1.2 Современные конструкции: узтм, бзу

(«воронка-склиз», «Пауль Вюрт»), Ротор. Достоинства и недостатки.

На основе разработанных в 1891 - 1959 гг. доменщиками технических узлов и механизмов БЗУ ряд веду­щих зарубежных и отечественных конструкторских и машиностроительных фирм и заводов создали в 1970—1980 гг. промышленные варианты загрузоч­ных устройств второго типа с лотковым распреде­лителем в виде желоба, воронки, склиза или рото­ра.

«Воронка – склиз»

В 1982 году в СССР было создано отечественное бесконусное устройство с распределителем шихты типа "воронка-склиз" и установлено во время капитального ремонта I разряда на доменной печи №6 комбината "Криворожсталь", объемом 2000м³ [6] С широким применением компактно заменяемых узлов газозапирания, централизованного гидро­привода и возможностью отсечения загрузочного устройства от печи для ремонтов при кратковре­менных ее остановках.(рис. 1.13) Привод распределителя вынесен за пределы печного пространства и не требует азота для охлаждения редуктора. Прием­ная воронка выполнена неподвижной с двухскат­ным днищем и двумя заслонками, обеспечивающи­ми подачу шихты в каждый из двух бункеров объемом по 27м³. Интенсивность дозированного высыпания шихты из бункера регулируется ших­товым затвором. Для улучшения равномерности истечения шихты предусмотрен режим работы воронки с накоплением. Склиз представляет собой поверхность конуса с углом наклона образующей к горизонту 40°, ось которого совпадает с осью печи и является осью вращения. Склиз с максимальным радиусом 2,5м вращается синхронно с воронкой и/или может поворачивать относительно ее разгрузочного окна для регулирования распреде­ления шихты. Вращение воронки и склиза осуще­ствляется раздельными электроприводами. При создании нового БЗУ основной задачей ставилось увеличение срока службы аппарата. Эта задача, в основном, была выполнена.

Рис.1.13. БЗУ с распределителем шихты

типа воронка-склиз

За период эксплуата­ции срок службы отсекающих клапанов составил в среднем около 20 месяцев, а распределителя шихты 2-3 года.

Следует отметить, что опыт его эксплуатации на ДП №6, а с 1988 года ещё и на ДП №4, обнаружил множество конструктивных не­достатков [7]. К ним относятся: низкая стойкость компенсато­ров и горловины вращающейся воронки; частый выход из строя путевых выключателей клапанов, из-за неудачной конструкции передаточных валков; сбои в работе редукто­ров, из-за особенности их крепления; периодическое закли­нивание валов, по причине вертикального расположения двигателей склиза и воронки; недостаточная плотность сальникового уплотнения, допускающая утечки масла в системе смазки; неудовлетворительная ремонтопригодность аппарата, требующая при выходе из строя склиза демонтаж другого оборудования; сложная система управ­ления БЗУ, в частности, требующая для нормального функ­ционирования специально оборудованных помещений с кондиционированием и др.

Наряду с конструктивными аппарат обладал и рядом технологических недостатков, связанных с недостаточным объёмом промежуточных бункеров, низкой точностью (-5°) отработки углов рассогласования воронки и склиза, не­удачной конфигурацией распределительного склиза. В ре­зультате углы рассогласования между воронкой и склизом в диапазоне от 0 до 30° не участвовали в процессе распре­деления шихты, а принятая система синхронизации враще­ния воронки и склиза приводило к случайному расположе­нию гребней засыпи в радиальном направлении колошника, в пределах одного оборота воронки. Всё вместе приводило к частым нарушениям распределения материалов на ко­лошнике, ухудшало использование энергии газа и способ­ствовало повышению расхода кокса. Поэтому наилучшие показатели работы печи при работе с использованием БЗУ, которые были достигнуты в первоначальном периоде после ремонта, оказались ниже имевших место в годы работы на двухконусном засыпном аппарате. Так, за 1983 год средне­суточное производство составило 3562 тонны, а расход кокса 505кг на тонну чугуна, в то время когда зна­чение этих показателей, например, в 1974 году составляли 3685 тонн и 503 кг/т, а в 1976 году, соответственно, 3756 и 515 кг/т, при намного меньших расходах природного газа и кислорода, чем в 1983 году (рис.1.14). В дальнейшем при работе на бесконусном аппарате плавки еще более ухудшились: про­изводительность снизилась до 3288 т /сут., а расход кокса возрос до 547 кг/т чугуна (среднее за 1987 год) [7].

Таким об­разом, длительный опыт эксплуатации бесконусного загру­зочного устройства "воронка-склиз" на доменной печи №6 нашего комбината не подтвердил полученные в начальном периоде освоения аппарата высокие технико-экономические результаты плавки. Следует отметить, что и доменная печь №4, после уста­новки на ней БЗУ "воронка-склиз", стала работать хуже, как по отношению к своей работе на двухконусном аппарате, так и по отношению с работой однотипной с ней доменной печи №1, оборудованной аппаратом конструкции УЗТМ.

1983 1985 1987 1989 1991

Годы

Рис. 1.14 Показатели работы доменных печей №№ 5-7.

На протяжении всего периода работы с использованием БЗУ на обеих печах не прекращались попытки совершенст­вования конструкции и режима работы распределителя. В процессе поиска оптимума изменялись размеры горловины воронки, расстояние между горловиной и склизом, размеры самого склиза, способ выдачи материалов из воронки. С целью сужения потока шихты на склизе был установлен на­правляющий желоб, был испытан целый ряд систем загруз­ки на различных углах рассогласования воронки со склизом, при различных значениях уровня засыпи, величины подач. В ре­зультате повышения давления газа в печи под опорным кольцом БЗУ начали появляться продувы, устранение кото­рых требовало неоднократных остановок печи и тихих хо­дов, из-за чего показатели плавки ухудшились. В немалой степени этому способствовало также ухудшение распреде­ления материалов в печи вызванное преждевременным из­носом вращающейся воронки, в корпусе которой появились растущие во времени дыры. В результате неудовлетвори­тельной работы оборудования загрузочного устройства расход кокса возрос, и форсировка плавки была снижена, при соответствующем снижении и производительности пе­чи.

В 1994 году в связи с известными обстоятельствами по обеспечению производства чугуна сырьем и топливом дом­на была остановлена в удовлетворительном состоянии с выпуском нижелеточного чугуна. С учетом того, что весьма продолжительный опыт эксплуатации БЗУ "воронка-склиз" на двух печах ком­бината не выявил его преимуществ перед аппаратом кон­струкции УЗТМ (ни в плане повышения производительности печи, ни в отношении снижения расхода кокса) было принято решение о демонтаже на ДП №6 БЗУ "воронка-склиз" и возвращении к двухконусному засыпному аппарату.

«Ротор»

На ряде мощных доменных печей испытано БЗУ с роторным лопастным распреде­лительным органом[5], обеспечивающее путем изме­нения заданной скорости и направления вращения ротора возможность расположения гребня загру­жаемой на колошник шихты на любом расстоянии от стенки и оси печи (рис. 1.15).

При этом независимо от уровня засыпи при вращении ротора по часовой стрелке загружаются периферия и средняя зона колошника, а при вращении в противоположном направлении - осевая. При сходе с лопастей ротора, поток шихтовых материалов направлен под острым углом по отношению к стенке колошника, чем снижается измельчение материалов при встре­че с защитными плитами и увеличивается срок службы колошниковой защиты. Вследствие загрузки материалов в печь пятью потоками замкнутое кольцо шихтовых материалов на колошнике формируется при повороте ротора на 1/5 оборота. При кольцевой загрузке одной порции шихты в среднюю или периферийную зоны ротор образует на колошнике 30-40 замкнутых колец. Кольца шихтовых матери­алов, образованные при загрузке на поверхности засыпи, замыкаются при повороте распределителя на кратный числу лопастей угол, что снижает вероятность возникновения ориентированной окружной неравномерности распределения матери­алов и рудной нагрузки.

Рис.1.15. Роторное загрузочное устройство

В конструкции РЗУ предусмотрена возможность подгрузки, при необходимости, того или иного сектора колошника. Для указанной цели используется специальное корректирующее кольцо, которое с помощью трех приводов смещается в заданном радиальном направлении относительно нижнего конуса. В результате этого материал выгружается из промежуточного бункера через серповидную щель, образованную наружной кромкой нижнего конуса и внутренней поверхностью корректирующего кольца. Таким образом, создается значительная окружная неравномерность выхода материала на ротор, что в свою очередь приводит к сосредоточению относительно большего количества материала в заданном секторе колошника. Массовая окружная неравномерность, достигаемая таким способом, составляет около 15%, что приблизительно соответствует использованию типового ВРШ при работе на станцию. В случае аварийной остановки ротора шихтовые материалы ссыпаются по неподвижным лопастям, образуя засыпь в виде пяти конусообразных холмов, вершины которых равномерно распределены по окружности с радиусом, равным приблизительно половине радиуса колошника. В такой ситуации не обязательно немедленно прекращать загрузку, и печь достаточно длительное время (по крайней мере, нескольких часов) может продолжать работу без каких-либо серьезных отклонений от нормального хода.

Несмотря на перечисленные выше достоинства, роторное загрузочное устройство обладает двумя недостатками:

1) Сложность конструкции, как следствие больший расход электроэнергии.

2) Нефиксированное распределение материалов по сечению колошника доменной печи, сильно зависящее от постоянно меняющегося гранулометрического состава шихтовых материалов.

«Пауль Вюрт»

Известная машиностроительная фирма Пауль Вюрт (Люксембург) разрабатывает и продает на мировом рынке наукоемкое промышленное автоматизированное оборудование, включая машины и механизмы для доменного производства. В 1969г. фирма Пауль Вюрт начала разработку БЗУ доменной печи с лотковым рас­пределителем в виде желоба. В конце 1971г. первый образец такого БЗУ после отработки эле­ментов оборудования, технологии загрузки и авто­матики на модели-стенде масштабом 1:1 установ­лен на доменной печи № 4 металлургического завода в Хамборне фирмы Тиссен Шталь (ФРГ). После успешных испытаний и доводки первых образцов в 1972—1975 гг. модифи­кации вариантов БЗУ фирмы Пауль Вюрт (рис.1.16,) получили широкое распространение на доменных печах мира[5].

Рис. 1.16 (а). БЗУ фирмы Пауль Вюрт

Рис. 1.16 (б). БЗУ фирмы Пауль Вюрт

Рис. 1.16 (в). БЗУ фирмы Пауль Вюрт

БЗУ по сравнению с традиционным конусным распределителем имеют преимущества в части возможностей управляемого распределения шихто­вых материалов по всей поверхности колошника. Безуслов­но, аппарат Пауля Вюрта представляет идеальные условия для работы по станциям, в том числе и для исправления не только окружного, но и радиального потоков газа.

Однако во всех публикациях об аппарате Пауля Вюрта не приводятся данные о фракционном распределении мате­риалов по окружности и радиусу печи[8], поэтому нельзя здесь определить основные газодинамические параметры слоя доменной шихты. За последние годы в технической литературе, в докладах на международных симпозиумах и на региональных кон­ференциях высказываются в основном только положитель­ные оценки работы бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) лоткового и роторного типов[9]. При этом не обсуждаются альтернативные предложения. Считается, что конусные загрузочные устройства безнадежно устаре­ли, и их применение на печах любого объема не оправдан­но ни с технологической, ни с экономической точки зре­ния. При этом не приводится глубоких газодинамических и технико-экономических доказательств в пользу БЗУ. На­помним, что в технически развитых странах в основном применяют лотковые БЗУ. Надо учитывать, в каких сырье­вых, дутьевых и технологических условиях там работают печи [9].

Преимущество загрузки доменных печей ТЗУ по сравнению с их загрузкой БЗУ в газодинамическом отно­шении будет показано ниже. Главными и опре­деляющими факторами являются расход кокса и произво­дительность печей. В таблице № 1.1 сравниваются показатели печей с Б3У и ТЗУ, работающих в одинаковых сырьевых условиях.

Из этих данных видно, что во всех случаях при­менения БЗУ лоткового типа показатели хуже, чем при загрузке ТЗУ. Если более низкое производство печей большого объёма как-то можно объяснить по сравнению с печами среднего и малого объема, то расход кокса на них должен быть ниже. Однако и фактический, и приведенный к равным условиям расход кокса при загрузке ТЗУ меньше чем на печах большего объема, оборудованных БЗУ.

Можно также с достаточной уверенностью утверждать, что засыпной аппарат Пауля Вюрта имеет два основных недостатка. Первый заключается в регулировке скорости ссыпания материалов через грузовые удерживающие устройства, а второй – в уязвимости электропривода поворотного желоба, находящегося в зоне высоких температур [8]

Таблица 1.1 Сравнение показателей работы доменных печей, оборудованных БЗУ и ТЗУ

Показатель	"Криворожсталь" 1 пол. 2003г		"Азовсталь" 2003г,		"Северсталь"		"Запорожсталь" 1 пол. 2003г.
	ТЗУ	БЗУ	БЗУ	ТЗУ	БЗУ	ТЗУ	"склиз"	ТОНК
КИПО	0,746	0,697	0,638	0,591	0,519	0,318	0,544	0,544
Расход на 1т.чугуна: кокса, кг.	480	486	556	558	415,3	400,8	484	471
природный газ м.куб.	83	103	123	121	94	132	114	116
известняк, кг.	59	48	136,4	141			28	28
металлодобавки, кг	3	77
Содержание Fe %	53,79	54,7	56,1	55,5	60,1	58,5	55,5	55,5
Содержание О2%	24,2	25,6	27,2	26,23	23,55	30,3	24,1	24,6
Простои %	8,07	2,5					0,83	3,3
Тихий ход %	0,03	0,16					1,53	1,37
Интенсивность по С, кг/м.куб.					798	1132
Состав чугуна,%
Si	0,79	0,92	0,901	0,941	0,63	0,55	0,8	0,82
Mn	0,42	0,28	0,488	0,531	0,21	0,38	0,26	0,31
S	0,025	0,021	0,023	0,025	0,016	0,015	0,022	0,023
Выход шлака кг./т.чуг	497	435	487	464			430	421
Температура дутьяград.	988	1106	1052	1017	1185	1145	1108	1137
Давление на колошнике. кПа.	122	126	131	141	186	142	128	136
Антрацит кг/т.чуг.	38
Отсев мелочи %	6	9			9	9	6
Приведение к равным условиям:
расход кокса,	480	195	556	545	458,3	400,8	484	466
КИПО	0,746	0,813	0,638	0,566	0,55	0,318	0,544	0,514

КЗУ с ТОНК — конусное загрузочное устройство с технологическим

отверстием в нижнем конусе для пересыпания части кокса в осевую зону