Спосіб виплавки чавуну із зниженим вмістом кремнію

Реферат: Спосіб виплавки чавуну зі зниженим вмістом кремнію включає подачу в горн доменної печі через повітряні або допоміжні фурми засоби керування тепловим режимом горна. Як засіб керування тепловим режимом горна використовують пиловугільне паливо фракцією менше 0,15 мм, яке подають витратою 150-250 кг/т чавуну при підтримці теоретичної температури горіння 2100-2500 °C. UA 85182 U (54) СПОСІБ ВИПЛАВКИ ЧАВУНУ ІЗ ЗНИЖЕНИМ ВМІСТОМ КРЕМНІЮ UA 85182 U UA 85182 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до чорної металургії і призначена для використання в доменному виробництві. Традиційним для керування нагрівом горна і підтриманням мінімально можливого вмісту кремнію [Si] в чавуні є спосіб зміни рудного навантаження на кокс: підвищення основних компонентів для зниження вмісту Si в чавуні, і, навпаки (Ефименко Г.Г. Металлургия чугуна Г.Г. Ефименко, А.А. Гиммельфарб, В.Е. Левченко. - К.: Вища школа, 1974-488 с.). Недоліками способу є його велика інерційність - 6-8 годин, неможливість зниження вмісту Si в чавуні нижче 0,5 % через охолоджування горна і зниження температури чавуну, погіршення сходу шихти. Найбільш близьким аналогом пропонованої корисної моделі є спосіб виплавки чавуну зі зниженим вмістом кремнію, що включає подачу в горн доменної печі через повітряні або допоміжні фурми окислюваного матеріалу у вигляді залізорудних окатишів розміром 12-15 мм (RU, № 2057187 С1, МПК С21В 5/00, 5/02, опубл. 27.03.1996 p.). Даний спосіб забезпечує більш оперативне керування нагріванням горна, збереження високої температури чавуну, можливість стабільного зниження рівня вмісту Si в чавуні до 0,4-0,5 %. До недоліків найближчого аналога належить ускладнення і подорожчання обладнання внаслідок необхідності сушіння, дроблення і введення в доменну піч необхідних розкислювачів. Крім цього даний спосіб неминуче визначає підвищення потреби тепла в горні на теплохімічну переробку добавок, що визначає перевитрату коксу і зниження техніко-економічних показників (ТЕП) плавки: очевидно, що внаслідок введення в горн холодних шихто-матеріалів, їх переробка і перетворення на чавун виробляються за рахунок високотемпературного тепла, вихід якого в печі не перевищує 30-40 %. Завантаження ж даних матеріалів через колошник дозволить для нагріву даних матеріалів до 1200 °C використовувати вторинне, низькотемпературне тепло, що забезпечить економію коксу, крім того окатиші знижують температуру, йде тепло, не контролюється процес плавки. З точки зору і технології, і економіки, вкрай нераціонально відновлювати в доменній печі Si до рівня вище кондиції, а потім окисляти його в печі. Усунення або обмеження виконання цієї та інших непродуктивних операцій знизить напруженість роботи горна і забезпечить підвищення ефективності роботи печі. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу виплавки чавуну з пониженим вмістом кремнію, в якому за рахунок інтенсифікації теплообмінних процесів випромінюванням між газовим потоком, рідким чавуном і шлаком забезпечується зниження інтенсивності відновлення кремнію в прифурменій зоні та інтенсифікації окислення кремнію в фурменій зоні, забезпечують перегрів продуктів плавки в горні доменної печі, що призводить до збільшення рудного навантаження при поліпшенні основних ТЕП плавки. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб виплавки чавуну зі зниженим вмістом кремнію, включає подачу в горн доменної печі через повітряні або допоміжні фурми засоби керування тепловим режимом горна, згідно з корисною моделлю, як засіб керування тепловим режимом горна використовують пиловугільне паливо фракцією менше 0,15 мм, яке подають витратою 150-250 кг/т чавуну при підтримці теоретичної температури горіння 2100-2500 °C. У нижній частині печі створюють якісно більш сприятливі фізико-хімічні умови для уповільнення відновлення Si і інтенсифікації нагріву продуктів плавки за рахунок відповідного підвищення витрати пиловугільного палива (ПВП) до 150 кг/т чавуну, зниження тоніни його помелу до 0,15 мм і нижче, підвищення температури дуття (1100 °C) та вмісту в ньому кисню (≥30 %) і, відповідно, рівня теоретичної температури горіння (Т теор) до 2100-2500 °C. Зазначені вище параметри температурно-дуттьового режиму плавки зумовлюють зниження температури шихти і швидкості відновлення Si в визначально - прифурменій - зоні, а також інтенсифікацію нагріву продуктів плавки і окислення Si в фурменій зоні доменної печі. Перегрів продуктів плавки вище 1000 °C і відновлення Si в доменній печі проходять в нижній зоні теплообміну, або, точніше - в прифурменій і фурменій зонах вище написано - окислення в фурменій зоні, фізичні умови в яких істотно змінюються при вдуванні у горн ПВП і зниженні питомої витрати коксу. Останнє у вирішальній мірі визначається інтенсивністю теплообміну випромінюванням горнових газів в фурмених зонах. Інтенсивність випромінювання газового потоку в фурменій зоні розраховується за законом Стефана-Больцмана: 4 4 Qвипром=Fn((T+273) -(Тф+273) ) де,  - ступінь чорноти фурменої зони, частки од.;  - постійна Стефана-Больцмана, 5,67102 4 2 8 Дж/(см К ), F - площа поверхні фурменої зони, м ; n - кількість фурм, шт; Тф - температура поверхні фурменої зони, °C (приймається як температура коксу, що надходить в фурмені зони). Ступінь чорноти фурменої зони розраховується за такою формулою: 1 UA 85182 U ф.з.  1 1 1  1  г  поверхні де, поверхні - ступінь чорноти поверхні фурменої зони, г - ступінь чорноти потоку ПВП і коксу. поверхні  5  чаву н G чаву н  шлак  G шлак  кокс  G кокс G чаву н  G шлак  G кокс де Gчaвyн, Gшлак, Gкокс - витрати чавуну, шлаку, коксу, кг/т чавуну; чавун, шлак, кокс ступінь чорноти чавуну, шлаку і коксу в фурменій зоні, частки од. Ступінь чорноти запиленого потоку г розраховується за такою методикою: 1. Визначається коефіцієнт А, що відповідає виду використовуваного палива, значення якого наведені в таблиці 1. Таблиця 1 Коефіцієнт А Золовий пил 0,12 0,15 0,1 0,15 0,08 Вид вугілля Тоще Газове Антрацит Буре Кокс Вугільний пил 0,06 0,14 0,08 10 2. Визначається діаметр частинок золи палива d, мкм і питома вага пилу , г/м ; 3. Визначається температура запиленого газового потоку Т, °C; 4. Розраховується ефективний коефіцієнт ослаблення kn, частки од.: 3 k n  0,42  15 A 1  273  3 2 2  T d 5. Визначається щільність запиленого газового потоку , г/м . 3  Ac  G Vгг с 20 25 30 35 40 де А - вміст золи у використовуваному паливі, частки од., G - витрата палива, кг/т чавуну, 3 Vгг - вихід горнових газів, м /т чавуну. 6. Розраховується ступінь чорноти газового потоку г, частки од.: г=knмl де l - лінійний розмір частки ПВП, м. На графіку представлено зміни параметрів теплообміну і температури чавуну в залежності від фракційного складу і витрати ПВП. Позначення по осі X - діаметр частинок ПВП, мм: 1-5 мм; 2-3 мм; 3-1 мм; 4-0,5 мм; 5-0,15 мм; 6-0,1 мм; 7-0,05 мм; 8-0,03 мм. Витрата ПВП, кг/т чавуну: ♦ 100, ▲ - 200, ● - 300. З графіку, виконаного на основі розрахунків за наведеними вище рівнянням, в, що спалювання в фурмених зонах ПВП, інтенсифікуючи теплообмінні процеси, визначає якісні зміни фізико-хімічних умов у прифурмених і фурмених зонах доменної печі, у вирішальній мірі визначають перегрів продуктів плавки, їх кінцеві температуру і хімічний склад. Зміни параметрів теплообміну визначені зниженням температурного рівня прифурмених і фурмених зон горна, що визначається вдування ПВП, що забезпечує значне - в 1000 разів підвищення питомої поверхні пиловугільних зольних частинок, відповідне - в рази - підвищення коефіцієнта чорноти фурменої зони та інтенсивності теплообміну випромінюванням (графік). Дані зміни визначають підвищення температури чавуну в фурмених зонах на величину до 600 °C і, відповідне зниження температури газу в прифурмених зонах до 1650-1670 °C (графік). Таким чином, суттєво обмежуються термодинамічні та кінетичні умови відновлення Si - у прифурменій зоні і, відповідно, його вміст у чавуні, що надходить у фурмені зони. З іншого боку, значне підвищення температури чавуну в фурменій зоні сприяє інтенсифікації окислення Si чавуну киснем дуття (графік). Підвищену до 1600 °C завдяки інтенсифікації теплообміну випромінюванням температуру чавуну на випуску доцільно довести до рівня кондиції - 14801500 °C - за рахунок збільшення рудного навантаження на 3-6 % (таблиця 2), що, нарівні зі зниженням температури чавуну, буде також сприяти відповідно зниженню вмісту Si в чавуні. Таким чином, освоєння технології плавки, згідно з корисною моделлю, сприятиме, у порівнянні з 2 UA 85182 U 5 найближчим аналогом, зниженню вмісту Si в чавуні, насамперед у результаті: зниження інтенсивності відновлення Si в прифурменій зоні та інтенсифікації окислення Si в фурменій зоні; зниження відновлення Si за рахунок можливості збільшення рудних навантажень і додаткового зниження температурно-відновного потенціалу прифурменої зони, що дозволяють підтримувати оптимальну температуру чавуну в межах 1480-1500 °C. Таблиця 2 3 Розрахункові параметри роботи доменної печі № 5 ПрАТ "ЄМЗ" (Vкop=1513 м ) при використанні компенсуючих заходів Параметри доменної плавки (База - 2009 січ.-лют.) Виробництво, % Виробництво, т/добу 3 Питоме виробництво, т/(м добу) 3 КВКО, (м добу)/т 3 Інтенсивність плавки по вуглецю, т/(м добу) Кокс сухий скіповий, кг/т чавуну Сумма коксу і коксового горішка, кг/т чавуну 3 Витрата ПГ, м /т чавуну Витрата ПВП, кг/т чавуну Прихід заліза з шихтою, кг/т чавуну Вміст дріб'язку в шихті, % Витрата вапняку, кг/т чавуну Витрата окатишів СевГок, кг/т чавуну Агломерат ЄМЗ, кг/т чавуну Вміст кисню в дутті, % Температура дуття, °C Теоретична температура горіння, °C Необхідна теор. температура горіння, °C Температура колошникового газу, °C Ступінь використання СО, долі Ступінь прямого відновлення заліза, rd Вуглець, що дійшов до фурм, кг/т чавуну 3 Вихід горнових газів, м /т чавуну 3 Вихід відновлювальних газів, м /т чавуну Вихід шлаку, кг/т чавуну Прихід сірки з шихтою, кг/т чавуну Собівартість чавуну, грн. Тем-pa чавуну на вході до фурменої зони, °C Тем-pa газів на виході з фурменої зони, °C Змінення тем-ри чавуну на виході з фурменої зони, °C Температура чавуну на выпуску, °C Витрата умовного палива, кг/т чавуну Сірка в чавуні, % Рудна нагрузка, т/т коксу Вихід шлаку, кг/т коксу 3 Вихід колошникового газу, м /т коксу Прихід дріб'язку (0-5 мм) з шихтою Швидкість газу в розпарі, м/с 3 Вихід горнового газу, м /m коксу 100,0 2605 1,72 0,58 0,87 575,9 589,7 0 0 1008 8,0 73,0 822,3 774,7 0,191 898 1903 1903 171 0,45 0,33 374,9 2100 772,0 423,8 9,2 3952 1419 1746 112,2 2923 1,93 0,52 0,90 528,9 542,7 0 0 1006 8,2 38,9 862,5 774,7 0,212 898 2150 1808 156 0,51 0,37 326,3 1729 623,2 356,4 6,0 3739 1425 1968 100 ПВП 124,6 3247 2,15 0,47 0,99 437,1 450,9 0 100 1006 8,2 40,5 862,5 774,7 0,25 898 2152 1932 135 0,51 0,32 259,3 1587 686,6 358,4 5,8 3670 1357 1834 10 19 220 280 339 389 1451 589,0 0,047 3,04 718 3795 228,2 7,85 3562 1436 542,0 0,047 3,20 656 3513 252,4 8,07 3186 1489 549,5 0,046 3,87 794 3802 303,8 10,89 3520 1498 555,2 0,045 4,30 884, 4004 336,6 12,83 3749 1510 562,2 0,045 4,82 991 4244 376,0 18,78 4020 1519 570,6 0,045 5,47 1124 4540 424,2 60,10 4352 БАЗА 1* 150 ПВП 131,0 3412 2,25 0,44 1,04 393,1 406,9 0 150 1006 8,2 41,5 862,5 774,7 0,273 898 2149 1987 125 0,50 0,29 226,6 1525 720,1 359,7 5,8 3639 1330 1779 200 ПВП 137,6 3584 2,37 0,42 1,10 350,4 364,2 0 200 1006 8,2 42,7 862,5 774,7 0,301 898 2150 2037 113 0,50 0,27 194,8 1464 755,0 361,2 5,8 3613 1306 1734 250 ПВП 144,3 3760 2,49 0,40 1,17 309,1 322,9 0 250 1006 8,2 43,9 862,5 774,7 0,335 898 2151 2083 100 0,49 0,25 163,6 1405 791,3 363,0 5,8 3590 1285 1696 1* компенсуючі заходи: зниження основності шлаку до 1,15; зниження витрати конвертерного шлаку до 40 кг/т чавуну; підвищення основності агломерату до 1,6; використання коксу "Преміум". 3 UA 85182 U 5 10 15 20 25 30 З графіку видно, що мінімізація рівнів помелу ПВП і його питомої витрати відповідно 0,15 мм і 150 кг/т чавуну - забезпечують високий і стабільний рівень питомої поверхні ПВП та інтенсивності тепловіддачі випромінюванням; в свою чергу, дані параметри сприяють значному, стабільному і високому - 60-100 °C - перегріву чавуну на випуску і відповідно зниження температури шихти і чавуну в прифурменій зоні. Необхідний мінімальний рівень теоретичної температури горіння - 2100 °C - також сприяє підтримці високого і стабільного рівня теплообміну випромінюванням з усіма витікаючими з цього наслідками. Верхня межа Ттеор.=2500 °C - визначається мінімальною ефективністю подальшого підвищення параметра, насамперед внаслідок значного підвищення витрати кисню на збагачення дуття, а також вичерпанням резервів інтенсифікації теплообміну випромінюванням за рахунок підвищення Т дуття, кисню дуття. Приклад. Розрахунок з оцінки ефективності застосування описаної вище технології 3 виконаний для ДП № 5 об'ємом 1513 м ПАТ "Єнакіївський металургійний завод", виплавляє переробний чавун зі свого агломерату та окатишів, без застосування природного газу (ПГ) та використання компенсуючих заходів (таблиця 2). Як основні компенсуючі заходи використовували застосування коксу поліпшеної якості, зниження виходу шлаку і його основності, за рахунок збільшення частки в шихті і якості окатишів, збагачення дуття киснем до 30 % (табл. 2). Згідно з наведеним розрахунком, оптимальним є режим з виплавкою на 1 т чавуну 200 кг ПВП, якому відповідають такі визначальні показники: швидкість газу розпарення 18,78 м/сек при граничному значенні 20,0 м/сек, вихід шлаку, -891 кг/т коксу (граничне значення 1000 кг/т коксу). Згідно з розрахунком реалізація оптимального режиму забезпечить зниження витрати коксу на 225,5 кг/т (38 %) і приріст продуктивності - 37,5 % (табл. 2). Розрахунки щодо зміни теплообміну в нижній зоні доменної печі показали, що при введенні в горн 200 кг/т ПВП інтенсивність теплообміну випромінюванням в фурменій зоні зросте в 5 разів у порівнянні з періодом без вдування ПВП, відповідно також (60-100 °C) зростають перегрів чавуну на випуску, зниження температури газу в передфурменій зоні. Приведення до рівних умов по температурі чавуну - 1480 °C - в дослідному періоді дає можливість оцінити додатковий ефект застосування ПВП, який визначається інтенсифікацією теплообміну випромінюванням на фурмених зонах: додаткове зниження витрати коксу -11-14 кг/т чавуну; зниження вмісту Si в чавуні від 0,85-0,75 до 0,35-0,4 % при його температурі на випуску - 1480 °C. Ефективність оптимізації технології за рахунок інтенсифікації тепловіддачі випромінюванням складе 30-50 грн./т чавуну. Крім того, поліпшення якості передільного чавуну при вдуванні у горн ПВП сприятиме отриманню додаткового ефекту в конверторному цеху за рахунок зниження виходу шлаку, витрати вапна і приросту виробництва, величина якого складе приблизно 300-400 грн./т сталі. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Спосіб виплавки чавуну зі зниженим вмістом кремнію, що включає подачу в горн доменної печі через повітряні або допоміжні фурми засоби керування тепловим режимом горна, який відрізняється тим, що як засіб керування тепловим режимом горна використовують пиловугільне паливо фракцією менше 0,15 мм, яке подають витратою 150-250 кг/т чавуну при підтримці теоретичної температури горіння 2100-2500 °C. 4 UA 85182 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 5