5.1.3.3. Мероприятия по повышению количества воздуха, вдуваемого в печь

Предельное количество воздуха, которое «принимает» доменная печь, определяется величиной подъемной силы газового потока (F_r) - при определенном значении F_r вес шихты уравновешивается подъемной силой газового потока, и шихта перестает опускаться - нормальный режим доменной плавки нарушается.

Подъемная сила газового потока равна произведению перепада давлений газа между горном и колошником ∆р = р_г - р_к на площадь поперечного сечения печи (S): F_r = ∆p•S.

Перепад давлений газа в печи (иногда этот параметр называют потерями напора газа в слое) зависит от свойств и газа и пористого слоя. Численно эта зависимость выражается формулой

∆р =λ , (5.12)

где λ - коэффициент гидравлического сопротивления; Н - высота слоя, d_экв - эквивалентный (средний) диаметр кусков шихты; - плотность газа; w_о- условная скорость движения газа в печи (при 273 К); - межкусковая пористость слоя; Т - температура газа, К.

Как видно, предельному значению ∆р соответствует предельное значение w_о. Существо мероприятий по дальнейшему росту производительности доменной печи заключается в том, чтобы иметь возможность увеличивать w_о, не увеличивая ∆р. Из формулы 5.11 следует, что одна группа мероприятий должна быть направлена на улучшение газопроницаемости доменной шихты, что достигается повышением пористости ( ) и эквивалентного диаметра кусков (d_экв). С этой целью а) из всех компонентов шихты перед загрузкой в доменную печь отсортировываются мелкие фракции (0-5; 0-10 мм); б) мелкие фракции агломерата и окатышей подвергаются окускованию; в) производство агломерата и окатышей ведут при таких режимах, чтобы предупредить их разрушение (с образованием мелочи) в процессах транспортировки и загрузки в доменную печь и в ходе доменной плавки.

Из числа мероприятий, связанных с газовой фазой, можно отметить

- работу доменных печей на повышенном давлении газов;

- подачу в печь дутья, обогащенного кислородом.

Давление газа в доменной печи повышают путем установки в газоходах за доменной печью частично прикрытых дроссельных заслонок (при этом воздуходувка должна обеспечить повышение давления дутья на соответствующую величину).

С увеличением давления газа уменьшается его объем - уменьшается w_о - снижается ∆р. Появляется возможность вдуть в доменную печь, не нарушая ровного схода шихты, дополнительное количество воздуха с доведением ∆р до прежнего предельного значения. Расчеты показывают, что производительность доменной печи повышается примерно пропорционально корню квадратному из абсолютного давления газов в печи.

Сильным интенсификатором доменного процесса является дутье, обогащенное кислородом. Только в отличие от других металлургических процессов доменная плавка интенсифицируется не за счет ускорения протекания химических реакций, а в результате увеличения количества сгорающего в единицу времени кокса. Так, при переходе с обычного воздуха на дутье с 30% кислорода при сохранении условий газодинамики (∆р = const) в доменную печь можно подать с дутьем кислорода на 33% больше. В действительности увеличение производительности печи будет меньше, так как для сохранения теплового режима плавки одновременно с обогащением дутья кислородом необходимо увеличивать удельный расход кокса.

Выполненные по формуле (5.11) расчеты показали, что если при температуре дутья (воздуха) 1100°С, удельном расходе кокса 520 кг/т чуг производительность доменной печи принять за 100%, то при изменении условий плавки одной и той же шихты относительная производительность оказалась равной

- при снижении температуры дутья до 800°С - 79% (уменьшилась за счет увеличения удельного расхода кокса);

- при обогащении дутья кислородом до 30 - 120% (увеличилась за счет увеличения количества поступающего в печь кислорода дутья);

- при использовании природного газа (100 м³/т чуг) - 89% (уменьшилась за счет увеличения удельного выхода газа, что вынуждает снижать количество поступающего в печь дутья);

- плавка с использованием природного газа на обогащенном кислородом дутье - 105-110%.

Для того чтобы можно было сравнивать интенсивность работы доменных печей различного объема, специалисты используют показатель, который называется «коэффициент использования полезного объема» - КИПО, представляющий собой отношение полезного объема доменной печи к её суточной производительности. Например, печь объемом 3000 м³ при производительности 6500 т/сут имеет КИПО = 3000 : 6500 = 0,462 (м³ сут)/т чуг.