Спосіб ведення доменної плавки

Реферат: Спосіб ведення доменної плавки включає завантаження залізорудної шихти, флюсу і палива через колошник, вдування в фурми нагрітого атмосферного дуття і азоту. Зменшення концентрації кисню в дутті (%) від вихідної (o ) до атмосферної (a ) і заданої вище і нижче атмосферної () здійснюють шляхом поетапного виведення з дуття технічного кисню ( VO *) і додавання технічного азоту ( VN *) . UA 76649 U (54) СПОСІБ ВЕДЕННЯ ДОМЕННОЇ ПЛАВКИ UA 76649 U UA 76649 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до галузі чорної металургії, зокрема до доменного виробництва, а саме до способів ведення доменної плавки при тимчасовому скороченні продуктивності доменної печі шляхом поетапного виведення з дуття технічного кисню і добавки технічного азоту. Відомий спосіб вдування азоту в доменну піч, який включає подачу в піч спільно з дуттям азоту, що отримується при виробництві кисню для конвертерів, азот подають на всмоктування повітродувки, витратоміри і газоаналізатори, контролюють витрату азоту [Заявка № 53-76104 Японія, заявлено 18.12.76 р., кл. 10 А 522, МПК С21В 7/00, публікація № 51-152271 від 06.07.78 p.]. Відомий також спосіб роботи доменної печі, що включає вдування через фурми спільно з дуттям азоту або інертного газу з температурою >1450 °C в кількості 85 % від обсягу дуття, при цьому концентрація СО у фурменому газі зменшується до 30 %, а ступінь використання CO зростає, що призводить до зниження питомої витрати коксу [Патент № 48-4685 Японія, заявлено 05.06.69 p., кл. 10 А 522 (F27В 1/00), публікація від 10.02.73 p.]. Недоліком цих способів є те, що при веденні доменної плавки зі збагаченням дуття киснем одночасна подача азоту ускладнює управління дуттьовим режимом плавки і може призвести до розладів ходу печі і погіршення техніко-економічних показників доменної плавки. Найбільш близьким способом до того, що заявляється, є спосіб ведення доменної плавки, який включає завантаження залізорудної шихти, флюсу і палива через колошник, вдування у фурми нагрітого атмосферного дуття і азоту, при одночасному введенні у шихту нагрітих відновлювальних газів, при цьому азот вдувають у горн в кількості 50-75 % від обсягу нагрітого атмосферного дуття, а витрату нагрітого відновлюваного газу у шихту встановлюють за формулою: Vвг  1410  1624 (К  К) , , де 1410 - витрата відновлюваного газу, який необхідний для непрямого відновлення заліза з 3 3 гематиту, нм /т чавуну; 1,624 - вихід газу із спалюваного на фурмах коксу, нм /кг; К - витрата коксу, кг/т чавуну; К - витрата коксу на навуглецювання чавуну і винесення через колошник, 3 кг/т чавуну [Авторське свідоцтво СРСР № 910766, МПК С21В 5/00, 1982 p.]. Недоліком способу ведення доменної плавки є те, що в ньому запропоновано встановлювати за формулою тільки витрату нагрітого відновлюваного газу у шихту і не запропонований механізм узгодженої зміни витрат кисню та азоту, які подаються в дуття, що призводить до відхилень від нормального ходу печі і сприяє скороченню можливої економії коксу. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності доменної плавки через узгоджену та плавну зміну витрат кисню та азоту в дуттьовій суміші, яка відповідає заданій зміні продуктивності печі, що забезпечить також рівність ходу печі, стабільний тепловий режим, зниження витрати коксу і зниження собівартості чавуну. Поставлена задача вирішується тим, що ведення доменної плавки, який включає завантаження залізорудної шихти, флюсу і палива через колошник, вдування в фурми нагрітого атмосферного дуття і азоту, в запропонованому способі є істотні відмінності, які полягають в тому, що зменшення концентрації кисню в дутті (%) від вихідної ( o ) до атмосферної ( a ) і заданої вище або нижче атмосферної (  ) здійснюють шляхом поетапного виведення з дуття технічного кисню ( VO *) і додавання технічного азоту ( VN *) в кількостях, які визначаються для одного з трьох випадків з виразів: випадок 1 (якщо   a ; o  a ): VO *  (o  ) /(OT  a ) , м3 / м3 дуттьової суміші; випадок 2 (якщо   a ; o  a ): VN *  (o  ) /(NT  a ) , м3 / м3 дуттьової суміші; випадок 3 (якщо   a ; o  a ): 50 VO *  (o  a ) /(OT  a ) , м3 / м3 дуттьової суміші; VN *  П  (o  a )    /(1 NT  a ) /   , м3 / м3 дуттьової суміші, причому, якщо   a  (П  (o  a )    ) /    min , то   min , 55 a VN *  П  (min  )      (o  a )    /(1 NT a ) /   , м3 / м3 дуттьової суміші; де: П заплановане загальне скорочення продуктивності доменної печі, %;   ,   - приріст 1 UA 76649 U 5 10 15 20 25 30 35 40 продуктивності доменної печі при збагаченні дуття киснем вище атмосферного і втрата продуктивності доменної печі при введенні в дуття азоту зі зменшенням вмісту кисню нижче атмосферного, відповідно, обумовлені емпірично (%/% кисню в дуття); OT , NT - вміст кисню в 3 3 технічному кисні та азоту в технічному азоті, відповідно, м /м . Спосіб здійснюється наступним чином. В умовах кон'юнктури ринку, що змінюється, або проблем із забезпеченням печей шихтовими матеріалами, при тимчасовому скороченні потреби в чавуні або вимушеному скороченні інтенсивності плавки переходять в такий режим роботи, який забезпечує виплавку заданої, зменшеної щодо проектної кількості чавуну необхідного складу. У випадку зазвичай прийнятого виконання зазначеної операції шляхом скорочення хвилинної витрати дуття відбувається зменшення активності осьової зони горна і надмірний розвиток периферійного ходу, що сприяє збільшенню витрати коксу. Щоб уникнути цього в запропонованому способі здійснюють необхідне зменшення концентрації кисню в дутті до значення, величину якого встановлюють з виразів: 1)   o  П /   (якщо o  a ;   a ), 2)   o  П /  (якщо o  a ;   a ), 3)   a  П  (o  a )    /   (якщо o  a ;   a ), де: П - заплановане загальне скорочення продуктивності доменної печі, %;   ,   приріст продуктивності доменної печі при збагаченні дуття киснем вище атмосферного і втрата продуктивності доменної печі при введенні в дуття азоту зі зменшенням вмісту кисню нижче атмосферного, відповідно, обумовлені емпірично (%/% кисню в дуття). Аналітичне дослідження процесів доменної плавки при додаванні в дуття азоту на основі розробленої в ІЧМ НАН України математичної моделі [Товаровський І.Г. Доменна плавка. Монографія. 2-е видання. - Дніпропетровськ: Пороги, 2009.-768 с. (С. 274-389)] дозволило виявити і уточнити тепло-фізико-хімічний механізм перебудови при цьому температурноконцентраційних полів доменної печі з урахуванням поперечних перетікань газу, а також показало можливість попереднього вибору раціональних режимів плавки при обмеженні продуктивності агрегату. Встановлена можливість скорочення продуктивності печі на 20-25 % при виведенні з дуття технічного кисню і введенні технічного азоту зі зниженням концентрації кисню в дутті до 12-15 % у рамках встановленого газодинамічного режиму і отримання прийнятних велич параметрів фурмених зон, а також економії коксу на 3,0-8,0 % і природного газу до 40-50 %. Якщо на доменній печі потрібна низька продуктивність, то для того, щоб не допустити зупинки печі або не закривати велику кількість фурм при зниженні інтенсивності плавки по дуттю необхідно частину дуття, збагаченого киснем, замістити азотом на величину скорочення витрат дуття від робочого його значення. Це необхідно зробити для забезпечення робочих значень розмірів зон горіння і глибини проникнення газового потоку до центру горна печі та відновлення теплового режиму по всій площині горна. Заміщати азотом дуття, збагачене киснем, необхідно узгоджено і послідовно шляхом зменшення концентрації кисню в дутті (%) від вихідної ( o ) до атмосферної ( a ) і до кінцевої нижче атмосферної (  ). Здійснюють цю послідовність дій шляхом поетапного виведення з дуття технічного кисню ( VO *) і добавки технічного азоту ( VN *) для кожного з трьох випадків у кількостях, які визначаються з виразів: випадок 1 (якщо   a ; o  a ): 3 45 50 3 VO *  (o  ) /(OT  a ) , м /м дуттьової суміші; випадок 2 (якщо   a ; o  a ): 3 3 VN *  (o  ) /(NT  a ) , м /м дуттьової суміші; випадок 3 (якщо   a ; o  a ): 3 3 VO *  (o  a ) /(OT  a ) , м /м дуттьової суміші; 3 3 VN *  П  (o  a )    /(1 NT  a ) /   , м /м дуттьової суміші, причому, якщо   a  (П  (o  a )    )   min , то   min , a VN *  П  (min  )      (o  a ) /   /(1 NT a ) /   , м /м дуттьової суміші; де: П заплановане загальне скорочення продуктивності доменної печі, %;   ,   - приріст продуктивності доменної печі при збагаченні дуття киснем вище атмосферного і втрата продуктивності доменної печі при введенні в дуття азоту зі зменшенням вмісту кисню нижче 3 2 3 UA 76649 U 5 атмосферного, відповідно, обумовлені емпірично (%/% кисню в дуття); OT , NT - вміст кисню в 3 3 технічному кисні та азоту в технічному азоті, відповідно, м /м . Приклади реалізації способу. 3 Приклад 1. На доменній печі об'ємом 5000 м потрібно знизити її продуктивність з 9800 т/добу до 9000 т/добу, тобто на 100-(9800-9000)/9800=8,16 %. Для цього потрібно знизити концентрацію кисню в дутті від вихідної o =27 % до величини, що визначається за формулою: 3 10 15 20 25 30 35 40 45 3   o  П /   . При   =2 значення  =27-8,16/2=22,92 %. При a =0,21 і OT =0,90 м /м , o =0,27,  =0,2292 розрахуємо необхідне скорочення витрат технічного кисню за формулою: 3 3 VO *  (o  ) /(OT  a ) , м /м дуттьової суміші; після підстановки і обчислення VO * =0,0591, 3 3 м /м дуттьової суміші. Якщо потреба вуглецю у фурм доменної печі (кокс + природний газ) становить 300 кг/т, то 3 3 кисень дуття 300-0,933=280 м /т, а витрата дуття (22,92 % О2) буде 280/0,2292=1222 м /т. Тоді 3 3 скорочення витрат технічного кисню складе 1222-0,0591=72,2 м /т (27 тис. м /годину). 3 Таким чином, поставлена мета досягнута: скорочення витрат технічного кисню на 72,2 м /т 3 (27 тис. м /годину) призвело до зменшення продуктивності печі від 9800 до 9000 т/добу. При цьому згідно з результатами розрахунків має місце також скорочення витрати коксу на 4,3 %. 3 Приклад 2. На доменній печі об'ємом 5000 м потрібно знизити її продуктивність з 8000 до 7000 т/добу, тобто на 100-(8000-7000)/8000=12,5 %. Для цього потрібно знизити концентрацію кисню в дутті від вихідної o =20 % до величини, що визначається за формулою: 3 3   o  П /  . При   - 2,5 значення  =20-12,5/2,5=15 %. При a =0,21 і NT =0,99 м /м , o =0,20,  =0,15 розрахуємо необхідне збільшення витрат технічного азоту за формулою: 3 3 VN *  (o  ) /(NT  a ) , м /м дуттьової суміші; після підстановки і обчислення VN * =0,0641, 3 3 м /м дуттьової суміші. Якщо потреба вуглецю у фурм доменної печі (кокс + природний газ) становить 300 кг/т, то 3 3 кисень дуття 300-0,933=280 м /т, а витрата дуття (15 % О2) буде 280/0,15=1867 м /т. Тоді 3 збільшення витрат технічного азоту, що подається в дуття, складе 1867-0,0641=119,7 м /т (35 3 тис. м /годину). 3 Таким чином, поставлена мета досягнута: збільшення витрат технічного азоту на 119,7 м /т 3 (35 тис. м /годину) призвело до зменшення продуктивності печі від 8000 до 7000 т/добу. При цьому згідно з результатами розрахунків має місце також скорочення витрати коксу на 3,5 %. 3 Приклад 3. На доменній печі об'ємом 5000 м потрібно знизити її продуктивність з 9800 до 7000 т/добу, тобто на 100-(9800-7000)/9800=28,6 %. Для цього потрібно знизити концентрацію кисню від вихідної o =27 % до величини, що визначається за формулою:   a  П  (o  a )    /   . При   =2,5 значення  =21 - [28,6 - (27-21)-2]/2,5=14,4 %. При 3 3 a =0,21, OT =0,90, NT =0,99 м /м , o =0,27,  = 0,144 розрахуємо: - необхідне скорочення витрат технічного кисню за формулою: VO *  (o  a ) /(OT  a ) , 3 3 3 3 м /м дуттьової суміші; після підстановки і обчислення VO * =0,087, м /м дуттьової суміші; - необхідне збільшення витрат технічного азоту за формулою: VN *  (o  ) /(NT  a ) , 3 3 м3 / м3 дуттьової суміші; після підстановки і обчислення VN * =0,0641, м /м дуттьової суміші. Якщо потреба вуглецю у фурм доменної печі (кокс + природний) становить 300 кг/т, то 3 3 кисень дуття 300-0,933=280 м /т, а витрата дуття (14,4 % О2) буде 280/0,144=1944 м /т. Тоді 3 3 збільшення витрат технічного азоту складе 1944-0,087=169 м /т (49 тис. м /годину). 3 Таким чином, поставлена мета досягнута: скорочення витрат технічного кисню на 72,2 м /т 3 3 3 (27 тис. м /годину) і збільшення витрат технічного азоту на 169 м /т (49 тис. м /годину) призвело до зменшення продуктивності печі від 9800 до 7000 т/добу. При цьому згідно з результатами розрахунків має місце також скорочення витрати коксу на 7,7 %. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Спосіб ведення доменної плавки, який включає завантаження залізорудної шихти, флюсу і палива через колошник, вдування в фурми нагрітого атмосферного дуття і азоту, який відрізняється тим, що зменшення концентрації кисню в дутті (%) від вихідної (o ) до атмосферної (a ) і заданої вище і нижче атмосферної () здійснюють шляхом поетапного 3 UA 76649 U виведення з дуття технічного кисню ( VO *) і додавання технічного азоту ( VN *) для трьох випадків у кількостях, які визначаються з виразів: випадок (якщо   a ; o  a ): 5 VO *  (o  ) /(OT  a ) , м3 / м3 дуттьової суміші; випадок 2 (якщо   a ; o  a ): VN *  (o  ) /(NT  a ) , м3 / м3 дуттьової суміші; випадок 3 (якщо   a ; o  a ): VO *  (o  a ) /(OT  a ) , м3 / м3 дуттьової суміші; 10 15 VN *  П  (o  a )    /(1 NT  a ) /   , м3 / м3 дуттьової суміші, причому, якщо   a  (П  (o  a )    ) /    min , то   min , a VN *  П  (min  )      (o  a )    /(1 NT a ) /   , м3 / м3 дуттьової суміші; де: П заплановане загальне скорочення продуктивності доменної печі, %;   ,   - приріст продуктивності доменної печі при збагаченні дуття киснем вище атмосферного і втрата продуктивності доменної печі при введенні в дуття азоту зі зменшенням вмісту кисню нижче атмосферного, відповідно, обумовлені емпірично (%/% кисню в дуття); OT , NT - вміст кисню в технічному кисні та азоту в технічному азоті, відповідно, м3 / м3 . Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м.Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4