СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОКРУЖНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА КОЛОШНИКЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 1994 года по МПК C21B7/20 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано на доменных печах, оборудованных бесконусными загрузочными устройствами.

Известен способ загрузки доменной печи, включающий порционную подачу шихтовых материалов на поверхность засыпи вращающимся распределительным лотком от равномерно расположенных по окружности гаражных положений и выгрузку следующей порции того же материала из гаражного положения, повернутого на 240^о по ходу вращения лотка [1].

Известен также способ регулирования работы доменной печи, включающий измерение по радиусу колошника температуры и состава газа, рудной нагрузки, определение средних скоростей опускания шихты в секторах периферии, центре и по всему колошнику, где в зависимости от характера изменения скорости опускания шихты на периферии и центре печи увеличивают или уменьшают рудную нагрузку в соответствующих секторах окружности колошника.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности (прототип) является способ загрузки доменной печи, включающий равномерное распределение рудной нагрузки по окружности колошника вращающимся распределительным органом с переменным вылетом, размещение шихтового материала на колошнике незамкнутыми кольцами рудных и коксовых порций шихты в зависимости от расположения и степени окружной неравномерности газового потока, причем незамкнутое кольцо коксовой порции располагают в участках с повышенным расходом газа, а незамкнутое кольцо рудной порции - в участках с пониженным расходом газа.

Однако в известных способах отсутствуют механизм ориентации незамкнутых колец на участках кольцевых зон колошника, где имеются отклонения от нормального хода печи, а также определение размеров этих участков и величин незамкнутых колец материала. Кроме того, использование в прототипе незамкнутого кольца выгружаемой порции материала возможно только при загрузке одной кольцевой зоны колошника.

Целью изобретения является стабилизация хода доменной плавки за счет снижения неравномерности газового потока в печи и выравнивания профиля засыпи по окружности колошника.

Цель достигается тем, что в известном способе загрузки доменной печи, заключающемся в выгрузке порций материалов из бункеров бесконусного загрузочного устройства на поверхность засыпи вращающимся распределительным элементом с началом открывания шихтового затвора каждого бункера в гаражных положениях, размещении по окружности колошника незамкнутых железосодержащих и коксовых колец, измеряют профиль засыпи и скорость схода шихты в печи и при отклонении уровней засыпи по окружности колошника более чем на 0,5 м определяют зону отклонения с пониженным уровнем засыпи, а выгрузку порций материала из бункеров начинают открыванием шихтового затвора в гаражных положениях, расположенных между точками по окружности колошника, отстоящими от начала и конца зоны отклонения в направлении, противоположном вращению распределителя, на угол, определяемый из выражения:
ϕ= 6nt+ , град/ где n - скорость вращения распределительного элемента, мин^-1;
t - время формирования на распределительном элементе потока шихты, отсчитываемое от начала открывания шихтового затвора, с;
V_о.в. - вертикальная составляющая скорости схода потока шихты с распределительного элемента, м/с;
Н - высота от распределительного элемента до поверхности засыпи в печи, м;
g - ускорение свободного падения, м/с², при этом при разности скоростей схода материала в зоне отклонения и остальной части окружности колошника не более 1,4 ˙ 10^-4 м/с, выгрузку порций и кокса, и железосодержащих материалов начинают попарно в одних и тех же гаражных положениях, а при разности скоростей, большей 1,4 ˙ 10^-4м/с, в указанных зонах в тех же гаражных положениях начинают выгрузку порций железосодержащих материалов.

Способ осуществляют следующим образом.

На работающей доменной печи определяют расходные характеристики разгрузку коксовых и железосодержащих порций из шлюзовых бункеров бесконусного загрузочного устройства (БЗУ), а также величины незамкнутости колец в кольцевых зонах колошника при различных углах раскрытия шихтового затвора.

Равномерное окружное распределение шихты обеспечивается изменением начала выгрузки порций кокса и железосодержащих материалов последовательно и попарно от равномерно расположенных по окружности колошника гаражных положений.

Контроль распределения и схода материала на колошнике доменной печи осуществляется по показаниям уровнемеров, периферийных термопар, термовизора, по распределению температуры, газа СО₂ и СО по радиусам печи. Анализ траекторий движения шихтового материала от вращающегося распределительного лотка до поверхности засыпи показал, что при изменении уровня засыпи происходит существенное смещение точек пересечения траекторий с поверхностью засыпи шихты в печи. Понижение уровня засыпи на 0,5 м вызывает исключение одной кольцевой зоны и смещение остальных кольцевых зон к периферии на 0,3-0,4 м, что в свою очередь приведет к нарушению радиального распределения материалов, его дополнительному дроблению и ухудшению хода доменной печи. Поэтому при обнаружении устойчивого отклонения уровней засыпи по окружности колошника более чем на 0,5 м, не вызванного разностью скорости схода материала в печи по окружности (разность скоростей схода материала в печи по окружности не превышает 1,4 ˙ 10^-4 м/с) и другими причинами, на основании обобщения данных других контролирующих систем определяют зону отклонения с пониженным уровнем засыпи. В этом случае выгрузку порций кокса и железосодержащих материалов из бункеров начинают открыванием шихтового затвора в гаражных положениях, расположенных между точками по окружности колошника, отстоящими от начала и конца зоны отклонения в направлении, противоположном вращению распределителя, на угол ϕ.

При этом для управления окружным распределением шихты в пределах кольцевых зон колошника используют те же штатные гаражные положения, что и в системе управления загрузкой доменной печи для получения равномерного окружного распределения материала.

В другом случае, когда перекос засыпи вызван разностью скоростей схода материала в зоне отклонения и остальной части окружности колошника, равной более 1,4 ˙ 10^-4 м/с, для выравнивания профиля засыпи в печи в гаражных положениях, расположенных между полученными в результате расчета точками, начинают разгружать железосодержащие порции материала, тогда как кокс (в зависимости от степени возмущения) разгружают либо последовательно из всех гаражных положений, либо исключая те, где разгружаются железосодержащие. При этом угол раскрытия заслонок шихтового затвора, обеспечивающий необходимую незамкнутость колец материала в нужной кольцевой зоне колошника, устанавливают для каждого вида материала. Разность скорости схода материала, равная 1,4˙10^-4 м/с, выбрана из расчета того, что материал в зоне отклонения с пониженным уровнем засыпи опускается за 1 ч работы доменной печи на величину 0,5 м относительно уровня засыпи в остальной части окружности колошника. Сохранение устойчивого в течение 1 ч (время одного цикла загрузки материала в печь), перекоса профиля засыпи в печи, вызванного разностью скоростей схода материала в печи по окружности колошника больше указанной величины, говорит о необходимости его устранения с помощью изменения распределения рудной нагрузки по окружности печи. Результаты экспериментальных данных, полученных осциллографированием работы механизмов БЗУ с вращающимся распределительным элементом, а также расчета времени движения частиц потока шихты от шихтового затвора до поверхности засыпи показывают, что угол ϕ, определяющий смещение точки касания потоком шихты поверхности засыпи относительно гаражного положения, на котором начал открываться шихтовый затвор, зависит от геометрических параметров элементов тракта БЗУ, уровня засыпи, углового положения (угла рассогласования) распределителя, на котором началась выгрузка материала, находится в пределах 1/6-5/6 оборота распределительного элемента.

Предлагаемый способ управления окружным распределением шихтовых материалов на колошнике опробован на ДП-5 ЧерМК, оборудованной БЗУ с распределителем лоткового типа. Окружность колошника печи разбита на шесть равновеликих секторов с центральным углом - 60^о.

Загрузка материалов в печь осуществляется с девяти угловых положений распределительного лотка, обеспечивающих распределение шихты в равновеликие кольцевые зоны колошника. Для текущего замера уровня засыпи и скорости схода материала в периферийной зоне колошника имеются четыре электромеханических зонда. Контроль температуры на периферии и поверхности засыпи осуществляют по показаниям 16 термопар, равномерно расположенных по периметру окружности колошника и термовизором.

Угол смещения точки касания потоком шихты поверхности засыпи относительно гаражного положения, на котором начал открываться шихтовый затвор, составил 300^о. Он был получен теоретически по выражению для расчета угла ϕ, а также подтвержден экспериментально путем определения углового перемещения распределительного лотка за время движения потока шихты от шихтового затвора шлюзового бункера до поверхности засыпи, при постоянной скорости вращения распределителя - 6,98 мин^-1.

Исходные данные расчета угла ϕ для ДП-5 ЧерМК:
n=6,98 мин^-1; t=6,4 с; V_o.b= 2,0 м/с (определена экспериментально перед задувкой печи); Н = 4,1 м.

Подставляя значение в уравнение для расчета, получают
ϕ=6·6.986.4+ = 298^°
Учитывая, что количество гаражных положений на ДП-5 равно 6, полученное значение угла ϕ нужно округлить до 300^о.

Программа цикла загрузки в период опробования способа состояла из 16 порций материала: К 8-5; А 9-5; К 8-5; А 9-4; К 3-2; А 9-4; К 8-5; А 9-4; К 8-5; А 9-4; К 8-5; А 9-4; К 8-5; А 9-4; К 8-5; А 9-5.

Здесь: К - порции кокса; А - порции железосодержащих материалов. Масса порций кокса 26,8 м, железосодержащих материалов 100,0 т. Направление вращения распределительного лотка - по часовой стрелке.

В один из периодов исследований разница показаний в уровне засыпи по зондам составила в среднем 0,5 м. Периферийные термопары регистрировали некоторое понижение температуры относительно среднего значения на 30-40^оС. Таким образом определились начало и конец зоны отклонения с пониженным уровнем засыпи в периферийной зоне окружности колошника, заключенных между периферийными термопарами, 1-м и 4-м периферийными зондами.

Учитывая параметры потока шихты, сходящего с распределительного элемента, расположение зоны отклонения с пониженным уровнем засыпи и влияние распределяемого материала на поверхности засыпи в соседних кольцевых зонах, загрузку периферийной зоны целесообразно рассматривать, объединив три кольцевые зоны, соответствующие выгрузке материала с угловых положений лотка. Аналогично рассматриваются средняя и центральная зоны окружности колошника. Следовательно, наибольшая эффективность устранения возникшего расхода профиля засыпи с помощью ориентации в определенном участке периферийной зоны колошника с пониженным уровнем засыпи незамкнутой части последнего оборота распределительного лотка при выгрузки материалов в эту зону достигается при величине дробной части оборотов лотка, равной не более половины окружности. Исследования работы механизмов БЗУ и расходных характеристик при выгрузке из шлюзовых бункеров компонентов шихты показали, что среднестатистическая величина дробной части получается равной не более половины окружности тогда, когда величина открытия заслонок шихтового затвора составляет 45,8^о при выгрузке порций кокса из бункера Б1 и 37,5 при выгрузке железосодержащих порций материала из бункера Б2.

Вычитая из начала и конца зоны отклонения длину дуги, ограниченную центральным углом 300^о, в направлении, противоположном вращению распределительного лотка (против часовой стрелки), получают точки А и В. Разгрузку порций кокса из бункера Б1 и железосодержащих материалов из бункера Б2 начали последовательно и попарно производить из гаражных положений - 0 и 300^о, заключенных между точками А и В, при углах раскрытия заслонок шихтовых затворов 45,8^о для кокса и 37,5^о для железосодержащих материалов. Результаты работы системы загрузки, при выгрузке порций материала за цикл загрузки из гаражных положений 0 и 300^о в последовательности: КО^о, АО^о, К300^о, КО^о и т.д. получены расчетным путем и приведены в табл.1, отражающей распределение материалов по секторам, ограниченным гаражными положениями в периферийной зоне колошника.

Из табл. 1 видно, что в секторы окружности колошника, ограниченные гаражными положениями: 240-300^о; 300-360^о и 0-60^о за цикл загрузки будет загружаться больше материала. При этом рудная нагрузка по окружности периферийной зоны будет изменяться незначительно. Максимальная масса материала загружается в секторы: 240-300^о 300-360^о, в границах которых расположена зона отклонения с пониженным уровнем засыпи в периферийной зоне колошника.

За цикл загрузки в эти секторы будет подгружаться примерно 7 т (5 м³) материала больше, чем в другие. После загрузки в печь двух с половиной циклов порций материала перекос уровня засыпи в печи был устранен. Во время выравнивания уровня засыпи производилась запись текущих показаний периферийных зондов и термопар, зондирования печи радиальными газоотборными машинами. Динамика изменения показаний периферийных зондов в период выравнивания уровня засыпи между зондами приведена в табл.2.

После ликвидации перекоса уровня засыпи разница в показаниях периферийных термопар уменьшалась с 40 до 20^о и в целом выравнялась по окружности колошника, а разброс данных замеров газа СО₂ по 4-м радиусам печи, выполненных радиальными газоотборными машинами, уменьшился с 35 до 10%, что позволило стабилизировать в течение 2,5 ч ход доменной печи.

Из-за отсутствия на ДП-5 профилемера для замера уровня засыпи по окружности печи основным источником получения оперативной информации о профиле засыпи в печи являются 4-е периферийных зонда. Алгоритм выравнивания профиля засыпи по показаниям периферийных зондов, применявшийся во время проведения исследований в июне 1990 г, приведен в табл.3.

Вывод выражения для расчета угла смещения встречи потока шихты с поверхностью засыпи относительно гаражного положения, на котором задано открывание шихтового затвора разгружаемого бункера БЗУ.

При расчете угла ϕ сделано допущение о том, что частицы шихты после отрыва от лотка равномерно движутся в тангенциальном направлении до падения на поверхность засыпи, а время движения потоком материала на этом участке определяется из уравнения свободного падения частицы с начальной скоростью, равной вертикальной составляющей скорости схода потока с распределителя.

Угол ϕ при вращении распределителя с постоянной скоростью равен:
ϕ = ω ˙ ( t + τ), рад, где ω - угловая скорость распределителя, с^-1;
t - время от начала открытия шихтового затвора до момента формирования на распределительном элементе потока шихты, с;
τ - время движения потока шихты от распределительного элемента до поверхности засыпи, с:
Угловая скорость вращающегося распределителя:
ω = , c^-1, где n - количество оборотов распределителя, мин^-1.

С учетом перевода величины угла ϕ в град получают
ϕ = (t+τ)=G·n(t+τ),1град.1).

Время τ определяют из уравнения вертикального падения частицы (без учета сопротивления восходящих газов в печи):
H=V_о.в·τ+ ,
τ = ,c, где V_o.b. - вертикальная составляющая скорости потока шихты, сходящего с распределительного элемента (определяется экспериментально перед задувкой печи), м/с;
g - ускорение свободного падения, м/с²;
Н - высота от распределительного элемента до поверхности засыпи, м.

Подставив последнее выражение в формулу для определения угла ϕ, получают
ϕ=6·nt+, град..

Формула не учитывает влияния угла наклона (углового положения) распределительного элемента на величину вертикальной составляющей V_o.bскорости сходящего с него потока шихты, так как в пределах регулирования окружного распределения шихты на колошнике заявляемым способом угол наклона распределительного элемента к оси печи изменяется в пределах до 5^о и при регулировании окружного распределения шихты по 1-3 кольцевым зонам колошника им можно пренебречь.

Предлагаемый способ предполагает оперативное регулирование профиля поверхности засыпи на колошнике доменной печи и скоростей схода материала по окружности печи. По приборам определяют зону отклонения с пониженным уровнем засыпи, а затем расчетным путем устанавливают, из каких гаражных положений распределительного лотка начинать выгрузку материалов. Для устранения перекоса профиля засыпи порции кокса и железосодержащих материалов выгружают попарно, а для выравнивания скоростей схода материала в печи по окружности колошника разгружают один из видов шихтовых материалов. 3 табл.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОКРУЖНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА КОЛОШНИКЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, включающий выгрузку порций материалов из бункеров бесконусного загрузочного устройства на поверхность засыпи вращающимся распределительным элементом с началом открывания шихтового затвора каждого бункера в гаражных положениях, размещение по окружности колошника незамкнутых железосодержащих и коксовых колец, отличающийся тем, что, с целью стабилизации хода доменной плавки за счет снижения неравномерности газового потока в печи и выравнивания профиля засыпи по окружности колошника, измеряют уровень засыпи и скорость схода материала в печи и при отклонении уровней засыпи по окружности колошника более чем на 0,5 м определяют зону отклонения с пониженным уровнем засыпи, а выгрузку порций материала из бункеров начинают открыванием шихтового затвора в гаражных положениях, расположенных между точками по окружности колошника, отстоящими от начала и конца зоны отклонения в направлении, противоположном вращению распределителя, на угол ϕ , определяемый из выражения
ϕ = 6nt+ ,
где n - скорость вращения распределительного элемента, мин^-1;
t - время формирования на распределительном элементе потока шихты, отсчитываемое от начала открывания шихтового затвора, с;
V_о.в - вертикальная составляющая скорости схода потока шихты с распределительного элемента, , м/с;
H - высота от распределительного элемента до поверхности засыпи в печи, м;
q - ускорение свободного падения, м/с²,
при этом при разности скоростей схода материала в зоне отклонения и остальной части окружности колошника не более 1,4 · 10^-4 м/с вызрузку порций кокса и железосодержащих материалов начинают попарно в одних и тех же гаражных положениях, а при разности скоростей, большей 1,4 · 10^-4м/с, в указанных зонах в тех же гаражных положениях начинают выгрузку порций железосодержащих материалов.