Структура шлаковой ванны

Исследование зональной структуры шлаковой ванны при газифи­кации угля в шлаковом расплаве осуществляли при проведении экс­периментов на опытной установке на Новолипецком комбинате.

Большая часть этих исследований проводилась при совместной пода­че в шлаковую ванну угля и железосодержащего сырья. Как будет показа­но далее, подача железосодержащего сырья не оказывает существенного влияния на поведение угольных частиц в ванне при газификации угля.

Условно шлаковую ванну можно разделить на следующие харак­терные зоны (рис. 5.1).

Рисунок 5 1 Схема строения шлаковой ванны I - подфурменная зона слабо перемешиваемый слой шлака, расположенный над слоем накапливаемого на подине чугуна, II - фурменная зона переходная область между слабопер вмешиваемым и барботируемым шлаком, III - зона барботируемого шлака Эту зону условно подразделяли на слои поверхностный (зона 111(a)), средний (Ш(б)) и нижний (III (а)) Геометрические параметры зон приведены в табл 5 2

Отбор проб шлака осуществлялся специальным пробоотборником одновременно из различных зон шлаковой ванны. Конструкция про­боотборника обеспечивала «замораживание» структуры отобранных

проб. Масса отобранных проб составляла около 1,5 кг, что обеспечи­вало их представительность.

Площадь поверхности частиц угля в шлаковом расплаве опре­деляли по их массовому содержанию и фракционному составу в пробах шлака. Пробы отбирали в зоне загрузки материалов в шла­ковую ванну.

Для определения представительности проб, отобранных в зоне за­грузки, параллельно отбирали пробу из верхнего горизонта ванны на расстоянии 4 м по продольной оси реактора от точки загрузки. Ана­лиз параллельно отобранных проб не выявил существенных различий между ними.

Типичный состав проб шлака на различных горизонтах шлаковой ванны приведен в таблице 5.1.

Видно, что пробы, отобранные с различных горизонтов ванны, имеют достаточно близкий состав, что свидетельствует о ее хорошем перемешивании.

Из отобранных проб шлака извлекали и взвешивали частицы угля и корольки металла. Уголь разделяли по размерам на восемь фракций, мм. +10,0; 7,0 - 10,0; 3,2 - 7,0; 1,6 - 3,2; 0,8 - 1,6; 0,4 - 0,8; 0,4 - 0,2; -0,1. Корольки металла рассеивали на шесть фракций, мм- +3,2; 1,6 - 3,2; 1,1 -1,6; 0,8-1,1; 0,4-0,8; -0,4. Шлак в пробе также взвешивали. Фракционный состав частиц угля и капель металла для характерной пробы для верхней части барботируемого шлака (зона ІІІв) и нижней части (зона 111а) при плавке шлама с расходом 16 т/ч и расходом угля 15 т/ч представлен на рис 5.2.

На основе полученных данных о содержании и фракционном составе определяли величины удельных поверхностей частиц угля и капель металла на разных уровнях по глубине шлаковой ванны.

Для расчетов величин поверхностей частиц угля и капель металла, в соответствии с уровнями отбора проб, приняли следующие геоме­трические характеристики зон шлаковой ванны (табл. 5.2).

Высота зоны 1 - 1,24 м представляет собой верхнюю границу спо­койного шлака. Нижняя граница зоны принята 0,5 м - ориентировоч­ная высота слоя металла на подине.

1.6 м - граница фурменной зоны (зоны внедрения факела барбо- тажной фурмы в расплав).

2,11 м - уровень начала расширения профиля реактора.

2.7 м - ориентировочная нижняя граница поверхностного слоя шлаковой ванны.

3,0 м - средняя высота условной поверхности шлаковой ванны

Рисунок 5 2 Фракционные составы капель металла и частиц угчя в зонах Ш(а) и III(в) барботируемого шлака

Таблица 5 2 Геометрические характеристики зон шлаковой ванны

*> За вычетом газа в барботажных сточбах

Величины принятых газосодержаний в различных зонах ванны приняты на основании экспертной оценки [3]

Оценим представительность полученных экспериментальных данных.

Поскольку данные о скоростях реагирования по поверхности угольных частиц или углеродистых образцов в литературе приво­дятся на единицу определенной формально-геометрически (гладкой) поверхности, площадь поверхности угольных частиц определяли без учета открытых пор.

Площадь поверхности угля в j-ой зоне ванны определяли по формуле:

Масса проб шлака составляла около 1,5 кг.

Предположим, что распределение угольных частиц равномерно в любом сечении шлаковой ванны вне зон прохода реагирующего дутья барботажных фурм. Очевидно, что ошибка, состоящая в получении

1 Мотт Р А , Уилер Р В Качество кокса Пер с англ - М Металлургиздат, 1947 - 552 с

в пробе заниженного по сравнению с реальным содержания в шлаке той или иной фракции дисперсной фазы, становится существенной и может превышать 100%, когда объем шлака, приходящегося на одну частицу дисперсной фазы данной фракции, становится больше объе­ма пробы. Иными словами, для обеспечения представительности про­бы необходимо, чтобы на любой объем шлака, равный объему пробы, приходилась, по крайней мере, одна или более частиц дисперсной фазы данной фракции.

При содержании С (% масс.) частиц данной фракции дисперсной фазы в шлаке, их число N в объеме, равном объему V пробы соста­вит:

Рассчитаем N для конкретных экспериментальных данных. Для ка­пель металла фракции 1,1-1,6 мм (со средним кажущимся диаметром 1,35 мм), при их содержании в шлаке 0,3 % (масс.), число частиц в про­бе составит 503 штуки. Для частиц угля фракции 1,6-3,2 мм (со сред­ним диаметром 2,4 мм) и при их содержании в шлаке 0,3 % (масс.), число частиц в пробе составит 696 штук. Очевидно, для этих и более мелких фракций представительность анализируемых проб очень хо­рошая. Для более крупных частиц при их малом содержании в шлаке представительность проб может значительно ухудшиться. Для капель металла с диаметром 3 мм и их содержании в шлаке 0,1 % (масс.) ко­личество капель в пробе составит 15 штук. Для частиц угля с размером 10 мм и с содержанием в шлаке 0,1 % (масс.) их число в пробе соста­вит 3 штуки.

В целом можно считать, что отбор проб шлака в экспериментах обеспечивал точность в пределах, удовлетворительных для прямого эксперимента на агрегате промышленного масштаба.

5.2.