Исследование работы доменной печи при совместной загрузке железорудных материалов и кокса в скип

 

Рис. 6. изменение содержания СО2 в газе по радиусу колошника доменной печи Б в базовый (1) и опытный (2) периоды

 

Таблица 1.1.

Показатель	Условное обозначение печи
	А	Б
Производительность т/сут
Продолжительность опытов, сут
Интенсивность горения кокса, т/м3·сутки
Расход, кг/т чугуна: кокса   металодобавок

Окончание таблицы 1.1.

Показатель	Условное обозначение печи
	А	Б
Рудная нагрузка, т/т кокса
Число подач в сутки (в пересчете на 19 т рудной засыпи в подаче)
Величина подачи, т: агломерата   кокса
Дутье: расход, м3/мин   давление, атм
Общий перепад давления, ати
Температура, °С
Расход природного газа, м3/ч
Расход кислорода, м3/ч	–
Температура, °С: колошникового газа   переферийного газа
Содержание в чугуне, %: Si   S
Система загрузки

Основным недостатком в проведении опытных плавок при загрузке печей смесью рудных материалов с коксом является чрезмерная загруженность работы вагон-весов. Этот недостаток можно устранить путем переоборудования рудных течек (рис. 7). Каждая течка 1 выполняется размером не менее объема скипа и должна иметь вертикальную перегородку 2, разделяющую ее на две равные части.

 

Рис. 7. Схема рудного желоба: 1 – желоб; 2 – перегородка; 3 – механихированые затворы

 

Обе части рудной течки снизу закрываются механизированными затворами 3. Такая конструкция рудной течки с отдельными затворами позволит разгружать вагон-весы, не дожидаясь подхода скипов, а перегородка обеспечит механическое разделение рудных материалов каждого кармана вагон-весов на две примерно равные порции. При этом выгрузка рудных материалов и кокса в каждый скип осуществляется одновременно или поочередно порциями, обеспечивая получение смеси. При необходимости переход на обычную систему загрузки осуществляется путем изменения программы работы затворов.

 

1.2 Распространение опыта загрузки доменной печи смесью агломерата и кокса на других заводах

 

В Днепродзержинском индустриальном институте разработана и на доменных печах металлургических заводов (им. Дзержинского и Криворожского) применена новая система загрузки доменной печи железорудными материалами в смеси с коксом Смесь агломерата с коксом получали путем одновременной их загрузки в скип [2].

При загрузке смеси агломерата и кокса плотность шихты возрастает. Объем смеси на 8-12% меньше, чем при загрузке двумя слоями. Несмотря на более плотную укладку материалов в смеси при одинаковой высоте столба, газопроницаемость смешанной шихты лучше, чем при послойной загрузке. Объясняется это тем, что мелкие фракции агломерата, попадая в локальные пустоты между крупными кусками кокса, в незначительной степени участвуют в создании сопротивления проходу газа. С уменьшением содержания мелкой фракции агломерата разница в сопротивлении смешанной и послойной шихты сокращается.

Опытные плавки на заводе им. Дзержинского проводили на доменных печах полезным объемом 1386 м3. В течение всего периода исследований работа печи сопровождалась увеличением нагрева горна, в результате чего рудная нагрузка повысилась на 5-10%. Центральная часть печи подгружалась, готовый поток перераспределялся, его использование по радиусу становилось более равномерным. Благодаря лучшему использованию газового потока содержание СО2 в колошниковом газе возросло на 1,2-2,0% (рис. 8).

При выплавке бессемеровского чугуна применение новой системы загрузки позволило на четвертые сутки уменьшить расход кокса на 800 кг/подачу и увеличить рудную нагрузку. В этот период температура периферийных газов повысилась на 50-100 °С, ход печи стал более форсированным, в результате чего суточная производительность возросла на 1,5-2%, расход кокса снизился на 3-5%.

Рис.8. Изменение содержания СО2 в газе по радиусу колошника доменных печей А (а) и Б (б) в базовый (1) и опытный (2) периоды

 

Технико-экономические показатели работы печей завода им. Дзержинского в базовый (в числителе) и опытный (в знаменателе) периоды приведены в табл.1.2.

Таблица 1.2.

Показатели работы доменной печи № А полезным объемом 2000 м3 Криворожского металлургического завода

 

Показатели	Периоды
	доопытный	опытный	послеопытный
Производительность	3,696	3936	3820
К. и. п. о, м2/т чугуна	0,541	0,508	0,524
Интенсивность, т/м3· сут: горения кокса проплавления железорудной   части шихты	0,926   3,37	0,89   3,50	0,939   3,35

Окончание таблицы 1.2.

Показатели	Периоды
	доопытный	опытный		послеопытный
Расход: кокса, кг/т чугуна природного газа, м3/т чугуна кислорода, м3/т чугуна	495 117 102	451 115 94,0	492 108 88,0
Рудня нагрузка, т/т кокса	3,63	3,94	3,48
Дутье: расход, м3/мин температура, °С давление, ати	3475 1079 2,96	3350 1071 2,90	3515 1068 2,87
Колошниковый газ: давление, ати температура, °С содержание, %: СО2 Н2	1,65 340   16,8 7,6	1,65 340   18,0 7,3	1,65 337   16,3 7,6
Содержание в чугуне, % Si Mn S	0,71 0,7 0,041	0,74 0,71 0,04	0,73 0,7 0,042
Выход шлака, кг/т чугуна	435	426	385
Основность шлака СаО:SiО2	1,25	1,26	1,27

 

Следующий этап исследований был продолжен на доменной печи № А объемом 2000 м3 Криворожского металлургического завода, где применяется транспортерная подача материалов к скипам.

Всего на доменной печи №А в течение периода исследований было проведено пять опытных плавок продолжительностью от 1 до 4 сут. Во всех случаях через 6-8 ч после перехода на загрузку смеси агломерата и кокса, так же как на заводе им. Дзержинского, наблюдался повышенный разогрев горна, повышалось содержание кремния в чугуне и несколько возрастал нижний перепад давления. При исходной коксовой колоше 7,7 т расход кокса в подаче при новой системе загрузки в отдельные сутки снижался на 600 кг, т.е. на 8%. Газ по сечению печи распределялся более равномерно, содержание углекислоты в колошниковом газе возросло с 16,5 до 18,7% (в среднем на 1,6%) (рис. 9).

Рис. 9. Изменение содержания СО2 по радиусу печи: 1 – при системе загрузки 3ААКК 2КААК; 2 – после 10 подач при системе загрузки КККК/АААА; 3 – после 80 подач при системе загрузки КККК/АААА;

4 – после 78 подач при системе  загрузки АААА/КККК

 

Полученные опытные данные о влиянии способа загрузки материалов в смеси на параметры процесса доменной плавки позволили в сентябре 1972 г. перед остановкой печи на капитальный ремонт провести более длительный опытный период.

В период исследований печь работала на агломерате НКГОКа (75%) и окатышах КЦГОКа (25%). Данные о химическом составе шихтовых материалов приведены ниже:

Содержание, %:	Агломерат	Окатыши
Fe……………………………………………..	54,5	60,0
FeO…………………………………………...	12,6	–
SiO2…………………………………………..	9,0	8,0
Mn…………………………………………....	0,7	–
CaO…………………………………………..	10,9	4,1
MgO………………………………………….	–	1,37
фракции 5-0 мм……………………………..	22,1	7,0
Основность CaO:SiO2..........................................	1,2	0,51

Кокс поступал с Криворожского коксохимического завода следующего состава, %:

Влага……………………..	2,2-3,1	Летучие…………………	0,9
Зола……………………….	9,3-9,5	М40………………………	78,5-79,6
Сера………………………	1,67-1,75	М10………………………	6,1-6,7

 

В печи выплавляли передельный чугун с содержанием кремния 0,7-0,8 %.

В опытный период при переходе на систему загрузки доменной печи смесью шихтовых материалов вскоре после первых подач по системе А/К А/К А/К А/К подача кокса была уменьшена на 200 кг, через некоторый период (на 18-й и на 53-й подачах) – еще на 200 кг. Рудная нагрузка возросла с 3,7 до 4,0 т/т кокса. Ход печи при этом был ровный, а общий перепад давления практически не изменился.

На вторые сутки рудная нагрузка возросла до 4,11 т/т кокса, вследствие чего газопроницаемость столба шихты несколько ухудшилась. Несмотря на некоторое снижение интенсивности горения кокса (на 4,5%), производительность печи не только не уменьшилась, а, наоборот возросла, что объясняется увеличением (на 10%) рудных нагрузок. Интенсивность плавки по руде при этом повысилась на 4%.

Второй период исследований на доменной печи № А длился 9 сут; при этом расход кокса снизился с 495-492 до 451 кг/т чугуна, т. е. на 43 кг/т чугуна (или на 8,7%), производительность возросла с 3696-3820 до 3904 т/сут, т. е. на 146 т/сут (или на 3,9%). Технико-экономические показатели работы печи в этот период исследования представлены в таблице 1.2.

Содержание СО2 в газе, отобранном по радиусу колошника, в опытный период возросло с 16,5 до 18,0%. На каждый процент увеличения углекислоты расход кокса снизился примерно на 30 кг/т чугуна. Степень использования окиси углерода при этом возросла с 39,4 до 42,3%.

 

1.3 Совершенствование системы загрузки  железорудных материалов в смеси с коксом

 

Дальнейшее повышение эффективности доменного производства тесно связано с улучшением использования энергии газов в процессе плавки. На использование газа существенно влияют качество шихтовых материалов и загрузка их в печь.

Многочисленные исследования показывают, что при существующем качестве шихтовых материалов резервы совершенствования загрузки далеко не исчерпаны. Имеется еще значительный резерв улучшения использования газа на периферии и в центре. В целом состав газа в печи еще далек от равновесного.