Спосіб роботи доменної печі

1 Спосіб роботи доменної печі, що включає завантаження на колошник некоксівного вугілля і вдування через фурми нагрітого дуття з одержанням продуктів газифікації для технологічних і енергетичних потреб, який відрізняється тим, що в перебігу газифікації виконують двоступінчасте охолодження газів до температури 600-950°С шляхом завантаження з вугіллям суміші твердих "охолоджувачів", а саме, шлаків силикомарганцю, феромарганцю, конвертерного шлаку, зварювального шлаку та інше, до температури 100-500°С шляхом подачі над рівнем засипки матеріалів охо лодженого колошникового газу, КІЛЬКІСТЬ ЯКОГО В ЦИКЛІ рециркуляції встановлюють з вираження 1 Ч,=( ш c m - t K c K +V C T t CT c C T -V C T tK c K )/ Винахід відноситься до чорної металурги, зокрема, до способів роботи доменної печі в режимі газифікації некоксівного вугілля ВІДОМІ способи роботи доменної печі з одержанням відновних і опалювальних газів для технологічних і енергетичних потреб металургійних підприємств [1 И Г Товаровский, В П Лялюк "Эволюция доменной плавки" -Днепропетровск - "Пороги" -2001 С 307-321,2 ВИ Шатоха, И 3 Шатоха, Б Я Василенко Аналитическая оценка возможности использования доменных печей для газификации кокса из низкосортных углей // Металлургическая и горнорудная промышленность -1994 - № 4 - С 3-6 ] Вони включають завантаження на колошник некоксівних вупль і вдування через фурми нагрітого дуття з одержанням продуктів газифікації для технологічних і енергетичних потреб ник некоксівного вугілля і вдування через фурми нагрітого дуття з одержанням продуктів газифікації для технологічних і енергетичних потреб [3 Патент РФ № 1770362 А1 3 21 В 7/00 23 10 1992 Бюл №39] Недоліком відомого способу є необхідність відводу основної частини гарячих газів із зони газифікації через бічні газовідводи печі для наступного їхнього використання В основу винаходу поставлена задача одержання охолоджених відновних і опалювальних газів в просторі печі і їхнього транспортування з печі до газоочистки через існуючі газовідводи Це дозволить забезпечити їхнє використання для будь-яких потреб підприємства (у т ч що змінюються) Поставлена задача вирішується таким чином На відміну від відомого способу роботи доменної печі, що включає завантаження на колошник некоксівного вугілля і вдування через фурми нагрітого дуття з одержанням продуктів газифікації для технологічних і енергетичних потреб, у перебігу газифікації роблять двоступінчасте охолоджен Недоліком зазначених способів є необхідність використання гарячого газу або спеціального його охолодження перед використанням Як прототип узятий відомий спосіб роботи доменної печі, що включає завантаження на колош /(tK c K - t D 3 C D ),M /M 3 шахтного газу, де t, с - температури і теплоємності ВІДПОВІДНО газів шахтного - індекс "ш", колошникового - індекс "к", стороннього - індекс "ст", рециркулюючого охолодженого - індекс "р", °С, кДж/(м3 К), Vp, VCT - КІЛЬКІСТЬ рециркулюючого і стороннього газів ВІДПОВІДНО, м3/ м3 шахтного газу 2 Спосіб за п 1 , який відрізняється тим, що в шихту задають самофлюсуючу суміш злаків силикомарганцю, феромарганцю і конвертерного шлаку, а отриманий у ході плавки метал додають у чавун інших доменних печей з вилученням з їхньої шихти марганцевих додатків о (О о (О ня газів до температури 600-950°С шляхом завантаження з вугіллям суміші твердих «охолоджувачів» (шлаків силикомарганцю, феромарганцю, конвертерного шлаку, зварювального шлаку й ш), до температури 100-500°С шляхом подачі над рівнем засипки матеріалів охолодженого колошникового газу, КІЛЬКІСТЬ якого в циклі рециркуляції встановлюють з вираження 3 Vp— (Іці Сщ-Тк C K + V C T їст Сст-VcT t K C K ) / ( t K C K -tp Cp), 3 м /м шахтного газу, де t, с - ВІДПОВІДНО температури і теплоємності газів шахтного (індекс ш), колошникового (індекс к), стороннього (індекс ст), рециркулюючого охолодженого (індекс р), °С, кДж/(м К), Vp, VCT - КІЛЬКІСТЬ рециркулюючого і сторонньо3 3 го газів ВІДПОВІДНО, м /м шахтного газу При цьому в шихту задають самофлюсуючу суміш шлаків силикомарганцю, феромарганцю, конвертерного шлаку, зварювального шлаку й ін , а отриманий у ході плавки метал додають у чавун інших доменних печей з виключенням з їхньої шихти марганцевих додатків Між ІСТОТНИМИ ВІДМІННИМИ ознаками винаходу і технічним результатом, що досягається, є наступний причинно - наслідковий зв'язок Оскільки при виході зі стовпа шихти газ має високу температуру, необхідно його охолодження при дотриманні умови збереження відновного потенціалу і теплотворності або їхньої підтримки на рівні, близькому до попереднього Перший етап охолодження виконується в стовпі шихти шляхом додатку до вугілля вапновмісних і металовмісних компонентів, що не виділяють при нагріванні і ХІМІЧНИХ реакціях СОг і НгО і поглинаючих тепло в ході ендотермічних перетворень у стовпі шихти Такими компонентами є шлаки силикомарганцю і феромарганцю, конвертерний і зварювальний шлаки, а також ІНШІ вторинні ресурси, що не містять вищих оксидів металів КІЛЬКІСТЬ ЦИХ компонентів визначається з теплового балансу процесу газифікації виходячи з умови, що температура газів, що відходять, повинна перевищувати температуру інтенсивного виділення смол (200-500°С) і складати щонайменше 600°С Другий етап охолодження газу виконується над рівнем засипки матеріалів шляхом вдування через установлені по колу колошника фурми охолодженого і компримірованого колошникового газу, що рециркулює у газовідводящій системі КІЛЬКІСТЬ рециркулюючого газу не повинна перевищувати КІЛЬКОСТІ газу, що утворюєься в шахті печі Виходячи з цього і приймаючи в приведеному вище вираженні V P =1M 3 /M 3 шахтного газу, tK=500 (максимум), tCT=0 одержимо з вираження tm=950°C - максимально припустиму величину температури газу, що відходить Таким чином, температура газу, що відходить зі стовпа шихти, у різних умовах складає від 600 до 950°С Температура колошникового газу при цьому повинна бути на рівні, що забезпечує нормальну роботу завантажувального пристрою, тобто « 500°С Для забезпечення цієї умови в кожному випадку встановлюється КІЛЬКІСТЬ охолодженого (рециркулюючого) газу Нехай на рециркуляцію йде обсяг газу Vp м/м3 шахтного газу і до нього додається стороннього газу VCT м3/м3 шахт 60609 ного газу при температурах шахтного, стороннього, колошникового й охолодженого (рециркулюючого) ВІДПОВІДНО \ш, tci, tK, t p , і питомих теплоємкостях с ш , Сет, ск, С Тепловий баланс газу р має наступний, вигляд t m Сш+tci Сет VcT+tp Cp V p = t K Ск (1 + V C T + V p ), ВІДКІЛЯ Ур~№и Сщ-Тк CK+VCT ЇСТ ССТ СТ К ^К)'(Ч< Ск-Ір Ср), м /м шахтного газу Установлення для кожного випадку величини температури газу, що відходить зі стовпа шихти, з діапазону 600-950°С и припустимої величини температури колошникового газу (100-500°С) з наступним визначенням КІЛЬКОСТІ рециркулюючого газу по зазначеному вираженню дозволяє забезпечити режим газифікації вугілля й охолодження газу, при якому цільовий продукт - газ відповідає установленим вимогам по складу і температурі Крім того при завданні в шихту самофлюсуючоі (по балансі шлакоутворюючих компонентів) суміші шлаків силикомарганцю, феромарганцю і конвертерного шлаку отриманий у ході плавки метал додають у чавун інших доменних печей з вилученням з їхньої шихти марганцевих добавок Таким чином, ІСТОТНІ ВІДМІТНІ ознаки способу, що заявляється, забезпечують досягнення технічного результату, що полягає в одержанні відновного й опалювального газу в охолодженому стані з наступним його використанням у технологічних і енергетичних агрегатах При цьому використання побічних продуктів газифікації, зокрема чавуна, дозволяє збільшити ефективність одержання газу і поліпшити технологію на інших доменних печах Споживчий результат виразиться в заміні природного газу продуктами газифікації вугілля і скороченні витрати коксу на доменних печах підприємства Сутність способу, що заявляється, полягає в тому, що в доменну піч завантажують кускове некоксівне вугілля і флюс для одержання відновного й опалювального газу Однак температура газу, що відходить зі стовпа шихти, складе при цьому величину, що значно перевищує температуру, припустиму за умовами експлуатації завантажувального пристрою, тобто » 500°С Для охолодження газу в пропонованому способі застосовується двоступінчасте зниження температури 1) у стовпі шихти шляхом завантаження з вугіллям металовмісних (головним чином залізовмісних) компонентів, 2) над рівнем засипки матеріалів шляхом вдування через установлені по колу колошника фурми охолодженого (компримірованого) колошникового газу, що рециркулює у газовідводящій системі Перша ступінь охолодження виконується до температури 600-950°С шляхом завантаження з вугіллям суміші твердих «охолоджувачів» (шлаків силикомарганцю, феромарганцю, конвертерного шлаку, зварювального шлаку й ш ) Вибір таких «охолоджувачів» визначається тим, що вони практично не містять вищих оксидів металів і не виділяють при нагріванні і ХІМІЧНИХ реакціях СОг і НгО, а в ході ендотермічних перетворень у стовпі шихти поглинають тепло Це сприяє підвищенню відновного потенціалу і теплотворності газу, а також зниженню його температури при виході зі стовпа шихти КІЛЬКІСТЬ зазначених компонентів визначається з теплового балансу процесу газифікації виходячи з умови, що температура газів, що відходять, повинна перевищувати температуру інтенсивного виділення смол (200500°С) і складати щонайменше 600°С Максимально припустима величина температури газу, що відходить, складає 950°С виходячи з того, що КІЛЬКІСТЬ рециркулюючого газу не повинна перевищувати КІЛЬКОСТІ газу, що утворюється в шахті печі, а максимум температури колошникового газу складає tK=500 при відсутності стороннього газу (обчислюється з вираження балансу газу) Таким чином, величина температури газу, що відходить зі стовпа шихти, у межах 600-950°С при припустимій величині температури колошникового газу 100-500°С визначає умови рециркуляції охолоджувального газу, КІЛЬКІСТЬ якого встановлюють по рівнянню балансу газу 60609 гріте в повітронагрівачах атмосферне дуття або дуття, збагачене киснем Можливе вдування паливних додатків, наприклад здрібненого вугілля Рівень засипки матеріалів установлюють поблизу нижньої крайки циліндричної частини колошника, а над цим рівнем по колу колошника установлюють фурми, через які вдувають охолоджений колошниковий газ, попередньо підданий очищенню і комприміруванню Охолоджуваний газ рециркулює у системі таким чином, що частина газу, що відходить, після очищення й охолодження компримується і вдувається через установлені на колошнику фурми в потік шахтного газу, охолоджуючи його до необхідної температури (tK), а інша частина надходить споживачам КІЛЬКІСТЬ охолоджуваного колошникового газу, рециркулюючого в системі (Vp), визначають зі співвідношення У р ~ № и Сщ-Тк C K + V C T tcT Сст-VcT t K C K ) / ( t K C K -tp Cp), M /м шахтного газу, де t, с - ВІДПОВІДНО температури і теплоємності газів шахтного (індекс ш), колошникового (індекс к), стороннього (індекс ст), рециркулюючого охолодженого (індекс р), °С, кДж/(м К), Vp, Уст - КІЛЬКІСТЬ рециркулюючого і стороннього газів ВІДПОВІДНО, м3/ м шахтного газу При завданні в шихту самофлюсуючої (по балансі шлакоутворюючих) суміші шлаків сидикомарганцю, феромарганцю і конвертерного шлаку отриманий у ході плавки метал може бути доданий у чавун інших доменних печей з вилученням з їхньої шихти марганцевих додатків Отриманий відновний і опалювальний газ містить мінімальну КІЛЬКІСТЬ (ДО 1%) СО2 і Н2О, температуру 100-500°С і може бути використаний після очищення для технологічних і енергетичних потреб підприємства Спосіб здійснюється таким чином На колошник доменної печі завантажують кускове некоксівне вугілля, шлак силикомарганцю (феромарганцю), конвертерний шлак, зварювальний шлак і ІНШІ кускові металовмісні і вапновмісні матеріали КІЛЬКІСТЬ металовмісних і вапновмісних матеріалів визначають з умови повного офлюсування золи вугілля і шлакоутворюючих компонентів при заданій основності кінцевого шлаку У фурми доменної печі - газогенератора вдувають наwp 5,0 Нр 3,1 Ар 24,0 ор КШ ШСМ Зола СаО 37,3 20,3 8,0 МдО 6,5 3,4 2,0 АІ2О3 2,8 6,1 26,5 Vp, VCT - КІЛЬКІСТЬ рециркулюючого і стороннього газів ВІДПОВІДНО, м3/ м шахтного газу Рециркулюючий газ не виключається із системи, а лише віддає надлишкове тепло, так що загальна КІЛЬКІСТЬ товарного газу відповідає КІЛЬКОСТІ газу, що утвориться в шахті з урахуванням стороннього газу При завданні в шихту самофлюсуючої суміші шлаків силикомарганцю, феромарганцю і конвертерного шлаку, отриманий в перебігу плавки метал містить до 20% марганцю Його додають у чавун інших доменних печей з вилученням з шихти цих печей марганцевих додатків, що сприяє економії коксу Приклад реалізації способу Доменна піч об'ємом 2000м3, що працює на атмосферному дутті з температурою 1100°С при вологості 4%, переводиться в режим газифікації некоксівного вугілля Застосували худе вугілля, якому притаманна практична відсутність смолоутворення в печі і зв'язане з цим ускладнення технологи Склад робочої маси вугілля, % Np 0,9 У якості "охолоджувачів" застосовуються (крім золи, що міститься у вугіллі) самофлюсуюча суміш SiO2 23,2 43,7 40,0 Vp— (Іці Сщ-Тк C K + V C T ЮТ C C T - V C T t K C K ) / ( t K C K -tp Cp), м3/м3 шахтного газу, де t, з - ВІДПОВІДНО температури і теплоємності газів шахтного (індекс ш), колошникового (індекс к), стороннього (індекс ст), улюючого охолодженого (індекс р), °С, Fe 16,7 0,4 При заданій основності шлаку CaO/SiO2=1,2 витрата матеріалів на 1кг вугілля складає ШСМ 0,1 кг/кг, КШ - 1,34 кг/кг, утворюється 3,33м3 газу, 0,38кг металу зі вмістом марганцю 15,7%, 1,25кг шлаку КІЛЬКІСТЬ газифікованого вугілля складає 1500т/добу, виробництво газу 3,33-1000-1500/24 = Sp 2,0 Ср 63,3 рнелет 62,0 шлаку силикомарганцю (ШСМ) і конвертерного шлаку (КШ) наступних складів,% Fe2O3 8,3 22,0 гЄнет 1,0 МпО 5,9 18,8 1,5 S 0,2 0,7 1,5 Fe E 19,8 0,3 15,0 Мп Е 4,6 14,6 1,2 =208тис м /годину, металу 0,38 1500=570т/добу Склад шахтного газу, % СО=33,4, Н2=13,2, N2=51,3, CO2=0,3, Н2О=1,8, теплотворність 5680кдж/м3, температура при виході зі стовпа шихти 728°С Над рівнем засипки установлені фурми, через які вдувається охолоджений газ того ж скла 60609 8 ду з температурою 50°С при тиску, що перевищує річному економічному ефекту 23млн дол США при тиск на колошнику на 200кПа Температура кокапітальних витратах, близьких до витрат на знос лошникового газу tK=400°C, рециркулюючого печі tp=50, сторонній газ не вдувається (VCT=0), тоді Vp = Вироблений метал зі змістом 15,7% марганцю 3 3 (728-1,37 - 400-1,33) / (400-1,33- 50-1,30) = 1,0м /м може домішуватися до безмарганцевого металу шахтного газу інших доменних печей для вилучення з їхньої шихти марганецьвмісних додатків, що підвищить Колошниковий газ поділяється, таким чином, ефективність доменної плавки на два рівновеликих потоки, один із яких, що дорівнює КІЛЬКОСТІ шахтного газу, йде споживачу, Таким чином, зважується поставлена задача і інший - на рециркуляцію Таким чином, КІЛЬКІСТЬ досягається технічний результат 3 рециркулюючого газу складає 208тис м /годину Література 3 Споживачі одержують газу 208тис м /годину 1 И Г Товаровский, В П Лялюк "Эволюция Склад і теплотворність товарного газу ті ж, що доменной плавки" -Днепропетровск - "Пороги" шахтного 2001 -С 307-321, При ЦІНІ за 1 тонну (у доларах США) вугілля 2 В И Шатоха, И 3 Шатоха, Б Я Василенко ЗО, ШСМ - 5, КШ - 5, металу- 120 витрати на ВХІДНІ Аналитическая оценка возможности использоваматеріали (30+0,1-5+1,34 5=37,2) менше вартості ния доменных печей для газификации кокса из виробленого металу (0,38 120=45,6) У результаті низкосортных углей // Металлургическая и горновартість газу виявляється близькою до нуля За рудная промышленность,-1994 -№ 4 -С 3-6 рахунок виробленого газу може бути вивільнено 3 Патент РФ № 1770362 А1 С 21 В 7/00 природного газу (35590кдж/м3) 33,2тис м3/годину, 23 10 1992 Бюл №39 що при ЦІНІ його 80дол США за 1000м3 відповідає Комп'ютерна верстка С Волобусв Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119