Современная доменная печь работает с обязательным исполь­зованием отходящего колошникового газа и с поддержанием повы­шенного давления газовой фазы на колошнике. Выполнение этих условий возможно только при наличии закрытого колошника и загрузке материалов в печь при изоляции ее объема от внешней атмосферы. Роль газового затвора печи выполняет засыпной аппа­рат с двумя конусами. При поднятых конусах или одном конусе газы могут выходить только через газоотводы, постоянно сооб­щающиеся с колошником. Важнейшими назначениями засыпного аппарата является также обеспечение возможной равномерности распределения материалов по окружности колошника и регули­ровки размещения железосодержащих материалов и кокса по се­чению колошника (от стен к оси). Эти условия выполняются при работе вращающегося распределителя засыпного аппарата и по­слойной загрузке материалов в воронке большого конуса.

Упрощенная схема двухконусного засыпного аппарата с вра­щающимся распределителем приведена на рис. 26. Он состоит из невращающейся части — большого конуса и его воронки, и вра­щающейся части — воронки малого конуса и самого малого ко­нуса. Вращающийся распределитель необходим при односторон­нем поступлении материалов из скипов. В случае его отсутствия наблюдался бы асимметричный ход печи.

Схема двухконусного засыпного аппарата с вращающимся распределителемПоворот верхней части засыпного аппарата (воронки и малого конуса) на определенный угол позволяет заполнить большой конус последовательно по всей его окружности. Вращающийся распре­делитель имеет ряд станций, соответствующих различным углам его поворота. Число станций обычно составляет 12 или 24, что отвечает углам поворота 30; 60° и т. д или 15; 30° и т. д от станции 0°, на которой поворота вращающегося распределителя перед опусканием малого конуса не производится.

После опускания малого конуса на каждой станции на большом конусе по всей его окружности располагаются порции загруженных материалов по числу станций вращающегося распределителя. При опускании большого конуса вся набранная на нем подача распределяется по окружности колошника.

Следует подчеркнуть, что порядок загрузки материалов в печь и их относительное расположение при попадании на колошник оказывают большое и даже решающее влияние на весь ход доменного процесса и являются одним из средств управления доменной плавкой.

Различие свойств двух основных материалов — агломерата и кокса, а также их роли в доменной плавке позволяют так организовать загрузку колошника, чтобы обеспечить наиболее эффективную обработку перерабатываемых в печи материалов поднимающимися газами и возможно полное использование химической и тепловой энергии последних.

Известно, что железосодержащие материалы имеют меньшую пористость, чем кокс, что создает сравнительно большее сопротивление движению газового потока в печи в местах скопления этих материалов. Напротив, места, заполненные преимущественно более крупнокусковым пористым коксом, имеют значительно лучшую газопроницаемость и не оказывают большого сопротивле­ния поднимающемуся газовому потоку. Таким образом, распреде­ление газов по поперечному сечению столба материалов в печи определяется сравнительной газопроницаемостью различных участков этого сечения.

В свое время при меньшей интенсивности доменной плавки счи­тали, что следует обеспечивать равномерное распределение газов по всему сечению печи. Однако в современных условиях высокой интенсивности процесса необходимая большая скорость противо­тока газов обеспечивается наличием более рыхлых участков сече­ния, заполненных преимущественно коксом. Они играют роль своего рода «отдушин». В то же время в зоне наименьшей газопроницаемости, имеющей кольцевую форму и заполненной пре­имущественно агломератом, получается наименьшая скорость газового потока и наиболее полное использование восстановитель­ной способности газа и его тепла.

При этом скорость газа на участках с повышенной газопрони­цаемостью не должна быть слишком большой. В противном слу­чае наблюдается переход к так называемому канальному ходу печи с образованием вертикальных полостей — каналов, почти не прикрываемых шихтовыми материалами. Форсирование подачи дутья, а следовательно, и увеличение скоростей газового потока в печи целесообразно лишь до предела, не приводящего к образо­ванию указанных каналов. В этих условиях уменьшение нерав­номерности газового потока по сечению печи при сохранении ин­тенсивного ее хода, естественно, улучшит использование восста­новительной способности и тепловой энергии газа.

При организации распределения материалов на колошнике необходимо также учитывать особенности газообразования в ниж­ней части доменной печи и продвижения загружаемых материалов вниз. Подаваемое через фурмы горячее дутье полностью взаимо­действует с коксом, как правило, на расстоянии 1,5, максимум 2 м, от носка фурмы и далее по направлению к оси печи не про­никает. Образование наиболее горячих продуктов горения наблюдается на еще меньшем расстоянии от фурм — 700—900 мм. Возникающие горячие фурменные газы стремятся подниматься вверх. В то же время на место сгорающего кокса перемещаются материалы, которые располагаются выше, в первую очередь более тяжелый агломерат. Таким образом, по вертикалям над областью интенсивного горения кокса создаются условия для преимуще­ственного продвижения железосодержащих материалов, а следо­вательно, образуется зона наименьшей газопроницаемости.

Непосредственно у стен агломерата остается меньше, и сюда устремляется значительная часть газов с более высокой темпера­турой и большими линейными скоростями. Создается так называемый периферийный поток газов, наличие которого характерно для работы современных печей. Однако развитие периферийного потока должно быть умеренным для лучшего использования подни­мающихся газов и достижения устойчивой и экономичной работы печи. Получение умеренно-периферийного хода доменной печи достигается и регулируется установлением и изменением порядка загрузки материалов засыпным аппаратом.

Основным средством такого регулирования является располо­жение при загрузке ближе к периферии (стенам) большего коли­чества менее газопроницаемых железосодержащих материалов.

Следует отметить важность послойной загрузки. Предваритель­ное смешение материалов не давало бы возможности регулирова­ния их распределения при попадании в печь. Набор материалов на большом конусе с нужной последовательностью и толщиной слоев дает при его опускании определенное распределение мате­риалов по сечению колошника.

Наличие высова большого конуса за края воронки в сочетании с определенной скоростью опускания конуса позволяет получать различные траектории падения разнородных материалов в за­висимости от их свойств. Распределение материалов при падении на поверхность засыпи в сильной степени зависит также от раз­меров колошника и большого конуса и частоты опускания подачи.

Загружаемые на колошник железосодержащие материалы в большей степени остаются у стен при попадании на поверхность, близкую по форме к плоской. Поэтому для уменьшения перифе- рийности хода печи их следует набирать в подачу первыми. При расположении же их в подаче за коксом предварительное ссыпание кокса с большого конуса дает воронкообразную форму за­сыпи и агломерат больше отходит к оси печи, увеличивая периферийность ее хода.

Более толстые слои набираемого в подачу агломерата при ссыпании в колошник приводят к его распространению до оси печи, уменьшая центральный ход газов. Малые порции и более тонкие слои агломерата в подаче способствуют размещению его только у стен и большему развитию центрального хода печи. Такое же влияние оказывает увеличение диаметра колошника.

Увеличение высова большого конуса за края воронки способ­ствует концентрации железосодержащих материалов у стен печи. Будучи более мелкими, они в большей мере остаются в месте па­дения. Быстрое опускание большого конуса также дает концен­трированное размещение ссыпаемых железосодержащих мате­риалов ближе к стенам, а медленное опускание — их рассредо­точение по всему сечению колошника.

Слишком большая величина зазора между кромкой большого конуса и кладкой печи создает гребень руды или агломерата на расстоянии от стен, что чрезмерно способствует периферийному ходу печи. Нормальным зазором для крупнейших печей является зазор 950—1000 мм.

Большое значение имеет частота опускания большого конуса. При более частом опускании сохраняется форма уровня засыпи в виде воронки и железосодержащие материалы более рассредотачиваются к оси печи. Это наблюдается при так называемой раз­дельной подаче, когда коксовая и рудная ее части засыпаются раздельно двумя опусканиями конуса. При совместной подаче большой конус опускается вдвое реже, уровень засыпи выравни­вается и железосодержащие материалы в большем количестве остаются у стен, уменьшая периферийность хода доменной печи.