Патент на изобретение №2190667
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
(57) Реферат: Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для регулирования теплового режима доменной плавки путем оптимизации расхода кокса в зависимости от качества шихтовых материалов. Сущность способа заключается в том, что в печь периодически загружают рудные материалы и кокс, осуществляют непрерывный контроль состава и количества рудных материалов и кокса, контроль химического состава колошникового газа, расходов дополнительного топлива, вдуваемого через фурмы в горн печи, дутья, технологического кислорода, контроль температуры и влажности дутья. Расход кокса устанавливают по соотношению К = 1/СК  1/qc[qр.шМр.ш – z(qдVД + qд.тVд.т)] , где К – расход кокса, кг (сухого)/т чугуна; Мр.ш – расход рудной части шихты, кг/т чугуна; СК – содержание углерода в коксе, доли; qc – тепловой эквивалент углерода кокса, мДж/кг; qр.ш– тепловой эквивалент рудной части шихты, мДж/кг; qд – тепловой эквивалент дутья, мДж/м3; qд.т – тепловой эквивалент дополнительного топлива, мДж/м3 (кг); VД – расход дутья, м3/т чугуна; Vд.т – расход дополнительного топлива, м3 (кг)/т чугуна; z – коэффициент, равный 0,70-1,20. При использовании изобретения обеспечивается увеличение производительности печи и качества чугуна. 1 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для регулирования теплового режима доменной плавки путем оптимизации расхода кокса в зависимости от качества шихтовых материалов. Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому способу является способ [RU 2017826, С 21 В 5/00, 15.08.94. Бюл. 15] . Сущность способа заключается в том, что при использовании топливных добавок (природный газ, твердое или жидкое топливо) дополнительно учитывают массу углерода, замененного топливной добавкой, определяют фактическое соотношение Fe/C и сравнивают с заданным значением, величина которой принимается равной 1,6-2,3 кг/кг. Если разница между ними  Z превышает показатель К, находящийся в пределах |0,005|-|0,015|, производят корректировку массы кокса в подаче, изменение которой определяют из следующего соотношения: где K – величина коррекции массы кокса в подаче, кг; Fe – содержание Fe в шихтовых материалах, кг/подачу;Z – заданное соотношение Fe/C;C – количество углерода, поступающего в печь с коксом и замененного топливной добавкой, кг/подачу;Ск – содержание углерода в коксе с коррекцией по влаге, доли массы; mс – масса углерода, замененного топливной добавкой, кг/подачу; mк – количество кокса в подачу, которое загружается в доменную печь в данный момент, кг. Недостаток данного способа заключаются в том, что расход кокса (коррекцию массы кокса в подаче) изменяют, не учитывая количество тепла, которое требуется для проплавки шихты с заданной теплопотребностью. Содержание железа в шихте недостаточно полно отражает затраты тепла на производство чугуна. Кроме того, расход кокса и топливной добавки учитываются через массовые величины и не учитываются их теплотворные характеристики. Способ не учитывает количество тепла, поступающее с нагретым дутьем, а также затраты тепла на разложение влаги, содержащейся в дутье. Анализ тепловых балансов работы доменных печей с использованием топливных добавок показывает, что с нагретым дутьем поступает тепла в количестве 1500-2000 мДж/т чугуна, что составляет около 20% от общего количества расходуемого тепла. Вследствие этого данный способ не обеспечивает достижение технического эффекта. Технический эффект при использовании изобретения заключается в увеличении производительности доменной печи при минимальном удельном расходе кокса и в повышении качества чугуна за счет снижения содержания серы и кремния и повышения стабильности по химическому составу и нагреву. Технический результат достигают тем, что способ ведения доменной плавки включает периодическую загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, непрерывный контроль состава и количества шихтовых материалов и кокса, контроль химического состава колошникового газа, расходов дополнительного топлива, дутья, технологического кислорода, контроль температуры и влажности дутья. Расход кокса устанавливают по соотношению  где К – расход кокса, кг (сухого)/т чугуна; Мр.ш – расход рудной части шихты, кг/т чугуна; Ск – содержание углерода в коксе, доли; qс – тепловой эквивалент углерода кокса, мДж/кг; qр.ш – тепловой эквивалент рудной части шихты, мДж/кг; qд – тепловой эквивалент дутья, мДж/м3; qд.т – тепловой эквивалент дополнительного топлива, мДж/м3 (кг); Vд – расход дутья, м3/т чугуна; Vд.т – расход дополнительного топлива, м3 (кг)/т чугуна; z – коэффициент, равный 0,70-1,20. Тепловые эквиваленты рудной части шихты (qр.ш), дутья (qд), дополнительного топлива (qд.т) и углерода кокса (qс) рассчитывают по соотношениям: qр.ш=32,0 (Mр.ш)2-101,5(Мр.ш)+86,235, (3)где (Мр.ш) – расход рудной части шихты, т/т; 32,0; 101,5 и 86,235 – коэффициенты. qд = 1 cдtд-10,802 , (4)где 1 – количество дутья, м3; cд – теплоемкость дутья (двухатомных газов), мДж/(м3 град.); tд – температура дутья, oС; 10,802 – тепловой эффект разложения H2O, мДж/м3; – влажность дутья, м3 Н2О/м3 сухого дутья.
qд.т = Qд.т+12,648  co+10,802 н, (5)где Qд.т – тепловой эффект горения дополнительного топлива до СО и Н2, мДж/м3 (кг); 12,648 и 10,802 – тепловые эффекты образования СО2 и H2O, мДж/м3; и – коэффициенты, отражающие количество соответственно СО и Н2, образующихся в горне печи из 1 м3 (кг) дополнительного топлива, м3/м3;co и н – степень использования соответственно СО и H2, доли ед.
qc = 1,8667(5,250+12,648co), (6)где 5,250 – тепловой эффект образования СО, мДж/м3; 1,8667 – количество СО, образующееся при сгорании 1 кг углерода, м3. Повышение производительности доменной печи и снижение удельного расхода кокса будет происходить вследствие соответствия теплопотребности доменного процесса, учитываемого с помощью теплового эквивалента рудной части шихты, с поступлением тепла от горения кокса, дополнительного топлива и горячего дутья с учетом затрат тепла на разложение влаги дутья. Ведение доменной плавки с расходом кокса, рассчитанным по соотношению (3), обеспечивает стабильный и оптимальный тепловой режим, что уменьшит стохастичекие колебания температурного режима как в горне печи, так и по всей высоте. Стабильный тепловой режим благоприятствует ведению доменной плавки с минимально допустимым расходом кокса, обеспечивая вместе с тем достаточно эффективное обессеривание чугуна при минимальном содержании кремния. Оптимальный тепловой режим благоприятствует интенсификации процесса при сохранении на высоком уровне качества чугуна, включая его химический состав, температуру и стабильность по этим параметрам. Ниже приводится пример осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения. ПРИМЕР. В процессе ведения доменной плавки в доменную печь периодически загружают шихтовые материалы и кокс, осуществляют непрерывный контроль состава и количества шихтовых материалов и кокса, контроль химического состава колошникового газа, расходы дополнительного топлива, вдуваемого через фурмы в горн печи, дутья, технологического кислорода, контроль температуры и влажности дутья. Способ ведения доменной плавки осуществляют на доменной печи полезным объемом 3200 м3. В доменной печи выплавляют передельный чугун следующего химического состава, мас.%: Si 0,45-0,62; Mn 0,11-0,20; S 0,013; Р 0,08; Fe 94,63. Рудная часть шихты состоит из офлюсованного агломерата следующего состава, мас.%: Fe 58,93; FeO 9,32; SiO2 6,21; CaO 6,56; MgO 2,37; Al2O3 1,78. Металлолом не используется. Технический анализ кокса, мас.%: Ск 87,50; А 12,21; V 1,10, S 0,48. Параметры комбинированного дутья: расход дутья (Vд) 1000 м3/т чугуна; температура дутья (tд) 1170oС; влажность дутья 0,015 м3/м3. В качестве дополнительного топлива, вдуваемого через фурмы в горн печи, используют природный газ с характеристиками: Qд.т = 1,958 мДж/м3; выход СО() 1,077 м3/м3 и выход H2() 2,06 м3/м3. Расход дополнительного топлива составляет (Vд.т) 80 м3/т чугуна. Расход технологического кислорода обеспечивает его содержание в дутье равным 28,2%.
Степень использования СО и Н2 соответственно составляют: co = 0,4; н = 0,4.Расход кокса устанавливают по соотношению  где К – расход кокса, кг (сухого)/т чугуна; Мp.ш – расход рудной части шихты, кг/т чугуна; Ск – содержание углерода в коксе, доли; qс – тепловой эквивалент углерода кокса, мДж/кг; qр.ш – тепловой эквивалент рудной части шихты, мДж/кг; qд – тепловой эквивалент дутья, мДж/м3; qд.т – тепловой эквивалент дополнительного топлива, мДж/м3 (кг); Vд – расход дутья, м3/т чугуна; Vд.т – расход дополнительного топлива, м3 (кг)/т чугуна; z – коэффициент, равный 0,70-1,20. Содержание железа в чугуне Fe 94,63%; коэффициент перехода Fe в шлак  = 0,002 (доли).
Степень использования СО и Н2 соответственно составляют: co = 0,4; н = 0,4.Расход офлюсованного агломерата рассчитывают по формуле  где [Fe] – содержание Fe в чугуне, мас.%; – коэффициент, отражающий количество Fe, переходящее в шлак, доли единицы;Feр.ш – содержание Fe в рудной части шихты, % (масс.); (МFe)м.д – количество Fe, поступающее в шихту в виде металлолома, кг/т чугуна; 1000 – коэффициент пересчета расхода рудной части шихты (офлюсованного агломерата) на тонну чугуна. Пример расчета.  2) qр.ш = 32,15(1,609)2 – 101,5(1,609) + 86,235 = 6,153 мДж/кг; 3) qс = 1,8667(5,250 + 12,648 0,40) = 19,2442 мДж/кг СK;4) qд = 1 0,001431170 – 10,8020,015 = 1,511 мДж/м3;5) qт.д = 1,958 + 12,648 1,0770,40 + 10,8022,060,40 = 16,3076 мДж/м3.
Для ведения доменной плавки расход кокса устанавливают по соотношению (расчет проиллюстрируем для варианта технологии при z=0,95) В таблице приведены примеры осуществления способа при различных значениях коэффициента z. В первом примере (z = 0,6) расход кокса при данных параметрах дутья оказывается излишним (К = 487 кг/т) для выплавки передельного чугуна (Si  1,25%). В результате этого содержание Si в чугуне увеличивается до 0,90%, что не соответствует требованиям конверторного производства стали. Повышенный нагрев, связанный с перерасходом кокса снижает интенсивность плавки и, как следствие, суточное производство чугуна резко уменьшается и составляет 7850 т.
В пятом примере (z = 1,30) тепловой режим доменной плавки оказывается ниже, чем требуется по условиям теплопотребности процесса. Расход кокса (К = 371 кг/т) явно меньше минимально возможной величины – 421 кг/т (пример 4). По этой причине производство чугуна в сутки снизилось на 850 т. Ухудшилось качество чугуна: содержание серы увеличилось с 0,013% (примеры 3 и 4) до 0,030%, возросла колеблемость чугуна по S, Si и температуре. По всем параметрам этот пример технологии не соответствует технико-экономическим требованиям доменного производства.
В оптимальных примерах (z = 0,70-1,20) вследствие установления необходимого расхода кокса обеспечивается оптимальный с точки зрения теплопотребности процесса плавки тепловой режим и благодаря этому достигаются наилучшие показатели по производительности доменной печи – 8300-8350 т/сутки и по качеству чугуна. Содержание S = 0,013%; Si = 0,45-0,62%, tч = 1505-1550oС, при этом достигаются минимальные стохастические колебания химического состава и температуры чугуна.
Формула изобретения
 где K – расход кокса, кг (сухого)/т чугуна; Mр.ш – расход рудной части шихты, кг/т чугуна; СК – содержание углерода в коксе, доли; qc – тепловой эквивалент углерода кокса, мДж/кг; qр.ш – тепловой эквивалент рудной части шихты, мДж/кг; qд – тепловой эквивалент дутья, мДж/м3; qд.т – тепловой эквивалент дополнительного топлива, мДж/м3 (кг); VД – расход дутья, м3/т чугуна; Vд.т – расход дополнительного топлива, м3 (кг)/т чугуна; z – коэффициент, равный 0,70-1,20; при этом тепловой эквивалент рудной части шихты устанавливают по соотношению qр.ш= 32,0 (Мр.ш)2-101,5(Мр.ш)+86,235,где 32,0; 101,5 и 86,235 – коэффициенты. Мр.ш – расход рудной части шихты на 1 т чугуна, т/т. РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
