Способ ведения доменной плавки

 

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/С_К•1/q_c•[q_р.ш•М_р.ш - z(q_д•V_Д + q_д.т•V_д.т)] , где К - расход кокса, кг (сухого)/т чугуна; М_р.ш - расход рудной части шихты, кг/т чугуна; С_К - содержание углерода в коксе, доли; q_c - тепловой эквивалент углерода кокса, мДж/кг; q_р.ш- тепловой эквивалент рудной части шихты, мДж/кг; q_д - тепловой эквивалент дутья, мДж/м³; q_д.т - тепловой эквивалент дополнительного топлива, мДж/м³ (кг); V_Д - расход дутья, м³/т чугуна; V_д.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 ΔZ превышает показатель К, находящийся в пределах |0,005|-|0,015|, производят корректировку массы кокса в подаче, изменение которой определяют из следующего соотношения: где ΔK - 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; С_к - содержание углерода в коксе с коррекцией по влаге, доли массы; m_с - масса углерода, замененного топливной добавкой, кг/подачу; m_к - 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;
М_р.ш - расход рудной части шихты, кг/т чугуна;
С_к - содержание углерода в коксе, доли;
q_с - тепловой эквивалент углерода кокса, мДж/кг;
q_р.ш - тепловой эквивалент рудной части шихты, мДж/кг;
q_д - тепловой эквивалент дутья, мДж/м³;
q_д.т - тепловой эквивалент дополнительного топлива, мДж/м³ (кг);
V_д - расход дутья, м³/т чугуна;
V_д.т - расход дополнительного топлива, м³ (кг)/т чугуна;
z - коэффициент, равный 0,70-1,20.

Тепловые эквиваленты рудной части шихты (q_р.ш), дутья (q_д), дополнительного топлива (q_д.т) и углерода кокса (q_с) рассчитывают по соотношениям:
q_р.ш=32,0•(M_р.ш)²-101,5•(М_р.ш)+86,235, (3)
где (М_р.ш) - расход рудной части шихты, т/т;
32,0; 101,5 и 86,235 - коэффициенты.

q_д = 1•c_д•t_д-10,802ϕ, (4)
где 1 - количество дутья, м³;
c_д - теплоемкость дутья (двухатомных газов), мДж/(м³ град.);
t_д - температура дутья, ^oС;
10,802 - тепловой эффект разложения H₂O, мДж/м³;
ϕ - влажность дутья, м³ Н₂О/м³ сухого дутья.

q_д.т = Q_д.т+12,648•γ•η_co+10,802•μ•η_н, (5)
где Q_д.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;
γ и μ - коэффициенты, отражающие количество соответственно СО и Н₂, образующихся в горне печи из 1 м³ (кг) дополнительного топлива, м³/м³;
η_co и η_н - степень использования соответственно СО и H₂, доли ед.

q_c = 1,8667(5,250+12,648•η_co), (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.%: С_к 87,50; А 12,21; V 1,10, S 0,48.

Параметры комбинированного дутья: расход дутья (V_д) 1000 м³/т чугуна; температура дутья (t_д) 1170^oС; влажность дутья ϕ 0,015 м³/м³. В качестве дополнительного топлива, вдуваемого через фурмы в горн печи, используют природный газ с характеристиками: Q_д.т = 1,958 мДж/м³; выход СО(γ) 1,077 м³/м³ и выход H₂(μ) 2,06 м³/м³. Расход дополнительного топлива составляет (V_д.т) 80 м³/т чугуна. Расход технологического кислорода обеспечивает его содержание в дутье равным 28,2%.

Степень использования СО и Н₂ соответственно составляют: η_co = 0,4; η_н = 0,4.
Расход кокса устанавливают по соотношению

где К - расход кокса, кг (сухого)/т чугуна;
М_p.ш - расход рудной части шихты, кг/т чугуна;
С_к - содержание углерода в коксе, доли;
q_с - тепловой эквивалент углерода кокса, мДж/кг;
q_р.ш - тепловой эквивалент рудной части шихты, мДж/кг;
q_д - тепловой эквивалент дутья, мДж/м³;
q_д.т - тепловой эквивалент дополнительного топлива, мДж/м³ (кг);
V_д - расход дутья, м³/т чугуна;
V_д.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 ξ = 0,002 (доли).

Степень использования СО и Н₂ соответственно составляют: η_co = 0,4; η_н = 0,4.
Расход офлюсованного агломерата рассчитывают по формуле

где [Fe] - содержание Fe в чугуне, мас.%;
ξ - коэффициент, отражающий количество Fe, переходящее в шлак, доли единицы;
Fe_р.ш - содержание Fe в рудной части шихты, % (масс.);
(М_Fe)_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) q_р.ш = 32,15(1,609)² - 101,5(1,609) + 86,235 = 6,153 мДж/кг;
3) q_с = 1,8667(5,250 + 12,648•0,40) = 19,2442 мДж/кг С_K;
4) q_д = 1•0,00143•1170 - 10,802•0,015 = 1,511 мДж/м³;
5) q_т.д = 1,958 + 12,648•1,077•0,40 + 10,802•2,06•0,40 = 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%, t_ч = 1505-1550^oС, при этом достигаются минимальные стохастические колебания химического состава и температуры чугуна.

Формула изобретения

Способ ведения доменной плавки, включающий периодическую загрузку в доменную печь рудных материалов и кокса, 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, отличающийся тем, что расход кокса устанавливают по соотношению

где K - расход кокса, кг (сухого)/т чугуна;
M_р.ш - расход рудной части шихты, кг/т чугуна;
С_К - содержание углерода в коксе, доли;
q_c - тепловой эквивалент углерода кокса, мДж/кг;
q_р.ш - тепловой эквивалент рудной части шихты, мДж/кг;
q_д - тепловой эквивалент дутья, мДж/м³;
q_д.т - тепловой эквивалент дополнительного топлива, мДж/м³ (кг);
V_Д - расход дутья, м³/т чугуна;
V_д.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
q_р.ш= 32,0•(М_р.ш)²-101,5•(М_р.ш)+86,235,
где 32,0; 101,5 и 86,235 - коэффициенты.

М_р.ш - расход рудной части шихты на 1 т чугуна, т/т.

РИСУНКИ

Рисунок 1