Бесконусное загрузочное устройство

      Бесконусное загрузочное устройство (БЗУ) предназначено  для приема шихтовых материалов, шлюзования при загрузке их в доменную печь с распределением по площади колошника в соответствии с заданной программой, а также герметизации рабочего пространства доменной печи.

      БЗУ состоит из двух основных систем:

      а) приемки шихтовых материалов и шлюзования их в доменную печь;

      б) выгрузки шихтовых материалов в доменную печь и распределения их по площади  колошника в соответствии с заданной программой.

      Бесконусные загрузочные устройства выполняются двухтрактовыми, а по конструктивному исполнению вращающегося распределителя шихты разделяются на два типа: с лотковым распределителем шихты (рис. 1), и с распределителем шихты типа воронка-склиз( рис.2).

        Кроме того, БЗУ могут быть выполнены с охлаждаемым редуктором привода распределителя, помещенным в рабочее пространство доменной печи ( рис. 1) и с неохлаждаемым редуктором привода, вынесенным из рабочего пространства печи (рис. 2).

      Рисунок 1.- Схема бесконусного загрузочного  устройства с лотковым распределителем шихты:

      1 - конвейер; 2 - приемная воронка; 3 - заслонка приемной воронки; 4 - верхний газоуплотнительный клапан; 5 - промежуточный бункер; б - шихтовый затвор; 7 - нижний газоуплотнительный клапан; 8 - отсечное устройство; 9 - редуктор; 10 - вращающийся распределитель шихты - лоток

      Рисунок 2 - Схема бесконусного загрузочного устройства с распределителем типа воронка-склиз:

      1 - скип; 2 - приемная воронка; 3 - заслонка приемной воронки; 4 - верхний газоуплотнительный клапан; 5 - промежуточный бункер; 6 - шихтовый затвор промежуточного бункера; 7 - нижний газоуплотнительный клапан; 8-отсечное устройство; 9 - редуктор; 10 - воронка распределителя; 11 – склиз

      Система приемки и шлюзования шихтовых материалов состоит из следующих основных узлов: приемной воронки 2, предназначенной для приемки                                                 шихтовых материалов с конвейера или из скипов 1 и перегрузки их в промежуточные бункера; двух заслонок приемной воронки 3, обеспечивающих подачу материалов из этой воронки в промежуточные бункера; двух верхних газоуплотнительных клапанов 4, служащих для отделения промежуточных бункеров от атмосферы; двух промежуточных бункеров 5, предназначенных для приема и накопления шихтовых материалов; двух шихтовых затворов 6, закрывающих выгрузочные горловины бункеров и служащих для регулирования потока вытекающей из них шихты; двух нижних газоуплотнительных клапанов 7, с помощью которых промежуточные бункера отделяются от рабочего пространства доменной печи.

           Полезный объем промежуточных  бункеров составляет 20-100м³ в зависимости от объема доменной печи.

      В зависимости от конструкции БЗУ  имеют одно или два отсечных устройства 5. В первом случае такое устройство отсекает оба загрузочных тракта от рабочего пространства печи, а во втором - каждое из этих устройств отсекает только один из загрузочных трактов, что позволяет производить на нем ремонтные работы, не останавливая доменную печь.

      Система выгрузки шихтовых материалов в доменную печь и распределения их по площади колошника в соответствии с заданной программой состоит из следующих основных узлов: устройств, обеспечивающих подачу материалов на вращающийся распределитель шихты; редукторов 9, предназначенных для вращения распределителя шихты вокруг вертикальной оси и изменения углового положения его элементов, которое обеспечивает выбор требуемых траекторий ссыпания материалов в доменную печь; вращающегося распределителя шихты 10, служащего для управляемого распределения шихтовых материалов по площади колошника.

      В настоящее время на действующих доменных печах применяются две конструкции распределителя шихты - лотковый распределитель шихты и распределитель шихты типа воронка-склиз.

      На  лотковый распределитель шихты материал поступает из промежуточных бункеров по наклонным течкам через футерованную износостойким материалом центральную загрузочную трубу. Распределительный лоток 10 (с рис. 1) представляет собой желоб, футерованный износостойкими плитами.

      С наружной стороны корпус лотка защищен  от теплового воздействия кожухом  с асбестовыми прокладками. Корпус лотка и кожух образуют полость, через которую подается азот для охлаждения. Скорость вращения лотка изменяется в пределах от 2 до 8 об/мин. Поворот лотка в вертикальной плоскости предусматривает остановку его в 11 угловых положениях.

      Поскольку редуктор вращающегося распределителя находится в рабочем пространстве доменной печи, от тепловых воздействий он защищен теплозащитным экраном, а внутри - охлаждается азотом, давление которого превышает давление газа под колошником. Это препятствует попаданию пыли в рабочее пространство редуктора, где находятся механизмы кругового вращения и изменения угла наклона лотка.

      Для повышения стойкости и надежности в работе узлов БЗУ предусматриваются их обдув и охлаждение. При любой конструкции БЗУ обдуву подвергаются контактные поверхности газоуплотнительных клапанов, очищая их от пыли и охлаждая. Начинается обдув азотом по команде на закрывание клапана и заканчивается в момент прикасания тарели клапана к седлу.

      Кроме целей обдува азот подается в промежуточные  бункера БЗУ для предотвращения возможности образования в них взрывоопасной газовой смеси при уравнивании давления в этих бункерах с давлением газа в рабочем пространстве печи и с атмосферным.

      Порядок работы механизмов БЗУ определяется программой загрузки доменной печи. Основным режимом работы БЗУ является поочередная загрузка шихтовых материалов в доменную печь через два тракта, т.е. если левый тракт готовится под загрузку, то из правого материал выпускается в печь.

      Порядок работы механизмов в данном конкретном случае (загружается левый бункер) следующий. После продувки азотом и выравнивания давления в левом промежуточном бункере с атмосферным (выпускной уравнительный клапан открыт) открывается верхний газоуплотнительный клапан левого тракта, а затем открывается заслонка приемной воронки. Шихтовый затвор и нижний газоуплотнительный клапан левого тракта закрыты. При таком положении система сигнализации показывает, что бункер готов к загрузке. Одновременно с этим выравнивается давление в правом промежуточном бункере получистым доменным газом (открывается наполнительный клапан). После предварительного выравнивания давления подача получистого газа прекращается и включается подача азота до полного выравнивания давления. Полностью уравнять давление в промежуточном бункере получистым доменным газом невозможно, так как его давление меньше давления газа под колошником на величину, равную потерям давления на тракте очистки доменного газа до узла дросселирования газа и в уравнительном газопроводе.

      В этом положении бункер готов к выгрузке шихтовых материалов в доменную печь. Выгрузка шихтовых материалов в доменную печь начинается после достижения механическими зондами заданного уровня засыпи и выхода их в нулевое положение.  При измерении уровня засыпи радиометрическими уровнемерами требование выхода зондов в нулевое положение исключается.

      Одновременно с этим включается вращение лотка по заданной программе и открывается нижний газоуплотнительный клапан. После открытия нижнего газоуплотнительного клапана и достижения лотком установленного положения для начала выгрузки в печь очередной порции шихтовых материалов открывается шихтовый затвор и начинается выгрузка шихтовых материалов в доменную печь из правого тракта, регистрируемая системой сигнализации.

      После окончания выгрузки шихтовых материалов из правого промежуточного бункера по сигналу «бункер пуст» закрываются последовательно шихтовый затвор и газоуплотнительный клапан правого тракта, затем давление в правом промежуточном бункере выравнивается с атмосферным (бункер продувается азотом и открывается выпускной уравнительный клапан). После этого открывается правый верхний газоуплотнительный клапан, а затем - заслонка приемной воронки правого тракта. Шихтовый затвор и нижний газоуплотнительный клапан при этом закрыты. При таком положении система сигнализации (мнемосхема) показывает, что правый промежуточный бункер готов к загрузке и в него начинает поступать очередная порция материалов.

      После окончания загрузки шихтовых материалов в левый промежуточный бункер последовательно закрывается заслонка приемной воронки и верхний газоуплотнительный клапан левого тракта. Затем выравнивается давление в левом промежуточном бункере с давлением газа в печи (открывается наполнительный клапан получистого газа) и после этого подается азот для обеспечения требуемого давления. Бункер готов к выгрузке шихтовых материалов в доменную печь.

      Лоток бесконусного загрузочного устройства лоткового типа перед началом высыпания шихтового материала из промежуточного бункера занимает исходный заданный угол наклона, причем при многокольцевой загрузке в процессе высыпания порции этот угол автоматически по установленной программе ступенчато изменяется от большего значения к меньшему или наоборот.

      Выгрузка  шихты производится по заданной программе. Количество шихты, высыпаемой в каждую зону, определяется по заданному весу или установленной выдержке времени.

      Для обеспечения нормальной работы бесконусного загрузочного устройства предусмотрены необходимые блокировки и сигнализация. Порядок работы механизмов загрузочного устройства и блокировки аналогичен как в нормальном режиме, так и в режиме «догонки меры» (устранение неполнот) и сохраняется при любом порядке загрузки порций и при работе одним трактом. Обязательным условием для начала выгрузки шихты в печь являются сигналы (показания) от механических зондов или радиометрических уровнемеров о достижении заданного уровня засыпи.

      Открытие  заслонки приемной воронки происходит только при открытом верхнем газоуплотнительном клапане этой же стороны и закрытом верхнем клапане другого тракта. Открытие нижнего газоуплотнительного клапана происходит после выравнивания давления в бункере с давлением газа в печи, и само является сигналом на закрытие наполнительного клапана и открытие шихтового затвора той же стороны.

      Закрытие  верхних газоуплотнительных клапанов возможно только после закрытия заслонки приемной воронки, а нижних - после закрытия шихтового затвора той же стороны.

      Бесконусное загрузочное устройство любого типа оснащено гидравлической системой, поскольку  основная часть входящих в его комплект механизмов возвратно-поступательного действия оборудована гидроприводами.

      Характерными  особенностями насосно-аккумуляторной системы является более низкая мощность насосов по сравнению с безаккумуляторной системой, возможность аварийного срабатывания механизмов при отключении электроэнергии, постоянство давления на входе в напорную магистраль, повышенная утечка масла и зависимость продолжительности срабатывания механизмов от температуры окружающей среды.

      Преимущества  гидросистемы с насосным приводом состоят в том, что время срабатывания механизмов не зависит от температуры окружающей среды, значительно меньше утечки масла, более высокая надежность, система менее трудоемка в обслуживании, сохраняется постоянство расхода жидкости в напорной магистрали, более высокий объемный к.п.д., имеется возможность регулировать срабатывание всех механизмов одновременно (путем изменения производительности насоса).

      Основные  элементы гидросистемы имеют 100%-ный  резерв, причем резервные и рабочие  элементы равнозначны и могут меняться по своему назначению не только при выходе из строя, но и в процессе эксплуатации в профилактических целях.

      Насосный  агрегат и аппаратура управления гидросистемы объединены в общую  гидравлическую станцию, которая располагается в специальном помещении на колошнике доменной печи  и включает в себя насосную установку, установку баков, панель гидроаппаратуры управления, пульт местного ручного управления, гидроаккумуляторы (если они имеются в системе). В помещении станции устанавливается также мнемощит, отображающий положение механизмов и клапанов, оборудованных гидроприводами.

      Все механизмы БЗУ, оснащенные гидроприводами, можно разделить на две группы:

      -    механизмы периодического действия, частота и последовательность срабатывания которых определяется циклограммой работы загрузочного устройства;

      -    механизмы эпизодического действия, срабатывание которых становится необходимым только при ремонтах или в других случаях, не связанных с работой загрузочного устройства на основном режиме.

      К периодически действующим относятся механизмы передвижения приемной воронки, газоуплотнительные клапаны, шихтовые затворы, уравнительные клапаны, наполнительные (продувочные) клапаны, наполнительные клапаны системы азотоснабжения.

      Эпизодически действующими являются механизмы перемещения отсечных задвижек, механизмы режима отсечных задвижек, гидродомкраты.

      Гидроприводы  предназначены для перемещения  механизмов из одного конечного положения  в другое с заданной скоростью, фиксации их в установленных промежуточных и конечных положениях, обеспечения заданного усилия прижатия контактных поверхностей газоуплотнительных элементов, удержания шихтовых материалов в емкостях БЗУ запорными устройствами.

      Для наблюдения за работой гидроприводов основные элементы гидросистемы оборудованы электрическими приборами, которые обеспечивают контроль следующих параметров:

      -    температуры масла в баке (датчик температуры);

      -    уровня масла в баке (датчик уровня);

      -    конечных и промежуточных (для шихтового затвора) положений гидромеханизмов (датчики положений);

      -    степени загрязнения фильтров (датчики давления);

      -    давления в напорной магистрали (датчики давления).

      Насосные  установки оборудованы электрическими приборами аварийного отключения и блокировки. Подача питания к приводам всех насосов блокируется в случаях:

      -    появления разрежения во всасывающих подводах;

      -    снижения уровня в баке до нижнего предела;

      -    падения давления в напорной магистрали ниже 14 МПа (для насосов аккумуляторного привода);

      -    отсутствия давления в напорной магистрали в течение заданного времени после включения электромагнитов рабочего насоса. Выдержка времени блокировки должна превышать время открытия или закрытия шихтового затвора на 2-3 сек.

      Режим работы гидропривода определяется настройкой следующих его параметров:

      -    времени срабатывания гидромеханизмов;

      - времени срабатывания золотниковых гидрораспределителей;

      -    режима торможения.

      Настройка времени срабатывания гидромеханизмов  осуществляется изменением сопротивления регулируемых дросселей, установленных на напорной или сливной магистралях системы с насосно-аккумуляторным приводом. Для настройки времени срабатывания золотниковых гидрораспределителей изменяют сопротивление регулируемых дросселей на магистралях управления.

      Особенности и возможности  воздействия на ход  доменных печей, оборудованных  бесконусными загрузочными устройствами

      Бесконусные загрузочные устройства имеют широкие  технологические возможности укладки  шихтовых материалов по площади колошника благодаря наличию вращающегося распределителя шихты, расположенного непосредственно над поверхностью засыпи.

      Изменение траектории падения кусков материала  на поверхность столба шихты в области колошника при использовании лоткового распределителя шихты осуществляется путем изменения угла наклона лотка к вертикальной оси доменной печи. При распределителе типа воронка-склиз эта же задача решается путем соответствующего рассогласования его элементов.

      Важной  технологической особенностью БЗУ является то, что вращающийся распределитель позволяет не только рассредоточить тот или иной вид материала по площади колошника в радиальном направлении от его стенки к оси печи, но и загрузить, при необходимости, кокс в центральную зону рабочего пространства печи.

      Масса порции того или иного шихтового  материала, загружаемая в печь за один прием, может изменяться по усмотрению технологического персонала. Максимальная же ее величина определяется конкретными или конструктивными особенностями отдельных элементов системы загрузки (объемов весовых устройств, скипов, промежуточных бункеров).

      Под порцией подразумевается количество заданного материала, состоящее из одной или нескольких доз и загружаемое целиком в один бункер загрузочного устройства. Доза - это масса материала, выданного на конвейер или в скип из одного весового устройства.

      Понятие «подача» при работе с БЗУ становится чисто условным и представляет собой совокупность двух смежных порций, одна из которых кокс, а другая - железорудные материалы с добавками. Эти смежные порции материалов загружаются в заданной последовательности. Очередность загрузки из бункеров в доменную печь кокса и железосодержащих материалов при бесконусном загрузочном устройстве утрачивает свое технологическое значение, так как в этом случае чередование подачи материалов на колошник, за некоторым исключением, осуществляется непрерывно.

      Уровень засыпи выполняет такую же роль в управлении ходом печи, как и при обычном двухконусном устройстве.

      БЗУ обеспечивает возможность изменять продолжительность высыпания материалов из промежуточного бункера в доменную печь. При многокольцевой загрузке этот фактор можно использовать как технологический параметр для регулирования распределения материалов на колошнике. Например, заданная масса материала ссыпается за определенное время при трехкратном изменении угла наклона лотка, при этом материал распределяется поровну на все четыре кольцевые площади колошника. Если увеличить скорость высыпания материала, оставив неизменными все остальные условия, то на первые кольцевые площади этого материала будет уложено больше, чем на последние, а это приведет к увеличению его доли на периферии и уменьшению в направлении к оси печи.

      Распределение материалов на колошнике печи бесконусным  загрузочным устройством производится с помощью вращающегося лотка с регулируемым углом наклона, посредством которого можно осуществить четыре способа загрузки материалов в доменную печь, а именно: кольцевая загрузка, многокольцевая загрузка, секторная загрузка и ориентированная (точечная) загрузка.

      При кольцевой загрузке каждая порция материала  ссыпаемся в доменную печь по одной траектории, то есть когда вращающийся лоток не изменяет своего углового положения во время вращения. При многокольцевой загрузке траектория падения материала ступенчато изменяется по мере ссыпания одной порции. Секторная загрузка обеспечивает рассредоточение материала в определенном секторе колошника. Ориентированная (точечная) загрузка осуществляется при остановленном лотке, направляющем поток материала в определенный район колошника. Секторная и ориентированная загрузки используются кратковременно и только для ликвидации нарушений в распределении газового потока (канал, перекос уровня засыпи) и поэтому исполняются только в ручном управлении. Кольцевая и многокольцевая загрузки осуществляются в автоматическом режиме. Выбор режима управления и задание программы автоматической работы производятся мастером печи из центрального пульта управления.

      Для обеспечения равномерного распределения  материала по окружности предусматривается не менее шести положений лотка, расположенных по периметру колошника через каждые 60° окружности.

      При наличии в шихте агломерата и  окатышей подавать их в доменную печь следует одной порцией, загружая в промежуточный бункер вначале дозу агломерата, а на нее - дозу окатышей.

      При постоянном вращении лотка величина окружной неравномерности распределения  материалов зависит от скорости вращения распределителя шихты, массы порций, времени ссыпания материалов из промежуточного бункера, а также избранного порядка выгрузки их относительно гаражных положений. Окружная неравномерность отслеживается, в основном, по разбросу точек показаний периферийных термопар, который при нормальных условиях работы доменной печи не должен превышать 150-200 °С.

      Для достижения устойчивой работы доменной печи на конкретных параметрах распределение материалов осуществляется путем загрузки их циклом из нескольких порций, каждая из которых подается в печь при многоступенчатом изменении траектории падания материалов.

      Цикл  загрузки - это систематически повторяющаяся совокупность порций материалов, составляющих доменную шихту, которые загружаются в определенной последовательности и по заданным траекториям с целью обеспечения нормального развития процессов плавки по всему горизонтальному сечению доменной печи.

      Основным  режимом загрузки на печах, оборудованных  БЗУ, является многокольцевой цикл с  подачей определенного количества кокса в осевую зону колошника. Заданный характер распределения материала и газа в печи устанавливается на основании данных об изменении содержания СО₂ или температуры по радиусу колошника, а также температуры периферийных газов по периметру печи. Ширина периферийной и осевой зон устанавливается такой, чтобы при реально существующих шихтовых условиях и заданной интенсивности процесса плавки получить максимальную степень использования восстановительной способности газа. Контроль изменения состава газа по радиусу колошника должен осуществляться возможно чаще, но не менее одного раза в смену.

      Контроль температуры периферийных газов ведется непрерывно, а результаты его ежечасно заносятся в технологический журнал.

      На  доменных печах, оборудованных профилемерами с компьютерным обеспечением для регулирования хода процесса плавки следует использовать данные об изменении рудной нагрузки и скорости опускания шихты по радиусу колошника.

      Время выгрузки из промежуточных бункеров загрузочного устройства для всех видов  шихтовых материалов должно быть одинаковым.

      При изменении условий плавки или  намечающемся отклонении от нормального режима работы печи принимаются меры гибкого управления размерами периферийной и осевой зон для более активного развития газового потока. Случаи, вызывающие необходимость изменения параметров режима загрузки, могут возникнуть при:

      •  существенных изменениях шихтовых условий, в первую очередь, гранулометрии  и прочностных характеристик  железорудных материалов и кокса;

      •   обнаружении признаков отклонения от нормального хода печи (например, усиление периферийного или центрального хода и др.);

      •  развитии потока газов каналами;

      •  перекосе уровня засыпи материалов в  печи (± 1,0-1,5 м).

      Оперативное управление распределением материалов на колошнике может осуществляться общеизвестными методами, к которым относится изменение уровня засыпи и массы порции и которые осуществляются на доменных печах в соответствии с Типовой технологической инструкцией по доменному производству.

      Наряду  с этим, при бесконусном загрузочном  устройстве перераспределение материалов по радиусу колошника осуществляется путем изменения положений вращающегося распределителя шихты (лотка), от которых зависит траектория падения шихтовых материалов в доменную печь. Если требуется подгрузить периферию, то железосодержащие материалы одной или двух порций в цикле следует ссыпать по более пологим траекториям (при больших углах наклона лотка или малых углах рассогласования воронки и склиза) с тем, чтобы они концентрировались ближе к стенке колошника.

      Исследования  работы доменной печи  с лотковым БЗУ

      По  современным нормам на доменных печах с диаметром горна более 10,5 м скорость истечения дутья из фурм должна составлять около 230 м/с. На доменной печи № 9 при расходе дутья 7500 м³/мин и природного газа 113 м³/т чуг. она была равна 180 м/с, т.е. принятое количество дутья было недостаточным. Уменьшение его до 7,0-7,2 тыс.м³/мин неизбежно приводит при данном качестве кокса к замусориванию осевой зоны горна и способствует образованию труднопроницаемого "тотермана". При 7,0 тыс.м³/мин дутья содержание СО в осевой зоне может увеличиться до 65 %, что свидетельствует о крайне неудовлетворительном состоянии этой зоны. Даже непосредственно за пределами окислительной зоны оно достигает 40 %. Отсюда следует, что нормальный для доменной печи расход дутья при установленных технологических параметрах составляет минимум 7,6 тыс.м³/мин, а в предельном случае должен быть увеличен до 8,0 тыс.м³/мин. При этом изменение расхода природного газа (ПГ) либо температуры дутья не должно производиться в ущерб расходу дутья. Более того, увеличение расхода ПГ позволяет стабильно работать при более низкой теоретической температуре горения (2000-2070°С против ранее установленного уровня 2090-2160°С), а также с более высоким общим перепадом давления фурмы -колошник. Если до 1980 г. при расходе дутья 8,0 тыс.м³/мин он стабильно поддерживался на уровне 1,8 ат, то при рациональных температурно-дутьевых условиях он может увеличиваться до 2,0 ат и выше.

      Выполненные в этот период исследования по зондированию горна  показали, что изменение  удельного сопротивления шихтовых материалов при движении зонда по радиусу горна не выявляет признаков его загромождения. Это подтверждается также низкими значениями содержания СО в горновом газе (рис. 3). Зондирование через фурмы после кратковременной остановки печи в ручном режиме стальными пиками показало, что они легко вводятся в горн на расстояние 3-3,5 метра, что свидетельствует об активном состоянии горна. Замер № 5, приведенный на рис. 3 для сравнения, отвечает работе печи с клапанно-конусным ЗУ на фурмах 190 мм при скорости истечения дутья 145 м/с, когда ярко проявляются признаки загромождения горна.

                                                                                          1,0  1,S  2,0    2,5  J.0   3,5   4,0  4,5

                                                                                            Расстояние от  среза воздушной  фурмы, м 

      Рисунок 3 - Изменение удельного сопротивления  шихтовых материалов (Р) при перемещении  исследовательского зонда (а) и содержания СО по радиусу горна (б) печи объемом 5000 м³ (цифры у кривых обозначают номера замеров, выполненных в период 1-17 марта 1982 г.)