1.4.5. Влияние на газодинамику низа печи выпуска жидких продуктов плавки

Процессы, протекающие в горне доменной печи, оказывают существенное влияние на газодинамику не только нижней, но и верхней части печи. Среди факторов, обусловливающих работу горна, не последнее место занимает отработка жидких продуктов плавки. Во время выпуска чугуна и шлака горн печи заполняется коксом, что способствует более быстрому сходу шихтовых материалов. Для печи среднего объема за выпуск получают 300-400 т чугуна и 150-180 т шлака или 50-70 м³ по объему. Сход шихты при этом происходит быстрее по сравнению со скоростью ее схода в период накопления в горне чугуна и шлака. По мере накопления продуктов плавки в горне часть кокса выдавливается гидравлическим подпором в фурменные очаги снизу, а количество поступления сверху уменьшается. В зависимости от различных условий транспортировка кокса в зону горения снизу может происходить преимущественно из осевой, промежуточной или периферийной зон. В зависимости от этого во время выпуска чугуна и накопления жидких продуктов плавки потоки газов в радиальных зонах будут изменяться.

На рис. 1.44 представлено изменение состава газа по радиусу верхней части доменной печи полезным объемом 350 м³. Расход дутья составлял 750 м³/мин, t_д – 890⁰С, производительность 760 т/сут при среднем расходе кокса 583 кг/т чугуна. Масса подачи кокса 2300 кг, агломерата 6700 кг, окатышей 300 кг. Порядок загрузки руда-кокс-руда-кокс, рудная нагрузка 3,04 т/т кокса. В центре печи по мере накопления чугуна и шлака содержание СО, увеличивалось, а содержание СО₂ пропорционально снижалось. Во время накопления жидких продуктов плавки в горне газовый поток в осевой зоне уменьшался, а в периферийной зоне – увеличивался. После выпуска чугуна кривая распределения СО имела обратный характер. Концентрация СО по оси печи составляла несколько > 42%, а СО₂ < 1,0%.

Через 13 минут после закрытия чугунной летки концентрация СО в центре снизилась до 35%, а содержание: СО₂ увеличилось до 8,0%. У стен печи наоборот, содержание СО возросло с 20 до 26% при одновременном снижении здесь СО₂ с 17 до 12%. Изменился и характер кривых СО и СО₂, которые стали иметь соответственно W и М-образный вид. Через 35 минут после выпуска чугуна концентрация СО в осевой зоне снизилась до 30%, а СО₂ увеличилось до 13% и графически представляет также М-образную кривую [64].

Таким образом, распределение газа в печи и в нижней и в верхней ее частях значительно изменяется в зависимости от накопления и выпуска жидких продуктов плавки. Наиболее вероятной причиной этого изменения является всплывание кокса и попадание его в зоны горения в результате изменения уровня жидкой фазы в горне. Чем меньше объем печи, тем более эффективно выражено это явление.

С увеличением объема доменных печей и количества чугуна на его выпусках рассмотренные выше изменения содержания СО₂ и СО по радиусу печи, по-видимому, будут проявляться слабее. Например, на доменной печи объемом 1033 м³ отбирали и анализировали газ по радиусу печи в начале, середине и конце выпуска чугуна. После выпуска чугуна газ анализировали через каждые 30 мин по мере накопления в горне жидких продуктов плавки. Во всех случаях наблюдали изменение распределения газового потока во время выпуска чугуна и в период последующего его накопления в горне [65].

На рис. 1.45,а видно, что при малой массе выпуска (< 170 т чугуна) в его начале происходило увеличение СО₂ в осевой зоне и снижение на периферии. Это отличается от изменения радиального газового потока во время начала выпуска чугуна для печи меньшего объема (рис. 1.44). И только к концу выпуска наблюдали некоторое снижение СО₂ в центре с последующим его увеличением после выпуска, как это имело место и для печи объемом 350 м³.

Такое изменение распределения газового потока объясняется тем, что здесь печь работала с явным периферийным ходом газов. Кроме того, при неполном выпуске жидких продуктов плавки горн печи не освобождается от них полностью и скорость схода шихты в осевой зоне мало изменяется. На периферии скорость схода шихты увеличивается, т.к. в зону горения кокс поступает сверху и в основном из периферийной зоны. Если на выпуске удаляется большая масса чугуна (> 200 т) и шлака, то в осевой зоне скорость схода шихты возрастает в большей мере, происходит разрыхление кокса и сюда устремляется большее количество газа, процентное содержание СО₂ снижается, а концентрация СО увеличивается (см. рис. 1.45, б). В конце выпуска чугуна и некоторое время после выпуска скорость схода шихты в центре резко замедляется и происходит ее уплотнение. Поток газов в осевой зоне снижается, что подтверждается ростом СО в газе.

Ввод в эксплуатацию доменных печей большой единичной мощности с высоким давлением газа на колошнике и четырьмя чугунными летками изменили характер влияния на газодинамику печи выпусков чугуна. В таких печах производство чугуна достигает 10-12 тыс. т/сут, что обуславливает непрерывный его выпуск поочередно на одной из леток. Уровень жидких продуктов плавки поддерживается на одном уровне, что исключает значительное изменение в распределении потоков газа в зависимости от выдачи чугуна и шлака. Но и здесь имеются свои проблемы, например с увеличением давления газов значительно возрастает скорость выпуска чугуна. Если при давлении в горне 22,5-24,5 кПа скорость выпуска составляет 40 т/мин, то при 34,3 кПа она увеличивается до 70 т/мин. Поэтому длину летки поддерживают в пределах 2500-3000 мм, а леточную массу изготавливают на безводной связке с добавкой карбида кремния, кроме того, составы чугунов по отдельным леткам значительно отличаются. Особенно это заметно при недостаточно ровном распределении газов по окружности печи. Содержание Si и S на противоположных летках может отличаться в 1,5 и более раза.