Способ ведения доменной плавки

 

Изобретение относится к доменному производству и может быть использовано при управлении технологическим процессом выплавки чугуна со шлюзованием шихты в печь через промежуточные бункеры загрузочного устройства. Способ ведения доменной плавки включает загрузку шихты, состоящей из кокса и рудной части, подачами в шихтовые бункеры загрузочного устройства, подачу газа в них перед ссыпанием шихтового материала в доменную печь, перепускание газа из опорожненного бункера в заполненный коксом бункер, определение по падению давления в опорожненном бункере до и после перепускания газа в заполненный коксом бункер и по установившемуся давлению в заполненном коксом бункере текущей истинной плотности кокса и изменение массы кокса в подаче при отклонении текущей истинной плотности кокса от усредненного значения. При этом время перепускания газа из опорожненного бункера в бункер с коксом ограничивают общим временем открывания и закрывания перепускного клапана. Использование изобретения обеспечивает повышение производительности доменной печи.

Изобретение относится к доменному производству и может быть использовано при управлении технологическим процессом выплавки чугуна со шлюзованием шихты в печь через промежуточные бункеры загрузочного устройства.

Известно регулирование технологического процесса выплавки чугуна изменением массы кокса в подаче по отклонению содержания железа в рудной порции шихты, непосредственно подлежащей выгрузке (SU 1836430, 23.08.93). Недостаток такого регулирования в том, что при этом не учитывается возможное изменение склонности кокса к истиранию (изменение показателя M₁₀ у кокса), неконтролируемые колебания которого негативно отражаются на ходе доменной плавки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническому результату является способ ведения доменной плавки, известный из патента RU 2117049, 10.08.98 - прототип, который устраняет недостаток аналога, учитывая значение М₁₀ у подлежащей выгрузке порции кокса.

Недостатком прототипа является снижение производительности доменной печи из-за задержки загрузки шихты ввиду большой продолжительности перепускания газа из опорожненного бункера в бункер с шихтой до полного выравнивания давления в обоих бункерах.

Рассчитаем время полного выравнивания давления в соединенных бункерах.

где P₁ и P₂ - давления в обоих бункерах до и после полного выравнивания, Па; λ - газодинамический коэффициент; l - длина соединительного газопровода, м; d - диаметр перепускного клапана, м; ρ - начальная плотность газа, кг/м³; w - начальная скорость газа, м/с.

На доменной печи N 5 АО "Северсталь" диаметр перепускного клапана d = 0,25 м и длина соединительного газопровода l = 10 м. Давление в бункере после высыпания материала равно давлению на колошнике P₁ = 280 кПа, а после полного выравнивания давления в обоих бункерах P₂ = 209 кПа и объем газа в бункере с материалом V_г = 58,6 м³.

Начальная плотность газа ρ = P₁M/[R(t⁰+273)] = 3,04 (кг/м³), (2) где M = 0,028 кг/моль - молярная масса азота; R = 8,31 Дж/(моль·K) - универсальная газовая постоянная;
t^o=40^oC - температура азота в бункере.

При шероховатости внутренней поверхности трубопровода k = 0,3 мм, d/k = 833, Re>10⁶, величина газодинамического коэффициента λ = 0,022.

Величина начальной скорости газа:

Расход газа:
Q =w·S=w·π·d²/4 = 10,6 (нм³/с). (4)
Тогда время выравнивания:
t_выр = k_a-V_г/Q = 8,3 (с). (5)
где k_a = 1,5 - поправочный коэффициент для аппроксимации пошагового метода вычисления;
V_г - объем газа в бункере с материалом, м³.

Выравнивание начинается в начальный момент открывания клапана и завершается в конечный момент закрывания. Поэтому, учитывая линейный (в первом приближении) характер зависимости расхода перепускаемого газа в периоды открывания и закрывания клапана, можно допустить, что суммарное время (открывание, выравнивание, закрывание) будет равным:
t=t_выр+(t_отк+t_зак)/2, (6)
где t_отк и t_зак - время открывания и закрывания, соответственно, с.

Как следует из технической характеристики перепускного клапана, общая продолжительность открывания и закрывания его (t_отк + t_зак)=4 с, тогда суммарное время полного выравнивания давления t = 10,3 с.

Таким образом можно сделать вывод, что расчетное время полного выравнивания давления в бункерах по (6) превышает в 10,3/4=2,6 раза общую продолжительность открывания и закрывания перепускного клапана.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении производительности доменной печи уменьшением задержки загрузки шихты при снижении продолжительности перепускания газа из опорожненного бункера в бункер с шихтой.

Показанный технический результат достигается за счет того, что в способе ведения доменной плавки, включающем загрузку шихты, состоящей из кокса и рудной части, подачами в шихтовые бункеры загрузочного устройства, подачу газа в них перед ссыпанием шихтового материала в доменную печь, перепускание газа из опорожненного бункера в заполненный коксом бункер, определение по падению давления в опорожненном бункере до и после перепускания газа в заполненный коксом бункер и по установившемуся давлению в заполненном коксом бункере текущей истинной плотности кокса и изменение массы кокса в подаче при отклонении текущей истинной плотности кокса от усредненного значения, при этом время перепускания газа из опорожненного бункера в бункер с коксом ограничивают общей продолжительностью открывания и закрывания перепускного клапана.

В предлагаемом способе уменьшается задержка загрузки шихты, так как перепускной клапан закрывается через короткий промежуток времени (2 c) после начала открытия, без необходимого в способе-прототипе достижения полного выравнивания давления в обоих бункерах. Кроме того, значительное сокращение продолжительности перепускания газа исключает необходимость использования поправочного коэффициента k_a при расчете времени перепускания газа.

С помощью существующих в обоих шихтовых бункерах датчиков определяем начальные P₁ (до перепускания газа) и конечные P₂ (после закрывания перепускного клапана) давления в бункере с газом (P₁^г и P₂^г) и бункере с материалом (атмосферное P₁^м = 100 кПа и P₂^м).

В соответствии с законом сохранения энергии для изохорно-изотермического процесса, объем газа в бункере с материалом равен:

где V_б - объем бункера, м³.

Истинный объем материала в бункере:
V_м=V_б-V_г. (м³) (8)
Таким образом, предлагаемый способ ведения доменной плавки позволяет практически исключить существующую в известных способах проблему соответствия продолжительности новых операций существующему темпу загрузки шихтовых материалов в печь.

Пример применения предлагаемого технического решения.

Объем каждого из промежуточных шихтовых бункеров бесконусного загрузочного устройства доменной печи N 5 АО "Северсталь" V_б = 90 м³, диаметр перепускного клапана d = 0,25 м и длина соединительного газопровода 1 = 10 м. Установленная масса кокса в подаче 32 т. Показатель истираемости кокса M_10ср=8,0%, т.е. истинная плотность кокса ρ_кср = 1,924 т/м³ (Теплофизические свойства топлив и шихтовых материалов черной металлургии. Справочник. - М.: Металлургия, 1982, с. 40-41).

После выгрузки в печь шихтового материала из одного из бункеров загрузочного устройства и закрывания нижнего газоуплотнительного клапана, датчик давления в этом бункере с газом показал давление P₁^г = 280 кПа, равное давлению на колошнике. По окончании загрузки 32 т кокса во второй бункер и отсечении его от атмосферы верхним газоуплотнительным клапаном, открыли на время (t_отк + t_зак) = 4 с перепускной клапан и перепустили часть газа из порожнего бункера в бункер с коксом. После закрывания перепускного клапана, в бункерах установилось давление P₂^г = 258 кПа и P₂^м = 127 кПа.

Тогда объем газа в бункере с коксом согласно (7) и текущая истинная плотность кокса будут:

и

Далее, по текущей истинной плотности кокса рассчитали величину коррекции массы его в подаче: Δ K = 1,02 ·32·(1,924-1,920) = 0,131 (т) и задание на набор следующей порции кокса, с учетом точности взвешивания, установили 32,1 т.

Формула изобретения

Способ ведения доменной плавки, включающий загрузку шихты, состоящей из кокса и рудной части, подачами в шихтовые бункеры загрузочного устройства, подачу газа в них перед ссыпанием шихты в доменную печь, перепускание газа из опорожненного бункера в заполненный коксом бункер, определение по падению давления в опорожненном бункере до и после перепускания газа в заполненный коксом бункер и по установившемуся давлению в заполненном коксом бункере текущей истинной плотности кокса и изменение массы кокса в подаче при отклонении текущей истинной плотности кокса от усредненного значения, отличающийся тем, что время перепускания газа из опорожненного бункера в бункер с коксом ограничивают общим временем открывания и закрывания перепускного клапана.