случае имеется оптимальный уровень засыпи.
При этом чем больше зазор, тем ниже должен быть уровень засыпи, и наоборот. Уровень засыпи часто бывает на 1—2 м ниже конуса в опущенном состоянии.
Из сказанного следует, что с увеличением зазора, угла наклона конуса, крутизны траектории падения материалов с конуса и с повышением уровня засыпи «гребень» слоя на колошнике располагается дальше от стенки.
Регулирование распределения газового потока по сечению печи изменением уровня засыпи возможно только в тесной связи с величиной зазора. При большом зазоре это регулирование почти невозможно, потому что при этом требуется низкое расположение уровня, а опускание при регулировании еще ниже не допускается. При малых же зазорах такое регулирование возможно, но должно проводиться четко и тщательно. При малом зазоре, ведущем к сосредоточению мелочи у стен, печь имеет тенденцию к неровному ходу; небольшие изменения глубины уровня засыпи уже ведут к существенным изменениям потоков в печи.
На распределение материалов влияют также размеры отдельных элементов засыпного аппарата и режим его работы. Увеличение «хода» конуса (размер а на рис. 11) и ускоренное его опускание вызывают сосредоточение более крупных кусков у стен, т. е. периферийный ход. Увеличение вертикального расстояния от кромки воронки до кромки конуса в самом верхнем его положении (размер b) или увеличение «высова» конуса (размер с) ведет к большей скорости при скатывании материала с конуса, более пологой траектории и, следовательно, к приближению «гребня» к стенке.