Дослідження та розробка технології доменної плавки на комбінованому дутті з використанням технологічних газів металургійних виробництв замість природного - Автореферат

Сучасна вітчизняна технологія доменної плавки базується на використанні нагрітого до високої температури та збагаченого киснем дуття, а для регулювання рівня теоретичної температури - природного газу або інших вуглеводнів. В звязку із зростаючим дефіцитом вуглеводів та збільшенням їхньої вартості, витрати природного газу на виплавку чавуну значно знизилися, а для забезпечення задовільного ходу доменних печей потрібно знижувати рівень нагріву дуття та збільшувати його вологість, для підтримки теоретичної температури дуття на оптимальному рівні. Для досягнення поставленої мети в складі роботи: - вперше розроблено комплекс кількісних залежностей, які дозволяють оцінювати поточні зміни показників процесу відновлення і доменної плавки і показана можливість використання його для оперативного управління ходом процесу і в умовах використання в якості реагенту, що регулює рівень теоретичної температури, технологічного газу металургійного виробництва, зокрема, власного колошникового; вперше запропоновані розрахунково-теоретичні основи технології доменної плавки на комбінованому дутті високих параметрів із заміною природного газу власним колошниковим і показано вплив витрат цього реагенту на основні показники процесу відновлення і плавки в порівнянні з використанням природного газу; теоретично обгрунтована технологія доменної плавки на високонагрітому і збагаченому киснем дутті, з вживанням власного колошникового газу як компоненту, що регулює рівень теоретичної температури горіння;В даній роботі цей газ запропоновано використовувати в якості компоненту комбінованого дуття в звязку з його низькою вартістю, постійною наявністю в доменному цеху в потрібній кількості, можливістю використання існуючих комунікацій для вдування природного газу, достатнім впливом на теоретичну температуру горіння і наявність в його складі до 30% відновлювальних компонентів. Для аналізу процесів плавки з використанням складу коксу, залізорудної частини шихти і продуктів плавки та балансів азоту, водню і кисню обчислюють: - кількість вуглецю коксу, який спалюється киснем дуття біля фурм, причому Сф дорівнює: де - доля кисню, м3/м3 дуття; Заміна природного газу на колошниковий в складі комбінованого дуття в першу чергу позначається на наступних параметрах доменної плавки: витратах коксу та колошникового газу, продуктивності, виходу горнового і колошникового газів, ступенях непрямого і прямого відновлення та деяких інших. Так, витрати колошникового газу, в залежності від теоретичної температури, рівня нагріву дуття та вмісту в ньому кисню, підпорядковуються рівнянню, одержаному з балансу тепла фурменої зони: , м3/м3 дуття, (19) де ік-тепловміст колошникового газу, що вдувається, КДЖ/м3 ; Таким чином, наведені залежності зміни основних показників процесу відновлення і плавки від величини витрат колошникового газу для вдування показують, що продуктивність доменної печі в порівнянні з роботою на атмосферному дутті зростає пропорційно приросту вмісту активного кисню в дуттєвій суміші, а втрати коксу залежать від вмісту СО2 в газі.Розроблена методика аналізу змін показників доменного процесу і результатів плавки при зміні умов на основі складів дуття та колошникового газу, що утворюється в печі, складу палива, що вдувається в горн, складів шихтових матеріалів та продуктів плавки. При цьому розглянуто і визначено кількісний вплив вдування колошникового газу на основні показники доменного процесу, в тому числі: Збільшення витрат колошникового газу для вдування на 0,01 м3/м3 дуття зменшує теоретичну температуру горіння приблизно на 25 ОС, або вимагає підвищення температури дуття на 20-25 ОС для збереження теоретичної температури на початковому рівні. Таким чином, колошниковий газ проявляє суттєвий регулювальний ефект на рівень теоретичної температури горіння і дозволяє нагрівати дуття до максимально можливої температури, а при необхідності збільшити продуктивність доменної печі - збагачувати дуття киснем. Для компенсації збільшення теоретичної температури від росту концентрації кисню в дутті на 1% потрібно витрати колошникового газу збільшувати на 0,022 - 0,026 м3/м3 дуття. Підвищення продуктивності доменного процесу при вдуванні колошникового газу складає приблизно 0,0017-0,0022 кг/м3 дуття на кожні 0,01 м3/м3 дуття витрат газу і на 5,8 10-4 - 7,5 10-4 кг/м3 на кожний додатковий процент СО2 в колошниковому газі (в порівнянні з роботою без вдування інших паливних компонентів).

2. Основний зміст роботи

Результати аналізу різних аспектів використання технологічних газів як дуттєвих домішок в доменній плавці показали, що з урахуванням ресурсів, вартості, впливу на теоретичну температуру горіння палива біля фурм при нагріванні дуття до високої температури найбільш прийнятним з них є власний колошниковий газ.

Розроблена методика аналізу змін показників доменного процесу і результатів плавки при зміні умов на основі складів дуття та колошникового газу, що утворюється в печі, складу палива, що вдувається в горн, складів шихтових матеріалів та продуктів плавки. Розрахунки ведуться на одиницю обєму дуття, витрати якого, в крайньому разі холодного, вимірюються з достатньою точністю. В цілому методика дозволяє здійснювати оперативний контроль за ходом плавки, а її алгоритм - стати складовою частиною підсистеми автоматичного управління доменним процесом.

На основі аналітичної оцінки можливості використання азоту у якості реагенту, керуючого рівнем теоретичної температури горіння, добута залежність його витрат від умов плавки.

Розроблена технологія доменної плавки на дутті високих параметрів з використанням колошникового газу як реагенту, що регулює рівень теоретичної температури. При цьому розглянуто і визначено кількісний вплив вдування колошникового газу на основні показники доменного процесу, в тому числі: Збільшення витрат колошникового газу для вдування на 0,01 м3/м3 дуття зменшує теоретичну температуру горіння приблизно на 25 ОС, або вимагає підвищення температури дуття на 20-25 ОС для збереження теоретичної температури на початковому рівні. Таким чином, колошниковий газ проявляє суттєвий регулювальний ефект на рівень теоретичної температури горіння і дозволяє нагрівати дуття до максимально можливої температури, а при необхідності збільшити продуктивність доменної печі - збагачувати дуття киснем. Для компенсації збільшення теоретичної температури від росту концентрації кисню в дутті на 1% потрібно витрати колошникового газу збільшувати на 0,022 - 0,026 м3/м3 дуття.

Вихід горнового газу збільшується в розрахунку на 1 м3 дуття з заданою концентрацією кисню пропорційно витратам колошникового газу та вмісту в ньому діоксиду вуглецю.

Вміст активного кисню в дуттєвій суміші при вдуванні колошникового газу також збільшується пропорційно витратам газу та вмісту в ньому СО2. Іншими словами, вдування колошникового газу в якійсь мірі аналогічно збагаченню дуття киснем.

При вдуванні колошникового газу збільшується вміст відновлювальних компонентів в порівнянні з роботою печі тільки на атмосферному дутті без вдування додаткового палива.

Запропоновано три варіанти схеми вдування стиснутого колошникового газу в доменну піч: в кожну фурму, аналогічно вдуванню природного газу; в тракт гарячого дуття після повітронагрівачів; в повітропровід холодного дуття після розвантажувального клапану; і один варіант - для вдування газу низького тиску - повітродувною машиною.

Показано, що вдування колошникового газу в доменну піч зменшує витрати коксу, якщо вміст СО2 в ньому не перевищує 0,7СО 0,02.

Підвищення продуктивності доменного процесу при вдуванні колошникового газу складає приблизно 0,0017-0,0022 кг/м3 дуття на кожні 0,01 м3/м3 дуття витрат газу і на 5,8 10-4 - 7,5 10-4 кг/м3 на кожний додатковий процент СО2 в колошниковому газі (в порівнянні з роботою без вдування інших паливних компонентів).

Аналіз результатів розрахунків матеріальних і теплових балансів плавки при зміні теоретичної температури горіння і частки колошникового газу в суміші з природним газом, що входить в склад комбінованого дуття, показав: Якщо частка колошникового газу в суміші з природним складає 90%, то витрати коксу на виплавку чавуну збільшуються на 26 кг/т при підвищені теоретичної температури з 1700 до 2100 ОС, але при майже вдвічі менших витратах газової суміші.

Калорійність колошникового газу, що утворюється в печі, не залежить від теоретичної температури.

Збільшення частки колошникового газу в суміші з природним приводить до незначного збільшення кількості вуглецю прямого відновлювання, причому при більш високій температурі ця кількість більша.

Кількість вуглецю коксу, що згоряє біля фурм, при повній заміні природного газу колошниковим збільшується майже в півтора рази.

Ступінь використання СО при заміні природного газу колошниковим збільшується, хоча сумарна ступінь непрямого відновлення дещо зменшується за рахунок зменшення кількості і ступеню використання водню.

Підвищення коефіцієнту використання корисного обєму доменній печі на 0,02 м3/т на добу може бути компенсовано за рахунок покращання газопроникливості стовпа шихти шляхом збільшення витрат дуття.

Результати розрахунків матеріальних і теплових балансів плавки свідчать, що нормальна робота доменної печі при заміні природного газу колошниковим навіть повністю можлива, хоча витрати коксу і збільшуються з 405 до 505 кг/т (для умов ЗСМК) при теоретичній температурі 2100 ОС і зменшенні витрат природного газу на 115 м3/т чавуну.

Зменшення потреби в умовному паливі при вдуванні колошникового газу, в порівнянні із роботою на атмосферному дутті, досягає 40 кг/т і витрат на виплавку - 12 грн/т чавуну.

Показано, що деяке зменшення теплотворної здатності колошникового газу, що утворюється в печі і використовується для опалення повітронагрівачів, доцільно компенсувати шляхом збагачення повітря горіння технологічним киснем, який можна вивести з доменної плавки при роботі по запропонованій технології. Вдування додаткового кисню при спалюванні доменного газу дозволяє відмовитись від домішок до нього висококалорійного палива (природного газу), а також і одержати значну економію ресурсів (2,8 млн.грн./рік для умов МК «Запоріжсталь»)

Як показали розрахунково-аналітичні дослідження і теоретичний аналіз, вживання колошникового газу як компоненту комбінованого дуття має в сучасний період, при наявному співвідношенні цін на кокс і природний газ, економічні переваги перед традиційною технологією, тому що дозволяє ефективно регулювати рівень теоретичної температури, в той час як сучасний стан справ в металургії характеризується нестабільним забезпеченням природним газом, в результаті чого для регулювання теплового стану горна підвищують вологість дуття, або зменшують його температуру. Останнє, як правило, призводить до нерівного ходу печей, перевитрат коксу і збільшує собівартість продукції. Технологія ж доменної плавки на комбінованому дутті високих параметрів з використанням колошникового газу вільна від вищенаведених недоліків і дозволяє забезпечити ефективну, високопродуктивну роботу доменних печей із зменшенням витрат умовного палива і собівартості чавуну.

1. Направление развития технологии доменной плавки на комбинированном дутье / Бузоверя М.Т., Можаренко Н.М., Бузоверя В.М.// Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1997. - №3. - С. 8-10

2. Перспективы снижения условного топлива на выплавку чугуна в Украине / Бузоверя В.М.//«Металлургическая и горнорудная промышленность». - 1998. - №3. - С.13-15.

3. К методике анализа хода процессов восстановления в доменной печи / Бузоверя М.Т., Бузоверя В.М.// Сталь 1998, №7, с.12-14

4. Анализ процессов восстановления доменных печей Украины / Бузоверя М.Т., Можаренко Н.М., Бузоверя В.М.//Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. - Киев. - 1999. - Выпуск 2. - С. 34-42.

5. Влияние состава комбинированного дутья на показатели материальных и тепловых балансов / Бузоверя М.Т., Можаренко Н.М., Бузоверя В.М.// Материалы первой международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства», Череповецкий Государственный Университет. -1998.

6. Пат. 0000000 Україна, МКИ С 21 5/00. Спосіб доменної плавки/Бузоверя В.М, Бузоверя М.Т.//№заявці 98031342

Размещено на .ru