Спосіб регулювання ходу доменної плавки

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к регулированию теплового состояния доменного процесса. Известен способ регулирования рудной нагрузки на кокс в зависимости от изменения содержания железа и шихте и влажности кокса [1]. При изменении содержания железа в ши хте более чем на 0,4% или влажности кокса более чем на 0,3 абс. % от заданных, изменяют рудную нагрузку на 0,012-0,016 от ее значений перед изменением параметров, причем при увеличении параметров рудную нагрузку уменьшают, а при уменьшении увеличивают. Недостатком данного способа является то, что он не позволяет стабилизировать весовое отношение железо/углерод в загружаемых шихтовых материалах и коксе, т.к. не учитываются изменения содержания серы и углерода в коксе, влажности рудной части шихты. Вследствие этого не всегда достигается стабилизация теплового состояния печи и качества чугуна. Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ [2], в соответствии с которым процесс регулирования включает загрузку в печь шихтовы х материалов и кокса, контроль состава, количества шихтовы х материалов и кокса, определение фактического количества железа и углерода, поступающи х в печь, контроль параметров колошникового газа, комбинированного дутья и топливной добавки. При использовании в доменной плавке топливных добавок данный способ не позволяет с достаточной степенью точности производить стабилизацию теплового состояния и качества чугуна. Это связано с тем, что коэффициент замены кокса топливной добавкой в ходе процесса может изменяться во времени в довольно широких пределах. Например, для природного газа он колеблется от 0,65 до 1,0 кг кокса на 1 м 3 газа. При расходе природного газа на доменной печи объемом 1754 м 3 в количестве 12000 м 3/час это вызывает изменение количества замененного кокса от 12000 . 0,65 = 7800 кг/час до 12000 . 1 = 12000 кг/час, т.е. разница составляет 4200 кг/час. Учитывая, что в печь загружают в среднем 10 подач шихтовых материалов и кокса, эта разность соответствует изменению массы кокса в подаче на 400 кг. Если ее не скомпенсировать изменением рудной нагрузки на кокс, то существенно изменится тепловое состояние процесса, качество чугуна и удельный расход кокса. Таким образом, недостатком способа-прототипа является то, что он не учитывает изменения количества замененного кокса топливной добавкой, которое приводит к изменению теплового состояния процесса и качества чугуна. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ регулирования хода доменной плавки так, чтобы при определении количества углерода, поступающего в печь, дополнительно определяли и учитывали массу условного углерода, замененного топливной добавкой, и затем определяли фактическое соотношение железо/углерод, которое поддерживали бы на заданном уровне, что привело бы к улучшению качества чугуна и снижению удельного расхода кокса. Это достигается тем, что в способе регулирования хода доменной плавки при определении количества углерода, поступающего в печь, дополнительно определяют массу углерода, замененного топливной добавкой, и при этом с периодичностью по меньшей мере 1 раз в час контролируют химсостав колошникового газа, расходы топливной добавки, технологического кислорода и дутья, влажность дутья и затем определяют фактическое соотношение железо/углерод и сравнивают его с заданным, и, если разница между ними превышает |0,005| |0,015|, производят корректировку массы кокса в подаче, изменение которой определяют из следующего соотношения где D K - величина изменения массы кокса в подаче, кг; å Fe - количество Fe в ши хтовы х материалах, кг/подачу; Z - заданное соотношение å Fe / å C; å C - количество углерода, поступавшего в печь с коксом и замененного топливной добавкой, кг/подачу; Ск - количество углерода в коксе с коррекцией по влаге, кг/подачу; m с - количество углерода, замещенного топливной добавкой, кг/подачу; m к - количество кокса в подачу, которое загружается в печь в данный момент, кг/подачу. При использовании в качестве топливной добавки восстановительного газа расчет количества углерода, замененного топливной добавкой, осуществляют по формуле где qг - приход тепла от горения природного (или другого восстановительного) газа в горне, кДж/м 3; m, g - количество водорода и окиси углерода, образующи хся в горне печи из 1 м 3 природного (или другого восстановительного) газа, м 3/м 3; Vq - количество топливной добавки, м 3/час; hCO, hH 2 - степень использования окиси углерода и водорода, доли единиц 5250 - количество теплоты при образовании СО, кДж/м 3, 10802, 12648 - количество теплоты при образовании Н2О и СО2 из СО, кДж/м 3, 1,8667 - количество образуемой окиси углерода из 1 кг углерода, м 3/кгС; n - количество подач в час. При использовании в качестве топливной добавки твердого или жидкого топлива расчет количества углерода, замененного топливной добавкой, осуществляется по формуле где СP, HР, WР - содержание в твердом или жидком топливе соответственно углерода, водорода и влаги, кг/кг; 23605 - тепловой эффект образования СО2 из СО, кДж/кг углерода; 121000 - тепловой эффект образования Н2О, кДж/кг водорода; 13400 - тепловой эффект образования Н2О, кДж/кг влаги; qг(ж) - приход тепла от горения твердого или жидкого топлива в горне доменной печи, кДж/кг. Выражение 1 позволяет рассчитать количество кокса, которое необходимо добавить (или снять) в подачу, чтобы выдерживалось заданное соотношение å Fe / å C, которое предполагает нормальное тепловое состояние печи. При этом å Fe /( Z × Cк ) представляет собой количество кокса в подачу, которое необходимо загрузить в печь, чтобы выдержать соотношение Z, в том случае, если бы топливная добавка не подавалась в печь. m с/Ск - количество кокса, которое заменяется топливной добавкой. Разность å Fe /( Z × Cк ) - mc / Cк дает величину массы кокса в подачу с учетом изменений химсостава железорудного сырья (å Fe ), содержания углерода в коксе (Ск ), расхода топливной добавки и степени ее использования. Сравнивая существующий расход кокса mк с тем, который мы получили по расчету, определяем величину корректировки массы кокса. В выражении 2 числитель X = qг + 12648 ´ g × hCO + 10802 × m × hH2 - это приход тепла от горения в доменной печи 1 м 3 восстановительного газа в кДж/м 3, выражение в знаменателе формулы (2) Y 1,8667(5250 + 12648× hCO ) - это приход тепла от горения 1 кг углерода кокса в доменной печи в кДж/кг, = отношение X/Y отражает коэффициент замены углерода кокса восстановительным газом (кДж/кг3)/(кДж/кг) = X кг/м 3. Выражение Vq отражает количество замененного углерода кокса топливной добавкой за час, т.к. Vq Y X Vq измеряется в м 3/час (кг/м 3 . м 3/час = кг/час). Выражение × отражает количество замененного углерода кокса Y n топливной добавкой в расчете на одну подачу шихты, т.к. n - количество подач за час. В итоге формула 2 отражает количество замененного восстановительным газом углерода кокса, кг/подачу. В формуле 3 числитель отражает приход тепла от горения в доменной печи 1 кг жидкого или твердого топлива. Остальные величины аналогичные формуле 2. В итоге формула 3 отражает количество замененного углерода мазутом или твердым топливом в кг/подачу. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что Сш в прототипе представляет собой количество углерода, поступающего в доменную печь с шихтой и определяется из выражения где m к - масса кокса в подаче, кг. å C в новом способе состоит из углерода, поступающего в доменную печь с ши хтой, и углерода, замененного топливной добавкой, и определяется из выражения Основной отличительной особенностью предлагаемого способа является постоянный контроль, с определенной периодичностью, количества углерода, замененного топливной добавкой, и коррекция на основе этих данных количества кокса, загружаемого в доменную печь. При этом коррекция осуществляется таким образом, чтобы соотношение å Fe / å C поддерживалось на определенном уровне. То есть суть процесса регулирования рудной нагрузки сводится к увеличению или уменьшению массы кокса в подаче в зависимости от понижения или повышения, соответственно, эффективности использования топливной добавки. Вполне естественно, что оценка эффективности топливной добавки требует постоянного контроля технологических параметров процесса и на основе этих данных сложных математических расчетов с использованием вычислительной техники. Интервал соотношения å Fe / å C задается с уче том реальных условий, в которых протекает процесс доменной плавки. Нижний уровень 1,6 характерен для доменных печей, на которых используется сырье с низким содержанием Fe и уровень технологии не отвечает современным требованиям. Верхний предел 2,3 был рассчитан для условий функционирования отечественных и зарубежных доменных печей, имеющих наиболее высокие технико-экономические показатели. При реализации предлагаемого способа показатель К предварительно задается в зависимости от объема доменной печи и условий ее эксплуатации, его диапазон составляет |0,005| - |0,015|. При этом меньшее значение |0,005| приемлемо для доменных печей большого объема, большее значение |0,015| соответствует условиям работы доменных печей малого и среднего объема. На величину заданного значения К также оказывает влияние точность взвешивающих устройств, применяемых при дозировке загружаемого в доменную печь кокса. При использовании устройств с повышенной точностью пределы показателя К сокращаются и его численные значения уменьшаются, стремясь к минимальному значению указанного предела. Указанная величина пределов показателя К установлена расчетным путем. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. 1. Контролируют количество и химсостав шихтовых материалов, кокса и определяют количество загружаемого в печь железа и углерода где Fei - содержание железа в і-ом компоненте рудной части шихты с учетом содержания влаги, доли массы; Ск - содержание углерода в коксе с учетом содержания влаги, доли массы; m i - масса і-го компонента шихты в подаче, кг; m к - масса кокса в подаче, кг. 2. Контролируют расходы дутья, топливной добавки, технологического кислорода, содержание в колошниковом газе СО, СO2 и Н2 , влажность дутья. 3. Определяют количество условного углерода, замененного топливной добавкой m c. Если в качестве топливной добавки используют природный или другой восстановительный газ, то расчет производят по уравнению (2) При этом приход тепла q от горения природного газа (или другого восстановительного газа) в горне доменной печи, кДж/м 3, определяется известным способом [3]. Например, для природного газа q = 1658 СН4 + 6050 С2Н6 + 10115 С3Н8 + 13796 С4Н10 + 18053 C5H12 - 12648 СO2 - 10802 Н2O; кДж/м 3 где СН4, С2Н6 и т.д. - содержание соответствующих компонентов в природном газе. доли единицы объема; 1658, 6050 и т.д. - теплота сгорания (или разложения) в горне печи соответствующи х компонентов природного газа, кДж/м 3. Если в качестве топливной добавки используют твердое или жидкое топливо, то используют расчетное уравнение (3) При этом qг(ж) определяется также в соответствии с расчетом [3]. qг(ж) = QНР - 121000 . НР - 12140 . SР - 13400 . WP - 23605 . СP, кДж/кг где QНР - полная теплота сгорания жидкого или твердого топлива; SР - содержание серы в жидком или твердом топливе, кг/кг. 4. Определяют суммарное количество условного углерода, состоящего из углерода кокса С ш и условного углерода, замененного топливной добавкой m c 5. Для выплавки заданного качества чугуна устанавливают требуемое отношение количества железа в ши хте к количеству условного углерода 6. Определяют фактическое соотношение å Fe / å C и сравнивают его с заданным, при этом устанавливают и учи тывают зону нечувствительности если -K > DZ > K, принимают решение о корректировке массы кокса. 7. Определяют массу коррекции кокса в подаче для стабилизации отношения Z из следующего выражения: 8. Производят корректировку массы кокса в подаче, при этом если значение D K положительное увеличивают, а если отрицательное - уменьшают массу кокса в подаче на величину DK. Пример осуществления способа В качестве исследуемого объекта принята доменная печь ДМК им. Дзержинского объемом 1754 м 3, на которой выплавляют передельный чугун. В качестве топливной добавки используется природный газ с параметрами g = 1,077м3 / м3 , m = 2,06м3 / м3 . Исходные данные: Fei = 51% Ск = 0,85 Vпг = 10000 м 3/час m i = 24000 кг/под m к = 7100 кг/под qг = 1958 кДж/м 3 n = 10 Для данных условий исследуемого объекта задают соотношение железо/углерод - Z= 1,8 кг/кг. 1. Вычисляют значения å Fe и Сш 2. Производят анализ колошникового газа, контролируют расход дутья, кислорода, влажность дутья и определяют степень использования CO (hCO ) и H2 (hH 2 ), которые соответственно составляют hCO= 0,4; hH 2= 0,4 . 3. По формуле 2 вычисляют количество углерода, замененного топливной добавкой (природным газом) m c = 848 кг/подачу 4. Определяют 5. Определяют фактическое Z и задают К = ±0,015 6. Сравнивают фактическое и заданное значение Z с учетом К DZ = 0,022, DZ > 0,015, принимают решение о корректировке массы кокса в подачу. 7. Определяют массу коррекции кокса в подаче, необходимую для поддержания заданного Z 8. Производят корректировку расхода кокса, в данном случае снимают 100 кг кокса в подачу. Через 1ч после произведенной корректировки производят выполнение всех операций вновь. В результате, при неизменности всех остальных параметров установлено, что hH 2 составляет 0,3. Вычисляют количество углерода, замененного природным газом при hH 2 = 0,3 . m c = 732 кг/под Сравнивают фактическое и заданное значение Z. DZ = - 0,0318, DZ < - 0,015 и находится вне пределов показателя К. Производим корректировку массы кокса в подаче. Для новых условий изменение расхода кокса в подачу составляет: Производим корректировку расхода кокса - в данном случае с учетом округления добавляем в подачу 100 кг кокса. Пример 2. В качестве исследуемого объекта принята доменная печь объемом 1386 м 3, на которой выплавляют передельный чугун. В качестве топливной добавки используется пылеугольное топливо со следующими параметрами, (%) WP - 0,38; АP - 11,0; S oбщ P - 1,71; СP - 76,49; НP - 0,46; QНP - 25121,0 кДж/кг. Исходные данные: Fei -51% Ск - 0,85 Gм = 2000 кг/час m i - 24000 кг/под m к - 7100 кг/под qтв - 25121 кДж/кг n= 10. Для данных условий объекта задают соотношение железо/углерод - Z = 1,9 кг/кг. 1. Вычисляют значения å Fe и Сш 2. Производят анализ колошникового газа, контролируют расходы дутья, кислорода, влажность дутья и определяют степень использования CO (hCO ) и H2 (hH 2 ), которые соответственно составляют hCO= 0,42; hH 2= 0,4. 3. По формуле 3 вычисляют количество углерода, замененного топливной добавкой (пылеугольным топливом) m c = 334 кг/под 4. Определяют å C 5. Показатель К для печи данного объема составляет 0,015. 6. Определяем фактическое значение 7. Сравниваем фактическое и заданное значение Z, при этом учитываем К таким образом соотношение Z (железо/углерод) в настоящее время выше заданного и находится вне пределов показателя К. 8. Производим корректировку массы кокса в подаче С учетом округления повышаем расход кокса на 100 кг/под. Через некоторое время установлено, что содержание железа (Fei) в шихте повысилось до 53%, кроме этого увеличили расход пылеугольного топлива до 2500 кг/час. Производим стабилизацию рудной нагрузки при новых условиях доменной плавки. таким образом, необходимо произвести корректировку расхода кокса С учетом округления увеличиваем расход кокса на 200 кг/под. Пример 3. В качестве исследуемого объекта принята доменная печь ДМ К им. Дзержинского объемом 1386 м 3, на которой выплавляют передельный чугун. В качестве топливной добавки используется мазут с параметрами (в %): СP - 86,0; H P - 1,28; SP - 1,00; AP - 0,2; QP - 40612,0 кДж/кг; WP - 5,0 Исходные данные: Fei - 51% Ск = 0,85 Gм = 3000 кг/час m i = 24000 кг/под m к = 7100 кг/под qж = 40612 кДж/кг n = 10 Для данных условий исследуемого объекта задают соотношение железо/углерод - Z = 1,8 кг/кг. 1. Вычисляют значения å Fe и Сш 2. Производят анализ колошникового газа, контролируют расход дутья, кислорода, влажность дутья и определяют степень использования CO (hCO ) и H2 (hH 2 ), которые соответственно составляют hCO= 0,4; hH2= 0,35. 3. По формуле 3 вычисляют количество углерода, замененного топливной добавкой (мазутом). m c = 722 кг/под 4. Определяют количество углерода, поступающего в печь с коксом и замененного топливной добавкой Показатель К для печи данного объема составляет 0,015. 5. Определяем фактическое значение соотношения железо/углерод (Zф ) 6. Сравниваем фактическое и заданное значение Z и при этом учитываем К. таким образом, соотношение Z в настоящее время находится в заданных пределах. Через некоторое время было установлено, что содержание железа в шихте возросло до 52%, кроме этого отмечено снижение содержания углерода в коксе до 0,82. Увеличен расход мазута до 4000 кг/час. Остальные параметры остались без изменения. Согласно приведенному ранее расчету (в той же последовательности), определяем величину корректировки расхода кокса. Для нормального режима работы печи (для обеспечения заданного соотношения Z = 1,8 кг/кг) необходимо добавить с учетом округления 200 кг кокса в подачу. Таким образом, приведенные примеры свидетельствуют, что при управлении доменным процессом учет углерода, замененного топливной добавкой, и постоянный контроль степени использования восстановительных газов дает возможность своевременно и оперативно и на более высоком уровне производить регулирование рудной нагрузки. Это способствует снижению уровня колебания температуры чугуна, содержания в нем кремния, серы и экономии кокса.