Патент на изобретение №2180004

(54) СПОСОБ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для оптимизации физико-химических процессов доменной плавки при эксплуатации доменных печей. При отклонении влажности шихтовых материалов на каждый 1,0% от ее базовой величины изменяют прямо пропорционально содержание окатышей в шихте на 4,0-17,0% от исходного уровня и/или прямо пропорционально изменяют на 22,0-25,0% от исходного уровня расход природного газа, ограничивая увеличение его расхода величиной 55,0-63,0% от исходного уровня. Использование изобретения повышает точность регулирования плавки и ее технико-экономические показатели.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для оптимизации физико-химических процессов доменной плавки при эксплуатации доменных печей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ работы доменных печей, включающий загрузку шихтовых материалов, подачу дутья, контроль технологических параметров шихтовых материалов, дутья и колошникового газа, определение отклонения температуры колошникового газа и влажности шихтовых материалов от заданного уровня и поддержание заданной температуры колошникового газа путем регулирования параметров шихтовых материалов и дутья ( Контроль за работой доменных печей BETHLEHEM и SPARRONS POINT. – Рж. Металлургия, 15 В. Производство чугуна и стали, 1986, с.22, реф. 7В 179).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение изобретения, является повышение точности регулирования за счет улучшения качества поддержания заданной температуры колошникового газа с использованием дополнительных воздействий и получения при этом прироста чугуна и уменьшение удельного расхода кокса.

Поставленная задача решается тем, что согласно известному способу, включающему загрузку шихтовых материалов, подачу дутья, контроль технологических параметров шихтовых материалов, дутья и колошникового газа, определение отклонения температуры колошникового газа и влажности шихтовых материалов, поддержание заданной температуры колошникового газа путем регулирования параметров шихтовых материалов и дутья, согласно предлагаемому изобретению при достижении температуры колошникового газа значения ниже заданного уровня на каждый 1,0% отклонения от заданной величины влажности шихтовых материалов изменяют прямо пропорционально содержание окатышей в шихте на 4,0-17,0% от исходного уровня и/или прямо пропорционального изменяют на 22,0-25,0% от исходного уровня расход природного газа, ограничивая увеличение его расхода величиной 55,0-63,0% от исходного уровня.

Пористая неоплавленная структура окатыша с высокой удельной поверхностью пор определяет его высокую восстановимость. Поэтому восстановимость окатышей по сравнению с агломератом выше.

Благодаря этому свойству, а также более высокой окисленности окатышей процесс непрямого восстановления окатышей протекает более интенсивно. Это приводит к повышению нагрева столба печи, а следовательно, и к увеличению температуры газа по высоте печи.

Для выравнивания уровня текущей и заданной температуры колошникового газа, возникающего при повышении влажности шихтовых материалов и необходимого для обеспечения стабильных температурных условий верхней части доменной печи, в заявленном способе работы доменной печи предлагается произвести следующие операции:
– скорректировать массу кокса в пересчете на сухую остаточную массу при изменении влажности шихтовых материалов;
– сравнить текущую температуру колошникового газа с ее заданным уровнем и при достижении ее величины ниже заданного уровня увеличить расход природного газа на 22,0-25,0% на каждый 1,0% увеличения влажности шихты или уменьшить расход природного газа на 22,0-25,0% на каждый 1,0% уменьшения влажности шихты;
– увеличение расхода природного газа ограничить величиной 55,0-63,0%;
– для достижения текущей температуры колошникового газа ее заданного значения дополнительно увеличить содержание окатышей в шихте на 4,0-17,0% на каждый 1,0% увеличения влажности шихтовых материалов.

При реализации предлагаемого способа работы доменной печи расход природного газа может изменяться в пределах 22,0-25,0% на каждый 1,0% изменения влажности.

Проведенные авторами предлагаемого изобретения промышленные испытания заявленного способа на доменных печах ОАО “НЛМК” позволили установить по результатам статистической обработки данных количественную зависимость между влажностью шихтовых материалов, W_ш,% и температурой колошникового газа, t_к, ^oС:
t_K=A-вW_ш(1)
Так, для доменных печей полезным объемом 3200 м³ выражение (1) имеет вид:
t_R=148,1-7,1W_ш(2)
Из выражения (2) имеем: изменение влажности шихтовых материалов, загружаемых на колошник печи, на 1,0% способствует изменению температуры колошника на 7,1^oС, т.е.

t_к W_ш 7,1<sup>C 1% (3)
В соответствии с приближенной формулой А.Н. Рамма [Рамм А.Н. Современный доменный процесс. – М: Металлургия, 1980. – 304с., с.40] влияние расхода природного газа на температуру колошникового газа оценивается следующим выражением:

(4)
где: t_к, oС – температура колошникового газа в базовом периоде (w = 0,21; = 0,01; t_д = 1000oС; s = 0);
, м3/м3 – доля кислорода в дутье;
, отн.% – влажность дутья;
s, м3/кг чугуна – расход вдуваемого топлива;
– характеристика вдуваемого топлива;
(5)
где (С) и (Н), м3/м3 содержание углерода и водорода в единице реагента;
= 2,0 м3/м3 – для природного газа.</sup>

В интервале расхода природного газа 90-110 м³/т чугуна и концентрации кислорода в дутье 21-30% по выражению (4) и (5) имеем: увеличение расходов природного газа на 10 м³/т чугуна изменяет температуру колошникового газа на 3,2^oС, т.е.

ПГ,м³/т t_к 10 м³/т 3,2^{C (6)
Исходя из выражений (1), (4) и (5) имеем при изменении влажности шихтовых материалов на каждый 1% пределы изменения расхода природного газа 22,0-25,0 отн.%.}

Нижний предел 22,0 – для доменных печей малого полезного объема порядка 1000 м³, а верхний предел 25,0 – для мощных печей полезным объемом порядка 5500 м³.

Так с учетом выражений 2, 3, 4, 5, 6 для печи полезным объемом 3200 м³ на каждый 1% изменения влажности шихтовых материалов требуется 22,4 отн.% изменения расхода природного газа для поддержания прежних условий теплообмена в верхней части доменной печи.

Максимально допустимое увеличение расхода природного газа в пределах 55,0-63,0 отн.% определено с учетом допустимого отклонения текущей теоретической температуры горения на фурмах от рабочего диапазона ее изменения в пределах 1900^oС-2300^oС.

Проведенные авторами предлагаемого изобретения промышленные испытания заявленного способа на доменных печах ОАО “НЛМК” позволили установить по результатам статистической обработки данных количественную зависимость между содержанием окатышей в шихте, Ок, % и температурой колошникового газа, t_к, ^oС.

Так для доменных печей полезным объемом 3200 м³ и содержанием кислорода в дутье 28,6% эта зависимость приобретает вид:
t_к=125,67+1,93O_к(7)
Из выражения (7) имеем: изменение содержания окатышей в шихте на 1,0% способствует изменению температуры колошникового на 1,93^oС, т.е.

Ок,м³/т t_к 1% 1,93^{C (8)
Исходя из выражений (1), (7) имеем при изменении влажности шихтовых материалов на каждый 1% содержание окатышей в пределах 4,0-17,0%.}

Нижний предел 4,0 для печей, работающих на атмосферном дутье без обогащения его кислородом, а верхний предел 17,0 для печей, работающих на дутье с содержанием кислорода порядка 30%.

Так, с учетом выражений 2, 3, 7 для печи полезным объемом 3200 м³ и содержанием кислорода в дутье 28,6% на каждый 1% изменения влажности шихтовых материалов требуется 13,7 абс.% изменения содержания окатышей в шихте для поддержания прежних условий теплообмена в верхней части доменной печи.

Способ реализуется на доменной печи полезным объемом 3200 м³, которая выплавляет предельный чугун из шихты, состоящей из агломерата, окатышей флюсующих добавок и кокса.

В работе печи используется подача в воздушные фурмы обогащенного кислородом нагретого дутья и природного газа.

Заданный уровень и соответственно текущее значение технологических параметров доменной плавки характеризуется следующими величинами:
Рудная нагрузка, т/т – 3,73
Рудная подача, т – 59
в том числе
Агломерат, т – 52
Окатыши, т – 6
Конвертерный шлак, т – 1
Коксовая подача, т – 15,8
в том числе скиповый кокс, т – 79
Базовая влажность кокса, отн.% – 5,0
Расход дутья, м³/мин – 5650; 5676
Расход природного газа, тыс. м³/ч – 36,3; 36,3
Температура дутья, ^oС – 1137; 1137
Влажность дутья, г/м³ – 8,0
Концентрация кислорода в дутье,% – 31,0; 31,4
Теоретическая температура горения, ^oС – 2215
Удельный расход природного газа, м³/т чугуна – 110
Удельный расход кокса, кг/т чугуна – 435
Производство чугуна, т/сут – 7925
Температура колошника, ^oС – 150; 167
Примеры реализации способа:
1. Изменилась влажность кокса и составила 7 отн.%.

Коррекция массы скипового кокса в пересчете на сухую массу составит:
m_k ^w=0,01(7-5)¹7,9+7,9=8,1 т
и масса коксовой подачи составит:
8,12=16,2 т.

При этом рудная нагрузка составила 3,64 т/т, температура колошникового газа составила 140^oС, что ниже заданного уровня.

В соответствии с последовательностью действий предлагаемого изобретения одновременно с коррекцией кокса производят воздействия по природному газу, т.е. прямо пропорционально увеличивают расход природного газа.

С учетом приведенного выше условия на каждый 1,0% отклонения влажности шихтовых материалов от базовой величины увеличивают расход природного газа на 25%.

ПГ = (7-5)25 = 50% .
После принятых действий температура колошникового газа составила 154^oC, что выше заданного уровня.

¹ – разница текущей и базовой влажности шихтовых материалов, %.

2. Изменилась влажность кокса и составила 11 отн.%.

Корекция массы скипового кокса в пересчете на сухую массу составит:
m_k ^w=0,001(11-5)7,9+7,9=8,4 т
и масса коксовой подачи составит:
8,42=16,8 т.

При этом рудная нагрузка составила 3,51 т/т, температура колошникового газа составила 110^oC, что ниже заданного уровня.

В соответствии с последовательностью действий предлагаемого изобретения одновременно с коррекцией кокса производят воздействия по природному газу, т.е. прямо пропорционально увеличивают расход природного газа.

С учетом приведенного выше условия на каждый 1,0% отклонения влажности шихтовых материалов от базовой величины увеличивают расход природного газа на 25%.

ПГ = (11-5)25 = 150% .
Однако с учетом ограничений расхода природного газа по теоретической температуре горения воздействие по природному газу ограничиваем величиной 55%, при этом температура колошникового газа составила 126^oС, что ниже заданного уровня.

Согласно последовательности действия предлагаемого изобретения производят воздействие по содержанию окатышей в шихте, т.е. прямо пропорционально увеличивают долю окатышей в шихте.

С учетом приведенного выше условия на каждый 1,0% отклонения влажности шихтовых материалов от базовой величины увеличивают долю окатышей на 13,7 абс. %. С учетом того что природным газом уже скомпенсировано 2,0% влаги, изменение доли окатышей составит:
Ок = (11-2-5)13,7 = 54,8% .
После принятых действий через 5 ч температура колошникового газа составила 155^oС, что выше заданного уровня.

3. Температура колошникового газа достигла значения 93^oС, что ниже заданного уровня – 150^oС. При этом изменилась влажность кокса и составила 13 отн.%.

Отсюда коррекция массы скипового кокса в пересчете на сухую массу составит:
m^W _K=0,01(13-5)7,9+7,9=8,5 т
масса коксовой подачи составит:
8,52=17 т
рудная нагрузка:
Р/К=59/17=3,47.

Согласно последовательности действия предложенного изобретения производим воздействия по содержанию окатышей в шихте и с учетом быстродействия – по расходу природного газа с ограничением до 2%:
Ок = (13-2-5)13,7 = 82,2%
В рудной подаче:
окатышей – 6(100+82,2)/100 = 10,9 т.

агломерата – 52-(10,9-6) = 47,1 т
конвертерного шлака – 1 т.

ПГ = 225 = 50%
Расход природного газа составит 36,3(100+50)/100=54,5 тыс. м³/ч.

Далее через 3 ч температура колошникового газа достигла величины 136^oС, что ниже заданного уровня – 150^oС и влажность кокса – 6%.

m^W _K=0,01(6- 5)7,9+7,9=8,0 т
масса коксовой подачи составит:
8,02=16 т
рудная нагрузка:
Р/К=59/16=-3,69
В соответствии с действиями предлагаемого изобретения одновременно с коррекцией кокса прямо пропорционально уменьшению влажности кокса (13-6)% уменьшают содержание окатышей в шихте:
Ок = (13-6)13,7 = 95,9%
В рудной подаче:
окатышей – 10,9-695,9/100 = 5,1 т.

агломерата – 52+(6-5,1) = 52,9 т.

конвертерного шлака – 1 т.

После принятых действий температура колошникового газа достигла значения 141^oС, что ниже заданного уровня – 150^oС и влажность кокса изменилась с 6% до 4 отн.%.

m^W _K =0,01(6-5)7,9+7,9=8,0 т
масса коксовой подачи составит:
8,02=16 т
рудная нагрузка:
P/К=59/16=3,69
В соответствии с действиями предлагаемого изобретения одновременно с коррекцией кокса прямо пропорционально изменению влажности кокса (6-4)%, а при базовой (заданной величине) в 5 отн.% принимаем уменьшение влажности кокса (6-5)%, уменьшаем расход природного газа:
ПГ = (6-5)25 = 25%
Расход природного газа составит 36,3-36,325/100=27,2 тыс.м³/ч.

После принятых действий температура колошникового газа достигла 147^oС, что с учетом погрешности измерительного прибора соответствует заданному уровню 150^oС.

Использование в целях поддержания заданной температуры колошникового газа в качестве регулирующего воздействия природного газа позволит получить дополнительный прирост чугуна с уменьшением цельного расхода кокса. В условиях ограничения увеличения расхода природного газа применение в качестве регулирующего воздействия повышенного содержания окатышей улучшит качество регулирования, что в свою очередь положительно отразится на технико-экономической работе доменной печи.

Формула изобретения

Способ работы доменной печи, включающий загрузку шихтовых материалов, подачу дутья, контроль технологических параметров шихтовых материалов, дутья и колошникового газа, определение отклонения температуры колошникового газа и влажности шихтовых материалов от заданного уровня и поддержание заданной температуры колошникового газа путем регулирования параметров шихтовых материалов и дутья, отличающийся тем, что при достижении температуры колошникового газа ниже заданного уровня на каждый 1,0% отклонения от заданной величины влажности шихтовых материалов прямо пропорционально изменяют содержание окатышей в шихте на 4,0-17,0% от исходного уровня и/или прямо пропорционально изменяют на 22,0-25,0% от исходного уровня расход природного газа, ограничивая увеличение его расхода величиной 55,0-63,0% от исходного уровня.