3. Закономерности движения газов

Навстречу опускающейся шихте движется поток газа. Движение газа обеспечивается его избыточным давлением на входе.

Газовый поток пронизывает столб шихтовых материалов, находящихся в различных агрегатных состояниях. При движении в слое шихты имеют место потери напора, то есть по мере движения газа в столбе шихтовых материалов наблюдается снижение его давления.

(2.5‑14)

где - перепад давления в печи, н/м²(х0,01 атм); - давление дутья, н/м²(х0,01ати); - давление газа на колошнике, н/м²(0,01 ати); - коэффициент сопротивления слоя; - скорость фильтрации газа в печи, м³/(м²сек); - плотность газа в печи, кг/м³; - высота слоя (расстояние от фурм до поверхности засыпи), м;- диаметр кусков шихты, м;- объем межкусковых каналов в слое шихты, доли ед.

Очень большое влияние на потери напора при движении газа в доменной печи оказывают, как это видно из уравнения, размер кусков шихты и объем межкусковых каналов в слое шихты.

Эквивалентный диаметр куска рассчитывается исходя из гранулометрического состава шихтовых материалов. Необходимо иметь в виду, что в верхней части шахты при восстановлении происходит разрушение кусков рудных материалов. Оно вызвано напряжениями, возникающими из-за изменения кристаллической структуры кусков при переходе высших окислов в низшие окислы и в железо. Таким образом, в верхней части печи происходит существенное уменьшение диаметра кусков шихты.

В нижней части печи шлак в большей или меньшей степени заполняет межкусковые каналы, уменьшая объем межкусковых каналов в слое шихты. Если учесть изменения количества, температуры, давления (понижение его по ходу движения газа) газа и площади поперечного сечения печи по ее высоте, то изменение скорости движения газа можно представить графиком.

Скорость фильтрации газа в печи меняется от 1,5-2,0 м³/м²сек в нижней части шахты до 3-4 м³/м²сек в верхней части ее и в нижней части заплечиков. Действительная скорость движения газа в межкусковых каналах конечно выше.

Изменение диаметра кусков и объема межкусковых каналов, а также изменение скорости газа приводит к тому, что давление газа по высоте печи меняется неравномерно. Максимальный перепад давления по высоте печи (dР/dН) имеет место в верхней части шахты и в нижней части заплечиков.

Газ проходит печь за 4-10 секунд.

Поскольку рудные материалы и кокс распределяются в печи неравномерно, распределение газа по сечению печи также будет неравномерным.

Там, где находится больше кокса, то есть у стенок и в осевой части печи, будет проходить больше газа.

Там, где располагаются рудные материалы, газа будет проходить меньше. Минимальное количество газа будет проходить в месте расположения рудного гребня, где скапливается рудная мелочь.

Таковы некоторые закономерности движения газов и материалов в доменной печи, если их рассматривать отдельно.

4. Условия ровного схода шихты

В доменной печи потоки шихты и газа находятся в противотоке и их встречное движение возможно только при соблюдении определенных условий, одним из которых является ровный сход шихтовых материалов.

Ровный сход шихты - это плавное, непрерывное опускание материалов в печи без остановок и обрывов.

Рассмотрим соотношение сил, управляющих движением шихты в печи.

Шихта в доменной печи опускается за счет силы тяжести, которая определяется по уравнению

(2.5‑15)

Движению материалов препятствует поддерживающая сила газового потока и сила трения материалов о стенки печи и о малоподвижные материалы в осевой части горна, которая определяется профилем печи и свойствами материала.

При нормальном сходе шихты указанные силы связаны зависимостью:

(2.5‑16)

где Р_ш - вес шихты в печи, н;

Р_г- поддерживающая сила газового потока, н;

F_тр - силы трения материалов о стенки печи и о малоподвижные материалы в осевой части горна, н.

Активный вес шихты составит:

(2.5‑17)

Раньше именно эту силу связывали с движением материалов в печи и даже со скоростью их движения. Впоследствии оказалось, что это не так. Тем не менее, эта величина (Р_а) является важной для обеспечения ровного схода шихты.

Какой величиной можно управлять движением материалов?

Вес шихты:

−Управлять нельзя.

Силы трения:

− Управлять нельзя.

Подъемная сила газового потока:

С увеличением расхода дутья (в единицу времени) возрастает pи, следовательно, поддерживающая сила газового потока. Силы трения с увеличением расхода дутья уменьшаются.

Степень уравновешивания шихтовых материалов газовым потоком уменьшается:

(2.5‑18)

В тот момент, когда поддерживающая сила газового потока достигает определенной значения (обычно 50-60% веса материалов в печи), неравенство нарушается и происходят либо нарушения ровного схода шихты: подвисания и обрывы ее, либо возникает канальный ход, т.е. такое явление, когда большое количество газа проходит через какой-либо участок печи.

Таким образом, увеличение перепада давления в доменной печи (dР) возможно до определенного предела.