Поверхность столба материалов

Шихтовые материалы при загрузке в доменную печь ложатся на поверхность, не являющуюся горизонтальной. Состояние этой поверхности зависит от многих факторов, и очертание ее может сильно изменяться.
Если наблюдать за этой поверхностью при загрузке еще не работающей печи перед задувкой, то мы увидим, что поверхность материалов представляет собой воронку, обращенную острием вниз. Таким образом, материалы располагаются на колошнике доменной печи под определенным углом. Долгое время считалось, что этот угол близок к углу естественного откоса, т. е. к тому углу, который образует куча данного материала при разгрузке на какую-либо поверхность. Как известно, всякий сыпучий материал в кусках определенных размеров, с определенной степенью влажности имеет определенный и постоянный угол естественного откоса, не зависящий от вида поверхности, на которой он лежит. При этом один и тот же материал в мелких кусках будет иметь больший угол откоса, чем в крупных кусках. Если выгружать один и тот же материал в кусках разной величины, то мелкие куски остаются на вершине кучи, а крупные скатываются к ее подножию, так что в вертикальном разрезе поверхность кучи представляет собою вогнутую кривую, более крутую в верхней своей части и более пологую внизу. Основываясь на исследованиях французского металлурга де-Ватера, считали, что кокс в доменной печи располагается под углом откоса 26—29°, а руда под углом 34—43°. Однако позже появились данные, показывающие, что полученные де-Ватером углы откоса не могут считаться вполне правильными. В табл. 55 даны результаты исследований, проведенных Н.Л. Гольдштейном по определению угла откоса для различных материалов, входящих в состав шихты доменных печей. Таблица показывает зависимость угла откоса от уровня засыпи и величины кусков (для диаметра колошника 5 м и зазора 650 мм).
Как показывает таблица, данные И.Л. Гольдштейна не совпадают с данными, полученными де Ватером. Гольдштейн объясняет это расхождение тем, что угол откоса материалов, под которым они располагаются на колошнике доменной печи, зависит от ряда факторов и в том числе от диаметра колошника (угол откоса растет с увеличением диаметра колошника). Де-Ватер проводил свои эксперименты на модели с малым диаметром колошника (3,2 м); в современных доменных печах диаметр колошника значительно больше и доходит до 6,3 м и более для печи 1300 м3.
Таким образом, данные, полученные И.Л. Гольдштейном в результате проведения обстоятельных исследований, при которых учитывалось влияние диаметра колошника на угол естественного откоса материалов, являются несомненно более достоверными, чем данные де-Ватера. Однако вопрос о том, какой угол образует кокс при загрузке его в доменную печь, ввиду его сложности, пока еще нельзя считать окончательно решенным.
Исследования Н.Л. Гольдштейна и опыт работы доменных печей показали, что угол откоса материалов, под которым они располагаются на колошнике доменной печи, зависит не только от свойств данного вещества, но и от многих других факторов:
а) высоты падения материалов; с увеличением высоты падения угол откоса уменьшается;
б) размера кусков; по данным исследования Н.Л. Гольдштейна, в ряде случаев углы откоса уменьшаются при уменьшении размера кусков;
в) величины зазора между кромкой конуса и стенкой колошника; в случае загрузки крупных материалов — при сравнительно малом зазоре, когда куски ударяются о стенку колошника,— углы откоса меньше, чем при большем зазоре, приводящем к удару о поверхность материала; углы откоса мелкой руды мало зависят от зазора;
г) степени влажности мелкой фракции руды; увлажненная до известной степени мелкая руда дает больший угол откоса, по сравнению с сухой рудой.
Однако углы откоса, под которыми материалы располагаются на колошнике доменной печи, целиком определяют характер распределения материалов лишь при загрузке шихты в неработающую доменную печь перед ее задувкой. В работающей доменной печи характер поверхности столба материалов, на которую производится загрузка свежих порций шихты, будет зависеть не столько от угла откоса, сколько от скорости опускания материалов в различных точках по радиусу шахты.
Вследствие того что в современных крупных доменных печах наибольшая скорость опускания материалов при ровном ходе печи имеет место у стен печи или на некотором небольшом расстоянии от них, поверхность столба материалов бывает далеко не всегда воронкообразной.
На рис. 93 приведены данные о глубине воронки на доменной печи (объемом 1180 м3) по исследованию 1937 г., а на рис. 94 — глубина воронок на доменной печи (объемом 1300 м3) по данным исследований 1938 г.
Как показывают данные, во время работы печи, за редкими исключениями, глубина воронки никогда не бывает такой, какой она наблюдается перед задувкой; она всегда значительно меньше. Бывали случаи, когда на печи Магнитогорского завода поверхность столба материалов была почти горизонтальной, иногда даже наблюдались углубления вблизи стен печи.