Чем можно повысить производительность доменной печи

Обновлено: 15.05.2024

Экономическая эффективность доменного процесса при изменении условий работы доменной печи , страница 3

Для того чтобы оценить интенсивность доменного процесса используют следующие показатели:

ü удельный расход кокса(размерность кг/т чугуна чем этот показатель меньше тем интенсивнее работает печь.

ü КИПО- коэффициент использования полезного объёма доменной печи - показывает, какой объем доменной печи используется для выплавки тонны чугуна. Чем значение КИПО меньше, тем лучше работает доменная печь. На интенсивно работающих доменных печах КИПО находится в пределах 0,33-0,35 м 3 *сут/т.

Интенсификация доменного процесса- это ускорение или увеличение скорости протекания процесса с целью повышения производительности доменной печи.

Повысить интенсивность хода доменной печи можно двумя способами:

ü создать условия, при которых в горн можно подать больше количества дутья для сжигания кокса.

ü создать условия, обеспечивающие снижение расхода кокса на единицу выплавляемого чугуна.

При условии сохранении tрежима интенсификация будет более эффективной, если мы сможем выполнить сразу два условия.

При увеличении количества вдуваемого дутья необходимо обеспечить повышенную газопроницаемость шихтовых материалов, чтобы они смогли пропустить через себя больше газа.

Для уменьшения расхода кокса необходимо применения заменителей кокса и уменьшать тепловые затраты на процесс.

1.2 Способы интенсификации доменного процесса

`Основные методы интенсификации доменного процесса:

ü повышение качества шихтовых материалов;

ü повышение давления газов в рабочем пространстве печи;

ü подача высокотемпературного дутья (1100 – 1300 0 С).

Способы интенсификации доменного процесса

Применение офлюсованного агломерата высокой основности позволяет частично или полностью удалить известняк из шихты. Для полного исключения известняка из шихты (необходим агломерат с основностью 1,4—2,0. С выводом сырого известняка из доменной шихты уменьшается расход тепла на разложение CaCO3 и на взаимодействие выделившейся CO2 с углеродом кокса. При этом следует ожидать повышения восстановительной способности газов, так как со снижением расхода известняка уменьшается содержание CO₂ в доменном газе. Использование офлюсованного агломерата способствует также более равномерному протеканию процесса шлакообразования, оказывает положительное влияние на ход печи и десульфурацию чугуна. Все это приводит к снижению расхода кокса и повышению производительности печи.

В результате применения офлюсованного агломерата с основностью 1,3—1,4 на передовых заводах расход известняка снизился с 322 до 70 кг/г чугуна, расход кокса — на 11,1%, а производительность повысилась на 12,2%.

Применение повышенного давления на колошнике. В настоящее время большинство доменных печей России работает с повышенным (до 0,6—0,8 и реже до 1,0—1,8 ати) давлением газа на колошнике. Обычное давление составляет 0,06—0,13 ати. Повышение давления газа сопровождается уменьшением объема поднимающихся из печи газов и снижением их скорости. Это приводит к более ровному ходу печи. Большее время пребывания газа в печи способствует лучшему использованию химической энергии газа и при рациональной загрузке шихтовых материалов достигается лучшее распределение газового потока по сечению печи. Повышенное давление газа на колошнике дает возможность форсировать ход печи, увеличивая количество дутья.

При работе на повышенном давлении газа возможна выплавка малокремнистого передельного чугуна без снижения нагрева дутья. Эта связано с зависимостью процесса восстановления углеродом от давления газа.

Методы интенсификации доменного процесса

Под интенсификацией доменного процесса понимают увеличение скорости его протекания. Мерой интенсивности хода доменной печи является количество чугуна, получаемое в единицу времени в расчете на единицу полезного объема доменной печи. Коэффициент использования полезного объема доменной печи к. и. п. о. определяется как частное от деления полезного объема печи V_пол (м 3 ) на суточную производительность печи Т (т) чугуна/сутки

Чем меньше этот показатель, тем интенсивнее протекает процесс, интенсивнее ход доменной печи.

Увеличить интенсивность хода доменной печи можно двумя путями: 1) созданием условий, при которых в горн доменной печи в единицу времени можно подать большее количество дутья (кислорода), расходуемое на горение углерода горючего, и 2) созданием условий, обеспечивающих снижение расхода кокса на единицу выплавляемого чугуна, если количество дутья, поступающее в горн в единицу времени не снижается или снижается в меньшей мере, чем расход кокса.

При увеличении количества дутья (кислорода), подаваемого в горн в единицу времени, соответственно увеличивается сгорающее в единицу времени количество углерода, а следовательно, увеличивается и производительность печи. При уменьшении относительного расхода горючего и неизменном количестве дутья производительность печи также возрастает вследствие увеличения рудной нагрузки на кокс.

Наиболее высокая степень интенсификации процесса достигается, когда одновременно с увеличением количества дутья имеется возможность уменьшить и относительный расход кокса в подачу.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем увеличения расхода дутья (кислорода) в единицу времени предполагает улучшение газопроницаемости столба шихты. Это может быть достигнуто повышением прочности агломерата, отсевом мелких фракций и улучшением однородности гранулометрического состава шихтовых материалов, повышением давления газов в рабочем пространстве печи, снижением относительного выхода шлака и улучшением его физических свойств. Данные по влиянию различных технологических факторов на технико-экономические показатели доменной плавки представлены в таблице 2.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем снижения относительного расхода кокса предполагает уменьшение тепловых затрат на процесс и применение заменителей кокса в роли теплоносителя и восстановителя. Уменьшение тепловых затрат на процесс достигается улучшением подготовки сырья. Глубокое обогащение, производство легковосстановимого офлюсованного и прочного агломерата позволяют вести процесс с низким выходом шлака, исключением затрат тепла на разложение сырого флюса, наиболее выгодным сочетанием прямого и непрямого восстановления и обеспечением равномерного нагрева. Применение высоконагретого дутья уменьшает расход углерода-теплоносителя, а вдувание в горн углеводородсодержащих добавок уменьшает расход углерода-восстановителя.

Основными методами интенсификации доменного процесса являются:

1) совершенствование способов подготовки и улучшение качества сырых материалов; 2) высокотемпературный нагрев дутья; 3) увлажнение дутья; 4) обогащение дутья кислородом; 5) вдувание в горн углеводородсодержащих добавок; 6) комбинирование дутья; 7) повышение давления газов в рабочем пространстве доменной печи.

Наиболее важной является подготовка сырья к плавке. Ни один из методов интенсификации доменного процесса не может дать максимального эффекта при плохом качестве сырья.

Таблица 2 – Влияние качества шихты и технологических факторов на производительность доменной печи и удельный расход кокса

Нагрев дутья

Снижение расхода горючего при переходе от холодного дутья к нагретому или от менее нагретого дутья к более нагретому происходит в результате действия двух причин: 1) замены части тепла, выделяемого при сгорании углерода у фурм, теплом нагретого дутья и 2) изменений в доменном процессе, которые вызывают изменения в тепловом балансе плавки в сторону уменьшения расхода тепла. Количество тепла, вносимое нагретым дутьем на единицу выплавляемого чугуна, определяется уравнением

где V_д – объем дутья на единицу чугуна, м 3 ; с_д – теплоемкость дутья, кдж/(м 3 ×град);

t_д– температура дутья, °С.

Получаемая от нагрева дутья экономия тепла в виде горючего больше количества тепла, вносимого в печь нагретым дутьем, или, другими словами, тепло нагретого дутья заменяет такое количество горючего, которое при сгорании выделило бы большее количество тепла, чем вносится дутьем. Объясняется это тем, что тепло нагретого дутья не сопровождается образованием дополнительного количества газов, которые, уходя из доменной печи, уносили бы часть тепла. Следовательно, тепло нагретого дутья практически полностью используется в нижней части доменной печи и расходуется на прямое восстановление элементов, перевод серы в шлак и нагрев чугуна и шлака. Получаемое при сгорании у фурм углерода тепло в отличие от тепла нагретого дутья в доменной печи используется не полностью, так как часть его уносится из печи газами, образовавшимися при сгорании кокса, а часть теряется с охлаждающей водой и в атмосферу.

Изменения в тепловом балансе при нагреве дутья, влияющие на расход кокса, сводятся к следующему:

1. При повышении нагрева дутья уменьшается относительный расход кокса, а следовательно, уменьшается и количество газа на единицу чугуна. Меньшее количество газа, встречая то же количество железорудных материалов, передает им то же, что и ранее, количество тепла. В результате газ охладится больше и уйдет из печи с более низкой температурой. Таким образом, меньшее количество менее нагретого колошникового газа унесет меньше тепла из печи, увеличивая тепловой к. п. д. печи.

2. Уменьшение расхода кокса с повышением нагрева дутья при неизменном его количестве увеличивает производительность печи, а это значит, что в расчете на единицу чугуна уменьшаются тепловые потери с охлаждающей водой и в атмосферу через кладку печи. Эта статья также экономит тепло, увеличивая к.п.д. печи.

3. С уменьшением относительного расхода горючего уменьшается количество шлака вследствие уменьшения количества золы кокса и расхода флюса на ее ошлакование. Чем меньше количество шлака, тем меньше расход тепла на его нагрев. Кроме того, уменьшается расход тепла на испарение влаги и шлакование серы, так как их меньше вносится коксом. Эта статья также экономит тепло.

4. При повышении нагрева дутья возрастает температура в горне, поэтому более нагретые чугун и шлак уносят из печи больше тепла. Расход тепла увеличивается еще и потому, что при уменьшении расхода кокса и повышении температуры в горне возрастают степень прямого восстановления железа и переход кремния в чугун.

Относительная экономия тепла в доменной печи получаемая нагретом:

где Е – экономия тепла в доменной печи, отнесенная к общему расходу тепла на единицу чугуна;

q– алгебраическая сумма разностей всех статей расхода тепла на единицу чугуна при обычном (или менее нагретом) и нагретом дутье, кДж;

W – общий расход тепла в печи на единицу чугуна, кДж.

Экономия тепла и экономия кокса, не пропорциональна повышению температуры дутья, т.е. не одинакова при повышении температуры дутья на одно и то же число градусов по следующим причинам.

1. С увеличением нагрева дутья уменьшается относительный расход кокса, на сжигание которого требуется меньшее количество дутья, следовательно, выражение V_дс_дt_д, входящее в числитель уравнения, уменьшается, уменьшая значение величины Е.

2. С увеличением нагрева дутья уменьшается и величина q, которая при определенной температуре дутья (разной для разных условий плавки) может стать даже отрицательной и в такой мере, что числитель уравнения превратится в ноль. В этом случае экономии тепла при увеличении нагрева дутья не будет.

3. Чем выше нагрев дутья, тем полнее используется тепло в доменной печи, т. е. выше тепловой к. п. д. печи k_T за счет уменьшения потерь тепла с колошниковым газом, так как при уменьшении относительного расхода кокса уменьшаются количество колошникового газа и его температура, уменьшаются тепловые потери с охлаждающей водой и в атмосферу в расчете на единицу чугуна вследствие увеличения производительности печи.

4. Общий расход тепла W с увеличением нагрева дутья уменьшается, а так как величина W входит в знаменатель уравнения, то с ее уменьшением экономия тепла возрастает. Это единственная величина, способствующая возрастанию экономии тепла при увеличении нагрева дутья, однако ее влияние на общее изменение значения невелико по сравнению с влиянием трех предыдущих факторов.

Повышение температуры дутья на каждые 10 ºС в интервале от 1000 до 1300 ºС обеспечивает повышение производительности на 0,2-0,3% и снижение расхода кокса на 0,2-0,3%.

Современные доменные печи работают на дутье с температурой до 1250ºС. Дальнейшее повышение температуры дутья сдерживается возможностями воздухонагревателей и несовершенством конструкции фурменных приборов.

Увлажнение дутья

Естественная влага, содержащаяся в дутье, при высокой температуре в зоне горения диссоциирует на водород и кислород с поглощением большого количества тепла

Кислород влаги, так же как и кислород дутья, взаимодействует с углеродом кокса с СО

Суммируя реакции получим

Переходящие в газовую фазу продукты реакции водород и оксид углерода принимают затем участие в НВ.

Естественная влажность воздуха колеблется в значительных пределах как и течение суток, так и по временам года на 8–12 г в 1 м 3 воздуха, или на 1–1,5% по объему.

Колебания влажности дутья вызывают изменения в тепловом и температурном режиме горна и в ходе восстановления, что приводит к расстройствам хода печи, ухудшая технико-экономические показатели.

Устранить колебания естественной влажности можно двумя путями: осушением дутья и увлажнением дутья в таких пределах, чтобы влажность его была несколько выше естественной, но постоянной во времени. Второй путь является более простым и менее затратным, и применяется овсеместно.

Для обеспечения стабильной влажности дутья применяют его увлажнение путем добавления в дутье водяного пара. После стабилизации влажности дутья получили увеличение производительности на 10–16% и снижение расхода кокса на 3,5–5,8% при одновременном повышении температуры дутья на 200–250 град и количества дутья на 5–7%.

При увлажнении дутья повышение производительности печи достигается за счет более ровного хода печи, обогащения дутья кислородом влаги, снижения расхода кокса и некоторого увеличения количества дутья.

Снижение расхода кокса достигается вследствие повышения восстановительной способности газа. Образующиеся при разложении влаги восстановительные газы Н₂ и СО увеличивают НВ в зоне умеренных температур, уменьшая ПВ, которое протекает с поглощением тепла. Однако снижение расхода кокса может быть получено только при условии компенсации затрат тепла на разложение влаги и нагрев образовавшихся продуктов разложения влаги до температуры в зоне горения из расчета 72 град на 1% влаги в дутье, или 9 град на 1 г Н₂О в 1 м 3 дутья.

Но достоинства увлажненного дутья не исчерпываются его интенсифицирующим действием. Увлажненное дутье позволяет быстро и эффективно влиять на тепловое состояние печи, являясь мощным фактором регулирования доменного процесса «снизу». При возникновении горячего хода его быстро устраняют увеличением содержания влаги в дутье. При похолодании нормальный нагрев восстанавливают уменьшением содержания влаги в дутье.

При выборе влажности дутья следует учитывать, что ее увеличение без компенсации затрат тепла на разложение влаги, ведет к ухудшению ТЭП доменной плавки (см. таблицу 2).

Обогащение дутья кислородом

При обогащении дутья кислородом изменяются следующие параметры (рисунок 36):

1. Уменьшается расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода, так как при повышении содержания кислорода в дутье соответственно уменьшается содержание азота.

2. Уменьшается количество горнового газа на единицу сжигаемого у фурм углерода вследствие уменьшения содержания азота в дутье.

3. Повышается концентрация СО в горновом газе вследствие уменьшения разбавления его азотом.

4. Значительно возрастает температура в зоне горения, так как уменьшается объем образующихся газов.

Содержание О₂ в дутье, %

Рисунок 36 - Изменение некоторых параметров процесса при обогащении дутья кислородом

Перечисленные изменения параметров горения углерода у фурм при обогащении дутья кислородом вызывают как положительные, так и отрицательные изменения в ходе доменного процесса и его тепловом балансе.

При обогащении дутья кислородом снижается перепад давления газов между горном и колошником вследствие уменьшения выхода горнового газа на единицу сжигаемого углерода и скорости движения газов в столбе шихтовых материалов. Это позволяет увеличить расход дутья в единицу времени, т. е. увеличить количество сжигаемого в единицу времени кокса и соответственно повысить производительность печи.
При этом резко повышается температура фурменных газов, увеличивается их объем, что может стать причиной «нижних» подвисаний, то есть прекращения схода шихты в фурменные очаги из-за уровновешивания шихты подъемной силой газа. Поэтому повышение концентрации кислорода в дутье можно вести до температуры в фурменном очаге не выше 2200-2400°С. Дальнейшее обогащение дутья кислородом должно сопровождаться мерами по снижению температуры горения: увлажнение дутья или применение природного газа.
Повышение концентрации окиси углерода в газе увеличивает непрямое восстановление, соответственно уменьшая расход тепла на ПВ при условии, если будет обеспечено достаточное количество газов и их рациональное распределение.
Уменьшение количества горнового газа и повышение его температуры изменяют условия теплообмена так, что тепло от газов к шихте очень интенсивно передается в нижней части печи. В верхние зоны печи газ приходит с более низкой температурой, чем при обычном дутье.
Меньшее количество колошникового газа и более низкая его температура уменьшают количество уносимого с газом из печи тепла, способствуя экономии кокса. Наконец, увеличение производительности печи при обогащении дутья кислородом уменьшает потери тепла в расчете на единицу чугуна.

Наибольший эффект от кислородного дутья там, где выше развита степень прямого восстановления, ниже температура дутья и выше температура колошника, т.е. при выплавке доменных ферросплавов.

Уменьшение количества и понижение температуры колошникового газа, а также уменьшение потерь тепла с охлаждающей водой и в атмосферу в расчете на единицу сплава вследствие повышения производительности дают значительную экономию кокса.

Так, обогащение дутья кислородом на каждый 1% в диапазоне от 25 до 30% позволяет повысит производительность на 1,6-2,4%. Наилучшие результаты от применения кислорода достигаются при одновременном использовании природного газа.

Металлолом

Улучшение подготовки и качества сырых материалов

Основные мероприятия в области подготовки сырья должны быть направлены на повышение прочности агломерата, отсев мелких фракций, улучшение однородности гранулометрического состава, обеспечение постоянного среднего химического состава сырья. Повышение содержания железа в сырье на 1 % сопровождается повышением производительности печи на 2,5 % и снижением расхода кокса на 1,5—2,0 %. Замена обычного агломерата офлюсованным позволяет исключить из шихты доменной печи известняк. Снижение расхода известняка на 100 кг/т чугуна приводит к снижению расхода кокса на 3 %• Понижение содержания мелочи в шихте улучшает газопроницаемость столба шихтовых материалов и обеспечивает более равномерный ход газов в шахте печи. Уменьшение содержания мелочи в агломерате на 10 % приводит к увеличению производительности доменной печи на 10 %• Немаловажное значение имеет и улучшение качества кокса. Чем прочнее кокс, тем лучше работает печь. Необходимо принимать меры к снижению содержания в коксе золы и серы. Каждый килограмм серы, выведенный из состава шихты, дает экономию

17—20 кг кокса, а снижение содержания серы в коксе на 1 % приводит к уменьшению его расхода на 2,5 % и на столько же повышает производительность печи.

Применение высоконагретого дутья

Впервые нагрев дутья в доменной плавке применили в 1829 г. Первоначально дутье подогревали лишь до 1500C. По мере развития конструкций воздухонагревателей температура дутья постепенно повышалась и в настоящее время достигла 1350 °С. Повышение температуры дутья является одним из самых действенных факторов по снижению расхода кокса. С горячим дутьем в доменную печь поступает большое количество физического тепла. Это заменяет тепло, которое получают от сжигания кокса. Причем для создания такого количества тепла в горне доменной печи, которое вносится с воздухом, необходимо было бы получить тепла от сжигания топлива больше, чем вносится с дутьем, так как при сжигании топлива образуются газы, которые, уходя из доменной печи, уносят часть тепла. В то же время тепло дутья практически полностью используется на прямое восстановление элементов, перевод серы в шлак и нагрев чугуна и шлака.

При повышении температуры дутья от 1000 до 1200 0C расход кокса снижается на 4,5 %. В ближайшее время ставится задача повысить температуру дутья до 1250— 14000C, что потребует разработки новых конструкций воздухонагревателей и более стойких огнеупоров.

Обогащение дутья кислородом

Первые работы в мире по обогащению доменного дутья кислородом были проведены в СССР под руководством акад. И. П, Бардина.

С повышением содержания кислорода в дутье увеличивается количество сжигаемого кокса и материалов, проплавляемых в единицу времени, вместе с тем уменьшается количество тепла, выносимого с балластным азотом из горна печи. Температура в горне значительно повышается, улучшается отдача тепла от горновых газов шихте и газы приходят к колошнику печи более холодными. При обогащении дутья кислородом можно увеличить общее количество дутья, подаваемого в печь в единицу времени, что будет способствовать повышению производительности печи. Однако только обогащение дутья кислородом эффективно лишь при выплавке доменных ферросплавов, так как высокая температура в горне печи обеспечивает преимущественное развитие процессов прямого восстановления трудновосстановимых оксидов, что ограничивает повышение температуры н горне. Высокая газопроницаемость шихты благодаря более высокому расходу кокса при выплавке ферросплавов позволяет значительно форсировать ход печи.

При выплавке передельных чугунов в результате резкого повышения температуры в горне проходимость газов через слои шихты снижается. Кроме того, при температуре

20000C происходит интенсивная возгонка монооксида кремния SiO. Он конденсируется в зонах с более низкой температурой в виде тонкодисперсных частиц, уменьшающих газопроницаемость шихты. При повышении содержания кислорода в дутье на 2—3 % печь работает хуже. Повышение концентрации кислорода в дутье >23—24 % при выплавке передельного чугуна сопровождается замедлением плавки и подвисанием шихты. Для устранения этих нежелательных явлений и повышения производительности печи необходимо с дутьем вдувать добавки, понижающие температуру в горне. При этом возможно довести содержание кислорода в дутье до 35%. Такими добавками являются природный газ и мазут. При увеличении содержания кислорода в дутье до 30% производительность печи повышается на 10%, а расход кокса уменьшается на 9 %.

Вдувание в печь природного газа

Самой дорогой составляющей шихты доменного процесса является кокс. На долю кокса приходится 40— 50 % себестоимости передельного чугуна. Наиболее эффективным методом снижения расхода кокса является применение природного газа. Вдувание его в горн через фурмы вместе с нагретым дутьем получило наибольшее распространение. Природный газ состоит в основном из метана CH4 (>90 %). При попадании в зону высокой температуры метан разлагается по реакции CH4=C+ +2Н2. Углерод сгорает: 2С + 02=2С0 и суммарная реакция сгорания природного газа может быть выражена уравнением 2СН4+02 = 2С0+4Н2. В результате этой реакции горновой газ обогащается восстановительными газами. При сжигании природного газа возрастает количество доменных газов, если сравнивать в пересчете на 1 кг углерода, что затрудняет опускание шихты в доменной печи. Использование природного газа приводит к понижению температуры горения у фурм. Само по себе использование природного газа в доменной печи не приводит к заметному повышению производительности доменной печи. Для получения необходимого эффекта вдувание природного газа должно сопровождаться либо повышением температуры дутья, либо обогащением дутья кислородом. Эффективность использования природного газа в доменной печи заключается в увеличении содержания восстановителей в доменном газе, повышении доли реакций косвенного восстановления оксидов, что обеспечивает снижение расхода кокса.

Наибольшая доля в экономии кокса получается от увеличения косвенного восстановления благодаря повышению содержания водорода в горновых газах. Если при обычном дутье участие водорода в косвенном восстановлении составляет 7—9 %, то при вдувании природного газа оно возрастает до 25—30 %. Применение комбинированного дутья, состоящего из воздуха, обогащенного кислородом, и природного газа, решает проблемы, возникающие при использовании природного газа и кислорода по отдельности. Так, применение природного газа сопровождается увеличением количества горнового газа с понижением температуры в горне, а обогащение дутья кислородом ограничивается, наоборот, чрезмерным повышением температуры в горне. При этом объем горнового газа уменьшается. Совместное же применение этих двух интенсификаторов позволяет усилить положительный эффект каждого из них и взаимно компенсировать их недостатки. Однако необходимо строго регламентировать расход природного газа и кислорода с учетом других условий работы печи (качество сырья, нагрев и влажность дутья и т. п.). Для сохранения ровного форсированного хода печи на каждый кубический метр вдуваемого природного газа повышают расход кислорода на 1,6—2,0 M3j при этом расход дутья уменьшают на 1,5—1,8 %• Расход природного газа на дутье обогащенным кислородом до 30% составляет —150—200 м3/т чугуна.

Использование мазута и каменноугольной пыли

На многих доменных печах через воздушные фурмы при помощи форсунок с успехом вдувают в печь мазут. Расход мазута составляет 60 кг/т чугуна. Это топливо вызывает в доменном процессе те же изменения, что и природный газ. При горении мазута в печь вносится больше тепла, чем при горении природного газа, углерод мазута заменяет часть углерода кокса, водород усиливает косвенное восстановление оксидов. Использование мазута повышает производительность доменных печей на 2 % и снижает расход кокса на 10—12 %•

Более перспективным методом является вдувание в печь каменноугольной пыли. Количество пыли, вводимой в печь, составляет 60—80 кг/т чугуна, что понижает расход кокса примерно на такое же количество. Вдувание угольной пыли требует разработки процессов ее подготовки: измельчения, осушения, транспортировки. Еще более эффективным средством снижения расхода кокса является совместное применение природного газа и угольной пыли.

Повышение давления газов в печи

Этот способ интенсификации был впервые предложен инженером П. М. Есманским в 1915 г., но долгое время он не использовался, а только в 1941 г. по инициативе И. И. Коробова (директора завода им. Петровского) были начаты промышленные опыты. В настоящее время этот способ широко используется на заводах СССР. Повышение давления газа в печи значительно увеличивает производительность печи и несколько снижает расход кокса.

Повышение давления в печи можно иллюстрировать следующим примером: без повышенного давления на колошнике давление газа составляло 110 кПа, при этом давление дутья у фурм составляло 230 кПа, т. е. перепад давления Др=р0Р—рк = 230—110=120 кПа.

При повышении давления газа под колошником печи до 250 кПа стало возможным повысить давление дутья у фурм до 350 кПа, т. е. на 40 %, при этом перепад давления даже уменьшился: Др = 350—250=100 кПа.

Кроме повышения производительности печи и снижения расхода кокса, повышение давления способствует уменьшению выноса пыли вследствие снижения скорости газов на колошнике. В настоящее время новые печи работают с давлением газа на колошнике >250 кПа, что позволило повысить их производительность на 4—15 % и снизить расход кокса на 3—7 %, при этом вынос пыли уменьшился на 20—50 %•

Совершенствование методов управления процессом

Современная доменная печь является высокомеханизированным агрегатом. Управление многими процессами автоматизировано и осуществляется без вмешательства человека. Так, работой доменной печи № 9 объемом 5000 м3 Криворожского завода управляет вычислительная машина.

Для дальнейшей интенсификации процесса перспективным методом является автоматизация управления распределения материалов на колошнике. Вычислительная машина управляет по программе работой вращающегося распределителя шихты.

Дутье и природный газ автоматически распределяются по фурмам, регулируется соотношение дутье — природный газ. При совершенствовании распределения дутья по окружности печи производительность печей увеличивается на 2—4 % и расход кокса снижается на 1— 3 %•

Недостатком систем распределения дутья по фурмам является низкая стойкость дроссельных клапанов, которые при температуре дутья 12000C требует замены через два—три месяца работы. Необходимо изыскивать более жаропрочные материалы для конструкции клапанов. В настоящее время можно ставить задачу комплексной автоматизации всего доменного процесса; применение ЭВМ позволит управлять также и тепловым режимом печей.

Вдувание природного газа в горн печи

Вдувание природного газа существенно меняет характеристики отдельных явлений доменной плавки и прежде всего тепловые и газодинамические условия работы печи.

При горении углерода метана и других углеводородов на 1 кг С, сгорающего до оксида углерода, выделяется значительно меньше тепла, чем при горении углерода кокса. Это объясняется существенной затратой тепла на разложение углеводородов.

Учитывают также, что природный газ подается в доменную печь холодным, так как при нагреве природного газа свыше 500—600 °С протекает реакция его пиролиза с разложением на водород и сажистый углерод. Последний осаждается в газопроводах, затрудняя движение газа. Таким образом, при замене углерода кокса углеродом природного газа приток тепла в доменную печь снижается. Это является первым следствием использования комбинированного дутья.

где — доля кислорода в сухом дутье.

При использовании атмосферного воздуха ( = 0,21) коэффициент при азоте N2 =1,88. Тогда при горении единицы углерода природного газа в горне образуется 4,88 моля газа, а при горении углерода кокса — 2,88. Таким образом, вторым следствием вдувания природного газа является то, что в горне образуется больше газа по сравнению с обычной технологией.

Снижение прихода тепла в горне печи и рост количества газа в горне вызывают снижение температуры в горне (на 3—4 °С/м 3 природного газа). Это — третье следствие вдувания природного газа.

Увеличение количества газов, приходящихся на единицу сгорающего на фурмах углерода, должно вызывать снижение интенсивности плавки по коксу.

Кроме того, снижение расхода кокса вызывает уменьшение порозности шихты, а следовательно, и повышение сопротивления ее проходу газа.

При вдувании природного газа в горновом газе значительно увеличивается содержание водорода, что снижает вязкость и плотность газа. Это позволяет несколько повысить скорость газа в печи, не увеличивая перепада давления газа в печи.

Каждый 1% водорода газа вызывает рост интенсивности плавки на 0,5%. Поэтому расчеты по формуле (4.329) дают завышенные по сравнению с полученными на практике значения снижения интенсивности плавки (рис. 4.107). Некоторое снижение интенсивности плавки компенсируется ростом рудной нагрузки на кокс, в результате чего производительность печи при плавке на природном газе не только не ]уменьшалась, но, напротив, даже несколько увеличивалась. Это — четвертое следствие использования природного газа в печи.

Практические данные показали, что степень использования монооксида углерода при вдувании природного газа по сравнению с обычной технологией меняется мало. В связи с этим можно предположить, что изменение степени непрямого восстановления происходит в результате восстановительной работы водорода.

Итак, пятым следствием использования природного газа является снижение степени прямого восстановления. Эффективность использования природного газа связана с величинами степеней использования химической энергии монооксида углерода и водорода. Зависимость степеней использования монооксида углерода и водорода от количества вдуваемого природного газа на различных доменных печах проявляется по-разному. Несмотря на то что с ростом количества газа-восстановителя степень его использования должна испытывать тенденцию к снижению, в ряде случаев наблюдали обратную картину, что объясняют совершенствованием газораспределения в печи и другими технологическими обстоятельствами.

Заметное влияние использование углеводородов оказывает на теплообмен в доменной печи. Прежде всего снижается отношение что вызывает повышение температуры колошникового газа. Это — шестое следствие вдувания углеводородов в доменные печи.

Вдувание природного газа вызывает уменьшение суммарного коэффициента теплоотдачи в нижней части печи (из-за снижения температуры фурменных очагов) и его увеличение в верхней. Таким образом, вдувание природного газа приводит к выравниванию интенсивности процессов теплопередачи по высоте печи. В нижней, наиболее напряженной с точки зрения теплообмена зоне она снижается, в верхней возрастает. Это седьмое следствие вдувания природного газа в горн печи. Снижение прихода тепла в горн и уменьшение температур в горне должно увеличивать размеры окислительной зоны, что благоприятно скажется на сходе материалов. Это — восьмое следствие вдувания природного газа.

Вдувание природного газа в горн имеет следствием некоторое уменьшение химического нагрева чугуна из-за снижения в нем содержания трудновосстановимых элементов, в первую очередь кремния. Однако физический нагрев чугуна при этом меняется мало. Это — девятое следствие вдувания природного газа. Оценка воздействия вдувания природного газа в горн приводит к выводам:

1. Достигается экономия кокса

2. Снижение интенсивности плавки должно привести к уменьшению производительности печи, однако этого не происходит из-за роста рудной нагрузки на кокс. В результате имеют даже некоторое (небольшое) увеличение производительности.

3. Количество вдуваемого в печь природного газа ограничивается двумя факторами: нарушением газодинамических условий в печи и снижением температуры горна.

Вдувание мазута в горн печи

Мазут оказывает аналогичное природному газу воздействие на доменную плавку. Отличие заключается в том, что мазут при горении у фурм вносит в печь больше тепла (из-за меньшей теплоты разложения и большего количества углерода), образует в горне несколько меньше горновых газов и вносит в печь меньше водорода. Теплота сгорания мазута у фурм составляет 6100—6400 кДж/кг, т. е. несколько меньше, чем для кокса, и значительно больше, чем для природного газа. Вдувание мазута в горн вызывает некоторое (но меньшее по сравнению с природным газом) снижение температуры в горне печи. Опыт промышленного производства показал, что 1 кг мазута экономит 0,9-1,3 кг кокса. При пересчете с кокса на углерод кокса коэффициент замены 1 кг углерода кокса на 1 кг углерода мазута k_т составит следующую величину: допускают, что коэффициент замены равен 1,2 кг/кг; в 1,2 кг кокса (при содер-

жании углерода в коксе 85%) содержится 1,2-0,85 = 1,02 кг углерода; в 1 кг мазута, содержащем 84% углерода, находится 1,0*0,84 = 0,84 кг углерода. Тогда коэффициент замены составит 1,02/0,84 = 1,21 кг углерода кокса/кг углерода мазута, что существенно ниже, чем в случае замены кокса природным газом. С увеличением количества вдуваемого мазута экономия кокса и коэффициент замены кокса мазутом снижаются. На рис. 4.112 приведена зависимость коэффициента замены кокса мазутом от количества вводимого в горн мазута (по данным фирмы «Феникс Рейнрор», ФРГ).

Основной эффект воздействия мазута связан с прямой заменой углерода кокса углеродом мазута. Поскольку в печь вносится водорода значительно меньше, чем с природным и коксовым газами, влияние улучшения восстановительных условий, в частности снижение степени прямого восстановления, проявляется в меньшей степени.

По сравнению с природным газом и коксом мазут вносит в печь больше серы. Однако промышленный опыт показал, что на содержание серы в чугуне это не влияет.

Определенной проблемой являются транспортировка мазута в печи и его равномерная подача в зону горения. Высокая вязкость холодного мазута вызывает необходимость некоторого его подогрева.

Ограничения количества вдуваемого в печь мазута те же, что и в случае использования природного газа, а именно, ухудшение газодинамики плавки и снижение температуры в горне печи. Вдуванию большого количества мазута в горн препятствует также то обстоятельство, что в фурменной зоне горит только часть мазута; выделяющийся сажистый углерод нарушает ход плавки.

Вдувание угля в горн печи

Большим преимуществом пылевидного угля по сравнению с другими видами топлива является его низкая стоимость. При вдувании измельченного твердого топлива затраты и тепла на процессы термического его разложения небольшие, что обеспечивает сравнительно высокий (особенно по отношению к при родному и коксовому газам) приход тепла в горн доменной печи.

Основным следствием воздействия измельченного угля на процесс является непосредственная замена углерода кокса углеродом угля Поэтому коэффициент замены кокса углем во многом зависит от свойств угля, в частности от содержания в нем углерода, золы, серы и влаги. Чем выше содержание углерода в угле, тем большее значение имеет прямая замена им углерода кокса, тем выше приход тепла и горн лечи и выше коэффициент замены кокса углем. В отличие от газообразных и жидких восстановителей уголь практически не содержит водорода (кроме содержащегося в летучих и водяном паре), поэтому вдувание угля в горн оказывает слабое влияние на ход восстановительных процессов. Зола угля несколько увеличивает выход шлака в печи, что снижает экономию кокса при вводе угля в печь. Сера, вносимая углем, может частично переходить в чугун, что требует ограничения используемых углей по их сернистости. При вдувании угля газодингамические условия плавки практически не меняются. В связи с этим лимитирующим фактором количества используемого твердого топлива является нагрев горна. Уменьшение прихода тепла в горн из-за меньшей по сравнению с коксом теплоты сгорания угля и наличия водяных паров, претерпевающих в горне диссоциацию, приводит к снижению температуры горна. Поэтому в доменной плавке следует использовать высушенные угли.

На основе результатов многочисленных исследований на горячих стендах и на доменных печах в настоящее время хорошо известны условия, которые обеспечивают замену до 40—45% кокса вдуваемым пылеугольным топливом. К ним относятся:

1. Высокое качество кокса, применяемого в доменной плавке.

2. Высокое качество угля, используемого для вдувания в доменную печь.

3. Применение специальной техники вдувания, обеспечивающей полноту сжигания угля в фурменной зоне.

4. Обогащение дутья кислородом и вдувание кислорода совместно с углем.

При вдувании большого количества угля уменьшается объемная доля кокса в шихте, что повышает требования к обеспечению газопроницаемости столба шихты в шахте и коксового тотермана в горне. Главным условием выполнения этих требований является применение высококачественного кокса, обладающего высокой холодной и горячей прочностью.

Требования к качеству углей для вдувания в доменную печь сводятся к следующему:

• низкая зольность (не более 10—12%);

• высокое содержание летучих (30-40%);

• низкое содержание серы (не более 1%);

• высокая температура плавления золы (более 1400 °С);

• тонкое измельчение (80% крупностью 200 мм);

Особое значение имеет зольность вдуваемого угля, которая определяет коэффициент замены кокса углем, влияет на содержание кремния в чугуне и на выход шлака. Кроме того, абразивные свойства угля, влияющие на стойкость трубопроводов системы его вдувания, также определяются зольностью угля.

В связи со снижением газопроницаемости столба шихты при вдувании значительных количеств ПУТ и для поддержания производительности печей на необходимом уровне расход дутья сокращают, обогащая его кислородом. Особенностью технологии плавки при вдувании ПУТ является создание в осевой части печи коксовой отдушины из крупного кокса. На печах с конусными аппаратами для этого применяют специальные приемы загрузки. Для вдувания используют угли как с высоким, так и с низким содержанием летучих веществ. В связи с тем, что уголь не успевает сгорать в фурменной зоне, считают что для вдувания лучше использовать угли, несгоревшие частички которых имеют повышенную реакционную способность.

Экономическая эффективность доменного процесса при изменении условий работы доменной печи

Для определения и суммируют влияние всех изменяющихся по отношению к базовому периоду параметров (факторов ) плавки на расход кокса и производительность печи:

(3)

(4)

1.1Понятие экономической эффективности доменного процесса

Экономическая эффективность доменного процесса оценивается по показателям интенсивности доменного процесса.

Для того чтобы Оценить интенсивность доменного процесса используют следующие показатели:

1. Удельный расход кокса(размерность кг/т чугуна чем этот показатель меньше тем интенсивнее работает печь.

3. Кипо- коэффициент использования полезного объёма доменной печи
Интенсификация доменного процесса- это ускорение или увеличение скорости протекания процесса с целью повышения производительности доменной печи.

Повысить интенсивность хода доменной печи можно двумя способами:

1) Создать условия, при которых в гори можно подать больше количества дутья для сжигания кокса.

2) Создать условия обеспечивающих снижения расхода кокса на единицу выплавляемого чугуна.

Читайте также: