Спосіб доменної плавки

Спосіб доменної плавки, який містить дискретне завантаження шихтових матеріалів через колошник і регулювання тиску, газу під колошником, що відрізняється тим, що тиск газу під колошником встановлюють на оптимальному рівні, величину якого залежноі від умов плавки визначають з рівняння: aQ д (1 - O 2 ) , кПа 2 dk × N2 (11) UA де q - відносні витрати дуття, м3/хвилину, на 1м перетин колошника; w - доля кисню в дутті, одиниць; а - відносний вихід пічного газу в фізичному об'ємі на 1м2 перетину колошника, м3/виливу; N2 - доля азоту в колошниковому газі, одиниць. Недоліком цього способу ведення доменної плавки є той факт, що він не враховує в процесі регулювання моментів завантаження шихти в піч. Відомі способи доменної плавки, в яких для покращення розподілу газового потоку по перетину печі застосовують періодичну зміну його тиску. Так, в (3) для створення коливання витрат дуття в повітропровід гарячого дуття вводили шибер. Частота таких коливань становила 4-5 хв-1. В результаті такого впливу на газовий потік зменшився перепад тиску в стовпі шихти, підвищилась продуктивність печі на 2,5% і зменшились витрати коксу на 5,4%. Пізніше з цією ж метою використовували пристрій типу дроселя. Недоліком такого способу доменної плавки є зменшення витрат дуття, тому що на деякий час перекривається повітропровід, та несприятливі 2 (19) Винахід відноситься до чорної металургії і може бути використаний при виплавці чавуну в доменних печах з регулюванням тиску газу під колошником. Відомо, що підвищення тиску газу під колошником сприяє підвищенню продуктивності доменних печей за рахунок збільшення кількості дуття, що вдувають (І). Істотним недоліком більшості способів доменної плавки з високим тиском газу під колошником є його утримання на постійному рівні, незалежно від зміни умов плавки, витрат та складу дуття. Відомий спосіб ведення доменної плавки, що частково враховує зміни деяких параметрів плавки при виборі величини тиску газу під колошником (2). В цьому способі тиск газу під колошником визначається залежно від витрат дуття, вмісту в ньому кисню, фракційного складу шихти та ступеню розвитку прямого відновлення із рівняння: q(1 - w) Pk = aN 2 34168 (13) A Pk (опт ) = де Рк(опт) - оптимальна величина абсолютного тиску газу під колошником, кПа; a - чисельний коефіцієнт, одержаний в результаті математичних дій з постійними величинами і оптимальним виходом пічного газу, м3/хвилину, на 1 м2 перетину колошника при робочому тиску газу під колошником; Qд - витрати дуття, м3/хвилину; Q2 - доля кисню в дутті, одиниць; dk - діаметр колошника, м; N2 - доля азоту в колошниковому газі, одиниць, при цьому перед опусканням кожної подачі шихти в піч тиск газу під колошником збільшують на 3040 кПа відносно оптимального, а потім після опускання подачі шихти і генерації сигналу на закриття газового клапану завантажувального пристрою або великого конусу, тиск газу під колишником знову зменшують до оптимального або заданого рівня. 34168 a - чисельний коефіцієнт, одержаний в результаті математичних дій з постійними величинами і оптимальним виходом пічного газу, м3/хвилину, на 1 м2 перетину колошника при робочому тиску газу під колошником; Qд - витрати дуття, м3/хвилину; Q2 - доля кисню в дутті, одиниць; dk - діаметр колошника, м; N2 - доля азоту в колошниковому газі, одиниць, при цьому перед опусканням кожної подачі шихти в піч тиск газу під колошником збільшують на 30-40 кПа відносно оптимального, а потім після опускання подачі шихти і генерації сигналу на закриття газового клапану завантажувального пристрою або великого конусу, тиск газу під колошником знову зменшують до оптимального або заданого рівня. В рівнянні (3): Рк(опт) є величина, яку знаходять, може змінюватися від Рк(min), як рівняється тиску, при якому ще можлива робота системи газоочистки (звичайно Рк(min)=0.15-0.30аті(15-30кПа)) до Рк(max), який залежить від комплексу умов - потужність і тип повітродувки, міцність конструкції повітропроводів, повітронагрівачів, доменної печі та конструкції завантажувального пристрою. Рк(max) встановлюють для кожної доменної печі при проектуванні і досягає для сучасних печей 2,5-3,0аті(250-300 кПа). Печі, що збудовані до 1975р., Рк(max) більш ніж 1,71,8аті(170-180 кПа) не мають; умови служби пристрою (висока температура окислювальне середовище). В (4) показано, що подача пульсуючого з частотой до 2 с-1 дуття сприяла збільшенню продуктивності печі на 4% і зменшенню витрат коксу на 1,2-2,4%. В японському патенті (5) для інтенсифікації процесів у шахті доменної печі запропоновано встановити дросельний клапан у газопроводі і при цьому створюється можливість роботи печі з вищим ступенем використання відновлювальної енергії пічного газу. Основним недоліком відомих способів доменної плавки, розглянутих вище, є те, що при організації пульсації тиску газів у робочому просторі доменної печі не враховуються моменти завантаження шихти на поверхність засипу, а відомо, що виніс дрібних фракцій шихтових матеріалів залежить прямопропорційно від квадрату швидкості газового потоку (6). Так, діаметр часток, що переходять у псевдорідинний стан знаходять з рівняння: d = 0.0764 W 2 gг , м gм де d-діаметр частки шихти, що переходять у псевдорідинний стан при швидкості газу W, м; 0,0764 - результат математичних дій з постійними величинами; W - швидкість газового потоку, м/с; gг і gм - щільність відповідно до газу та матеріалу часток, кг/м3. Таким чином, якщо момент завантаження подачі припаде на період зменшення тиску газу, виніс дріб'язку збільшиться. За прототип приймаємо спосіб доменної плавки з підвищеним і пульсуючим тиском газу на колошнику (7), сутність якого полягає в тому, що для покращення техніко-економічних показників доменної плавки амплітуду пульсації тиску газу на колошнику підтримують в межах 0,1-03 атм. Недоліком прототипу є, по-перше, не визначений рівень початкового тиску газу на колошнику, а по-друге, висока частота коливань тиску (40-60 година-1) (8). Для реалізації такого режиму необхідно з досить великою швидкістю закривати і відкривати регулюючий клапан, при цьому велика маса і об'єм газу набуває великого прискорення, а це приводить до гідравлічних ударів у системі доменна піч-газоочистка, отже може привести до руйнування елементів цієї системи. Мета цього винаходу полягає в оптимізації розподілу газового потоку по перетину печі, зменшенні опору стовпа шихти газовому потоку, зменшенні виносу дрібних фракцій шихтових матеріалів, підвищенні ступеню використання відновлювальної здатності пічного газу і ефективності плавки. Поставлена мета досягається тим, що тиск колошникового газу встановлюють на оптимальному рівні, величину якого залежно від умов плавки визначають з рівняння: Pk (опт ) = a= 4 ´ 98.16 , p´a де p постійне співвідношення при визначенні 4 площі; 98,16 - кількість кілопаскалів в 1 атм; а - оптимальний вихід пічного газу на 1 м2 перетину колошника і залежить від гранулометричного складу шихти і рівняється: при вмісті фракції 5-0 мм в шихті від 15% і більше - 48 м3/хвилину, при вмісті цієї фракції до 15% - 52 м3/хвилину. Вихід газу визначають у фізичному об'ємі при встановленому тиску під колошником. Тоді чисельний коефіцієнт a=2,6-2,4, а в середньому -2,5; dк - діаметр колошника для кожної печі величина постійна; N2 - доля азоту в колошниковому газі залежить від вмісту кисню в дутті О2 та ступеню прямого відновлення оксидів заліза в печі і коливається від 60% (робота на атмосферному дутті і низьким рівнем його нагрівання) до 40% (робота печі на дутті, збагаченому до 40% О2 і нагрітому до температури понад 1150-1200°С). Технологічний результат, який можна отримати від використання заявленого винаходу - спосіб доменної плавки, складається з того, що, оптимальний розподіл газового потоку по перетину печі одержують шляхом встановлення оптимального тиску газу під колошником, величину якого знаходять з рівняння (3), а зменшення опору стовпа шихти газовому потоку, зменшення виносу дрібних фракцій шихтових матеріалів, збільшення ступеню використання відновлювальної здатності пічного газу та ефективності плавки забезпечують за рахунок підвищення тиску газу під колошником перед завантаженням кожної подачі шихти на 0,3-0,4 aQ д (1 - O 2 ) , кПа 2 dk × N2 де Рк(опт) - оптимальна величина абсолютного тиску газу під колошником, кПа; 2 34168 кг/см2 (30-40кПа) відносно оптимального рівня та зменшення його до оптимального або заданого рівня після подачі, сигналу на закриття газового клапану завантажувального пристрою або великого конусу. Така періодична зміна тиску в робочому просторі з частотою 6-10 година-1 забезпечує при постійних витратах і складах дуття таку ж періодичну зміну об'єму пічного газу, то ж стимулює проникнення відновлювального газу в дільниці із зменшеною газопроністю, тим самим збільшуючи сумарну газопроність стовпа шихти і ступінь використання відновлювальної здатності газу, на кінцевому рахунку, зменшеним витрат коксу. Зменшення об'єму нічного газу в момент опускания подачі зменшує швидкість фільтрації газу через свіжозасипаний шар шихти і зменшує кількість дрібних фракцій матеріалу, що виноситься із печі газовим потоком. При цьому опір стовпа тому газовому потоку не тільки не збільшується, а навіть зменшується в результаті розпушування стовпа шихти. Заявлений спосіб доменної плавки містить дискретне завантаження шихтових матеріалів через колошник і регулювання тиску газу під колошником, що означає встановлення його на оптимальному рівні при зміні умов плавки з рівняння (3) і збільшення його на 0,3-0,4 кг/см2 (30-40кПа) перед завантаженням подачі шихтових матеріалів у піч з наступним зменшенням його після подачі сигналу на закриття великого конусу або газового клапану завантажувального пристрою до оптимального або заданого рівня. Приклад реалізації способу доменної плавки. Доменна піч №2 заводу ім. Петровського працює з втратами 1500 м3/хвилину атмосферного дуття і має в колошниковому газі 0,562 одиниці азоту, діаметр колошника 5 м, тоді оптимальна величина тиску газу під колошником буде дорівнювати (вміст фракції 5-0 мм у шихті становить понад 20%) за формулою (З): Pk (опт ) = 2,6 цьому вихід газу (а) на 1 м2 перетину колошника зменшується з 48 до 42,3 м3/хв, а швидкість фільтрації газу в стовпі шихти зменшується відповідно до рівняння: a , м/с, W= 60e де e - порізність шару матеріалу, м3/м3 і дорівнює приблизно 0,5 для шару, що рухається і вміщає 20% фракції 5-0 мм; 60 - число секунд в 1 хвилині, одиниць. Так для а=48 м3/хв W48=1.6 м/с, а для а=42,3 м3/в W42.3=1.4 м/с, або швидкість фільтрації зменшилась на 12,5%, а діаметр часток агломерату, що переходять в псевдокип'ячий стан збільшується, як це витікає з рівняння [8.16.32] : d = W 2 = d 48 d= 42 .3 gг , 13,088 g м м, звідки 1.6 2 ´ 0.578 = 31.4 ,а 13.0888 ´ 3.6 1.4 2 ´ 0.508 = 21.1, мм, або на 32% 13.088 ´ 3.6 менше, ніж d48. В такій же пропорції зменшиться і діаметр часток, що виносяться газовим потоком через колошник, отже на таку ж величину зменшиться і виніс колошникового пилу, тобто зменшуються витрати залізорудного матеріалу. На доменних печах заводу ім. Петровського виніс колошнікового пилу становить приблизно 100 кг/т чавуну, тобто зменшення витрат залізорудної частини шихти становитиме: 100*0,328=32,8 кг/т, що в цінах 1998р зменшить експлуатаційні витрати на виплавку чавуну не 127*0,0328=4,166 грн/т (127 ціна 1 т агломерату виробництва ПГЗК, грн). Економія витрат на об'єм виробництва чавуну в 1998р становитиме 4,166*1127000=4694 тис. грн (1127000 - виплавка чавуну в 1998 p, т). З врахуванням підвищення ступеню використання газу (9, табл 5) і зменшення витрат коксу економія витрат може бути значно вищою. 1500(1 - 0,21) = 219 кПа (абсолютних) 25 ´ 0,562 Перед відкриттям великого конусу тиск газу під колошником підвищують до 219+30=249 кПа, при __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3