Способ определения положения зоны вязкопластичного состояния железорудных материалов в доменной печи Советский патент 1991 года по МПК C21B7/24 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для контроля и регулирования распределения шихтовых материалов в доменных печах.

Целью изобретения является упрощение способа определения положения и формы зоны вязкопластичного состояния железорудных материалов в доменной печи.

На фиг,1 приведена схема загрузки шихты в доменной печи и положения в ней вязкопластичной (ВП) зоны

(к,р - слои кокса и руды; В , СР - углы наклона шихты и ВП зоны к горизонту; - перепад давления газа; Н - высота одного слоя, R - радиус корня зоны, ОВФ - ось воздушных фурм); на фиг.2 - график изменения нижнего перепада давления от момента загрузки слоя кокса увеличенной толщины (точка А) до момента прихода этого слоя в корень зоны вязко- пластичного состояния (точка В).

Способ заключается в следующем.

При послойной загрузке в доменную печь кокса и железорудных материалов

С&

со

00

1 к

производят непрерывное измерение нижнего перепада давления и периодически осуществляют разовые увеличения толщины слоев загружаемого кокса.При подходе слоя кокса увеличенной толщины в зону вязкопластичного состояния изменяется величина нижнего перепада давления. О положении и конфигурации зоны вязкопластичного сое- тояния судят по началу и величине изменения нижнего перепада давления.

Возможность определения искомых параметров в соответствии с предлагаемым способом объясняется следую- щим и расчетами.

Рассмотрим идеализированную укладку материала и схему образующейся вязкопластичной (ЕП) зоны (фиг.1). Объём фильтруемого через нее газа оп- ределим из закона Дарси, суммируя объемы газа, прошедшие через коксовые окна и слои железорудного материала, находящегося в вязкопластич- ном состоянии

S±K,

Т

АР:

:- +

+ .2 А.Р1

h или

V (S,K, + 8гК2)

де

к,кеs Sn проницаемость слоя кокса с единичным поперечным сечением в зоне ВП; то же, для слоя железорудного материала; суммарное сечение слоев кокса вдоль зоны ВП; то же, для слоев железорудного материала; - перепад давления на вязкопластичной зоне; h-З - ее толщина;

IU - вязкость газа. Представляя S , и S„ в виде

S, fiR/;- cosCf

si

2 s; + $ г

(2) получим

V (8, к, + )

R

costf

ii RUP31

/Mh3(S, +Si)cosCf (3)

где S( - площадь элементарного коксового окна; S - то же, для железорудного

материала;

R - радиус основания вязкопластичной зоны;

(f - угол ее наклона к горизонту. Если один из слоев с проницаемостью К заменить на слой с проницаемостью К,, то вместо (3) будем иметь

- 3гкР

ft R APj

ЦЦ(5™ SpcosCf

При неизменном количестве фурменного газа (V V) в (3) и (4) будут отличаться &РЭ, и . С учетом этого, разделив (4) на (3), получим

UP.2- , + JsLis sj s)

&Р3, . K, + SJK,) CO

о

5

0

5

0

5

Выражения (5) и (4) служат теоретическим обоснованием возможности оп- редрления параметров зоны ВП по предлагаемому способу. Они показывают, что перепад давления в зоне будет уменьшаться при рассматриваемой замене и это уменьшенле зависит от конфигурации зоны (cosU).

Уравнение (5) позволяет определить, на сколько необходимо изменить поверхность заменяемого слоя, чтобы это отразилось на показаниях фиксирующего прибора (перекрыло его чувствительность) . Так, приняв ДР 1,2-Ю5 Па; ДР31 1,1 -105 Па;К, 3,72. Ка. 2,94 ,1 и считая, что S S S , для определения последней величины получим

s , (JLZsL. п (6)

ЧРЪ, } 2(К, - К2)сс

t Значение S , рассчитанное для Ср

50е, оказалось равным 17,5 м , а для Cf 60° - 22,4 м2. С учетом этих данных можно приближенно определить минимальную высоту слоя материала при его расположении в корке ВП зоны, при замене которого на другой система регистрации нижнего перепада обеспечит нужную чувствительность

JCOS

Ъ

§

2irR

(7)

Расчет по (7) показывает, что для

л 0

cosq

угла 50 Н 0,45 м, а для (0 60 Н 0,53 м. Видно соответствие этих значений толщинам слоев кокса и железорудного материала в доменной печи. Проведенные расчеты показывают, что при замене слоя с низкой проницаемостью (К2) на слой с высоким ее значением (К) нижний перепад давления отреагирует на это изменение при подходе соответствующего слоя к зоне ВП. 1

Угол наклона зоны к горизонту определяется на основе зависимости (6). Учитывая, что максимальное отклонение перепада давления газа будет в момент, когда заменяемый слой находится в корне ВП зоны, поверхность его в этом случае определится из

SK5 H(2R - IcoslfH, (8)

где 1 - образующая слоя (1 H/sin(Cp + р). При этом основное влияние на значение Ср оказывают параметры R и Н: при Cf 60-70°, /3 10-50°, Н 0,5 м, R 6,15 м S колеблется от 17 до 19 м2, т.е. S«3 в выражении (6) для конкретных условий можно считать постоянной (ошибка менее 2%). Тогда для определения угла наклона ВП зоны к горизонту будем иметь

, ., (9)

Пример. Эксперименты проводили на 3-й доменной печи Карагандинского металлургического комб.ипата. На печи проплавлялся агломерат, получаемый при спекании концентратов Писа- ковского ГОК, температура начала размягчения которого равна 1100 С. Миж- ний перепад давления измерялся прибором И-37, позволявшим осуществлять 900%-ную компенсацию уровня сЬиксируе- мого сигнала, за счет чего соответствующим образом повышалась чувствительность замера. Абсолютная величина нижнего перепада была равна 1,21-10 Па, а его изменение в результате проведения рекомендуемой замены - (0,1-0,06). Применялась система загрузки 2рркку5кррк К В первой подаче второго цикла загрузка проводилась по схеме ккрр. Таким образом в печь попадал слой кокса,

10

8172 . 6

состоящий из двух скипов предыдущей подачи и двух скипов измененной.

График изменения нижнего перепада давления приведен на фиг.2. Видно, что спустя 5,1 ч перепад начал уменьшаться, достиг минимума через 5,9 ч и вернулся к прежнему значению к 6,4 ч. По времени (Ј) до максимального снижения нижнего перепада давления, зная скорость опуска

ния шихты (V ), которая в нашем случае равнялась 3,3 м/ч, можно определить положение нижней точки ЗП зоны относительно уровня засыпи (h,)

4} V

(10)

В рассматриваемом случае значение соответствующего параметра оказалось равным 19,5 м. Относительно уровня воздушных фурм Hkr, 6,8 м. Расчетные данные свидетельствуют о том, что это значение в среднем составляет 6,3 м. Незначительное различие последних чисел объясняется тем, что первое из них характеризует состояние зоны в данный момент времени, а второе является средним за период.

Схема расчета угла наклона ВП зоны приведена ниже.

Скорость схода

шихты, V, м/ч3,3

Время до изменения Ј , ч5,9

Высота шихты от

ОВФ до уровня

засыпи Н , м26,3

Высота корня зоны

от ОВФ (Н «1

Ны- V ), м 6,3

Нижний перепад

давления газа, Па 0,95 Ч О5

0

Проницаемость кокса, м Радиус корня зоны (принят радиус распара) R, м Поверхность нового слоя (Н 0,45 м) при его расположении в корне БП зоны, SK,, м2 Постоянная проницае3,72 - 10

6,15

17,4

-8

7,09 0,659 49

Способ определения положения и формы зоны вязкопластичного состоямости, с

Наклон зоны, cos c Ч

ния железорудных материалов в доменной печи не требует применения специального оборудования и позволяет оперативно контролировать указанные параметры.

Формула изобретения Способ определения положения зоны вязкопластичного состояния железоруд ных материалов в доменной печи,включающий послойную загрузку в печь железорудных материалов и кокса и измерение перепадов давления по высоте печи, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, производят разовые увеличения толщины слоев кокса, а положение и конфигурацию зоны вязкопластичного состояния железорудных материалов определяют по времени, величине и характеру изменения нижнего перепада давления.

фиг.1

z j 4

Время, Vi v Фиг. 2