книги из ГПНТБ / Тарасов, В. П. Загрузочные устройства шахтных печей

В. П. ТАРАСОВ

ЗАГРУЗОЧНЫЕ

УСТРОЙСТВА

ШАХТНЫХ

ПЕЧЕЙ

УДК 669.162.215 + 66.041.53 + 621.365.412

_ а"

В книге дан анализ существующих загрузочных аппаратов шахтных печей. Впервые подробно рассмотрены вопросы распределения сырых материалов по окружности и радиусу колошника, даны рекомендации для поддержания оптимального газораспределения в печи. Приво­ дится экономическая целесообразность внедрения новых систем за­ грузки, рассматриваются перспективы их развития.

Работа рассчитана на инженерно-технических и научных работ­ ников черной и цветной металлургии, литейного производства. Ил. 166. Табл. 35. Список лит. 296 иазв.

© Издательство «Металлургия», 1974.

ВВЕДЕНИЕ

Шахтные печи нашлн широкое применение в различных отраслях промышленности. Они используются для различных видов обжига извести, сульфидных руд, цементного клинкера, магнетизирующего обжига и т. д. Тепловой к. п. д. таких печей достигает 80%, что при меньших капитальных затратах вдвое превышает к. п. д. вра­ щающихся печей. Это делает шахтную печь достаточно конкурент­ носпособным агрегатом для обжига кусков различных материалов крупностью 50—200 мм. За рубежом в последнее время начали обжигать и более мелкие куски материалов в шахтных печах спе­ циальной конструкции.

Шахтная печь (вагранка) вот уже более двухсот лет является основным плавильным агрегатом в чугунолитейном производстве. В черной металлургии, несмотря на удовлетворительные резуль­

продолжают усовершенствоваться шахтные печи для выплавки чу­ гуна (домны). Это развитие следует по пути увеличения производи­ тельности отдельных агрегатов, а также значительного снижения расхода кокса. Уже имеются доменные печи, выплавляющие свыше 8000 т чугуна в сутки, а в ближайшее время войдут в эксплуатацию печи производительностью 10 000— 12 000 т/сут. Расход кокса на многих печах страны составляет в настоящее время 450, а в будущем снизится до 350 кг/т чугуна. В плане девятой пятилетки, утвержден­ ном XXIV съездом КПСС, предусмотрено сооружение доменных печей полезным объемом 3200 и 5000 м3 [1].

Энергетическим резервом доменного производства являются вос­ становительная способность колошникового газа после регенерации (удаления углекислоты) и кинетическая энергия газовой струи в дрос­ сельной группе. Использование этого резерва позволит значительно снизить стоимость производства чугуна.

Важную роль в улучшении технико-экономических показателей шахтных печей играет рациональное распределение шихтовых мате­ риалов и газов по окружности и радиусу печи, а также герметиза­ ция ее рабочего объема в процессе загрузки и работы. Обе эти функ­ ции выполняют загрузочные устройства. Эксплуатация доменных и других шахтных печей показала, что от распределения материалов в основном зависит вся газодинамика процесса и в конечном итоге

Р А З Д Е Л П Е Р В Ы Й

ТИПОВОЕ ЗАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Г л а в а 1

УСТРОЙСТВО И СТОЙКОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ ЗАСЫПНОГО АППАРАТА

Развитие конструкции

Доменная печь является агрегатом непрерывного действия, и все ее оборудование должно быть простым по устройству, надеж­ ным в работе, долговечным и неприхотливым в эксплуатации. Осо­ бенно это относится к оборудованию засыпного аппарата, который работает в условиях высоких температур и запыленности окружаю­ щей среды.

В домницах и в первых доменных печах с открытым верхом выходящий в атмосферу газ с высоким содер­ жанием окиси углерода и водорода легко воспламенялся и над печью горело пламя. По его интенсивности определяли и регулировали газо­ вый поток. Так, в места со значи­ тельным выделением газа грузили больше руды, а с незначительным —

стали закрывать.

Первоначально в качестве газового затвора пытались использо­ вать часть столба шихтовых материалов. Однако отвод колошни­ кового газа ниже поверхности шихты как по периферии (газоотводы Фабер дю Фора), так и в центре печи (труба Дерби) не дал положи­ тельных результатов [2].

Более удачным оказался газовый затвор, состоящий из крышкиколпака со специальными каналами для выхода и сбора газа (рис. 1). Открывание затвора облегчалось использованием рычажного коро­ мысла, которое стали называть балансиром.

Такой затвор имел существенный недостаток — во время загрузки печи газ уходил в атмосферу. Для уменьшения потерь газа загрузку ускоряли, но это приводило к расстройству газового потока и услож­ нению его регулировки. Необходим был аппарат, сочетающий одно­ временно функции газового затвора и распределителя шихты. Впер­ вые такой аппарат предложил в 1850 г. англичанин Парри (рис. 2). Его газовый затвор состоял из воронки и конуса. Конус при подъеме лебедкой контргруза балансира опускался под действием собствен­

5

ного веса и веса находящихся на нем материалов, которые предва­ рительно в воронке распределяли вручную.

При опускании конуса шихта скользила по его наклонной плос­ кости и попадала к стенкам печи. Мелкие, преимущественно руд­ ные, куски (как имеющие большой угол естественного откоса) оста­ вались у стен и в промежуточной зоне, а крупные куски (преимуще­ ственно кокс) •— скатывались к центру печи. Такое распределение материалов по радиусу колошника наиболее желательно для вырав­ нивания по сечению газового потока, который вследствие меньшего

сопротивления у стен печи стремится к периферийному ходу. И хотя в первоначальной конструкции аппарата Парри сохранился такой недостаток, как потеря газа при открывании конуса, время загрузки сократилось, а условия распределения шихты по окружности печи при закрытом конусе значительно улучшились. Гениальному по простоте устройства и удобству в эксплуатации аппарату Парри и поныне отдается преимущество перед другими засыпными аппара­ тами.

В отличие от Парри, разработавшего аппарат с подвижным ко­ нусом, Джеймс предложил аппарат с неподвижным конусом, распо­ ложенным на металлических балках, и телескопической воронкой, нижняя часть которой снабжена механизмом для подъема и опуска­ ния. При подъеме телескопической части воронки материалы ссы­ пались по конусу на колошник печи (рис. 3). Но аппарат Джеймса не получил распространения из-за сравнительной сложности кон­ струкции и частого коробления опорных балок. Кроме того, при ссыпании шихты с конуса происходит абразивный износ этих балок и нарушение распределения материалов на колошнике.

Позднее использование телескопической воронки в засыпном аппарате предложил М. А. Ломов (авт. свид. СССР, № 48400, 1935 г.). В одном варианте неподвижный усеченный или куполообразный ко­ нус подвешен к штанге и закрыт телескопической воронкой, при подъ­ еме которой шихта с конуса ссыпается на колошник. В другом ва­ рианте усеченный конус перекрывается еще одним конусом меньших

6

размеров, открыванием которого можно направлять материалы в центральную часть печи. В аппарате М. А. Ломова устранен основ­ ной недостаток, присущий аппарату Джеймса, — пересечение пото­ ком материалов несущих балок.

В 1964 г. в ФРГ взят патент (пат. ФРГ, № 1210445, 1964 г.) на засыпной аппарат, состоящий из двух неподвижных конусов, подве­ шенных к одной штанге, и двух телескопических воронок, которые могут перемещаться в вертикальном направлении. При подъеме во­ ронки верхнего, малого конуса шихта поступает в межконусное про­

странство, где накапливается полная ее подача. При по­ следующем подъеме воронки нижнего конуса шихта ссы­ пается в печь. В этом аппа­ рате также нет несущих ба­ лок и, следовательно, нет условий для образования

устойчивых каналов в газовом потоке. Однако широкое практиче­ ское применение такого аппарата маловероятно ввиду сложности манипулирования телескопическими воронками и трудности соз­ дания надлежащей герметичности.

Разновидностью аппарата Парри является предложение фон Гоффа (рис. 4), осуществленное в 1861 г. на заводе Херде (Германия). Отли­ чительной особенностью этого засыпного аппарата является цен­ тральный отвод газа. Следует отметить, что для большинства немец­ ких конструкций газоулавливающих приборов того времени харак­ терно наличие центрального газоотвода. Засыпной аппарат фон Гоффа значительно сложнее аппарата Парри и менее надежен в экс­ плуатации. Кроме того, при загрузке большей части рудной состав­ ляющей шихты на периферию центральный газоотвод, очевидно, не­ целесообразен, так как усиление в этом случае осевого потока газа уменьшает использование его физической и химической энергии.

Подобное засыпное устройство было предложено в США в 1965 г. (пат. США, № 3376243, 1965 г.). Оно состоит из двух конусов, рас­ положенных вокруг центральной трубы-желоба, имеющей в верхней и нижней частях специальные отсечные приспособления, обеспечи­

7

вающие необходимую герметичность и предназначенные для загрузки крупного лома. Остальные материалы (кокс, руда, флюсы и др.) загружаются поочередно при открывании верхнего и нижнего ко­ нусов.

В 1861 г. на заводе Вильгемс-хютте (Германия) в качестве засып­ ного устройства был впервые применен колокол Лаигеиа (рис. 5). Он состоит из неподвижной воронки и подвижного колокола, через который проходит труба для отвода колошникового газа. Необходи­ мая герметичность между неподвижной трубой и подвижным коло­ колом достигалась применением уплотняющего кольца. Если уп­ лотнение расположить выше воронки, то для герметизации колокола можно применять водяной затвор. Как и в аппарате фон Гоффа, подъем колокола осуществляется с помощью лебедок и балансиров, расположенных с двух сторон центрального газоотвода.

Шихтовые материалы загружают вначале в пространство между неподвижной воронкой и колоколом. Затем при подъеме колокола шихта ссыпается по параболам, направленным к центру печи, т. е. схема распределения прямо противоположная, чем при ссыпапии материалов в аппарате Парри, где параболы направлены к стенкам печи. В зависимости от глубины поверхности засыпи положение гребня шихты может изменяться в значительных пределах. Так, в неполной печи материалы попадают в центр, а по мере ее наполне­ ния гребень шихты будет приближаться к стенкам. Если загрузку вести небольшими подачами при полной печи, то в периферийную зону попадает наибольшее количество рудной части подачи. Таким образом, засыпной аппарат Лангеиа при ровном сходе шихты и под­ держании постоянного уровня ее засыпи позволяет изменять газо­ вый поток по радиусу печи в широком диапазоне.

При работе печи с подстоями и обрывами шихты (эти случаи в в конце прошлого и в первой половине нашего столетия были частыми) возможно попадание большого количества рудной части подачи в центр печи. Этому способствует и частое опускание уровня засыпи шихты ниже установленного предела. Перегруз центра печи рудой приводит к тяжелому расстройству хода. Для устранения указан­ ного недостатка центральный газоотвод опускали ниже уровня за­ сыпи (рис. 5, правая сторона), что способствовало разрыхлению шихты в центральной зоне, однако перегруз ее при этом полностью не устранялся.

Позднее для загрузки доменных печей стали применять колокол Лангена с периферийным отводом колошникового газа. Увеличения газового потока в центральной части печи в этом случае достигали применением подвижного конического кольца, которое находилось внутри колокола. При опускании кольца перед подъемом колокола ссыпающиеся с неподвижной воронки шихтовые материалы отбра­ сывались в направлении стенок печи.

Такое дополнительное устройство, безусловно, позволяло регу­ лировать газовый поток по радиусу печи, но значительно услож­ няло конструкцию засыпного аппарата и уменьшало его герметич­ ность.

8

Подобные сочетания хорошего распределения материалов (сход­ ного с тем, которое было признано наилучшим при ручной завалке небольших древесноугольиых печей Швеции) со сложностью кон­ струкции присущи и аппарату Толандера (рис. 6). Он состоит из неподвижной большой воронки 1 и подвижного цилиндра-колокола 2 с приклепанной к нему малой воронкой 3, горловина которой откры­ вается и закрывается конусом-пробкой 4. Два стационарных цилин­ дра 5, 6 служат для направления мелких материалов, падающих из пространства между большой воронкой и цилиндром-колоколом (при его подъеме) в промежуточную зону печи. Таким путем обычно загружают одну половину рудной части подачи и весь флюс, а в ма­ лую воронку заваливают весь уголь и сверху ровным слоем помещают другую половину руды. Работа аппарата начиналась с подъема конуса-пробки, после чего уголь ссыпался в печь кучей, достигающей своим откосом нижней кромки («юбки») стационарных ци­ линдров. Руда, находящаяся на поверхно­ сти угля, располагалась в пустотах между его кусками, т. е. более или менее равно­ мерно распределялась по всей поверхности колошника. Затем следовал подъем ци­ линдра-колокола, при этом вторая половина руды и флюс ссыпались в пространство

между стационарными цилиндрами. При этом мелкие фракции руды оставались в гребне, т. е. в промежуточной зоне, а более крупные куски откатывались к стенкам колошника. Ширину промежуточной зоны регулировали соответствующим подбором диаметров стацио­ нарных цилиндров, а распределение руды у стен и в центральной области печи — путем изменения их соотношения в подвижной и неподвижной воронках.

Итак, колокол Лангена с центральным газоотводом и тот же колокол в комбинации с подъемными кольцами при периферийном отводе газа, а также аппарат Толандера позволяют получать рас­ пределение газового потока по радиусу печи, близкое к оптималь­ ному значению, но такой же результат дает и аппарат Парри, от­ личающийся более простой конструкцией. Важным преимуществом аппарата Парри является также лучшая его герметичность и неслож­ ность установки второго газового затвора. Это стало необходимым вследствие увеличения объема доменных печей, форсировки их хода и необходимости полного устранения потерь колошникового газа, который приобретал все большую ценность. На американском за­ воде «Юнгстауи» был установлен засыпной аппарат с двойным ко­ нусом Парри. Верхний конус стали называть малым в отличие от большого — нижнего. В воронку малого конуса загружали шихту из одного скипа (самоопрокидывающейся вагонетки), после чего ко­ нус открывался и шихта ссыпалась на нижний конус, где набира­ лась вся подача. Малый и большой конусы работали асинхронно и потери газа в атмосферу почти полностью устранялись.

9