Технология и оборудование подготовки подачи и загрузки шихтовых материалов в доменную печь


В. П. Лялюк







ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПОДГОТОВКИ, ПОДАЧИ И ЗАГРУЗКИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ

Монография












Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020

    УДК669.162.26
    ББК34.323
         Л97

Рецензенты:
академик Академии горных наук Украины, зав. кафедрой металлургии черных металлов и литейного производства Криворожского национального университета доктор технических наук, профессор Г. В. Губин;
академик Академии инженерных наук Украины, заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук, профессор В. А. Петренко








         Лялюк, В. П.
    Л97 Технология и оборудование подготовки, подачи и загрузки шихтовых материалов в доменную печь: монография / В. П. Лялюк. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 556 с. : ил., табл.
             ISBN 978-5-9729-0420-4

         Рассмотрены разработанные, проектируемые, испытанные в разное время и существующие системы и технологии подготовки, подачи и загрузки шихтовых материалов в доменную печь.
         Книга может быть использована как учебное пособие для студентов высших учебных заведений металлургического, экономического и управленческого профилей, а также может будет полезна для широкого круга специалистов черной металлургии и смежных с ней отраслей.
                                                    УДК669.162.26
                                                    ББК34.323








     ISBN 978-5-9729-0420-4 © Лялюк В. П., 2020
                            © Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

ВВЕДЕНИЕ


    Распределение шихтовых материалов в доменной печи влияет на распределение газового потока, использование его тепловой и химической энергии. Потребность того или иного газораспределения заставляет технологов соответствующим образом менять распределение шихтовых материалов на колошнике при их загрузке в печь. Распределение материалов по сечению доменной печи должно быть неравномерным по радиусу и равномерным по окружности.
    Шихтовые материалы хранятся в бункерах на шихтоподаче, где при выдаче из бункеров освобождаются от мелких фракций методом грохочения, дозируются и направляются к устройствам их подъема на колошник доменной печи. Загрузка железорудных материалов и кокса в доменную печь осуществляется сверху при помощи специальных механизмов - загрузочных устройств (засыпных аппаратов). При этом решаются следующие задачи:
    -      хранение, грохочение, дозирование и доставка шихтовых материалов на колошник печи;
    -     доставка шихтовых материалов в рабочий объем печи;
    -     распределение материалов по поперечному сечению колошника;
    -     предотвращение выброса токсичного колошникового газа в атмосферу;
    -       улавливание и очистка колошникового газа с целью последующего его использования в качестве энергетического топлива.
    Материалы поступают в доменные печи с шихтоподач, оборудованных бункерными эстакадами, которые сооружаются с одним, двумя и тремя рядами бункеров. Все материалы, за исключением добавок, перед подачей в весовые воронки подвергаются грохочению.
    Транспортировку порций шихтовых материалов к приемной воронке загрузочного устройства осуществляют скиповым подъемником, наклонным ленточным конвейером, а в перспективе возможно и пневмотранспортным подъемником.
    Загрузочные устройства (ЗУ) отличаются большим разнообразием конструкций, из числа которых в настоящее время используются: двухконусные засыпные аппараты с вращающимся распределителем шихты (ВРШ) или лепестковым распределителем шихты (ЛРШ), а также трехконусные с ВРШ. Доменные печи с конусными ЗУ оборудуют подвижным усеченным конусом или подвижными плитами колошника для оптимального распределения шихты по радиусу колошника доменной печи.
    В последнее время наибольшее распространение получили бесконусные загрузочные устройства (БЗУ) с вращающимся желобом (лотком), имеющим возможность менять в процессе вращения угол наклона к горизонту, фирмы “Paul Wurth” (“Поль Вюрт”), а также роторные загрузочные устройства (РЗУ).
    Порции шихты собираются в подачу на большом конусе ЗУ или отдельные порции поступают в бункер БЗУ. После выравнивания давления в межконусном пространстве ЗУ или бункере БЗУ с давлением в печи, по команде уровнемеров о достижении заданного значения (меры) уровня засыпи, материал выгружают

3

из межконусного пространства или бункера и распределяют по поверхности засипи на колошнике доменной печи в соответствии с заданной программой.
     Применение БЗУ обеспечивает существенное расширение возможностей управления радиальным распределением шихты при помощи эффективных распределителей, расположенных непосредственно над поверхностью засипи шихты в доменной печи; раздельную загрузку порций железосодержащих материалов и кокса при высокой пропускной способности системы; высокую эффективность управления распределением шихты; значительное увеличение сроков службы основных его деталей и узлов.
     Доменная плавка представляет собой результат взаимодействия двух движущихся навстречу друг другу потоков шихты и газа. При этом эффективность плавки определяется степенью совершенства контакта между этими потоками. Чем равномернее распределено соотношение количеств материалов и газа по сечению печи, тем выше эффективность доменной плавки.
     Данное положение является ключевым для определения значения операции загрузки, которая оказывает влияние на использование тепловой и восстановительной энергии газа, производительность и экономические результаты плавки, стойкость огнеупорной футеровки, продолжительность кампании печи, качество чугуна и т.д.
     Одним из главных каналов управления доменной плавкой является изменение режима загрузки; с другой стороны, одним из важнейших способов реализации резервов доменной плавки является совершенствование этих режимов. Последнее может реализоваться как путем улучшения конструктивных элементов оборудования загрузки, так и путем улучшения технологии загрузки.
     Современная концепция управления распределением материалов и газов по сечению печи заключается в обеспечении максимально возможной равномерности распределения материалов и газов по окружности и оптимальной неравномерности их распределения по радиусу доменной печи.
     В книге приведены разработанные на Криворожском металлургическом институте НМетАУ, совместно со специалистами комбината “Криворожсталь”, системы подготовки, подачи и загрузки шихтовых материалов в доменную печь. Также рассмотрены технологические аспекты распределения шихтовых материалов по радиусу и окружности колошника доменной печи. Книга дополнена конструкциями засыпных аппаратов доменных печей Украины, России и зарубежных заводов, а также приведенных в авторских свидетельствах и патентах.

4

1. ПОДГОТОВКА ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ К ДОМЕННОЙ ПЛАВКЕ

    Для получения высоких технико-экономических показателей доменной плавки необходимо, в первую очередь, чтобы столб шихтовых материалов в доменной печи обладал высокой газопроницаемостью, которая достигается в процессе подготовки железорудных материалов и кокса под бункерами шихтопода-чи и характера их распределения на поверхности засыпи на колошнике доменной печи [1, 2]. В современных условиях >95 % железорудной части шихты доменных печей состоит из предварительно подготовленных к плавке материалов - агломерата и окатышей. Все виды железорудных материалов выгружают непосредственно в бункеры шихтоподачи доменной печи. Выгрузку их на рудный двор проводят только при поступлении материалов, превышающем их расход в шихту, и для создания необходимых запасов. Выгрузку материалов в бункеры проводят с учетом равномерного использования всех бункеров. При разгрузке необходимо следить, чтобы материалы не попадали в смежные бункеры, предназначенные для другого вида сырья. В случае необходимости заполнения бункера материалом другого вида, материал, ранее находившийся в нем, полностью удаляется, а бункер очищается. Забор материалов из бункеров проводят в порядке, обеспечивающем полное использование возможностей их усреднения. При конвейерной шихтоподаче - последовательным включением групп бункеров, обеспечивающим равномерный забор материалов из всех бункеров.

1.1. Системы шихтоподач доменных печей объемом 1719-5500 м³

    Систему подачи шихтовых материалов машинами периодического действия (вагон-весами) использовали в типовых проектах для печей полезным объемом до 1719 м³ (рис. 1). Ее недостатком является ограниченная производительность, большая стоимость оборудования, сложность автоматизации и отсева мелких фракций железорудной части шихты перед загрузкой в скип.
    Транспортная шихтоподача с применением двух пластинчатых конвейеров впервые была осуществлена на доменных печах объемом 1180 м³ Магнитогорского металлургического комбината (ММК) [3].
    В дальнейшем и для печей объемом 2000 м³ и частично 2700 м³ в СССР стали применять систему подачи шихтовых материалов машинами непрерывного действия с пластинчатыми конвейерами для транспортировки горячего агломерата от агломерационных фабрик, расположенных рядом с доменными цехами (рис. 2). Система шихтоподачи с пластинчатыми конвейерами горячего агломерата доменной печи №8 объемом 2700 м³ металлургического завода “Криворожсталь” приведена на рис. 3. На бункерной эстакаде печи №8 находилось 10 агломерационных бункеров (по 5 с каждой стороны), 6 бункеров добавок (по 3 с каждой стороны) и 2 коксовых бункера в центре над скиповой ямой. Для транспортировки агломерата от бункеров, в том числе и горячего агломерата аглофабрики металлургического производства, использовали пластинчатые конвейеры показавшие свою недостаточную надежность в эксплуатации.


5

Рис. 1. Система подачи шихтовых материалов машинами периодического действия:
1-3 - рельсовые пути; 4 - консольный путь бункерной эстакады; 5 - бункеры; 6 - железнодорожный вагон;
7 - коксовый перегрузочный вагон; 8 - рудный перегрузочный вагон; 9 - вагон-весы; 10 - направляющий желоб;
11 - скип; 12 - коксовый бункер; 13 - грохот-питатель; 14 - коксовая весовая воронка; 15 - бункер коксовой мелочи; 16 - скип подъемника коксовой мелочи

Рис. 2. Схема шихтоподачи на доменной печи объемом 2000 м³:
1,2- конвейеры агломерата; 3.4- грохоты агломерата; 5. 6 - питатели добавок; 7, 8 - весовая воронка и ее затвор;
9, 10 - весовые воронки агломерата; 11 - распределитель агломерата; 12. 13 - грохоты кокса; 14. 15 - весовые воронки кокса; 16, 17 - отсев мелочи; А - бункер агломерата; К - бункер кокса; Д - бункеры добавок

Рис. 3. Схема расположения бункеров доменной печи №8 объемом 2700 м³ комбината “Криворожсталь

о

Рис. 4. Схема шихтоподачи на доменной печи №2 объемом 2000 м³ Западно-Сибирского металлургического завода [3]: 1, 10, 20 - затвор: 2. 21 - вибропитатель; 3, 11 - грохот; 4, 13, 22 - воронка-весы; 5, 14 - течка; 6-9, 12 и 15-18 - конвейеры; 19 - перекидной лоток; А - бункер агломерата; К - бункер кокса; Д - бункеры добавок; Р - руды

Рис. 5. Схема шихтоподачи на доменной печи объемом 2700 м³ Череповецкого металлургического комбината [3]: 1.2- весовые воронки кокса; 3.4- весовые воронки агломерата и окатышей; 5. 6 - конвейеры агломерата, окатышей и добавок; 7. 8 - конвейеры мелочи агломерата и окатышей; 9. 10 - грохоты агломерата; 11. 12 - весовые воронки добавок; 13. 14 - питатели добавок; 15. 16 - грохоты кокса; 17 - отсев мелочи кокса; К - бункеры кокса; ЦА и БА - соответственно, центральные и боковые бункеры агломерата и окатышей; Д - бункеры добавок