Спосіб керування радіальним розподілом шихти і газів у доменній печі

Винахід відноситься до чорної металургії, а точніше до доменного виробництва, і найбільш ефективно може бути використаний при завантаженні доменних печей, обладнаних конусними завантажувальними пристроями. Відомий традиційний спосіб керування радіальним розподілом матеріалів і газів у доменній печі, яка обладнана конусним завантажувальним пристроєм, за рахунок зміни порядку рудних і коксових скіпів у змішаних подачах (Тарасов В.П. Завантажувальні пристрої шахтних печей/ В.П. Тарасов - М.: Металургія, 1974- 312с.). Збільшення рудного навантаження (відносини маси рудних матеріалів до маси коксу) у периферійній зоні біля стін колошника, верхньої частини доменної печі, призначеної для розподілу шихтових матеріалів, і зниження інтенсивності периферійного газового потоку здійснюють шляхом завантаження рудних матеріалів попереду коксу AAKK ¯ (два скіпи агломерату - рудного матеріалу, потім два скіпи коксу; стрілка - опускання великого конусу і зсипання шихти у доменну піч). Зменшення рудного навантаження у периферійній зоні і підвищення інтенсивності периферійного газового потоку здійснюють шляхом завантаження коксу попереду агломерату KAAK ¯ або KKAA ¯ . Відомий спосіб дозволяє ефективно керувати радіальним розподілом матеріалів і газів у доменній печі, але не дозволяє вирішити задачу, що стоїть перед винаходом, тому що не може бути застосований при роздільному завантаженні рудних матеріалів і коксу. Відомий спосіб завантаження доменної печі з перемінним рівнем засипу, відстанню від крайки опущеного великого конусу до поверхні шихти (Завантаження доменних печей па перемінному рівні засипу / B.I. Гладшиев, Г.М. Гуляєв, Б.І. Ашпин та ін.//Сталь.-1984.-№8.-С.10-12.). Збільшення рудного навантаження біля стін колошника і зниження інтенсивності периферійного газового потоку здійснюють шляхом збільшення рівня засипу. Зменшення рудного навантаження в периферійній зоні і підвищення інтенсивності периферійного газового потоку здійснюють шляхом зменшення рівня засипу. Відомий спосіб завантаження доменної печі також не дозволяє вирішити задачу, що стоїть перед винаходом, тому що його застосовують для змішаних подач, а рівень засипу змінюють незалежно від виду матеріалу, що завантажується: агломерату або коксу. Найбільш близьким способом завантаження доменної печі - прототипом є спосіб, що включає роздільне завантаження рудних матеріалів і коксу AA ¯ KK ¯, KK ¯ AA ¯, у тому числі збільшеними порціями KKKK ¯ AAAA ¯ (Патент України №51584А. МКВ С21В7/00//Промислова власність.-2002.-№11). Відомий спосіб роздільного завантаження доменної печі збільшеними порціями забезпечує більш рівномірний розподіл рудних матеріалів і газів по радіусі робочого простору; перерозподіл газового потоку в перерізі печі в шарах коксу й усунення порушень газового потоку, зв'язаних з нераціональним розподілом рудної шихти; підвищення газопроникності зони розм'якшення за рахунок кращого формування коксових вікон. Це дозволяє знизити питому витрату коксу на 25-35кг/т чавуну при одночасному збільшенні продуктивності доменної печі. Однак відомий спосіб завантаження не дозволяє вирішити задачу, що стоїть перед винаходом, тому що відсутня можливість керування радіальним розподілом матеріалів і газів у доменній печі. В основу винаходу поставлена задача створення нового способу керування радіальним розподілом шихти і газів у доменній печі, у якому зміна умов зсипання шихтових матеріалів при роздільному завантаженні дозволить цілеспрямовано перерозподіляти газовий потік і за рахунок цього підвищити ступінь використання відновної здатності газів і знизити питому витрату коксу на виплавку 1т чавуну. Поставлена задача вирішується тим, що в способі керування радіальним розподілом шихти і газів у доменній печі, що включає роздільну подачу рудних матеріалів і коксу, відповідно до винаходу, збільшення рудного навантаження і зменшення інтенсивності газового потоку біля стін колошника здійснюють шляхом завантаження рудних матеріалів при більшому рівні засипу, чим коксу, а зменшення рудного навантаження і збільшення інтенсивності газового потоку біля стін колошника - шляхом завантаження рудних матеріалів при меншому рівні засипу, чим коксу. Розподіл шихти і газів по радіусі колошника доменної печі багато в чому визначає техніко-економічні показники доменної плавки. Раціональним вважається розподіл, при якому біля стін рухається помірковано розвинений газовий потік, у зоні рудного гребеня з найбільшим рудним навантаженням газовий потік мінімальний, а найбільш розвинений потік газу формується в осьовій зоні. При такому розподілі досягається рівний сход шихти і відносна відповідність між кількістю рудних матеріалів і газів на різних ділянках радіусу печі, високий ступінь використання відновної здатності газів, переважно розвиваються реакції непрямого відновлення оксидів заліза газами, не потребуючі підвищеної витрати тепла, і знижується розвиток реакцій прямого відновлення заліза твердим вуглецем, що йдуть з поглинанням тепла. Наслідком цього є зниження питомої витрати коксу на виплавку чавуну при високій продуктивності доменної печі. Газовий потік у доменній печі хитливий. Під впливом зміни витрати дуття, якості шихтових матеріалів, властивостей доменного шлаку та інших факторів розподіл газів у печі змінюється. Типовим порушенням раціонального режиму доменної плавки є периферійний хід доменної печі, коли газовий потік біля стін надмірно розвинений, а в осьовій зоні його розвиток недостатній. При цьому ступінь використання відновної здатності доменного газу зменшується, збільшується розвиток ендотермічних реакцій відновлення заліза твердим вуглецем, підвищується витрата коксу. При тривалій роботі печі з надмірно розвиненим потоком газу біля стін колошника знижується активність процесів у центрі горна, починається захаращення горна, що супроводжується нерівним сходом шихти і зниженням продуктивності, можливий прискорений знос стін робочого простору. Для усунення периферійного ходу необхідні міри керування розподілом шихти і газів, спрямовані на зниження розвитку газового потоку біля стін печі. Іншим порушенням раціонального розподілу шихти і газів є перевантаження периферії, коли розвиток газового потоку біля стін печі недостатній, а кількість рудних матеріалів у цій зоні підвищена. При цьому спостерігається нерівний сход шихти і знижується продуктивність доменної печі. При тривалій роботі з перевантаженою периферією порушується рівномірність розподілу газів по окружності доменної печі, формуються канали з підвищеним розвитком газового потоку, знижується ступінь використання газів і збільшується витрата коксу, можливе формування настилів на стінах печі. Для усунення перевантаження периферійної зони необхідні міри керування розподілом шихти і газів, спрямовані на збільшення розвитку газового потоку і зменшення кількості рудних матеріалів біля стін печі. Контроль за розподілом газів по радіусі доменної печі здійснюють за непрямими ознаками: змісту СО2 у колошниковому газі, більшій швидкості газового потоку відповідає менший зміст СО2; температурі колошникового газу над поверхнею шихти, збільшення швидкості газового потоку супроводжується ростом температури газу. Багато доменних печей не обладнані засобами контролю складу або температури колошникового газу по радіусу печі. У цьому випадку про розвиток периферійного газового потоку можна судити по температурі під захисними плитами колошника за показниками термопар, встановлених рівномірно по окружності в стінах колошника. Збільшення температур під захисними плитами свідчить про посилення периферійного газового потоку. При раціональному розподілі шихти і газів зміст CO2 у колошниковому газі біля стін складає 10-16%, температура газу -140-180°С, середня температура під захисними плитами колошника 450-600°С. При периферійному ході газів зміст СО2 біля стін колошника менш 10%, температура газу - більш 180°С, середня температура під захисними плитами колошника - більш 600°С. Перевантаження периферійної зони характеризується змістом CO2 біля стін більш 16%, температурою газу менш 140°С і середньою температурою під захисними плитами менш 450°С при тугому сході шихти. Керування розподілом газового потоку здійснюють за рахунок різної газопроникності двох основних компонентів доменної шихти: рудних матеріалів і коксу. Більшою газопроникністю володіє механічно більш міцний кокс, з якого перед завантаженням відсівають фракцію - 25мм. Менш міцні рудні матеріали, що руйнуються в печі, з яких перед завантаженням лише частково відсівають фракцію - 5мм, надають проходу газів підвищений опір. У зонах колошника, куди подають більшу кількість рудних матеріалів і меншу кількість коксу, тобто збільшують рудне навантаження, інтенсивність газового потоку знижується. У зонах колошника, куди подають більшу кількість коксу і меншу кількість рудних матеріалів, тобто зменшують рудне навантаження, інтенсивність газового потоку збільшується. Винахід пояснюється ілюстраціями. На фіг.1 зображені траєкторії падіння шихти на колошник і розподіл матеріалів у печі. На фіг.2 показана зміна температур під захисними плитами колошника при різних режимах завантаження доменної печі. Шихтові матеріали зсипаються на колошник (фіг.1) при опусканні великого конусу 1 завантажувального пристрою по параболічних траєкторіях 2 і розподіляються по укосу раніше завантаженої шихти (поверхні засипу) 3 у виді шару змінної товщини 4-5. При роздільному завантаженні формуються шари коксу 4 і рудних матеріалів 5, що, не змішуються. У зоні падіння шихти на поверхню засипу формується гребінь матеріалу: коксу - 6, рудного матеріалу - 7. Йому відповідає максимальна товщина шару шихти, що зсипалася, і найбільша її маса. При збільшенні рівня засипу hзас крапка падіння шихти на поверхню засипу і положення гребеня наближається до стін колошника 8. Матеріал у більшому ступені концентрується біля стін. Зменшення рівня засипу сприяє збільшенню відстані l від стіни до гребеня. Маса матеріалу біля стін зменшується. Завантаження рудних матеріалів при більшому рівні засипу, чим коксу (фіг.1а), наприклад рудних матеріалів при рівні засипу 1,75м, коксу -1,50м, приводить до наближення рудного гребеня до стін колошника і віддаленню коксового гребеня від стін. Маса рудних матеріалів біля стін збільшується, а коксу зменшується. Рудне навантаження біля стін зростає. Газопроникність периферійної зони і периферійний газовий потік знижуються. Завантаження рудних матеріалів при меншому рівні засипу, чим коксу (фіг.1б), наприклад рудних матеріалів при рівні засипу 1,50м, коксу -1,75м, приводить до наближення коксового гребеня до стіп колошника і віддаленню рудного гребеня від стіп. Маса рудних матеріалів біля стін зменшується, а коксу збільшується. Рудне навантаження біля стін зменшується. Газопроникність периферійної зони і периферійний газовий потік зростають. Спосіб керування радіальним розподілом шихти і газів у доменній печі здійснюють у такий спосіб. Вихідна ìKKKK ¯ ï система завантаження í - 1 50 м з постійним рівнем засипу 1,50м і для коксу, і для агломерату. Роблять , ï AAAA ¯ î контроль змісту СО2 у колошниковому газі, або температури газу біля стін. При зменшенні змісту СО2 у периферійній зоні нижче 10%, чи збільшенні температури колошникового газу біля стін більш 180°С приймають рішення про підвантаження периферійної зони рудними матеріалами. Переходять до системи завантаження ì ïKKKK ¯ - 1,50 м з рівнем засипу при завантаженні коксу 1,50м і 1,75м для рудного матеріалу - агломерату. Після í ï AAAA ¯ - 1 75 м , î набору на великий конус 1 чотирьох скіпів коксу система керування завантаженням знаходиться в очікуванні, поки поверхня шихти опускається на відстань 1,50м від крайки великого конуса в опущеному стані. Після досягнення заданого рівня засипу великий конус 1 відкривається, і кокс зсипається на колошник, утворюючи шар коксу 4 (фіг.1а). Великий конус закривається. На його поверхню завантажують чотири скіпи агломерату. Система керування завантаженням знаходиться в очікуванні, поки поверхня засипу не опуститься на задані 1,75м. Після цього великий конус опускається, і агломерат зсипається на колошник, утворюючи шар 5 (фіг.1а). Потім цикл завантаження чотирьох скіпів коксу і чотирьох скіпів агломерату повторюється. При збільшенні змісту СО2 у газі біля стін колошника понад 16%, або зменшенні температури колошникового газу на периферії нижче 140°С при тугому сході шихти приймають рішення про розвантаження осьової зони і переходять до системи завантаження ì ïKKKK ¯ = 1,75 м . í ï AAAA ¯ = 1,50 м î У промислових умовах спосіб керування радіальним розподілом шихти і газів був випробуваний на доменній печі №4МК ім. Ілліча корисним об'ємом 2002м3. Доменна піч №4МК ім. Ілліча не обладнана засобами добору проб доменного газу і виміру його температури по радіусі колошника. Розвиток периферійного газового потоку контролювали по температурі під захисними плитами колошника. Після переходу від базової системи ìKKKK ¯ - 1,50 м ìKKKK ¯ ï ï спостерігалося зменшення середньої температури під завантаження í - 1 50 м до í , ï AAAA ¯ - 1 75 м ï AAAA ¯ , î î захисними плитами з 566 до 474°С (фіг.2), що свідчить про значне скорочення газового потоку біля стін. Після ì ïKKKK ¯ - 1,75 м знову спостерігалося збільшення середньої температури під переходу до системи завантаження í ï AAAA ¯ - 1 50 м , î захисними плитами колошника з 474 до 563°С (фіг.2), тобто інтенсивність периферійного потоку газів збільшилася. Досвід експлуатації доменних печей показує, що розширення можливостей керування радіальним розподілом шихти і газів дозволяє додатково знизити на 1,5-2,0кг витрати коксу на 1т чавуну при підвищенні продуктивності. За рахунок зниження питомої витрати коксу на доменній печі корисним об'ємом 2002м3 річний економічний ефект застосування нового способу керування радіальним розподілом шихти і газів орієнтовно складе 0,001*1,5*350*1200=630тис.грн., де 350-вартість 1т коксу, грн.; 1200-річна продуктивність доменної печі корисним об’ємом 2002м3.