Спосіб ведення доменної плавки

Корисна модель відноситься до чорної металургії, зокрема до доменного виробництва, і може бути використана при виплавці чавун у в доменних печах із вдуванням у горно газоподібного й пиловугільного палива (ПВП). Відомий спосіб доменної плавки, що включає вдування в горно через фурмені прилади гарячого дуття, технологічного кисню, ПВП й компенсуючих компонентів, а саме пари, азоту й газоподібного палива, при цьому ПВП й кисень подають у внутрішній простір доменної печі через нижню половину рильної частини фурми під кутом 15-40° униз від осі фурми, а компенсуючі компоненти подають у канал фурменого приладу через його верхню половину, причому співвідношення кінетичних енергій киснево-вугільного струменя й гарячого дуття з компенсуючими компонентами дорівнює (0,5-1,0):1, а співвідношення об'ємних витрат технологічного кисню й компенсуючих компонентів (0,6-1,0):(0,2-0,4):(0,3-0,5):(0,4-0,6):(0,1-0,3):(0,2-0,4) на 1кг ПВП [RU, №2118989 С1, кл. С21В5/00, опубл. 20.09.1998p.]. Відомий спосіб характеризується значними енергетичними витратами, викликаними використанням спеціальних компенсуючих компонентів при їх введенні у дуття. При виводі із складу дуття того або іншого компенсуючого компонента губиться стабільність температури фурмених газів (теоретичної температури горіння Tt) при незмінних інших температурно-дуттьових параметрах, тому що не регламентується склад ПВП, що не забезпечує оптимального режиму ведення плавки. При зміні температурно-дуттьових параметрів, відсутність механізму компенсації заміни природного газу регламентованим складом ПВП, не дозволяє ефективно регулювати Т t, не порушуючи ви хід фурмених газів при необхідності зміни нагрівання печі при різних витратах ПВП. Найбільш близьким аналогом пропонованої корисної моделі є спосіб ведення доменної плавки, що включає завантаження шихти із вдуванням через фурми ПВП у вигляді вугільного пилу, природного газу, збагаченого киснем повітря, і окислених залізовмісних матеріалів, нагрівання з відновленням і плавлення, випуск продуктів плавки, при цьому масові співвідношення між залізовмісними матеріалами, що вводять додатково через фурми, вугільним пилом і технологічним киснем підтримують у межах (1-2):1:(1,5-2), а як залізовмісний матеріал використовують залізорудний концентрат або окалину [SU, №1235897 А1, кл. С21В3/00, 3/02, 5/00, опубл. 07.06.1986р.]. Ознаки найближчого аналога, що збігаються з суттєвими ознаками пропонованої корисної моделі: завантаження шихти; вдування через фурми ПВП, природного газу, і збагаченого киснем повітря; нагрівання з відновленням і плавлення; випуск продуктів плавки. Вдування природного газу як палива у відомому способі дозволяє скоротити витрату коксу, а також підвищити температуру гарячого дуття до рівня потужності повітронагрівачів. Однак при частковій або повній заміні природного газу, як дефіцитного й дорогого палива, не забезпечується можливість підтримування Tt на оптимальному рівні без порушення термодинамічних і газодинамічних параметрів плавки (параметри дуттьового режиму, що характеризують температурні умови в нижній зоні доменної печі). Це викликано тим, що в способі не передбачена регламентована подача палива залежно від вмісту летючих речовин у ПВП, які аналогічні вуглеводням (СН4, С2Н6, С3Н8 й ін.), що входять до складу природного газу й значно впливають на Tt. При заміні природного газу на ПВП зростає Tt і процес сходу й проплавляння матеріалів у доменній печі стає неможливим через різке збільшення об'єму фурмених газів. Підвищення Tt приводить до переміщення процесів відновлення в область високих температур і накладанню їх на процеси плавлення й шлакоутворення. При цьому газопроникність нижньої зони печі різко знижується, виникають порушення сходу шихти, що приводить до зниження продуктивності печі. Для зниження Tt і підтримки її на стабільному рівні потрібне подальше зниження температури гарячого дуття, коректування витрати кисню, уведення пари в дуття (або інших компенсаторів), що знижує те хніко-економічні показники доменної плавки. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу ведення доменної плавки, у якому за рахунок регламентованої подачі палива забезпечується підтримка теоретичної температури горіння на стабільному рівні, що дозволяє знизити енергетичні витрати при збереженні оптимального режиму ведення плавки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі ведення доменної плавки, що включає завантаження в піч шихти, вдування через фурми пиловугільного палива, природного газу, і збагаченого киснем повітря, нагрівання з відновленням і плавлення, випуск продуктів плавки, відповідно до корисної моделі здійснюють заміну вдуваємого природного газу на пиловугільне паливо, що подають із масовою часткою летючих речовин, визначеною за формулою: Vp=(0,2265*ΔT-Gпг*1068,8)/(Gпг*43,75-0,0078*ΔT), при цьому витрату пиловугільного палива для заміни необхідної кількості природного газу визначають за формулою: Gпвп=Gпг/(0,0078Vp+0,2265), де: Vp - масова частка летючих речовин у пиловугільному паливі, %; ΔT - необхідна величина коректування теоретичної температури горіння при зміні витрати природного газу, °С; Gпвп - ви трата пиловугільного палива, кг/м 3 дуття; Gпг - витрата природного газу, м 3/м 3 дуття; 1068,8; 43,75; 0,0078 й 0,2265 - емпіричні коефіцієнти, що є константами. Доцільно як пиловугільне паливо використовувати пісні, і/або газові вугілля, і/або антрацит, і/або їхні суміші. Для приготування ПВП використовують різні марки вугілля які забезпечують необхідний вміст летючих речовин в ПВП або їх суміші. Інтенсифікація роботи доменних печей з підвищенням температури дуття до 1200-1400°С, підвищенням вмісту кисню в дутті до 25-40% визначили підвищення (без урахування впливу додаткового палива) Тt до більш ніж 2500°С. Це у свою чергу визначає необхідність використання додаткового палива, що подається з дуттям для корегування й оптимізації в широкому інтервалі рівня Tt. Традиційним додатковим паливом, використовуваним у доменному виробництві, є природний газ. Визначені оптимальні технологічні режими використання природного газу та його вплив на Tt. При значному скороченні витрати природного газу з його заміною на ПВП потрібне корегування технологічного режиму. Для збереження на базовому рівні всіх основних технологічних параметрів, за винятком витрати природного газу, пропонується здійснювати заміну природного газу пиловугільним паливом з регламентованою витратою й масовою часткою летючих речовин, визначених згідно пропонованих залежностей. Регламентована подача природного газу й ПВП, що вдувають через фурми, дозволяє підтримувати оптимальні термодинамічні й газодинамічні параметри плавки: Tt без порушень оптимального режиму ведення плавки. Показник Tt у доменному процесі є важливим комплексним параметром дуттьового режиму, що характеризує температурні умови в нижній зоні доменної печі й тому перебуває під постійним контролем технолога. Залежно від отриманої масової частки летючих речовин у ПВП, вибір компонентів, що входять до складу ПВП (марок вугілля), здійснюється виходячи з наявної вугільної бази. Приклад 1 У доменну піч зверху скіповим підйомником через засипний апарат завантажували шихту, що складається з агломерату й окатишів. У зону горіння печі подавали дуття: вдували через фурми нагріте до 1100°С і збагачене киснем до 24% повітря, вологість якого становила 1,5%. У горно печі через фурми вдували природний газ. Добове виробництво печі (V - 1033м 3) становить 2200т, витрата збагаченого киснем повітря - 2100м 3/хв. Теоретична температура горіння на доменній печі при використанні природного газу в кількості 100м 3/т, визначена згідно формули відповідно до типової технологічної інструкції з доменного виробництва [Дніпропетровськ, 1990р, с.46] становила (витрата ПВП=0): Тt(ПГ)=2000+0,75*(1100-1100)+40*(2,0-1,5)+50*(24-25)+53*(9,0-7,16)=2068°С При виведенні із составу комбінованого дуття природного газу, теоретична температура горіння (Tt) при збереженні на тому ж рівні інших дуттьових параметрів склала 2447°С, що приводить до збільшення об'єму фурмених газів і порушенню режиму ведення плавки. Необхідна величина корегування теоретичної температури горіння для запобігання порушення режиму плавки склала: 2447-2068=379°С. Для компенсації зміни теоретичної температури горіння при повній заміні природного газу подавали ПВП з масовою часткою летючих речовин, визначеною за формулою: Vp=(0,2265*ΔT-Gпг*1068,8)/(Gпг*43,75-0,0078*ΔT)=(0,2265*379-0,0728*1068,8)/(0,0728* *43,75-0,0078*379)=35%, де, ΔT - необхідна величина коректування теоретичної температури горіння при зміні витрати природного газу, рівна 379°С; GПГ - витрата природного газу, яка дорівнює 0,0728м 3/м 3 дуття (0,0728м 3/м 3 дуття - кількість заміненого природного газу, еквівалентна його витраті 100м 3/т чавун у); 1068,8; 43,75; 0,0078 й 0,2265 - емпіричні коефіцієнти, що є константами. Витрату ПВП визначали за наступною формулою: GПВП=GПГ/(0,0078Vp+0,2265)=0,0728/(0,0078* *35+0,2265)=0,146кг/м 3 Для приготування ПВП використовували вугілля марки "Т" і вугілля марки "Г" з масовою часткою летючих речовин, рівною відповідно 14% й 42%, змішані в кількісному співвідношенні, що забезпечує масову частку летючих речовин 35%. ПВП вдували через фурм и в горно доменної печі. Приклад 2 Спосіб був випробуваний на доменній печі, дуттьові параметри роботи якої наступні: температура дуття 1100°С, вологість дуття - 1,5%, вміст кисню в дутті - 23% і при коректуваннях теоретичної температури горіння не змінюються. Добове виробництво печі (V - 1033м 3) становить 2000т, витрата дуття - 2020м 3/хв. Теоретична температура горіння на доменній печі при використанні природного газу в кількості 120м 3/т склала: Tt(ПГ)=2000+0,75*(1100-1100)+40*(2,0-1,5)+ +50*(23-25)+53*(9,0-8,13)=1966°С Виникла необхідність скорочення витрати природного газу. При заміні 80м 3/т природного газу на ПВП, теоретична температура горіння (Тt) склала 2253°С. Необхідна величина корегування Тt склала: 22531966=287°С. Масову частку летючих речовин у ПВП визначали по формулі: Vp=(0,2265*ΔТ-GПГ*1068,8)/(GПГ*43,75-0,0078* *ΔT)=Vp =(0,2265*287-0,055*1068,8)/(0,055*43,75-0,0078*287)=37%. Витрату ПВП визначали по наступній формулі: GПВП=GПГ/(0,0078Vp+0,2265)-0,055/(0,0078*37+ +0,2265)=0,107кг/м 3. Виходячи з наявної вугільної бази для готування ПВП використовували суміш вугілля із масовою часткою летючих речовин 14% (марка Т) і 42% (марка Г), змішані в кількісному співвідношенні, що забезпечує масову частку летючи х речовин 37% у готовому ПВП. ПВП вдували через фурми в горно доменної печі. Пропонована корисна модель за рахунок регламентованої подачі палива забезпечує підтримку Tt на стабільному рівні, що дозволяє знизити енергетичні витрати при збереженні оптимального режиму ведення плавки.