Спосіб допалювання відхідних конвертерних газів в охолоджувачі конвертерних газів

1. Спосіб допалювання конвертерних газів, що відходять, в охолоджувачі конвертерних газів (ОКГ), який включає подачу повітря в підйомний 3 що подається в ОКГ. Це неминуче призведе до збільшення втрат тиску в газовідвідному тракті. За відсутності запасу потужності димососу (така ситуація має місце на багатьох підприємствах України та країн колишнього СРСР) необхідну кількість повітря подати через ОКГ неможливо без дорогої реконструкції газовідвідного тракту конвертеру. Через нестачу повітря, що подають в ОКГ, мають місце: 1) неповне спалювання в ОКГ конвертерних газів, та відповідне погіршення енергоефективності конвертерного процесу; 2) підвищення вибухонебезпеки та зниження надійності роботи (через можливість вибуху охолоджених CO- та Н2- вмісних газів перед димососом) [1, стор. 197 - 202]; 3) збільшення шкідливих викидів СО в атмосферу. В основу винаходу поставлено завдання вдосконалити спосіб допалювання конвертерних газів, що відходять, в охолоджувачі конвертерних газів, в якому за рахунок здійснення додаткової дії забезпечується повне спалювання конвертерних газів, що відходять, в умовах підвищеної інтенсивності кисневого продування плавки. Для вирішення поставленого завдання в способі допалювання конвертерних газів, що відходять, в охолоджувачі конвертерних газів, що включає подачу повітря в підйомний газохід охолоджувача конвертерних газів, в конвертерні гази, що відходять та/чи в повітря подають кисневмісний газ (КВГ). Крім того, витрату КВГ VКВГ (нм3/хв.) встановлюють не більш ніж 47,5 IO2 G , де IO 2 - максимальна для періо%O 2 КВГ 21 ду інтенсивного зневуглецювання розплаву інтенсивність продування плавки киснем, нм3/(т хв), G садка конвертера, т, %O2 КВГ - вміст кисню в кисневмісному газі % об'єми. Крім того, витрату КВГ по ходу продування плавки регулюють зміною її величини прямо пропорційно зміні добутку витрати газів після ОКГ і процентного вмісту в них оксиду вуглецю. При створенні винаходу виходили з наступних положень. При подачі в конвертерні гази, що відходять, та/чи в повітря КВГ зменшується кількість повітря, що необхідне для повного спалювання конвертерних газів, що відходять, в ОКГ. Як наслідок, зменшуються кількість надмірного інертного азоту, що поступає в ОКГ з потоком повітря та сумарна витрата димових газів через газовідвідний тракт конвертера. Це призводить до зниження газодинамічного опору тракту, поліпшенню аеродинамічного режиму роботи ОКГ. В результаті з'являється можливість при підвищенні інтенсивності кисневого продування плавок і відповідному збільшенні витрати конвертерних газів забезпечити їх повне допалювання в ОКГ. Крім того, при цьому підвищується температура газового потоку, що обтікає поверхні нагріву ОКГ, що призводить до збільшення температурного напору і, як наслідок, до збільшення теплового потоку від продуктів згоряння конвертерних газів до охолоджуючої води, що циркулює в поверхнях нагріву, а також збільшенню паропродуктивності ОКГ. 91472 4 При величині витрати кисневмісного газу 47,5 IO2 G (нм /хв) більш ніж , де IO 2 - макси%O 2 КВГ 21 3 мальна для періоду інтенсивного зневуглецювання розплаву інтенсивність продування плавки киснем, нм3/(т хв), G - садка конвертера, т, %O2 КВГ вміст кисню в кисневмісному газі % об'єми., істотно зростають температури поверхонь нагріву в нижній частині підйомного газоходу ОКГ, що може викликати їх температурне руйнування (оплавлення, прогар, високотемпературна корозія). Максимальна для періоду інтенсивного зневуглецювання розплаву інтенсивність продування плавки киснем вибирається для основного періоду продування плавки, виключаючи початковий і кінцевий (при продуванні низковуглецевого металу) періоди продування, при яких виділення СОвмісних газів є незначним. Максимально допустима інтенсивність продування киснем конвертерних плавок max O2 , яка може бути реалізована з використанням запропонованого технічного рішення (при максимальній витраті кисневмісного газу VКВГ), залежить від пропускної спроможності газовідвідного тракту конвертеру та визначається з співвідношення: Vd.г max , нм3 /( т хв.) O2 3.5 G де Vd.г - пропускна спроможність газовідвідно3 го тракту ОКГ, нм /хв (визначається виходячи з паспортних даних і технічних характеристик обладнання димовідвідного тракту конвертера або експериментально в процесі наладки цього обладнання). При меншій витраті кисневмісного газу максимально допустима інтенсивність продування киснем конвертерних плавок зменшується. В якості кисневмісного газу можуть бути використані наступні гази: технічний кисень, технологічний кисень, відходи виробництва кисню (забруднений кисень), повітря, що збагачене киснем та т.п. При регулюванні витрати кисневмісного газу по ходу продування плавки зміною її величини прямо пропорційно зміні добутку витрати димових газів після ОКГ і процентного вмісту в них оксиду вуглецю забезпечується більш раціональне та економне використовування КВГ при забезпеченні повного допалювання конвертерних газів, що відходять, в ОКГ. Спосіб здійснюється таким чином. В процесі кисневого продування конвертерної плавки з конвертерної ванни виділяються гази, які виходять з горловини конвертеру, та під дією тяги димососу поступають в підйомний газохід ОКГ. Під дією тяги димососа через зазор між кесоном ОКГ і горловиною конвертера в підйомний газохід поступає атмосферне повітря, яке змішується з конвертерними газами, що відходять, і є одним з джерел кисню, необхідного для спалювання газів в ОКГ. В конвертерні гази, що відходять, та/чи в повітря подають кисневмісний газ, який також змішується з конвертерними газами, що відходять і є додатковим джерелом кисню, необхідного для спалюван 5 ня газів. Це дозволяє збільшити інтенсивність продування плавки киснем та продуктивність конвертера. Для забезпечення надійної роботи ОКГ витра47,5 IO2 G ту КВГ встановлюють не більш ніж , %O 2 КВГ 21 де IO 2 - максимальна для періоду інтенсивного зневуглецювання розплаву інтенсивність продування плавки киснем, нм3/(т хв), G - садка конвертера, т, %O2 КВГ - вміст кисню в кисневмісному газі % об'єми. Вміст кисню в кисневмісному газі є відомим або вимірюється з використанням відомих приладів (газоаналізаторів і т.п.). Максимальна за плавку інтенсивність продування плавки задається машиністу дистрибьютора конвертера до плавки та регламентується діючими в цеху технологічною інструкцією та дутьовим режимом плавки (залежно від марки сталі, що виплавляється, шихтовки плавки і т.п.). Витрату кисневмісного газу визначають з використанням відомих приладів (витратоміри, вимірювальні діафрагми і т.п.). Діапазон оптимальних значень витрати КВГ (усередині заявленого діапазону його значень) для кожного конкретного цеху та конкретного конвертеру (зі своїм газовідвідним трактом) визначається експериментальним шляхом таким чином. Спочатку витрата КВГ встановлюється рівною максимальному значенню, визначеному з наведеного вище співвідношення. В процесі продування плавок, принаймні, в одній реперній точці (в газовідвідному тракті після ОКГ) вимірюють вміст СО у складі димових газів (з використанням відомих приладів за відомими методиками). Витрату поступово зменшують до мінімального значення, що забезпечує гарантоване стабільне допалювання СО в ОКГ (до необхідних значень) в періоди максимального виділення СО-вмісних газів з конвертера. У випадку, якщо в цеху не може бути забезпечена подача КВГ з максимальною його витратою, визначеною із заявленого співвідношення, то при подачі можливої кількості КВГ визначається експериментальним шляхом максимально допустима (для існуючих умов) інтенсивність продування плавки киснем шляхом поступового її збільшення від базового до максимального значення, при якому забезпечується гарантоване стабільне допалювання СО в ОКГ в періоди максимального виділення СО-вмісних газів з конвертера. Регулювання витрати кисневмісного газу VКВГ по ходу продування плавки може здійснюватися як в автоматичному, так і в ручному або напівавтоматичному режимах з використанням відомих систем регулювання. При цьому витрата димових газів і процентний вміст в них оксиду вуглецю вимірюється з використанням відомого обладнання (витратомірні шайби з вторинними приладами та газоаналізатори). У разі, коли кисневмісний газ подається одночасно в повітря, що засмоктується в ОКГ (перший потік) і в конвертерні гази, що відходять, (другий потік) доцільним є витрату кисневмісного газу в одному із потоків підтримувати постійною, а регулювання загальної витрати кисневмісного газу 91472 6 здійснювати шляхом зміни витрати в іншому потоці. Приклад 1 реалізації способу допалювання конвертерних газів, що відходять, в охолоджувачі конвертерних газів (результати чисельного моделювання на ПК). Базова інтенсивність верхнього кисневого продування в 160-т кисневому конвертері складає 440нм3/хв ( IO2 2,75 нм3/(т хв)). Пропускна спроможність газовідвідного тракту Vд.г.=3000нм3/хв. Для реалізації запропонованого способу використовується технічний кисень з чистотою (вмістом кисню) %O2 КВГ =95мас.%, який подається через колектор з формою кільця, що розташований навколо нижньої частини кесона ОКГ, в повітря, та засмоктується в підйомний газохід ОКГ. Колектор захищений від попадання бризок металу і шлаку спеціальним захисним екраном. Струмені кисню в кількості 16 витікають через сопла встановлені в колекторі з рівномірним кроком і направлені в зазор між горловиною конвертера та кесоном ОКГ. Для досягнення необхідної інтенсивності кисневого продування плавки I'O2 3 3,5 нм /(т хв) максимальна витрата технічного кисню складає 47.5 3.5 160 3 VКВГ 360 нм /(т хв). Шляхом ма95 21 тематичного моделювання теплової та аеродинамічної роботи ОКГ та газовідвідного тракту при послідовному зменшенні значень VКВГ отримано, що діапазон оптимальних значень VКВГ складає 160 - 190нм3/хв. При цьому забезпечується повне допалювання CO в ОКГ при мінімальній витраті кисневмісного газу в моменти інтенсивного виділення CO з конвертера. Приклад 2 реалізації способу допалювання конвертерних газів, що відходять, в охолоджувачі конвертерних газів (результати чисельного моделювання на ПК). Базова інтенсивність верхнього кисневого продування в 160-т кисневому конвертері складає 440нм3/хв ( IO 2 =2,75 нм3/(т хв)). Пропускна спроможність газовідвідного тракту Vд.г.=3000нм3/хв. Для реалізації запропонованого способу використовується технологічний кисень з чистотою (змістом кисню) %O2 КВГ =99,5мас.%, який подається через вісім сопел, що встановлені у додатковому тракті верхньої кисневої фурми. При цьому сопла знаходяться на рівні ~500мм нижче за зріз горловини конвертера (при робочому положенні фурми) та направлені у бік ОКГ під кутом 30 до осі фурми. Для досягнення необхідної інтенсивності кисневого продування плавки I'O2 3 3,5 нм /(т хв) максимальна витрата технологі чного кисню складає 47.5 3.5 160 3 VКВГ 339 нм /хв. У зв’язку з об99.5 21 меженою пропускною спроможністю додаткового кисневого тракту продувної фурми рівною 50нм3/хв (що менше ніж 339нм3/хв) шляхом математичного моделювання теплової і аеродинамічної роботи ОКГ і газовідвідного тракту при заданій величині VКВГ=50нм3/хв і послідовному збільшенні 7 91472 значення інтенсивності кисневого продування плавки від базового значення визначили максимально можливу інтенсивність продування плавки для вказаних умов. Вона склала 480нм3/хв. ( I'O 2 =3нм3/(т хв)). При цьому забезпечується повне допалювання СО в ОКГ в моменти інтенсивного виділення CO із конвертера. Витрату КВГ по ходу продування плавки регулюють зміною її величини прямо пропорційно зміні величини витрати кисню на продування плавки (з використанням автоматичної системи синхронних регуляторів). Відомо, що витрата конвертерних газів, що відходять, та зміст в них СО в першому приближенні прямо пропорційні витраті кисню на продування конвертерної плавки [2, стор. 55-57, 79-82, 188]. Приклад 3 реалізації способу допалювання конвертерних газів, що відходять, в охолоджувачі конвертерних газів (результати чисельного моделювання на ПК). Базова інтенсивність верхнього кисневого продування в 160-т кисневому конвертері складає 440нм3/хв ( IO 2 =2,75нм3/(т хв)). Пропускна спроможність газовідвідного тракту Vд.г.=3000нм3/хв. Для реалізації запропонованого способу використовується технологічний кисень з чистотою (змістом кисню) %O2 КВГ =99,5мас.%, який подається через вісім сопел, що встановлені в додатковому тракті верхньої кисневої фурми в конвертерні гази, що відходять, з витратою VКВГ=50нм3/хв, і через колектор з формою кільця, що розташований навколо нижньої частини кесона, в повітря, та засмоктується в ОКГ. Для досягнення необхідної інтенсивності кисневого продування плавки I'O2 3 4 нм /(т хв) максимальна витрата технологічного кисню складає 47.5 4 160 3 VКВГ 387 нм /хв. Ураховуючи, що 99,5 21 через кисневу фурму додаткова витрата кисневмісного газу складає 50нм3/хв (перший потік), максимально можлива витрата кисневмісного газу через кільце колектора складає 387-50=337нм/хв Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 8 (другий потік). Шляхом математичного моделювання теплової та аеродинамічної роботи ОКГ і газовідвідного тракту при послідовному зменшенні значеннях VКВГ для другого потоку отримано, що діапазон оптимальних значень його складає 220 250нм/хв. При цьому забезпечується повне допалювання CO в ОКГ при мінімальній витраті кисневмісного газу в моменти інтенсивного виділення CO з конвертеру. При цьому витрату першого потоку КВГ (через фурму) підтримують постійною, а витрату другого потоку КВГ (через колектор) регулюють по ходу продування плавки зміною її величини прямо пропорційно зміні добутку витрати газів після ОКГ і процентного вмісту в них оксиду вуглецю. Витрата газів та вміст оксиду вуглецю в них вимірюються за допомогою діафрагми та газоаналізатору, які встановлені перед димососом. Електричні сигнали з вторинних приборів (датчиків) поступають в систему автоматичного регулювання, яка регулює ступінь відкриття засувки на тракті, що подає КВГ на колектор. Використання запропонованого способу допалювання конвертерних газів, що відходять, в охолоджувачі конвертерних газів за рахунок подавання кисневмісного газу в конвертерні гази, що відходять, та/чи в повітря, що засмоктується в підйомний газохід ОКГ, забезпечує повне допалення конвертерних газів в ОКГ при підвищеній витраті кисню на продування конвертерної плавки. Це дозволить збільшити інтенсивність продуванні плавок та продуктивність конвертерів без багатозатратної реконструкції газовідвідних трактів конвертерів, збільшити енергоефетивність кисневоконвертерного процесу, та зменшити шкідливі викиди СО та теплоти в навколишнє середовище. Джерела інформації: 1. Якушев A.M. Справочник конвертерщика.Челябинск: Металлургия, 1990.- 448 с. 2. Баптизманский В.И., Меджибожский М.Я., Охотский В.Б. Конвертерные процессы производства стали . Теория, технология, конструкции агрегатов. - Киев.: Вища школа,1984-343C. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601