Влияние давления на ход плавки

Категория:
Вагранка


Влияние давления на ход плавки

Из приведенных выше формул видно, что главной разницей между обеими системами, если оставить в стороне фурмы, является высота вагранки. Это важнейший фактор при применении дутья высокого давления, но он осложняется еще вопросом отношения сечения фурм к площади сечения вагранки.

Из этой формулы видно, что давление обратно пропорционально объему.

Когда начинают плавку, необходимое давление дутья устанавливается по водяной колонке; когда фурмы засоряются, величина давления изменяется. Если воздуходувка вентиляторного (центробежного) типа, то объем воздуха изменяется в соответствии с Новыми условиями. Если же применяется воздуходувка объемного типа, действующая по принципу вытеснения воздуха, то количество последнего не Лжет изменяться, и поэтому приведенная формула для данного случая неприменима. Другими словами, при работе поршневой воздуходувки вновь устанавливающееся давление, помноженное на новый объем, не будет равно прежнему давлению, помноженному на прежний объем. Скорость плавления изменяется в условиях повышенного давления. Эти факты, следовательно, нужно серьезно учитывать при расчете скорости плавления вагранки.

Действие фурм весьма напоминает действие сопла или наконечника шланга. Если объем воздуха остается тот же, а отверстие, через которое воздух выходит, уменьшается по известной шкале, то давление возрастает пропорционально уменьшенному сечению отверстия, и наоборот. Можно сравнить этот эффект также с движением воды в шланге при регулировании сечения сопла. Если последнез сузить, давление соответственно возрастает, и струя выпрямляется. Более низкое давление дает слабую струю воды в виде дуги вогнутостью вниз. Чем июне давление, тем ближе к отверстию сопла начинается дуга. Напротив, если давление увеличивается, струя воды выпрямляется, и образование дуги начинается лишь на некотором расстоянии от устья сопла, пропорциональном величине давления. Наконец, когда давление достигает чрезвычайно большой Величины, вода распыляется. Эта аналогия может быть приложена к воздуху, поступающему в вагранку через фурмы, с тем только исключением, чтО вследствие легкости воздуха и тяги, вызываемой шахтой вагранки, дуга обращается в обратную сторону, и воздух движется вверх вместо того, чтобы падать, как вода, вниз.

Аналогию можно распространить на вагранку, если мы рассмотрим действие последней при изменяющихся условиях давления воздуха. Нужно только предположить,, что фурмы являются серией сопел, через которые воздух входит в рабочее пространство. Если, в первом случае, мы предполояшм, чтО сечение фурм находится в некотором стандартном соотношении с площадью сечения вагранки, то мы найдем, что при низких давлениях (около 200 мм вод. ст. в вагранке диаметром 1 м) плавление происходит по периферии. Это легко наблюдать через загрузочные отверстия вагранки. По мере опускания колош оседание столба плавки образует нечто вроде купола внутри вагранки. Далее, если осмотреть футеровку вагранки после того, как днище откинуто и вагранка остывает, то окажется, что кладка выгорает равномерно по Всей окружности вагранки. Это доказывает, что .поступающий в вагранку воздух приобретает форму дуги, направленной вверх и начинающейся у устья фурм. Такой эффект можно сравнить с струей коды выходящей из шланга под малым давлением.

Если теперь предположить, что та же самая вагранка находится под средним давлением (Ьколо 450 мм вод. ст.), то условия будут иные. Если наблюдать за опусканием колош через загрузочные дверцы, то видно, что столб плавки оседает равномерно по воему его сечению. Газы, проходящие мимо загрузочного отверстия, принимают вид желтого и синеватого пламени, причем последнее преобладает, между тем как в первом случае преобладало желтое пламя. Если осмотреть кладку вагранки после Окончания плавки, то мы найдем, что на высоте 200 мм над фурмами имеется кольцо по всей окружности вагранки высотой около 600 мм, где футеровка выгорает приблизительно на 25 мм в самбм глубоком месте. Уменьшение толщины футеровки равномерно в плоскостях по всей окружности.

Наконец, в третьем случае, при высоком давлении (порядка 700 мм вод. ст.), условия опять изменяются. Если наблюдать за опусканием столба шихты, то видно, что насыпка принимает форму опрокинутого конуса с вершиной в центре вагранки. Другими словами, с возрастанием давления горячая зона (или пункт наиболее быстрого плавления) отодвигается от футеровки вагранки и приближается к оси. Газы, проходящие мимо загрузочных двеЬ рец, имеют синеватый оттенок со слегка желтоватым кольцом по краям. При осмотре футеровки в конце плавки замечается выгорание всего лишь на высоте 50 мм над фурмами. При этом замечаются два места выгорания. Одно начинается в уже упомянутом пункте и простирается нахвысоту 125 мм по всей окружности вагранки; над этим выгоревшим поясом футеровка почти не страдает на высоте около 150 мм, потом снова начинается выгоревший пояс высотой около 600 мм по всей окружности вагранки.

Из этих примеров ясно, что по мере увеличения давления дутья зЬна плавления поднимается вое выше и выше. Это вполне объясняет характер оседания столба шихты в шахте вагранки. Однако объяснение это должно быть конкретным, чтобы дать более тоЧЙое представление о влиянии давления на скорость плавления. Пример со струей воды, выходящей из отверстий различных диаметров или при одном и том же диаметре, но при различных давлениях, может рассматриваться только как аналогия. Определенной стандартной величиной в рассматриваемом примере является только диаметр Вагранки. В данной аналогии нашей задачей является — дать такое давление, которое заставило бы жидкость (газ) двигаться только до оси вагранки. Таким образом дуги движения воздуха в виде, струи должны встретиться в точке, касательной к оси Вагранки. Когда это условие; будет осуществлено, установится такое состояние, при котором воздух будет входить в вагранку при самом совершенном давлении для обеспечения пра вильного хода плавки.

Указанные условия обеспечивают равномерное оседание столба плавки в шахте вагранки. Совершенно ясно, что при гаком состоянии воздух равномерно распределяется по всей площади сечения вагранки, так как он ,легкий по весу, находясь под давлением, будет отделяться струями от главною потока при своем движении к оси Вагранки. Окончив движение; по описанной теоретической дуге до оси вагранки у верхней границы холостой колоши, воздух встречает сопротивление металлической шихты и отражается от ней струйками вверх. Вот это сопротивление воздуха в шахте и может быть по аналогии сравниваемо с сужением сопла шланга. Реакция в обоих случаях одинаковая. Благодаря этому эффекту кокс имеет достаточно времени для сгорания с максимальным использованием кислорода дутья. Таким образом в суженной зоне создается самая высокая температура, и футеровка, естественно, разрушается, образуя выгоревший пояс в вагранке. В случае низкого давления, газы не доходят полностью до оси вагранки (доходят лишь частично). Так как давление слабое, то газы двигаются по линии наименьшего сопротивления, вдоль стенок вагранки. Поскольку задержка в их прохождении через шахту непродолжительна, Времени для полного сгорания недостаточно. По этим причинам температуры, развивающиеся в тех или иных зонах, невысоки. Отсюда понятно слабое выгорание футеровки.

С другой стороны, дутье очень высокого давления вызывает состояние, которое можно сравнить с таким расположением Двух шлангов, когда сопла их направлены одно против другого, и струи воды ударяют друг в друта. Результат будет зависеть от давления. Очевидно, что при достаточно высоком давлении и одинаковой скорости воды в обоих сОплах струи воды из обоих шлангов встретятся только на половине расстояния. Но известно также, что часть воды каждой струи пройдет некоторое неопределенное расстояние В массе противоположной струи, часть же будет отброшена назад под очень малым углом к линии потока воды, так что в результате образуется полый конус. Угол конусности будет зависеть от величины давления в водяной системе. Непосредственно над этим конусЬм, повидимому, образуется свободное пространство, окруженное брызгами.

Если мы рассмотрим условия, создающиеся в вагранке под давлением, то увидим нечто подобное. Воздух вследствие своей меньшей по сравнению с вОдой плотности, повидимому, проникает дальше в массу противоположного потока, но в этом случае также образуется конус, что доказывается Выгоранием кирпича в двух поясах. Ввиду” этого при обычной работе давление выше нормального, сопротивление потоку газов, проходящих через шахту, будет эффективнее в смысле понижения точки выгорания. Однако благодаря давлению реакция газов с коксом и присутствию свободного кислорода, обусловливающего продолжительное сгорание, будут иметь место в более высоком уровне вагранки. Факт, что металлическая шихта опускается по оси вагранки скорее, чем по стенкам, служит доказательством того, что струи воздуха из фурм до некоторой степени проникают друг в друга, вызывая более значительную скорость сгорания в районе оси вагранки.

Бывают случаи, когда давление настолько велико, что действие выгорания наблюдается не только непосредственно над фурмами благодаря «конусам», создающим высокую температуру, но и непосредственно ниже фурм. Это является результатом отклонения струй Воздуха вниз под таким давлением, что образуется обратный конус, вершина которого способствует образованию зоны горения ниже фурм. Это и можно сравнить с действием воды, ударяющей из противоположных шлангов.

Рассмотрим теперь влияние давления на производительность вагранки.

Давление, иод которым работает вагранка, является так или иначе решающим фактором производительности единицы ее площади. Нет никакого сомнения, что чем выше давление, тем больше скорость плавления.

Если рассмотреть табл. 12, то можно видеть, что графа «Высокая скорость плавления» показывает на 15—20% больше металла в час, чем графа «Средняя скорость плавления», графа же «Малая скфость плавления» показывает уменьшение! выдачи металла приблизительно на такой же процент. Конечно, сейчас яда напрашивается мысль, что Выгоднее применять более высокие давления, чтобы повысить производительность вагранки. Опыт, однако, показал обратное.

Было установлено, что на каждые 100 мм повышения давления скорость плавления в среднем возрастает на 20%. Конечно, были известные переменные факторы, входившие в эти опыты и изменявшие указанный средний стандарт повышения скорости плавления. Среди них Отметим изменения, зависящие от разных систем воздуходувок и фурм, типов металлической шихты и качества кокса. Однако колебания в количестве выданного металла могли быть поставлены в прямое отношение к основным факторам, а именно к разнице в давлении дутья.

Ранее было. указано, что по мере повышения давления дутья усиливается закупоривание вагранки. Это происходит по той причине, что с увеличением давления воздух рассеивается по выходе из фурм. Часть воздуха идет вниз и, соприкасаясь со шлаком, разбрызгивает мелкие частицы его вверх по стенкам вагранки. Затем воздух, попадая в вагранку под давлением, прогоняется до оси вагранки, откуда он отбрасывается назад к стенкам под острым углом. В этом обратном движении воздух увлекает с собой к стенкам некоторые мелкие частицы расплавленного чугуна или шлака, стекающие вблизи футеровки. Кроме того воздух, двигаясь с высокой скоростью, не имеет возможности нагреться надлежащим образом, поэтому получается эффект Охлаждения, который при нормальных условиях не имеет места. Если шлаку дана возможность подняться высоко в горне вагранки, то дутье легче на него воздействует, и явление закупоривания фурм усиливается. Бывают случаи, когда шлак образует «губку» в шахте вагранки, которая в конце концов делает невозможным дальнейший процесс плавки.

Если вагранка работает под нормальным давлением и фурмы закупориваются, то давление по необходимости повышается. Если мы будем наблюдать вагранку с диаметром 0,5 м в процессе работы, то найдем, что давление в 300 мм вод. ст. является средним рабочим давлением в начале плавки. Через 30 мин. давление поднимается до 340 мм в результате нормального закупоривания фурм и уплотнения материалов В вагранке. При дальнейшем закупоривании фурм давление поднимается до 400 мм. Если вагранщик откроет теперь смотровое очко, чтобы прочистить фурмы, то давление упадет до 280 мм (вод. ст., т. е. будет на 20 мм ниже требуемого для нормального хода плавки. Когда смотровое очко снова закрывается, давление быстро повышается на мгновение до 360 мм и затем снова падает до 340 мм. Причина понятна. Давление дутья за этот короткий период колебалось в широких пределах, и кокс находился в сильно изменившихся условиях напря-ягенноГо и умеренного горения. При таком изменении давления стремятся изменить высоту коксовой колоши и тем нарушают устойчивость зоны горения в вагранке. В результате получается чугун разного качества. Не надо забывать, что качество чугуна подверясено влиянию высоты коксовой колоши и времени нахождения металла в контакте с раскаленным коксом. Так как указанные колебания давления влияют на высоту коксового слОя, то ясно, что они Должны быть по возможности устранены из практики ведения плавки в вагранке.

Следует учитывать разницу между малыми фурмами и фурмами большого сечения, так как они играют большую! роль в процессе плавки в вагранке. Когда применяются «непрерывные» фурмы или фурмы по расчету и конструкция Уайтинга, воздух равномерно распределяется по площади селения вагранки, и выгорание футеровки, а также влияние дутья на характер плавления являются более равномерными. Когда я«е при Высоком давлении применяются фурмы малОго сечения, то выгорание футеровки имеет локализованный характер. Если осмотреть вагранку, работавшую с малыми” фурмами, то сейчас же можно заметить, что футеровка страдает в местах как раз против фурм. Это явление еще заметнее при высоком давлении. Причиной является следующее. Воздух входит в вагранку отдельными струями; малые фурмы создают более высокие давления, чем фурмы нормального сечения, и воздух, двигаясь с большей скоростью, ударяет в кладку прямо против фурм. Было доказано многочисленными опытами, что стоимость ремонта вагранки с малыми фурмами в среднем на 30% выше, чем вагранки с нормальными фурмами.

Мы уже упоминали о месте ввода дутьевОй трубы в воздушную коробку. Необходимость рационального выбора положения трубы и места ввода ее станет очевидной, если мы отметим, что это может служить причиной разницы давления в фурмах до 90 мм вод. ст. В нашем опыте мы получили показания давлений в различных фурмах, вставляя в каждую фурму трубку, соединенную с измерительным прибором, по одному на каждую фурму. Таким путем было определено давление отдельно для каждой фурмы.

Первый опыт был проведен с Вагранкой с вводом трубы в воздушную коробку сбоку под углом 90°. Измерительные приборы показывали, что в фурмах, расположенных прямо против ввода воздуходувной трубы, давление было в среднем на 90 мм вод. ст. больше, чем в фурмах, наиболее удаленных от Вводной трубы.

Второй опыт был проведен с вагранкой, у которой воздуходувная труба была введена в воздушную коробку по касательной к кожуху коробки. Запись показала, что разница давлений в различных фурмах снизилась до 60 мм вод. ст. Когда дутьевая труба была подведена к воздушной коробке двумя вводами, разница давлений снизилась до 25 мм вод. ст. Затем ввод трубы был сделан в одном месте сверху воздушной коробки; это вызвало разницу давлений в 45 мм вод. ст. Когда же труба была разделена на два ввода, то разница упала до 15 мм вод. ст. Последний метод и был старым методом Уайтинга.

Когда измерительные приборы были установлены по всем фурмам одновременно, то оказалось, что разница в давлениях снизилась только до 10 мм вод. ст. Благодаря этому усовершенствованию удалось снизить расход кокса путем устранения обычного добавочного количества его, применяемого в вагранке обыкновенного типа по причине1 неравномерности давлений.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум