Семакова В. Б., Русских В. П., Семаков В. В.

ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», Украина

Формирование рациональной структуры столба шихтовых материалов в доменной печи

Эффективному внедрению технологии вдувания ПУТ в горн доменных печей ЧАО «ММК им. Ильича» способствовала их загрузка увеличенными раздельными порциями железорудных материалов (А) и кокса (К), состоящими из четырех скипов АААА↓ КККК↓. Практика ведения доменных печей (ДП) показала, что загрузка материалов раздельными утяжеленными подачами способствует повышению производительности ДП и снижению удельного расхода кокса [1]. Формирование высоких слоев материалов уменьшает количество межслоевых прослоек и способствует перераспределению газового потока в слое кокса, улучшает газопроницаемость столба материалов в зоне шлакообразования за счет наличия высоких слоев кокса. Однако раздельная загрузка компонентов шихты не позволяет регулировать их радиальное распределение, характеризующееся величиной рудной нагрузки (РН), для обеспечения рационального распределения газа по сечению колошника.

В лабораторных условиях на секторной модели колошника ДП (М 1:10) исследовано радиальное распределение относительных РН при различных циклах загрузки, обеспечивающих последовательную подачу в печь 4 скипов однородных материалов (рис. 1): 1 – АААА↓ КККК↓; 2 – ААА↓ АКККК↓; 3 – КАА↓ ААККК↓; 4 – ККА↓ АААКК↓; 5 – АА↓ ААКККК↓, что позволяет формировать высокие прослойки кокса в шихте.

Результаты экспериментов, представленные на рис. 1, показали, что раздельная загрузка увеличенных порций А и К (цикл 1) при повышении РН до 4,8 кг / кг (уровень засыпи 1,75 м, угол наклона поверхности засыпи 18º) способствует относительно равномерному ее распределению по радиальным зонам колошника с несколько разгруженной периферией, РН₁ = 0,79 д. ед. (линия 1).

Рис. 1 – Распределение РН по радиальным зонам колошника при различных циклах загрузки

Принималось, что при относительной РН < 1, которая рассчитывалась как отношение фактической РН к рудной нагрузке за полный цикл подач, газопроницаемость слоя шихты повышенная, а при РН > 1 – пониженная. Однако чрезмерное развитие периферийного потока газов приводит к перерасходу кокса. Сформировать высокие слои однородных материалов также можно последовательной загрузкой нескольких скипов рудных материалов и кокса в цикле из двух подач.

Загрузка раздельной трехскиповой подачи агломерата совместно со смешанной пятискиповой подачей, в которой первым загружается один скип агломерата, а затем четыре скипа кокса (цикл 2), разгружает зону, находящуюся у оси ДП (ОДП), РН₅ = 0,18 д. ед., подгружая периферию РН₁ = 1,07 д. ед., и характеризуется двумя рудными гребнями: РН₂ = 1,37 д. ед. и РН₄ = 1,07 д. ед. (волновое распределение рудной нагрузки, линия 2).

Рациональное распределение рудной нагрузки по радиусу колошника обеспечивает цикл № 3, более равномерно подгружающий периферийную и раскрывающий осевую зону, при большем раскрытии центра (РН₅ = 0,15 д. ед.) с максимальной РН₃ = 1,24 д. ед. в промежуточной зоне и пониженной у стен РН₁ = 1,03 д. ед. (линия 3), что способствует формированию умеренно развитого периферийно-осевого газового потока.

Цикл № 4 в большей мере разгружает периферийную зону (линия 4), максимально подгружая промежуточную (РН₃ = 1,66 д. ед.) и прилегающую к ней часть центральной, при раскрытии осевой зоны (РН₅ = 0,23 д. ед.).

Наибольшему раскрытию центра способствует цикл № 5, состоящий из раздельной двухскиповой подачи А и смешанной шестискиповой подачи, в которой первыми загружаются два скипа А, а затем четыре скипа К. При этом относительная рудная нагрузка в центре составляет 0,04 д. ед., а на периферии – 1,16 д. ед. (линия 5). Данная система загрузки способствует формированию осевого газового потока, способствующего более экономичной работе печи.

Таким образом, загрузка шихты циклами, обеспечивающими последовательную укладку 4 скипов рудной шихты и 4 скипов кокса при их различном разделении по подачам, позволяет осуществлять регулирование радиального распределения шихты и газов при формировании высоких газопроницаемых прослоек кокса в столбе шихтовых материалов.

В доменном цехе ЧАО «ММК им. Ильича» опробована система загрузки, сочетающая цикл № 3 и раздельную двухскиповую подачу железорудных материалов. Изменение технологии загрузки доменной печи № 3 с системы АКККК↓ ААА↓ на ААККК↓ КАА↓ АА↓ обеспечило повышение производительности печи на 2 % при снижении удельного расхода кокса на 14 кг / т чугуна в сопоставимых условиях. При этом температура под защитными плитами колошника снизилась с 685 до 551 ºС [1].

Обеспечение высокой газопроницаемости доменной шихты является особенно актуальным при вдувании в горн печи пылеугольного топлива в связи с сокращением объемной доли кокса в столбе материалов более чем на 25 %, что приводит к росту рудной нагрузки на кокс и повышению сопротивления шихтовых материалов движению через них газового потока.

Исследования на прозрачной плоской модели доменной печи показали, что загрузка смешанными подачами не обеспечивает при опускании столба шихты сплошности коксовых прослоек (КП) [2]. Раздельная загрузка увеличенных порций агломерата и кокса способствует повышению высоты КП вдвое и сохранению их сплошности в зоне шлакообразования, что обеспечивает высокую газопроницаемость столба шихты не только при размягчении рудных материалов, но и в «сухой» части шахты печи.

Рис. – 2 Изменение перепада статического давления газа в слое шихты при различной укладке материалов в газодинамическом цилиндре: 1 – ККАА ККАА; 2 – КККА КААА;

3 –КККАА КАА; ; 4 –КККК АААА

В газодинамическом цилиндре исследовали газопроницаемость слоя доменной шихты при различной высоте КП. Общая высота слоя шихты была постоянной и составляла 150 мм, средний размер частиц кокса 5 – 7 мм, агломерата 3 – 5 мм. Рудная нагрузка также была постоянной и составляла 4,5 кг / кг кокса.

В первом опыте слой шихты состоял из четырех прослоек материалов. Первой на дно цилиндра укладывали прослойку кокса высотой 32 мм, второй – прослойку агломерата (ПА) высотой 43 мм, далее аналогичные прослойки кокса и агломерата. В данном случае наблюдалась худшая газопроницаемость столба шихты (рис. 2, линия 1). Повышение высоты прослоек материалов вдвое (до 64 и 86 мм соответственно) способствовало достижению максимальной газопроницаемости шихты при исследуемых вариантах укладки слоев её компонентов (линия 4).

При повышении рудной нагрузки на кокс снижение перепада статического давления газа в слое шихты за счет увеличения высоты прослоек компонентов в 2 раза при равном расходе воздуха замедляется [3].

Чередование высоких и низких прослоек К и А производили следующим образом – на дно газодинамического цилиндра укладывали первой высокую КП толщиной h = 48 мм, второй – низкую ПА h = 21,5 мм, затем низкую КП h = 16 мм, поверх которой загружали высокую ПА h = 64,5 мм. Данная укладка шихты позволила несколько снизить сопротивление столба материалов проходу воздуха (линия 2) в сравнении с послойной укладкой шихты низкими прослойками равной высоты для однородных компонентов (линия 1).

С целью исключения образования высоких прослоек агломерата, характеризующегося худшей газопроницаемостью по сравнению с коксом, рудную составляющую укладывали прослойками равной толщины h = 43 мм. При проведении эксперимента на дно реактора первой укладывали высокую прослойку кокса (h = 48 мм), затем прослойку агломерата (h = 43 мм), потом низкую КП (h = 16 мм), далее ПА (h = 43 мм). Сопротивление проходу газа в слое с чередующимися высокими и низкими прослойками кокса при равной высоте прослоек агломерата имело промежуточное значение (линия 3) по сравнению с укладкой материалов низкими (линия 1) и высокими (линия 4) прослойками равной высоты для однородных компонентов. Полученные результаты исследований позволяют совершенствовать технологию загрузки доменных печей.

Так, загрузка доменной печи № 2 ЧАО «ММК им. Ильича» по схеме ААККК↓ ААК↓ позволила снизить расход кокса на 10,5 кг / т чугуна при повышении ее производительности на 3,5 % в сопоставимых условиях при переходе с загрузки АААК↓ АККК↓. Температура под защитными плитами колошника снизилась до 563 ºС [1].

Литература:

1. Управление радиальным распределением шихты и газов в доменных печах ОАО «ММК им. Ильича» при раздельной загрузке увеличенных масс кокса и агломерата / Ю. А. Зинченко [и др.] // Металл и литье Украины. – 2017. – № 1. – С. 5-10.

2. Русских В. П. Исследование влияния систем загрузки шихтовых материалов на распределение газового потока в доменной печи / В. П. Русских, М. А. Аленгос, Д. К. Степнов // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту : зб. наук. праць / ПДТУ. – Маріуполь, 2009. – Вип. 19. – С. 21-24.

3. Economic analysis of reduction processes in blast furnaces / V. В. Semakovа, V. V. Semakov, D. I. Gavriloglu // Steel in Translation. – 2012. – Volume 42. – Number 4. – Pages 319-323.