Изменение давления газов по радиусу и высоте

Газы, образующиеся в горне доменной печи в результате процессов горения и прямого восстановления, находятся под определенным давлением, от величины которого зависит давление поступающего в печь дутья.
В малых древесноугольных печах (по замерам, относящимся к последней четверти XIX в.) давление газов в горне составляло 20—35% от давления дутья.
В современных больших коксовых печах, работающих с относительным количеством дутья во много раз большим, по сравнению с малыми древесноугольными печами XIX в., давление газов в горне колеблется в пределах 81—95% от давления дутья.
На рис. 84 и 85 приведены кривые падения давления газа по радиусу горна доменных печей двух заводов.

На первом заводе давление дутья в воздухопроводе составляло 1100 мм рт. ст., у глаза фурмы — 990 мм рт. ст. (отношение hгаза/hдутья = 0,9), падение давления к оси горка происходит плавно, давление у оси горна на 16,1% ниже, чем у глаза фурмы.
На доменной печи второго завода давление дутья в фурменном рукаве составляло 87% от давления перед воздухоподогревателями, у глаза фурмы — 83,1%; потеря напора на пути от глаза фурмы до оси горна составила 13% (рис. 85). Давление газов в горне будет тем выше, чем больше количество дутья, поступающего в печь в единицу времени. Но и при одном и том же количестве дутья, поступающего в лечь в единицу времени, противодавление газов может меняться в зависимости от следующих факторов:
а) от высоты столба материалов; противодавление газов будет тем больше, чем выше столб материалов;
б) от плотности горючего и его механической прочности; чем выше плотность горючего, тем больше противодавление газов; недостаточно прочный кокс, образующий в печи много мусора, также будет способствовать увеличению противодавления газов;
в) от гранулометрического состава шихты; чем больше мелких фракций в шихте, тем выше противодавление газов;
г) от температуры дутья; с увеличением температуры горна увеличивается температура горения, увеличивается объем газов и растет их противодавление;
д) от диаметра горна; в более широком горне противодавление газов ниже, чем в более узком;
е) от вязкости шлака и его количества; чем выше вязкость шлака, тем большее сопротивление оказывает он проходу газов снизу вверх; поэтому при повышении вязкости шлаков противодавление газов будет расти. В этом же направлении влияет и количество шлаков.
Разность между давлением газа в горне и давлением на колошнике заставляет газы подниматься вверх и пронизывать столб материалов. При этом происходит потеря напора, прямо пропорциональная величина того сопротивления, которое оказывает столб шихты проходу газов. В современных доменных печах эта потеря напора при проходе газов через столб шихты составляет от 70 до 100 см. рт. ст., т. е. от 0,92 до 1,3 ата.
Давление газов на колошнике доменных печей по абсолютной величине до последнего времени колебалось от 0,06 ати по 0,1—0,13 ати.

На рис. 86 и 87 представлены диаграммы падения давления газов по высоте столба шихтовых материалов (по данным некоторых советских исследователей). Диаграмма рис. 86 содержит данные, представляющие собой среднее из нескольких раз повременных наблюдений. Диаграмма рис. 87 построена на основании единичных одновременных наблюдений.
Из рассмотрения данных одновременного замера давлений по высоте (рис. 87), представляющих большой интерес, можно установить, что падение давления на один метр высоты является наибольшим на участке от фурм до нижнего горизонта и наименьшим на участке между нижним и средним горизонтами шахты.
Наибольшее падение напора газа на участке от фурм до нижнего горизонта объясняется следующим:
а) на пути от фурм до нижнего горизонта значительно понижается температура газа (примерно на 400—500°С), в результате чего сильно уменьшается их объем и тем самым — давление;
б) на этом участке имеет место расширение профиля и
в) происходит образование пластических масс, трудно проницаемых для газа.
При подвисаниях на участке от фурм до нижнего горизонта происходит еще большая потеря напора, как это можно видеть по кривой 5, полученной при подвисании (давление дутья — 1,7 ата).

На рис. 88 показаны кривые падения давления по высоте доменной печи одного южного завода, полученные инж. Ефименко. В противоположность общепринятым представлениям, здесь наибольшая потеря при подвисаниях наблюдается на верхних горизонтах.
Замеры давления газа производились непрерывно в течение-длительного времени. Показания манометра записывались самопишущим аппаратом. Поэтому достоверность полученных результатов не подлежит сомнению.
В настоящее время, ввиду недостаточной изученности вопроса, еще нельзя сказать, являются ли данные, полученные инж. Ефименко, законом для всех печей или же вызываются особыми условиями работы той печи, на которой производились исследования.
Возможно также, что полученные инж. Ефименко данные объясняются тем, что замер давления проводился непосредственно у стенки и что при замере давления газов на некотором небольшом расстоянии от стенки, будут получены иные результаты.