КІРІСПЕ 7 страница. Осы дипломдық жобада домна пештеріндегі газдардың қысымын арттыру мен оның жолдары туралы

Осы дипломдық жобада домна пештеріндегі газдардың қысымын арттыру мен оның жолдары туралы, тиімділігі мен кемшіліктері туралы баяндалады.

Домна пештерінің қарқынды жұмысының кедергілерінің біріне шихталық материалдар бағанының жеткіліксіз газөтімділігін жатқызуға болады. Үрлеме мөлшерінің өсуімен қатар пештегі газдардың жылжу жылдамдығы мен оларды көтеретін күш те өседі. Белгілі бір жылдамдық алған соң газдарды көтеретін күш шихталық материалдар бағанын теңестіруі мүмкін, осының әсерінен шихталық материалдардың төмен түсуі баяулайды.

Шихталық материалдардың бірқалыпты түсуін сақтай отырып, пештің жүрісін қарқындату үшін үрленетін ауаның мөлшерін өзгертпей пештегі газдардың жылдамдығын азайту қажет. Бұған газдардың қысымын арттыру арқылы қол жеткізуге болады. Газдардың қысымын арттыру олардың көлемін ғана емес, жылжу жылдамдығын да төмендетіп, осы арқылы үрленетін ауаның мөлшерін арттыру деген сөз.

3.1. Домна пешіндегі газ қысымын арттырудың пайда болу тарихы

Домна пештеріндегі газдардың қысымын арттырудың тиімділігін ең алғаш Г. Бессемер анықтаған болатын. Ол осы әдіспен газ тәрізді жану өнімдерінің температурасын арттырып, осыған байланысты үрлемені қыздырудан бас тарту мүмкін болады деп ойлады. Бірақ бұл жағдайдың тұрақсыздығы тәжірибеге дейін-ақ белгілі болды. 1915 ж. Ресей металлургы П.М.Есманский қысымды арттыруды газдың пеш бойына таралуы мен темір кенді материалдардың толық тотықсыздануын жақсарту үшін қолдануды ұсынды. Бұл процесс бойынша ең алғашқы өнеркәсіптік тәжірибені 1940 ж. Кеңес Одағында Петровский атындағы зауытта И.И.Коробов жасаған. Алайда бұл ұмтылыс қысымды арттыруға арналған клапандарға газдардың лас күйінде түсуі әсерінен сәтті бола қойған жоқ. Тек 1950 ж. ғана Магнитор металлургиялық комбинатының бір пешіне жартылай таза газ келіп түсетін клапанды құрылғының орнатылуымен газдардың қысымын арттыру жүзеге асырылды [1].

3.1-сурет. Петровский зауытындағы пештің колошнигіндегі әлемдегі ең бірінші колошниктегі көтеріңкі қысыммен жұмыс істеуге арналған редукциялық құрылғы.

3.2. Домна пешіндегі газ қысымының өзгеруі

Домна пешінде ең жоғарғы статикалық қысым көрікте фурмалар маңында байқалады және газдардың шихталық материалдар арқылы өтуі ауа үрлеу машинасының жұмысымен пайда болатын қысымның әрекетінен жүзеге асырылады. Газдардың көріктен колошникке дейін жылжуы кезінде статикалық қысым төмендейді, себебі газдардың шихтаның кесектеріне үйкелуімен қысымның жоғалуы (ағынның жоғалуы) орын алады, басқаша айтқанда қысым шихталық материалдар қабатының кедергісін өту кезінде жоғалады (5).

Қысымның шихта бағанында жоғалу шамасы немесе колошник пен көрік арасындағы қысым айырмасы (∆p) шихтаның газөтімділік қасиетіне, пеш биіктігіне сай шихта бағанының биіктігіне мен газдардың пеште жылжу жылдамдығына тәуелді. Газдардың жылжу жылдамдығы олардың шихтамен үйкелуінің жоғарылауына тікелей әсер етіп, ∆p қысымның жоғалу шамасын арттырады [1].

Бақыланып отыратын ∆p шамасы аумалы қысым айырмасы (∆p_аум) деп аталатын шектен аспауы тиіс. Шихта қабатының биіктігі мен шихтаның қасиеттері (кедергісі) тұрақталынып отыратын пештерде бұл шек үрлеменің шығынына байланысты. Үрлеменің шығынын өсіру пештегі газдардың жылдамдығын өсіреді және белгілі бір жылдамдыққа жеткенде үйкеліс күштер артып, шихтаның кесектерінің төмен түсуі ақырындайды. Бұл шихта қабатының біркелкі түсуінің бұзылуы мен тиісінше, пештің жұмысының бұзылуына әкеледі. Үрлеме шығыны мен газдардың жылжу жылдамдығының максимал мәніне осы айтылып отырған аумалы қысым айырмасы ∆p_аум сәйкес келеді [25].

Осыған сәйкес, үрлеменің шығынын қысым айырмасы ∆p аумалы мәннен аспайтындай етіп ұстап отырады. Газдардың жылжуын бағалау үшін жылдамдықты емес қысымды қолдану газдардың көтерілу жылдамдығы пештің көлденең қимасындағы әр түрлі аймақтарында әр қалай болуымен түсіндіріледі, сондықтан қысымды өлшеу оңайлау түседі. Балқыту барысын бақылауды жақсарту үшін тек көрік пен колошник арасындағы жалпы қысым айырмасын ∆p ғана емес, сонымен қатар жоғарғы (колошник пен шахтаның орта тұсы арасы) және төменгі (шахтаның орта тұсы мен көрік арасы) қысым айырмалары да өлшенеді [5].

Пештің әр түрлі аймақтарындағы қысымдар шамасы өзара байланысқан. Көріктегі қысым (фурмалардағы үрлеменің қысымы, р_ф) шамасы колошниктегі қысымға р_к мен қысымдар айырмасына ∆p байланысты болып келеді:

р_ф = р_к + ∆p (3.1)

Көріктегі газдардың қысымы шихталық материалдар бағанының жасайтын кедергілерімен анықталады: неғұрлым қабатта газ ағынының жоғалуы көп болса, осы кедергіден өту үшін көрікте газдың қысымы соғұрлым жоғары болуы тиіс. Сондықтан көріктегі газ қысымы келесі факторлармен анықталады:

1) үрлеме мөлшері мен температурасы, олардың өсуі қысымның артуына әкеліп соғады;

2) пештегі шихталық материалдардың биіктігі, биіктіктің артуы көрікте газдардың кедергісі мен қысымының артуымен қатар жүреді;

3) шихталық материалдардың сапасы мен оларды жүктеу тәсілі; ұсақ фракциялар мен жұмсақтау кокс кедергіні көбейтеді, сондықтан пеш осындай шихтамен жұмыс істегенде көріктегі қысым көтеріңкі болады; пештің кейбір бөліктеріне газөтімділігі жоғары материалдар орналасатындай етіп жүктеу режимдерін пайдалану газдар қысымын төмендетеді;

4) бірінші реттік және аралық шлактардың мөлшері мен тұтқырлығы, көріктегі газдардың жылжуына кедергі артып, тиісінше қысым да артады. (ЕФ)

Көтеріңкі қысыммен жұмыс істейтін пештердегі колошниктегі қысым мөлшері ~ 0,2-ден 0,3-0,33 МПа (3,2 атм.) дейінгі аралықтарда болады (қалыпты қысым р_к = 0,106-0,112 МПа); қысымдар айырмасы шамасы ∆p = 0,11-0,19 МПа тең болады [1].

3.2-сурет. Колошникке дейін тік зондтау бойынша газ қысымының айырмасы.

Бұл суретте колошник пен шахта арасындағы газ қысымы айырмасының өзгеруі көрсетілген.

3.3. Газдардың көтеріңкі қысымының тиімділігі

Домна пешінің жұмыс аймағында газдардың жоғары қысымымен жұмыс істеуінің негізгі технологиялық артықшылықтары Бойль-Марриот заңының шарттарына (P₁V₁=P₂V₂) тәуелді және келесі түрде болады:

1) Қысымды арттырғандағы газдар мен үрлеменің көлемінің азаюы және тығыздығының артуы шихтаның белсенді салмағы мен пештің түзу жұмысының сақталуы жағдайында пештің өнімділігін қысымның шығынынсыз өсіруге мүмкіндік береді.

2) Пештің өнімділігінің артуы шойынның бірлік бөлігіне жылу шығынын азайтады, тиісінше шойынды балқытуға кететін кокс мөлшері де төмендейді.

3) Газдың көп шығынының артуынсыз қысымның жоғарылауы газдың көлемі мен шихталық материалдар бағаны арқылы өту жылдамдығын төмендетеді, сонымен қатар бұл газдардың темір кенді материалдармен соғысу уақытын өсіріп, газдардың жылулық және химиялық энергиясын тиімді пайдалану дәрежесін арттырады.

4) Қысымның артуы кезіндегі пеш шахтасында газдардың жылжу жылдамдығының төмендеуі шаңның шығуын айтарлықтай төмендетеді.

3.3-сурет. Домна пештерінің өнімділіктерінің колошниктегі газдардың қысымына тәуелділігі.

3.4-сурет. Колошниктегі газ қысымының пеш көлеміне тәуелділігі.

Бұл суретке сәйкес осы дипломдық жобадағы 3200 м³ көлемді пештердің колошниктеріндегі көтеріңкі қысым 180 кПа (1,76 атм.) маңайында болады.

3.3.1. Көтеріңкі қысымның тотықсыздану процестеріне тигізетін әсері

Қысымды арттырғанда фурмадағы үрлеу ағынының кинетикалық энергиясы төмендейді:

(3.2)

мұндағы E – үрлеу ағынының кинетикалық энергиясы, 1 фурмаға кгм/сек;

v және v₀ – үрлеу ағынының фактылы және 0⁰С мен 7600 мм.сын.бағ. келтірілген жылдамдықтары, м/сек;

G – үрлеменің шығыны, 1 фурмаға кг/сек.

Осы формулаға сәйкес колошниктегі қысым 0,12-ден 0,8 атм-ға дейін өскенде, үрлеменің қысымын 1,35-тен 1,7 атм-ға дейін арттырып, кинетикалық энергияның рет төмендетеді, осының әсерінен көріктің тереңіндегі жану аймағының ұзақтығын да төмендетуі тиіс [8].

Пеш колошнигіндегі қысымның артуы домна газының құраушыларының, соның ішінде тотықсыздандырғыш газдардың (СО мен Н₂) және реакция өнімдерінің (СО₂ және Н₂О) парциал қысымын көтереді, бұның арқасында тотықсыздану реакцияларының жылдамдығы өзгеруі қажет. Тотықсыздану реакцияларының жылдамдығы тотықсыздандырғыш газдың парциал қысымына тікелей байланысты.

Тотықсыздану реакциясының адсорбционды механизмі нәтижесінде көтеріңкі қысымның жанама тотықсыздану жылдамдығына әсері бір қарағаннан жеңіл сияқты көрінгенімен, айтарлықтай күрделі болып келеді. Мысал үшін, лимонит текшесінің тотықсыздануы кезінде көтеріңкі қысым сутегімен тотықсыздануды 40%-ға, көміртегі тотығымен тотықсыздануды - 20%-ға екі есе өсірді. Алайда дәл осы зерттеу жұмысында құрамында 8,2% СО₂ бар газдың қысымын өсіру тотықсыздану процесін баяулататыны айтылады. Ірілігі 1,4-6,7 мм болатын 27,7% СО және 11,9% СО₂ құрамды 850⁰ гематит рудасының тотықсыздануында қысымды 1-ден 5 атм дейін көтеру кезінде тотықсыздану жылдамдығы мен газ мөлшері қатар артқан.

Домна пеші шарттарында 2СО = CO₂ + C + 37710 жоғарғы шектерде оңға және төменгі шектерде солға жүруі мүмкін. Колошниктегі көтеріңкі қысым бұл реакцияның тепе-теңдігін СО₂ көп жағына қарай жылжытады, бұл жағдай көміртегінің бөлінуі, тура тотықсыздану аймағының қысқаруы мен температуралық аймақты үлкейтеді. Қысымның 5-15 атм дейін артуы тұндырылатын көміртегінің бөліну дәрежесін айтарлықтай көбейтетінін өткізілген тәжірибелер көрсетіп отыр. СО мен СО₂-нің қатынасы 1,26-ға тең газдарда өткізілген тәжірибелер қысымның 0,695 атм-ға өскенінде көміртегінің бөлінуі өлшеу нақтылығы шегінде өзгертіні туралы мәліметтер береді. Барлық осы келтірілген мәліметтерді түйіндей келе колошникте қысымның артуы көміртегінің ыдырауымен байланысты қиындықтар туғызбайтынын айтуға болады [8].

3.3.2. Колошниктегі көтеріңкі қысымның карбонаттардың ыдырауына әсері

Қысымның көтерілуі әктастың ыдырауының басталу температурасы мен белсенді ыдырау температурасын 20-30⁰-қа жоғарылатып, ыдырауға қол жеткізілетін шектерінің орналасуын төмендетеді.

3.3.3. Көтеріңкі қысымның ағын жоғалымына әсері

Шихтаның тұрақтылығы мен таралуы үшін ағынның жоғалымы колошниктегі газ қысымына кері пропорционал. Бұған келесі жағдайлар себеп болады:

1) ұқсастық критерийі (Re _сл) мен шихта қабатының кедергі коэффициенті (λ_ш) қысымға тәуелді емес;

2) бір арнада газдың меншікті көлемі мен қозғалу жылдамдығы қысымға кері пропорционал;

3) газдың меншікті салмағы қысымға тура пропорционал;

4) ағынның жоғалымы газдың қозғалу жылдамдығы мен меншікті салмағына тура пропорционал.

3.4. Көтеріңкі қысымның артықшылықтарын іске асыру жолдары

Қысымды көтерудің артықшылығының негізгі мүмкіндіктері ағын жоғалымын азайтумен байланысты. Ағынның көп жоғалуы пешке үрленетін ауа мөлшері мен жанғыш заттар шығынының азаюын шектейтіндіктен ағын шығынының азаюы не үрлеме мөлшерін арттыруға не кокс шығынының азаюына немесе кейбір жағдайларда екеуіне де жұмсалуы мүмкін.

Колошниктегі газдың қысымының қысым айырмасына нақты әсерін анықтау мақсатымен отандық және шетел домна пештерінің көтеріңкі қысымға он түрлі ауысу тәжірибелерінің нәтижелері сарапталды. Нәтижесінде кейбір пештерде колошниктегі көтеріңкі қысымның әсері есептелгенге жақын, ал кейбіреулерінде есептелінгеннен әлдеқайда өзгеше болып келеді.

Колошниктегі көтеріңкі қысымның қысымдар айырмасына әр түрлі әсер ететіні пеш жұмысы шартының әр түрлілігімен түсіндіріледі, әсіресе бұл кендік жүктемелердегі ұсақтардың мөлшеріне байланысты [14].

3.1-кесте – Әр түрлі зауыттардың домна пештерінде колошниктегі қысымды көтерудің нәтижелері

Зауыт немесе комбинат	Колошник-тегі қысым, атм	Өнімді-ліктің өсуі, %	Коксты үнемдеу, %	Шаң шығудың азаюы, %	Кокстың жану қарқынды-лығының өсуі, %
«Азовсталь»	0,6	7,5	2,1	20,0	5,5
Дзержинский атындағы комбинат	0,5	8,5	0,5	48,0	6,0
Криворог комбинаты	0,5	8,0	1,2	40,0	6,0
КМК	0,55	7,2	1,5	44,5	5,5
Макеев	0,5	6,0	2,5	21,0	5,6
НТМК	0,6-0,7	5,6	1,3	20,0	5,4
Челябинск	0,7-0,75	5,6	1,7	21,5	4,5
Арселор Миттал Теміртау	1,5	11,0	4,0	43,5	-

Колошниктегі газдардың көтеріңкі қысымын тиімді пайдалану шикізат жақсы дайындалу арқылы жүзеге асырылады. Колошниктегі газдың көтеріңкі қысымын қолдану нашар дайындалған шихтаны балқытқанда да тиімді болады деген көзқарас дұрыс емес болып есептелінеді.

Колошниктегі көтеріңкі қысымға газдың домна пешінен шығу жолына қосымша кедергілер келтіру арқылы қол жеткізуге болады. Қосымша кедергінің алдында газды сығудың арқасында газдың қысымы колошникте ғана емес, бүкіл пеш көлемі бойынша артады, бұл пешке үрлеудің қысымын арттыруды да талап етеді. Колошниктегі газдың көлемін 110-нан 250 кПа дейін арттырғанда қысымдар айырмасы 10-дан 70 кПа дейін төмендейді.

Осы айтылғандар бойынша колошниктегі көтеріңкі қысым қазіргі жағдайларда домна пештерінің өнімділіктерін шектейтін пештің газодинамикасына шешуші әсер береді.

Жобалантын цехтағы домна пештерінде газдарды шаңнаң қосымша нәзік тазарту үшін қажетті дроссельдік құрылғы пайдаланылады (3.5-сурет). Олардың негізгі қызметі – пеште газдың көтеріңкі қысымын тудыру. Дроссельдік құрылғыда 2 фланец болады, олардың арасында газ өткізуге арналған әр түрлі диаметрдегі 5 параллель тұратын патрубкалар орналасады. Диаметрі 750-1000 мм үш патрубкалар мен диаметрі 400 мм патрубкаларға дроссельдер – эклектр қозғалтқыш пен редуктордан тоқ алатын айналдырғыш дисктер орнатылған, ал ең кіші патрубкаға дроссель орнатылмайды.

Дисктерді белгілі бір бұрышқа бұрып, газ өтетін патрубкалардың қимасын үлкейтіп не кішірейтіп отырады; қиманы кішірейту пештегі қысымның жоғарылауына әкеледі. Үш үлкен дроссельдер газ қысымын қатаң реттейді, ал редуктормен байланысқан диаметрі 400 мм патрубканың дросселі домна пешіндегі тұрақты газ қысымын ұстап отырады [19].

Газ қысымын реттеуге арналған дроссельдік құрылғының құрылымы 5-қосымшада көрсетілген.

Осы дипломдық жобада колошниктегі газдардың көтеріңкі қысымын тиімді пайдалануды жүзеге асыру үшін жобаланатын цехтағы домна пештеріне соңғы уақытта көптеген домна пештеріне энергиялық ресурстарды үнемдеу мақсатымен орнатылатын компрессорсыз қайта өңдеу газ турбиналарын қойылады. Олар домна газының көтеріңкі қысымының энергиясынан электр энергиясын алуға арналған. Ішке келіп түсетін көтеріңкі қысыммен домна газы электр энергиясын алатын электр генераторының жетегі болып табылатын турбиналарды айнауды қамтамасыз етеді; газдың қысымы турбиналарда атмосфералық қысымға дейін төмендейді. Турбиналар үрлемені сығуға кеткен энергияның 40%-ын қайтаруға мүмкіндік береді, тіпті бұл жағдайда электр энергиясының бағасы зауыттың жылу энергетика орталығында өңдегендегіге қарағанда екі есе кем болады. Компреесорсыз қайта өңдеу газ турбиналарын газ тазалау құрылғыларынан соң дроссельдік құрылғыға параллель етіп орналастырады. Олар арқылы газ өткенде дроссельдік топ жабық күйде болады, ал колошниктегі газдардың қысымы турбиналардағы диафрагмалармен реттеледі.

3.5. Газдардың көтеріңкі қысымын пайдаланудың кемшіліктері

Колошниктегі газдардың көтеріңкі қысымын пайдаланудың кемшіліктерінің біріне құрылғылардың, әсіресе жүктеу құрылғысының төзімділігінің төмендеуін жатқызуға болады [19].

Одан басқа қысымды арттыруға кететін үлкен көлемдегі энергияның колошник газымен бірге жоғалуы да бұл қарқындату тәсілінің кемшіліктерінің бірі болып табылады.

Колошниктегі көтеріңкі қысыммен жұмыс істеу уақытын көбейту үшін және құрылғылардың төзімділігін арттыру үшін қазіргі уақытта домна пешінің құрылымы мен балқыту технологиясы жүйелі түрде жетілдірілуде.

Дата добавления: 2015-08-31