Интенсификация процесса выплавки чугуна
Определяющим условием интенсификации процесса выплавки чугуна в больших доменных агрегатах есть высокий уровень качества шихтовых материалов. При проплавке в замечательных доменных печах повышенные требования предъявляют к таким его чертям как крупность, прочность в горячем состоянии и холодном, восстановимость железорудных материалов и их поведение в высокотемпературной территории печи. Каждое из этих особенностей по собственному проявляется в разных условиях доменной плавки, в большей либо меньшей мере лимитируя процесс.
Как отмечалось выше, роль кокса в современных доменных печах проявляется в основном в нижней их части, где через коксовую насадку стекают шлак и чугун. газодинамический режим и Аэродинамические условия наряду с этим сильно зависят от наличия в коксе небольших частиц (фракций20-25). Одновременно с этим при определенных параметрах дутьевого режима скорость газа на колошнике достигает таких значений, при которых кокс может переходить в псевдоожижен-ное состояние.
В этом случае может происходить самопроизвольное перераспределение материалов в печи за счет сдвига рудной части шихты в зону с кипящим слоем, что нарушает движение печи. Вследствие этого для замечательных доменных печей повышенные требования предъявляют как по крупности кокса, так и по его прочности.
На рис. 1 приведены зависимости газопроницаемости насыпных весов кокса от его крупности, полученные Шатохой И.З. и Бокланом Б.В. методом определения утрат напора при продувке воздухом через насыпные веса кокса различного фракционного состава. Из рисунка видно, что градиент повышения утрат напора газа начинает самый быстро возрастать при крупности кокса менее 20-25 мм.
Уровень качества кокса оказывает значительное влияние на расположение и работу горна в печи пластичной территории. На рис. 2 приведена схема процессов, протекающих в печи при работе на коксе различного качества.
Ухудшение прочностных особенностей содержания и кокса в нем мелочи уменьшает длину разрыхленной территории в фурменных очагах, растягивает вниз уплотненный слой кокса, снижает высоту пластичной территории и напротив увеличивает высоту малоподвижного слоя кокса в центре печи. Так, сужается территория вольно перемещающегося кокса и начинается периферийный поток газа.
Нарушается стабильность теплового режима доменной плавки, ухудшаются шлака фильтрации и условия чугуна через коксовую насадку, что отрицательно воздействует на режим отработки продуктов плавки. Видно, что кокс занимает важное место в интенсификации процесса, в особенности в замечательных доменных печах. Во многих случаях низкий уровень качества кокса есть определяющим причиной, поскольку не разрешает обеспечить оптимальное газораспределение в печи, хорошую дренажную стабильный выпуск и способность горна продуктов плавки.
Рис.1. Изменение газопроницаемости, насыпной плотности кокса (АР) в зависимости от его фракции при разном числе оборотов барабана
Рис.2. Схема размещения пластичной территории в зависимости от качества кокса: а – качественный кокс; 6 – некачественный
Вторым не меньше ответственным причиной интенсификации доменной плавки есть уровень качества железорудного сырья и в первую очередь содержание в нем небольших частиц ( 5 мм), быстро снижающих порозность шихты. Повышение мелочи в шихте кроме того на печах маленького количества значительно ухудшает показатели доменной плавки. Наряду с этим не только понижается степень ее форсировки, но и ухудшается применение восстановительнойспособности газа.
Существенно в большей мере отрицательное влияние небольших частиц железорудного сырья проявляется на доменных печах громадного количества.-Это связано с тем, что наличие мелочи, наровне с резким ухудшением газопроницаемости слоя шихты, в замечательных агрегатах осложняет формирование рациональной структуры столба материалов, и формирует предпосылки для перехода части шихтовых материалов во взвешенное состояние в осевой самая открытой территории, необходимость в которой возрастает с ростом количества доменных печей. Предельное число мелочи содержится в агломерате, как наименее прочном из используемых железорудных материалов ввиду характерной его структуры. стабилизация и Дробление агломерата с многократным отсевом мелочи разрешает обеспечить высокие физико-механические особенности, но, наряду с этим значительно уменьшается выход годного агломерата, что ухудшает экономические показатели агломерационного производства и не всегда окупается увеличением эффективности доменной плавки.
Вследствие этого компанией “Син ниппон сэйтэцу” создан метод частичного применения в доменной плавке небольших фракций агломерата (6,5-3,0 мм), с отдельной их загрузкой в печь от главных материалов. Данный метод применили на замечательной доменной печи 4407 м3 завода в Явате, оборудованной бесконусным загрузочным устройством. Радиальное распределение шихты приведено на рис. 3.
Рис. 3. Радиальное распределение шихты: К – кокс; Рк – большой агломерат; Рм -небольшой агломерат
При таковой загрузке движение печи оставался стабильным, а содержание кремния в чугуне снизилось с 0,45 до 0,25%. Часть мелочи, поступающей на склад, уменьшилась с 12 до 8,5%. Хорошая подготовка доменного сырья формирует предпосылки для действенного применения вторых интенсификаторов доменной плавки, из которых на замечательных доменных печах громаднейшее распространение взяли увеличение давления газа на колошнике и использование комбинированного дутья.
Фактически все большие доменные печи трудятся с большим избыточным давлением газа на колошнике (до 250 кПа, а в отдельных случаях – до 275 кПа). Уменьшение сопротивления газов при повышении их давления в печи возможно применять как для форсирования плавки, так и увеличения ровности схода шихтовых степени и материалов применения химической и тепловой энергии газового потока. Помимо этого, с повышением давления газов ускоряется протекание процессов непрямого восстановления, в особенности при применении мелкопористых железорудных материалов.
Особенности применения большого давления газа на колошнике замечательных доменных печей проявляются в первую очередь в его влиянии на газораспределение. Потому, что доменные печи громадного количества, в большинстве случаев, трудятся с открытым центром, то скорость газа в данной территории высокая и громадна возможность перехода материалов во взвешенное состояние. Повышение давления на колошнике снижает скорость газа и его подъемную силу, что повышает устойчивость хода доменной плавки.
В работе обрисованы изучения влияния повышенного давления колошникового газа на работу горна замечательной доменной печи 5000 м3 комбината “Криворожсталь”. Установлено, что между давлением на колошнике, числом дутья и его кинетической энергией должно выдерживаться определенное соотношение. Особенно это принципиально важно для печей большего количества, поскольку с увеличением давления при других неизменных факторах значительно уменьшается глубина окислительной территории и создаются условия для периферийного потока газов.
На рис. 4 приведены информацию об трансформации протяженности окислительной территории, полученные в изучениях при работе печи в начальный период эксплуатации (1975-1976 гг.) с диаметром фурм 190 мм и в будущем (1980-1981 гг.) с уменьшенным диаметром фу рм (165 мм). В первоначальный период темп увеличения давления колошникового газа относительно увеличения расхода дутья был существенно выше, чем во втором.
Наровне с повышением диаметром фурм это предопределило низкую скорость и кинетическую энергию дутья его истечения (63,7-83,3 кДж/с и 160 м/с). В следствии протяженность окислительной территории сократилась с 1,5-1,6 до 1,1 -0,9 м, а фокус горения приблизился к срезу фурм с 0,65-0,9 до 0,2-0,1 м, ухудшилась доставка газа из фурменных очагов к центру печи. Как следствие, взял развитие периферийный поток газа, что стало причиной преждевременному выходу из строя элементов охлаждения заплечиков и шахты, оползанием гарнисажа, горению фурм и загромождению горна.
Во второй период темп роста давления газа на колошнике уменьшился. Уменьшение диаметра фурм и более рациональное соотношение давления расхода и изменений дутья колошникового газа обеспечили повышение кинетической энергии (102,0-107,8 кДж/с) и скорости истечения дутья (190 м/с).
Наряду с этим протяженность окислительной территории увеличилась до 1,3-1,6 м, а расстояние от среза фурм до фокуса горения – до 0,65-0,90 м. Улучшилась доставка газа к оси печи, о чем свидетельствовало понижение содержания СО в данной территории. Так, давление колошникового газа оказывает большое влияние на формирование фурменных очагов горения и газораспределение в печи и его значение должно устанавливаться в тесной связи с параметрами дутьевого режима.
Рис.4. Фактические размеры соотношений расхода дутья – давления колошникового газа (а), расстояния до фокуса горения (б) и протяженности окислительной территории (в) в периоды: 1 – 1975-1976 it.; 2- 1980-1981 гг.
С целью интенсификации процесса на больших доменных печах все шире используют нагретое обогащенное кислородом дутье, с одновре-мейкым вдуванием топливных добавок. В качестве топливных добавок в зависимости от наличия ресурсов применяют газ, мазут, пылеугольное горючее. Эффективность вдувания разных топливных добавок значительно повышается при одновременном увеличении температуры дутья либо обогащении его кислородом.
Особенно это относится к газу, требующему затрат тепла на раздоже-ние углеводородов. Вопрос о выборе оптимальных параметров комбинированного дутья есть актуальным, наряду с этим его нужно разглядывать неразрывно с качеством доменного сырья.
Автором на базе расчетно-теоретического анализа продемонстрировано, что в наше время доменной плавки при однообразном качестве сырья увеличение концентрации кислорода в дутье с одновременным повышением расхода газа тем действеннее, чем ниже температура дутья. Не считая влияния степени температуры восстановления и прямого железа колошникового газа такое явление в значительной степени обусловлено характером трансформации теплоотдачи горючего в горне (рис. 5).
При температуре дутья 1000-1200 °С суммарная теплоотдача углерода кокса, сгорающего у фурм, и вдуваемого газа по мере обогащения дутья кислородом растет, но рост ее замедляется; при температурах -1300 °С эта величина фактически не изменяется, а при достижении 1400 °С начинает уменьшаться.
Рис. 5. Теплоотдача углерода кокса, газа и суммарная при разных параметрах комбинированного дутья и температуре дутья, °С: 1 – 1000; 2-1 100; 3 – 1200; 4 – 1300; 5 – 1400
Рис. 6. Схема размещения территории размягчения – плавления в доменной печи № 5 5500 м-1 ЧерМК: 1-7 – см. рис. 38; 8-9 – зонды, при работе без кислорода (пунктирная линия) и с обогащением дутья кислородом (целая линия)
При работе на сырье пониженного качества эффективность применения кислорода и газа в доменной плавке быстро понижается. стаж работы доменных печей ЧерМК при недостатке подготовленного сырья и применение в шихте бедной сырой известняка и руды, и повышенном содержании мелочи в агломерате продемонстрировал, что прирост производства чугуна на любой дополнительный процент кислорода в дутье существенно ниже, чем в большинстве случаев достигают в особых доменных плавках на качественном сырье (2-3%), и образовывает 0,8-1,0%. Быстро снижается и коэффициент замены кокса природным газом.
Установлено, что в зависимости от наличия ресурсов кислорода и газа, и параметров цели управления процессом степень компенсации кислорода природным газом возможно поменять в широком диапазоне. Наряду с этим с улучшением качества сырья промежуток вероятных трансформаций степени компенсации кислорода природным газом расширяется. Использование кислорода на доменных печах громадного количества имеет характерные изюминки.
Это связано в первую очередь с необходимостью поддержания более большой начальной температуры газа у фурм для обеспечения приемлемых температурных условий в осевой территории печи, поскольку с повышением диаметра горна фурменный газ при перемещении к центру печи охлаждается в большей мере. Большое влияние оказывают параметры комбинированного дутья на размещение в печи территории размягчения – плавления.
Изучения, выполненные на доменной печи5500 м3, с применением горизонтальных зондов, расположенных на двух уровнях ниже поверхности засыпи приблизительно на 4 и 7 м, продемонстрировали, что территория размягченных материалов при работе без кислорода достигает уровня размещения нижних зондов в центральной и соседних кольцевых территориях. Потому, что на этом уровне температура газа в промежуточной и периферийной территориях составляла 800-900 °С, то возможно полагать,что линия начала размягчения рудных материалов (с учетом их высокотемпературных особенностей) находится ненамного ниже этих зондов (рис. 47, пунктирные линии).
Моделированием процесса установлено, что линия плавления рудных материалов смещена вниз, но наряду с этим сохраняется достаточный по высоте коксовый канал для прохода фурменных газов к оси печи. Такое размещение линии плавления связано в первую очередь с большими температурами плавления агломерата ЧерМК и фильтрации расплава через коксовую насадку.
Так, территория размягчения -плавления рудных материалов была растянутой по высоте печи, что отрицательно отразилось на газопроницаемости столба шихты. В этих условиях одним из дорог сокращения протяженности пластичной территории есть обогащение дутья кислородом с низкой степенью компенсации природным газом. Уменьшение выхода газов на единицу шихты с повышением теоретической температуры горения понижает температуру газа в шихте печи.
Помимо этого, вдувание дополнительных углеводородов повышает степень непрямого восстановления FeO. Все это смещает вниз линию начала размягчения.
Изучениями установлено, что при обогащении дутья кислородом до 25% с увеличением теоретической температуры горения с 2150 до 2220 °С температура газа на уровне нижних зондов в периферийной и промежуточных территориях понизилась до 350-500 °С. Движение доменной печи стал более стабильным, повысилась газопроницаемость столба материалов, что разрешило принять кислород без понижения расхода дутья.
коэффициент замены и Прирост производительности кокса природным газом на замечательной доменной печи были выше, чем на вторых печах. Установлено, что на больших доменных печах использование комбинированного дутья имеет собственные особенности, каковые нужно учитывать при оптимизации процесса. Сейчас на последовательности больших доменных печей за границей в качестве заменителя кокса начали использовать пылеугольное горючее.
Установлено, что большинство угля сгорает в течение нескольких долей секунды на расстоянии до 1 м по длине окислительной территории. При вдувании пылевидного угля содержание кислорода в горновом газе понижается стремительнее, а большое значение его температуры приближено к устью воздушных фурм по сравнению с работой лишь на коксе (рис. 48). Тенденция эта улучшается с возрастанием количества вдуваемого угля.
В следствии температура горновых газов при приближении к центру печи понижается. Вследствие этого при применении пылеугольного горючего на больших доменных печах нужно принимать меры по повышению начальной температуры горновых газов и их проникающей способности к оси печи для обеспечения обычного прогрева материалов в центре.
Данные исследований были положены в базу разработок промышленной технологии и установки вдувания пылеугольного горючего на доменной печи № 1 4158 м3 в Оита. При вдувании угля взяли мельчайший расход горючего (446,7 кг/т) и кокса (394,4 кг/т) по сравнению с работой лишь на коксе (469,3 кг/т) и с вдуванием мазута (соответственно 456,6 и 422,0 кг/т).
Рис.7. Распределение температуры горновых газов (а) и содержания кислорода (б) в них по оси воздушных фурм:
Использование интенсификаторов разрешает достигнуть на замечательных доменных печах высоких показателей. Так, удельная производительность превысила 2,0 т/ (м3 • сут), а суммарный расход горючего сократился на отдельных печах до 450-460 кг/т чугуна.
