Расчёт профиля доменной печи по методу проф. А.Н. Рамма
Метод основан на статистическом обобщении показателей большого числа профилей советских и американских доменных печей различного объема. Для так называемых “нормальных” профилей установлено, что основные размеры профиля (ho, Д, dг, dк) зависят от объема и рассчитываются по формуле:
Х=с∙Vn, м,
где с и n – постоянные коэффициенты для каждого из основных элементов профиля.
Высоты отдельных элементов профиля пропорциональны полной высоте.
Серия геометрически подобных (рациональных) профилей разработана А.М. Раммом на основе принципов геометрического подобия доменных печей СНГ, США и Швеции, отличающихся лучшими показателями работы. Основные размеры профиля определяются пропорционально 
. Все геометрически подобные профили имеют одинаковые углы наклона стен шахты (85014’) и заплечиков (81052’). Формулы проф. Рамма приведены в таблице:
Формулы А.Н. Рамма для расчёта элементов профиля доменных печей
|
Определяемый размер |
Профиль |
|
|
|
||
|
Диаметр, м: Распара Д Горна колошника |
0,59∙Vn0,38 0,32∙Vn0,45 0,59∙Vn0,33 |
0,83∙ 0,90∙Д 0,70∙Д |
|
Высота, м: Полная H Полезная Hп Горна Заплечиков Распара Шахты Колошника |
5,55∙Vn0,24 0,88∙H 0,10∙H 3,2 0,07∙H 0,63∙H – 3,2 0,08∙H |
3,35∙Д 2,95∙Д 0,35∙Д 0,35∙Д 0,20∙Д 1,80∙Д 0,24∙Д |
Другие методы расчета профиля печи
Проф. Н.К. Леонидов предложил определять диаметры профиля в зависимости от объема печи по формулам типа d=k∙Vn, а высоты элементов профиля, как часть полезной высоты, по формулам типа h=k1∙Ho.
В качестве основных посылок при разработке этих формул были приняты газодинамические условия работы печи. Предусматривалось обеспечение одинаковых условий схода шихтовых материалов при различных технологических режимах плавки, что соответствовало условию:
С=(∆Pmax-∆P)/∆P=Pш/∆P = const,
где Pш – давление шихты на уровне фурм при нормальной разности давлений ∆P газа на уровне фурм и на колошнике;
∆Pmax – максимальная разность давления газа по высоте печи, при которой прекращается опускание шихты.
Н.К. Леонидов указывает на необходимость учёта тенденции снижения объёмной интенсивности горения топлива по мере увеличения размеров доменных печей, и в связи с этим он рекомендует снижать отношение Н/Д.
Проф. В.И. Логинов разработал метод расчета профиля печи, учитывающей особенности протекания физико-химических, массотеплообменных и газодинамических процессов при взаимодействии шихты и газового потока. По данным отечественной практики установлена взаимосвязь количества печных газов Vп.г., нм3/мин на различных горизонтах печи с расходом дутья Vд, нм3/мин.
Vп.г. = К∙Vд,
где К – коэффициент, равный 1,45; 1,35 и 1,25 соответственно для колошника, распара и горна.
Диаметры элементов профиля вычисляются по параметрам газового потока (количеству, скорости, температуре и давлению) с учётом заданной интенсивности плавки и постоянства изменения перепада давления газа; высота элементов профиля определяется, как функция размеров основных сечений печи:
где Wк, Wp, Wг – скорость газа на колошнике, в распаре и горне, м/с;
V п.г.(к), Vп.г.(р), Vп.г.(г) – расход газа, м3/с;
mк, mp, mг – коэффициенты, учитывающие температуру и давление газа в заданном сечении.
Профиль печи, рассчитанный по этому методу, отличается более широким колошником и распаром и несколько меньшей высотой, что обеспечивает более благоприятные условия для газодинамического режима формированного хода печей. Статистически определены оптимальные соотношения основных размеров профиля: Ho/Д=1,9÷2,1; dк/Д=0,66÷0,68; dк/dг=0,71÷0,73. Рекомендовано также рассчитывать профиль с переменным углом наклона шахты (меньшим, - вверху, большим, - внизу), что согласуется с характером изменения физического состояния шихтовых материалов.
Перегиб стен шахта следует выполнять на высоте, равное половине высоты верхней ступени теплообмена, определяемый по методике проф. Б.И. Китаева. Высота шахты до её перегиба составляет 12÷15 % от полезной высоты (около 3 м ниже колошника). Переменный угол наклона стен шахты позволяет уменьшать газодинамическую напряженность в верхней части печи. Печи с таким профилем получили широкое распространение на зарубежных заводах. Такие печи, как правило, выполняются с высокими заплечиками, низкой шахтой и малой высотой распара (вплоть до полного его исключения). Таким образом, профиль печи приближается по форме к овалу.