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

*1 В скобках – после приведения к условиям периода II.

 

1.5 Выводы

 

1. Разработана новая система загрузки доменной печи шихтовыми материалами – агломератом в смеси с коксом. В результате применения новой системы загрузки производительность печей возросла до 4%, а удельный расход кокса сократился до 9%.

2. Исследованиями установлено, что смешивание железорудных материалов с топливом путем совместной подачи их в скип несколько изменяет газодинамические условия доменной плавки, активизирует процессы, уменьшает сопротивление зоны пластического состояния.

3. Распределение материалов и газов при такой загрузке регулируется изменением очередности подачи железорудных материалов и топлива в скип.

4. Результаты опытных плавок на комбинатах им. Ф. Э. Дзержинского, «Криворожсталь» и работы доменных печей завода им. Г. И. Петровского показали, что на печах различного объема в зависимости от условий плавки достигается снижение расхода кокса на 2-8 и повышение производительности на 2-4%.

5. Отработка технологии плавки в новых условиях и повышение надежности работы механизмов для подачи материалов в скип по различным программам позволит получить высокие технико-экономические показатели процесса.

6. Изменение условий загрузки фракций разной крупности оказывает различное влияние на газопроницаемость агломерата в зависимости от наличия в нем мелочи 5-0 мм. При отсутствии мелочи повышение газопроницаемости слоя обеспечивается раздельной загрузкой фракций разной крупности, тогда как при ее наличии улучшение газопроницаемости достигается путем загрузки этой фракции в смеси с другими.

 7. Степень изменения газопроницаемости агломерата при переходе с послойной загрузки разных фракций на одновременную при наличии мелочи в агломерате значительно больше, чем при ее отсутствии. В частности, относительное изменение перепада давлений на 1 м высоты слоя для агломерата, содержащего 5-30% мелочи, в 2-3 раза выше, чем без мелочи, а по абсолютной величине перепад при наличии мелочи в 14-20 раз выше, чем при ее отсутствии.

 8. Смешивание кокса крупностью 80-40 мм с агломератом, содержащим 5-40% фракций 5-0 мм, уменьшает газодинамическое сопротивление шихты на 12-25%по сравнению с получаемым при послойной укладке тех же материалов. При смешивании кокса с окатышами, содержащими 10% мелочи, газодинамическое сопротивление слоя, наоборот, повышается.

 9. На печи объемом 1033 м3 завода им. Петровского применение новой системы загрузки способствовало увеличению газопроницаемости шихты, более равномерному распределению материалов, повышению производительности и снижению расхода кокса.

 10. На печи объемом 700 м3 того же завода смешивание агломерата и кокса путем набора этих материалов на малый конус двумя скипами обеспечило улучшение газопроницаемости шихты и позволило форсировать ход.

11. В дипломной работе предусматривается  исследование работы доменной печи при совместной загрузке железорудных материалов и кокса в скип.

 

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

 

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

 

Одним из наиболее эффективных путей снижения расхода топлива в доменной плавке является совершенствование загрузки материалов и распределения их на колошнике для формирования рациональной структуры столба шихтовых материалов и улучшения использования тепловой и восстановительной энергии газа [10].

В течении ряда лет Днепродзержинским индустриальным институтом испытан и внедрен на доменных печах завода им. Г. И. Петровского и Днепровского металлургического комбината (ДМК) принципиально новый способ загрузки материалов, обеспечивающих смешивание железорудного сырья с коксом [4, 3].

Для смешивания компонентов доменной шихты, в отличие от обычно применяемого способа загрузки, производится выдача в один скип железорудного материала и кокса.

В зависимости от системы подачи материалов к скипам могут выбираться различные конструктивные решения устройств для осуществления такого способа загрузки. При транспортерной подаче на колошник требуется соответствующее обеспечение доз материалов на конвейере. При подаче железорудного материала по схеме вагон – весы – скип осуществление режима выдачи в один скип обоих материалов требует переоборудования рудных течек в бункера с затворами, имеющими привод и работающими в заданном режиме.

Установки с электрическим приводом управления затворами применяются на трех доменных печах металлургического завода им. Г. И. Петровского полезным объемом 700 и 1033 м3.

На доменной печи № 10 Днепровского металлургического комбината полезным объемом 1386 м3 введена в промышленную эксплуатацию установка с гидравлическим приводом управления затворами рудных бункеров. На этой печи проверена и подтверждена возможность применения способа загрузки со смешиванием при работе на горячем агломерате – при подаче его в один скип с коксом дымообразования или возгорания кокса не происходило.

Условия для смешивания агломерата с коксом создаются не только при выдаче материалов в скип, но и при последующих совместных перезагрузках (ссыпаниях), реализуемых обычным двухконусным засыпным аппаратом. Перемешивание компонентов доменной шихты в процессе загрузки обеспечивает более равномерное их распределение по сечению колошника, причем, чем выше достигаемая степень смешивания рудных материалов с коксом, тем равномернее распределяются они по радиусу колошника. При определенной степени смешивания рудная нагрузка по радиусу колошника отличается мало.

Степень смешивания материалов в значительной мере зависит от режима и порядка подачи их в скип. Железорудные материалы и кокс могут загружаться в скип одновременно, раздельно (каждый первым или последним) или по различным программам выдачи одного материала относительно другого для достижения различной степени смешивания. При высокой степени смешивания материалов на первых стадиях загрузки (в скипе) дальнейшие перезагрузки могут вызвать выклинивание более мелкого и тяжелого материала из смеси, что приведет к изменению распределения материалов на колошнике.

На доменной печи № 10 ДМК проведена промышленная проверка и исследование хода плавки при различных режимах, включая поочередную выдачу в скип кокса и агломерата с определенными задержками времени. Разработанная схема управления загрузкой работала надежно и без затруднений обеспечивала изменение режима и переход от одной системы к другой.

Печь выплавляла передельный чугун с содержанием кремния от 0,64 до 1,07 % (по среднемесячным данным) , в течении суток колебания были значительными – от 0,6 до 1,7 %. В шихте применялся офлюсованный агломерат из Криворожских руд (50-52% Fe, 8,6-10,3 % FeO, основность CaO/SiO2 = 1,24÷1,27) при содержании его в шихте от 85 до 100 %. Количество мелочи в агломерате составляло 10,5-14,2 %.

Вследствие значительных колебаний состава и прочности кокса, тепловой и шлаковый режимы плавки были неустойчивыми, приходилось вести плавку  с повышенным нагревом (резервом тепла) , что приводило к перерасходу кокса и потере производительности. Среднемесячный выход шлака составлял 480-590 кг/т чугуна, что эквивалентно колебаниям расхода кокса на 50 кг/т чугуна и производительности на 5 %. Основность шлака изменялась в пределах: CaO/SiO2 = 1,24÷1,29 (CaO+MgO)/SiO2  = 1,38÷1,43, а коэффициент распределения серы LS составлял 45-56.

Доменная печь работала на дутье, обогащенном кислородом до 25-27 % с вдуванием природного газа в количестве от 80 до 120 м3 / т чугуна. Отношение количества кислорода к природному газу было около 0,4-0,5. Среднемесячная температура изменялась от  960 до 1150 °С, давление колошникового газа – от 1,3 до 1,5 кПа.

До перехода на загрузку с подачей железорудных материалов и кокса в один скип на печи применяли системы загрузки 5ААКК  2КААК  и  4КААК  3ААКК при уровне засыпи 1,5-1,75 м. при рудной нагрузке 3,5-3,6 т/т (масса агломерата в подаче 20 т, кокса 5,5-5,6 т) объем этих материалов был примерно одинаков (по 50 %) и насыпная масса шихты составляла 1,09 т/м3. Содержание СО2 в газе по радиусу колошника изменялось на периферии и в центре от 11 до 14 %, достигая в гребне 21%. Степень использования СО составляло около 40 %, температура колошникового газа изменялась от 315 до 350 °С.

Первые опытные плавки при переходе на новую систему загрузки с одновременной подачей агломерата и кокса в скип показали, что как и в ранее проведенных исследованиях [1-3] повышается температурно-тепловой уровень процесса (происходит разогрев печи), вызывая соответствующие изменения содержания кремния в чугуне. В зависимости от исходных условий начало роста содержания кремния отмечалось через 4-6 часов. В случае непринятия мер для предотвращения разогрева ход становился горячим, наблюдалась забивка центральной части печи. Снижение газопроницаемости центральной части усугублялось плохим качеством железорудных материалов и кокса, поэтому приходилось переходить на обычный режим загрузки или уменьшать степень смешивания  материалов. На рис. 1 показано характерное изменение показателей в периоды, когда работа на новых режимах загрузки была непродолжительной.

Рис. 1. Изменение рудной нагрузки (Рн), содержания кремния в чугуне(Siч), перепада давления (∆Р), температуры колошника (Тк) и количества дутья (Vд) в переходные периоды работы печи на обычной (периоды 1, 3) и совместной (период 2) системах загрузки: К0 – удельный расход кокса;П – производительность; продолжительность периодов – 1 деление соответствует 8 ч

 

Во всех случаях устойчивая длительная работа печи на режимах загрузки с подачей в один скип агломерата и кокса обеспечивалась только при заблаговременном снижении расхода кокса и увеличении рудной нагрузки. При переходе на режим загрузки со смешиванием материалов количество кокса в подаче сразу уменьшали на 200 кг и затем через несколько часов, в зависимости от теплового состояния печи, еще на 100-200 кг. В случае обратного перехода на обычные системы загрузки расход кокса необходимо было сразу увеличить до исходного уровня.

Исследования показали, что при высокой степени смешивания материалов (с одновременной подачей в скип агломерата и кокса) использование газа улучшилось (степень использования СО достигла 45 %). Распределение СО2 по радиусу резко изменилось (рис. 2), повышаясь в центре до 17-20 %. Расход кокса постепенно снижался с 525- 515 до 490-465 кг/т чугуна, то есть на 8 %.

Рис. 2. Изменение содержания СО2 в колошниковом газе, рудной нагрузки (Рн) и содержания кремния в чугуне (Siч) при обычной (2) и

совместной (1) системах загрузки в различные периоды (а, б). продолжительность периодов: 1 деление соответствует 1 сут.

 

При высокой степени смешивания материалов, в результате лучшей их обработки газами, температура в горне, как правило, повышалась, что приводило к изменению теплообменных процессов в нижней и верхней зонах столба шихтовых материалов. Если при этом резерв тепла не использовался, то это приводило к горячему ходу и температура повышалась не только в горне, но и на колошнике.

Уменьшение степени смешивания материалов (при переходе на поочередную подачу материалов в один скип) снижало эффект экономии кокса, но газодинамический режим становился менее напряженным. Расход кокса снижался на 2-4 % при сохранении или некотором увеличении производительности. Изменение степени смешивания материалов позволяло регулировать распределение материалов и газа в печи. Диаграммы распределения СО2 по радиусу колошника, приведенные на рис. 3, подтверждают регулирование в широких пределах и возможность разгрузки центра печи при применении способа загрузки материалов со смешиванием.

Рис. 3. Распределение диоксида углерода по радиусу колошника при работе печи с загрузкой железорудных материалов и кокса в один скип по различным программам: 1 – одновременная подача материалов в скип; 2 – подача агломерата через 8 с после начала подачи кокса в скип; 3 – подача агломерата через 14 с после начала подачи кокса в скип; 4 – подача кокса через 8 с после начала подачи агломерата в скип

Время использования нового способа загрузки на печи № 10 ДМК составило по 6 месяцев в 1984 и 1985 гг. продолжительность опытных периодов достигала 45-50 суток. Переход на обычные системы загрузки производился в основном из-за перебоев в поставке кокса (простои из-за отсутствия кокса по годам соответственно 64 и 60 ч) . Технико-экономические показатели работы печи в периоды исследований, в сравнении с периодами работы на обычных системах загрузки, приведены в табл. 2.1. При совместной загрузке материалов достигаются более низкий расход кокса и высокая производительность.В отдельные периоды, которые характеризовались стабильностью условий и устойчивым тепловым состоянием горна, при содержании кремния в чугуне около 0,7 % расход кокса снижался до 450-490 кг/т чугуна (табл.2.2.). Работа печи на новой системе загрузки показала, что, несмотря на некоторую подгрузку центра, ход печи может быть ровным при значительном выравнивании и повышении использования газа по всему сечению колошника.

Таблица 2.1.

Показатели доменной плавки при обычной системе загрузки (слева) и при работе в режиме смешивания (справа)

Показатель	1984	1985
Продолжительность периода, мес	6/6	66/6
Производительность, т/сут  (приведенная)	2095/2288 (2315)	2146/2232 (2225)
Расход кокса, кг/т чугуна (приведенный)	546/522 (524)	545/510 (501)
Расход природного газа, м3/т	103/89	108/97
Рудная нагрузка, т/т	3,45/3,70	3,65/3,74
Массовая доля Fe в шихте, %	51,4/51,2	51,6/51,8
Массовая доля Si в чугуне, %	0,87/0,90	0,94/0,96
Дутье: расход, м3/мин температура, °С содержание О2, %	2446/2489 1081/1117 26,30/26,1	2411/2434 1063/1030 25,60/26,40
Давление колошникового газа, кПа	146/140	146/145
Степень использования СО, %	40,2/41,1	40,46/41,88
Простои, %	2,73/0,99	1,63/2,32