Спосіб інтенсифікації доменної плавки

Реферат: Спосіб інтенсифікації доменної плавки містить подачу відновних газів, нагрітих до температури 3 1200 °C, в кількості до 950 м на тонну чавуну і холодного технологічного кисню в горно доменної печі. Додатково подають потік нагрітих до 900-1000 °C відновних газів в шахту доменної печі, - в зону твердофазного відновлення заліза, причому витрата відновного газу в потоках при подачі в дані зони співвідноситься як 2:1 відповідно. UA 119295 U (54) СПОСІБ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ДОМЕННОЇ ПЛАВКИ UA 119295 U UA 119295 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до чорної металургії і може бути використана для інтенсифікації доменного процесу при виплавці чавуну шляхом вдування в доменну піч гарячих відновних газів (ГВГ). Відомий спосіб інтенсифікації доменної плавки шляхом сумісного застосування природного газу і збагаченого киснем дуття (комбінованого дуття) [1], що супроводжується значним поліпшенням техніко-економічних показників доменної плавки. Збагачення дуття киснем забезпечує підвищення інтенсивності плавки і продуктивності печі, а природний газ - зниження витрати дорогого коксу. Застосування природного газу викликає значне збільшення об'єму газу в горні, яке супроводжується підвищенням їх швидкості і збільшенням підйомної сили газового потоку, що викликає ускладнення в опусканні шихти. Застосування природного газу для вдування в горно викликає зниження температури в горні і зростання її у верхній частині печі. Для збереження газодинамічних температурних умов в печі при використанні природного газу потрібне підвищення температури дуття або збагачення його киснем. Використання природного газу для вдування в горно доменної печі обмежується тепловими і газодинамічними чинниками. Окрім цього в Україні загострилася проблема з природним газом у зв'язку з високою його вартістю, близькою до вартості замінюваної кількості коксу, нерегулярність подачі і припинення вдування в осінньо-зимовий період, що підвищує витрату коксу на 20-30 %. Відомий спосіб, що підвищує ефективність використання вуглеводнів, в якому пропонується вдувати в доменну піч не сирі природний газ або мазут, а продукти їх конверсії (CO і Н2), заздалегідь нагріті до температури ~ 1200 °C [2]. Відомий експеримент по використанню конвертованого природного газу, проведений на доменній печі Новотульського металургійного заводу [2] - найближчий аналог. Відновний газ і збагачене киснем дуття підводили в горно через фурми роздільними потоками. При вдуванні 3 нагрітого до 1200 °C відновного газу в кількості 941,1 м /τ чавуну витрата коксу знизилася на 95 кг/τ чавуну. Нагрів горна під час дослідів покращав, ступінь непрямого відновлення підвищився з 0,675 до 0,9 [2]. В ході досвідної плавки при вдуванні ГВГ і холодного технологічного кисню (85 % О2) в горно печі замість атмосферного дуття (природний газ + 30 % О2 в дутті), помітних відхилень в ході доменної печі не спостерігалося. Використовувалася однакова витрата дуття 3 (941,1 і 944 м /τ чавуну відповідно), що сприяло збереженню газодинамічних і температурних умов в доменній печі. Даний експеримент, не дивлячись на високу ефективність подачі в горно ГВГ і холодного технологічного кисню, був проведений по традиційній схемі вдування в горно ГВГ (витрата дуття 3 з ГВГ дорівнювала витраті при базовій технології - 941,1 м /τ чавуну), не розкриває потенційні можливості інтенсифікації доменного процесу при використанні ГВГ. Умови роботи фурменої зони при вдуванні ГВГ в горно дозволяють працювати при нижчих значеннях теоретичної температури горіння (1800-1900 °C). Це дозволяє збільшити витрату ГВГ в дутті і додатково скоротити витрату коксу за рахунок збільшення ступеня непрямого відновлення заліза відновними газами. Для цього необхідно удосконалити схему вдування ГВГ в доменну піч для інтенсифікації доменної плавки. У основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб інтенсифікації доменної плавки шляхом вдування ГВГ в доменну піч по новій схемі, що дозволить підвищити ефективність плавки, скоротити витрату коксу, виключити використання природного газу і нагрітого повітряного збагаченого киснем дуття. Для вирішення поставленої задачі в способі інтенсифікації доменної плавки, що містить 3 подачу відновних газів, нагрітих до температури 1200 °C в кількості 950 м /τ чавуну і холодного технологічного кисню в горно доменної печі, згідно корисної моделі додатково подають потік нагрітих до 900-1000 °C відновних газів в шахту доменної печі в зону твердофазного відновлення заліза, причому витрата відновного газу в потоках при подачі у вказані зони співвідноситься як 2:1 відповідно. Пропонований спосіб включає подачу відновних газів в доменну піч по новій схемі двома потоками в більшій кількості, ніж в [2], виходячи з нижчих значень теоретичної температури горіння (1800-1900 °C). Збільшення вмісту відновників в горновому газі дозволяє знизити питому витрату коксу в результаті збільшення ступеня непрямого відновлення оксидів заліза. При цьому при подачі гарячих відновних газів через фурми в горно виключаються витрати тепла на дисоціацію вуглеводнів, поліпшується нагрів горна. Подача в горно технологічного кисню інтенсифікує процес горіння коксу в циркуляційній зоні фурменого вогнища, що приводить до поліпшення дренажної здатності коксового тотермана. 1 UA 119295 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При вмісті в шихті тугоплавкої порожньої породи вона, опускаючись в твердому вигляді аж до розпару, встигає прогрітися до відносно високих температур, після чого має місце плавлення первинного шлаку, який швидко фільтрується між шматками коксу в горно, але не встигає нагрітися до необхідної температури. Потрібна концентрація високих температур в горні. Ця умова виконується в пропонованому способі при вдуванні в горно в першому потоці ГВГ і кисню, збільшуючи витрату яких можна підтримувати достатньо високу температуру горна. Оскільки до повного розплавлення всієї порожньої породи шихти температура первинного шлаку росте в незначному ступені, то високо нагріті горнові гази, піднімаючись вгору з горна печі, компенсують теплоту плавлення шихти, піднімають температуру шлаку, який, потрапляючи потім в горно, не знижує його температуру. Згідно з пропонованим способом, другий потік ГВГ без кисню вдувають в шахту печі в зону твердофазного відновлення заліза, розташовану вище за зону первинного шлакоутворення. Положення цієї зони залежить від складу шлаку і розподілу температур по висоті печі. У ідеальному випадку (легковідновлювана руда з тугоплавкою порожньою породою) плавлення первинного шлаку повинне починатися лише після того, як все залізо шихти або переважна його частина буде відновлена до металу. Найбільш складним в доменному процесі є проплавлення важковідновлюваної руди з легкоплавкою порожньою породою, коли значна кількість оксидів заліза приєднується до первинного шлаку вже в середині шахти, а відновлення заліза з шлаку ускладнено. Тому значна частина заліза відновлюється в цьому випадку прямим шляхом, що приводить до перевитрати коксу. Відомо, що гематит (Fе2О3) відновлюється до магнетиту (Fе3О4) і в'юститу (FeO) вже у верхній частині шахти печі [2]. В середині шахти встигає відновитися вуглецем коксу значна частина магнетиту і оксидів заліза (зона твердофазного відновлення заліза). Оскільки розм'якшення і плавлення первинного шлаку відбувається в нижній частині шахти або в кращому разі в розпарі, введення відновних газів в пропонованому способі по другому потоку передбачається проводити до зони розм'якшення і плавлення первинних шлаків в шахту, в зону твердофазного відновлення заліза вуглецем коксу, замінивши його на ГВГ. Встановлено [3], що вирішальне значення в зміні ступеня відновлення в шахті має не відновлюваність матеріалів, а кількість відновних газів на одиницю матеріалу і рівномірність їх розподілу по перетину печі. Введення в шахту додаткового потоку ГВГ приведе до зниження прямого відновлення за рахунок непрямого відновними газами і додатковому зниженню витрати коксу. Щоб виключити передчасне розм'якшення і розплавлення первинних шлаків, гарячі відновні гази по другому потоку вводяться без кисню з температурою 900-1000 °C з витратою в два рази меншим, ніж в першому потоці, щоб виключити підвищення тиску газів на колошнику Р к і, зберігши перепад тиску Рг - Рк (Рг - тиск газів в горні), не порушити нормальний хід доменної печі. Спосіб пояснюється фігурами 1 і 2. На фіг. 1 показані місця введення ГВГ в доменну піч: 3 основний потік ГВГ з температурою 1200 °C в кількості 950 м /τ чавуну і холодним ( 50 °C) технологічним киснем ( 90 % Ο2) вводиться через повітряні дуттєві фурми в горно в зону горіння; додатковий потік ГВГ з температурою 900-1000 °C об'ємом рівним половині об'єму основного потоку без технологічного кисню вводиться в шахту доменної печі в зону твердофазного відновлення оксидів заліза, де температура зони  750 °C. На фіг. 2 показана зміна складу газів в горні по осі фурм при вдуванні основного потоку ГВГ з холодним технологічним киснем ( 90 % О2). Ступінь відновлення заліза в зоні І при звичайній плавці була невисокою (20 %) [3]. Це свідчить про недостатню кількість відновників в зоні І. Тому доцільним є введення додаткового потоку ГВГ у зону І твердофазного відновлення заліза, як показано на фіг. 1. 3 Спосіб здійснюється таким чином. У доменну піч, наприклад об'ємом 2000 м , вдувається в 3 горно через дуттєві фурми основний потік ГВГ (3600 м /ч) з холодним технологічним киснем 3 об'ємом 400 м /ч (фіг. 1 і 2), що цілком відповідає об'єму гарячого повітряного дуття при 3 звичайній плавці. Додатково ГВГ (1800 м /ч) вдувається в шахту печі (фіг. 1). При подачі дуття в горн в окислювальній зоні (фіг. 2) залежно від виду дуття протікають реакції (таблиця. 1). 2 UA 119295 U Таблиця 1 Вид дуття Повітряне 10 15 20 1200 ГВГ + О2 5 Температура дуття, °C 1200 Реакції в окислюваній зоні Зони, фіг. 2 С+О2СО2+400,428 МДж СО2+С→2СО-165,797 МДж СО+½О2СО2+282,583 МДж Н2+½О2→Н2О+242,802 МДж СО2+С→2СО-165,797 МДж Н2О+СН2+СО-127,453 МДж І II І II З таблиці. 1 видно, що при повітряному дутті вуглець коксу витрачається в зонах І і II. При вдуванні ГВГ + О2 - тільки в зоні II (фіг. 2). Отже, при вдуванні ГВГ потреба у вуглеці коксу для процесів в окислювальній зоні горна нижче, ніж при повітряному дутті, що є чинником, який обумовлює зниження витрати коксу. Це підтверджується досвідом роботи доменних печей при вдуванні вуглеводнів: природного і коксового газів і мазуту. Згідно з принципу А.А. Байкова про послідовність перетворень, процес відновлення заліза з оксидів протікає ступінчасто шляхом переходу від вищих оксидів до нижчих по наступних варіантах: 1) Fe2O→Fe3O4FeO→Fe (вище 570 °C) або 2) Fe2O3→Fe3O4→Fe (нижче 570 °C). На фіг. 1 вісь вдування ГВГ в шахту розташована в температурній зоні 750 °C, вище за яку температура падає до 450 °C. Отже, відновлення заліза в твердофазній зоні шахти відбуватиметься по варіанту 1. Але відновлення FeO можливо при високій концентрації СО в газовій фазі, причому з підвищенням температури величина необхідного надлишку відновника збільшується [1]. Оскільки в цю зону подається половина об'єму ГВГ, від того, що подається в горн, відновлення в шахті проходитиме по варіанту 1 - тільки до утворення FeO, для відновлення якого до Fe температура в шахті не достатньо висока. Вдування ГВГ в шахту значно підсилює непряме відновлення заліза за принципом А.А. Байкова, і знижує потребу у вуглеці коксу для прямого відновлення у горні. У табл. 2 приведені результати розрахунків величин і, tт, CO + Н2, РК для доменної печі 3 об'ємом 1000 м при різних складах дуття. 25 Таблиця 2 Склад дуття 1. Сухе атмосферне дуття з температурою 1200 °C 2. Вдування сирого природного газу на дутті із вмістом 30 % кисню 3. Вдування відновного газу (98 % CO + Н2) з температурою 1200 °C на холодному технологічному кисні і tт СО+Н2 РК 860 2380 35,0 0,189 754 2100 55,0 0,162 752 2050 98,0 0,160 3 і - тепловміст, ккал/м ; tт - теоретична температура горіння коксу, °C; CO + Н2 - вміст 3 відновників %; РК - витрата вуглецю коксу (кг) на утворення 1 м фурменого газу 30 35 Згідно з табл. 2, при вдуванні в горн доменної печі ГВГ [50 % СО, 48 % Н2, (Н2О + СО2  3 2 %)] величина РК - витрата вуглецю коксу, кг/м фурменого газу, однаково низька як і при вдуванні природного газу. Отже, використання ГВГ як дуття виключає необхідність використання природного газу в доменній плавці. Окрім цього, виключається з дуття азот, який є баластним газом і, не беручи участь в доменному процесі, відносить з доменної печі тепло. Пропонований спосіб дозволить інтенсифікувати процес доменної плавки, знизити витрату коксу, виключити використання в доменному процесі природного газу. Джерела інформації: 1. Вегман Е.Ф. [и др.] / Металлургия чугуна. - Μ.: ИКЦ "Академкнига", 2004. - 776 с. 2. Ефименко Г.Г. [и др.] / Металлургия чугуна. - К.: "Высшая школа", 1988. - 352 с. 3 UA 119295 U 3. Товаровский И.Г., Лялюк В.П. / Эволюция доменной плавки. - Днепропетровск: "Пороги", 2001. - 424 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб інтенсифікації доменної плавки, що містить подачу відновних газів, нагрітих до 3 температури 1200 °C, в кількості до 950 м на тонну чавуну і холодного технологічного кисню в горно доменної печі, який відрізняється тим, що додатково подають потік нагрітих до 9001000 °C відновних газів в шахту доменної печі, - в зону твердофазного відновлення заліза, причому витрата відновного газу в потоках при подачі в дані зони співвідноситься як 2:1, відповідно. 4 UA 119295 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5