Способ работы доменной печи

 

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-в•W_ш(1) Так, для доменных печей полезным объемом 3200 м³ выражение (1) имеет вид: t_R=148,1-7,1•W_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.

Δt_к←→ ΔW_ш ≈ 7,1°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; ϕ = 0,01; t_д = 1000^oС; s = 0);
ω, м³/м³ - доля кислорода в дутье;
ϕ, отн.% - влажность дутья;
s, м³/кг чугуна - расход вдуваемого топлива;
λ- характеристика вдуваемого топлива;
(5)
где (С) и (Н), м³/м³ содержание углерода и водорода в единице реагента;
λ = 2,0 м³/м³ - для природного газа.

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.

ΔПГ,м³/т←→ Δt_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+1,93•O_к(7)
Из выражения (7) имеем: изменение содержания окатышей в шихте на 1,0% способствует изменению температуры колошникового на 1,93^oС, т.е.

ΔОк,м³/т←→ Δt_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)¹•7,9+7,9=8,1 т
и масса коксовой подачи составит:
8,1•2=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%.

ΔПГ = (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:
8,4•2=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%.

ΔПГ = (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:
ΔОк = (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:
8,5•2=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%:
ΔОк = (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.

ΔПГ = 2×25 = 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:
8,0•2=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:
ΔОк = (13-6)×13,7 = 95,9%
В рудной подаче:
окатышей - 10,9-6•95,9/100 = 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:
8,0•2=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:
ΔПГ = (6-5)×25 = 25%
Расход природного газа составит 36,3-36,3•25/100=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.