1.5.2. Интенсивность плавки и удельная производительность доменных печей

Для сравнения отдельных доменных печей в качестве газодинамического индекса вместо ΔР целесообразно использовать отношение расхода дутья к потери его давления (V_д/ΔР). Значение данного индекса растет с увеличением объема печей. Известно, что вследствие специфических условий черной металлургии Японии (привозное сырье) качество подготовки сырья там высокое, но интенсивность плавки и ее газодинамические условия (индекс газопроницаемости) на доменных печах СССР было выше (рис. 1.48, а). Это достигалось благодаря более высокому давлению газа на колошнике и более оптимальным параметрам загрузки шихтовых материалов. Только на заводе "Фукуяма" на доменных печах большого объема (> 3000 м³) индекс газопроницаемости приближается к аналогичным показателям для доменных печей бывшего СССР (рис. 1.48, а) [66, 67,.68].

Увеличение газопропускной способности столба шихтовых материалов и производительности печи обеспечивается, кроме лучшей подготовки шихтовых материалов, применением комбинированного дутья. Обогащение дутья кислородом снижает общий объем газов, а, следовательно и их скорость в печи. Добавка к дутью природного газа или мазута оказывает противоположное действие. Совместное их применение устраняет отрицательное влияние каждой из указанных добавок. Кроме изменения объема газа, при применении кислорода температура в зоне повышается, а при добавлении природного газа уменьшается. На рис. 1.48, б показана связь между скоростью газа и производительностью доменной печи, отнесенной к единице площади горна. Видно, что с увеличением скорости газового потока производительность печи увеличивается. При одной и той же скорости газа производительность выше для печей большего объема. Для печей с одинаковыми объемами и скоростью газового потока производительность тем выше, чем выше степень обогащения дутья кислородом и более оптимально соотношение кислород-природный газ (мазут).

Если доменные печи работают на обычном дутье без повышенного давления газа на колошнике, то скорости газа в нижней части печи и на колошнике различаются значительно. Например, для доменной печи полезным объемом 380 м³, скорости в нижней части печи составили 2,0-2,7 м/с, а на колошнике соответственно 2,3-3,6 м/с. С повышением давления газа на колошнике и применением комбинированного дутья скорости газа в нижней и в верхней части печи значительно выравниваются и для большинства печей составляют соответственно 2,6 и 2,8 м/с.

При определении наиболее напряженной по газодинамике зоны печи, следует учитывать, что на критическую скорость газа оказывает значительное влияние его нагрев.

Исследования показали, что при продувке зернистого слоя одинаковой крупности газовой смесью СО + N₂ ,соответствующей по составу печному газу, при 300 и 800⁰С переход к фонтанирующему слою при меньшем нагреве происходил при более низких скоростях. Например, для слоя из частиц размером 6 мм критическая скорость при нагреве 300⁰С составила 1,0 м/с, а при 800⁰С - 2,0 м/с. Для частиц 10 мм соответствующие критические скорости составили 2,5 и 3,3 м/с, т.е. с увеличением диаметра кусков слоя разница величины критической скорости от температуры его нагрева снижается. Поэтому даже в случае равных скоростей газа по высоте печи, определяющими газодинамику слоя будут верхние зоны.

На одной из доменных печей "Криворожстали", объемом 2000 м³ при увеличении форсировки дутья скорости газового потока на колошнике достигали таких значений, при которых на отдельных участках кокс переходил в состояние, близкое к псевдоожиженному. Это вынуждало снижать форсировку печи. На очередном капитальном ремонте колошник . расширили на 200 мм, установили вторую чугунную летку и увеличили диаметр фурм от 180 до 190 мм. После ремонта печи, количество дутья увеличили с 3411 м³/мин до 3464 м³/мин при одновременном увеличении кислорода в дутье с 23,13% до 24,31%. Несмотря на значительное увеличение форсировки печи скорость газа на колошнике снизилась с 2,5 м/с при колошнике диаметром 7,3 м до 2,32 м/с при d_к = 7,5 м. Это позволило стабилизировать ход печи и увеличить ее производительность с 3572 до 3759 т/сут.

Если считать, что за счет повышения температуры дутья на 60⁰С и концентрации в нем кислорода на 1,18% прирост производительности составил 100 т чуг/сут то за счет форсировки хода печи ее производительность возросла дополнительно еще на 87,5 т. чуг/сут. Следовательно, увеличение поперечных размеров колошника значительно улучшило газодинамические условия верхней части печи и увеличило ее производительность. При строительстве доменных печей, в том числе и больших объемов, следует тщательно рассматривать изменение скорости газа по всей высоте печи и в соответствии с этим выбирать ее поперечные размеры и углы наклона шахты и заплечиков.