Способ работы доменной печи
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при подаче в доменную печь дутьевых потоков твердого восстановителя, газа, поддерживающего горение, или газообразного восстановителя через фурмы с каналами, вставленными в сопло. В способе используют канал с множеством трубок, образованный посредством формирования связки нескольких дутьевых трубок, причем вдувание твёрдого восстановителя или одновременное вдувание твёрдого восстановителя и газа, поддерживающего горение, или твёрдого восстановителя, газа, поддерживающего горение, и газообразного восстановителя внутрь доменной печи осуществляют через дутьевую трубку для твёрдого восстановителя, дутьевую трубку для газа, поддерживающего горение, и дутьевую трубку для газообразного восстановителя, расположенные в канале с множеством трубок, при этом два или более каналов с множеством трубок вставлены в сопло для сближения их передних концов друг с другом и дутьё производится так, что соответствующие дутьевые потоки смешиваются между собой в сопле. Изобретение позволяет повысить производительность и снизить удельное потребление материала восстановителя посредством повышения охлаждаемости и сгораемости, не увеличивая при этом внешнего диаметра канала, а также конструкцию канала, используемого в способе. 6 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники
Изобретение относится к способу работы доменной печи, посредством дутья твердого восстановителя, такого как угольный порошок и тому подобного материала, и сгораемого газообразного восстановителя, такого как СПГ и тому подобного материала, вместе с горючим газом в доменную печь через ее фурмы.
Уровень техники
В настоящее время глобальное потепление вызывает связанное с ним увеличение выброса диоксида углерода, которое является значительной проблемой даже для металлургической промышленности. Что касается этой проблемы, то ее решение для действующих в настоящее время доменных печей направлено на уменьшение расхода восстановителя (общее количество материала восстановителя, вдуваемого через фурмы, и кокса, загружаемого сверху печи, на 1 тонну получаемого чугуна). В доменной печи в качестве восстановительного материала в основном используют кокс и угольный порошок. Поэтому в целях уменьшения расхода восстановителя во время работы и уменьшения таким образом выброса диоксида углерода следует заменить кокс и тому подобные материалы на восстановитель, имеющий высокое содержание водорода, такой как отходы обработки пластиков, СПГ, тяжелая нефть или тому подобные материалы.
В Патентном документе 1 раскрывается способ, в котором расход восстановителя уменьшается за счет использования многочисленных каналов и вдувания твердого восстановителя, газообразного восстановителя и горючего газа через соответствующие каналы для обеспечения нагрева твердого восстановителя и улучшения полноты сгорания и, таким образом, подавление образования несожженного порошка или коксовой пыли для повышения воздушной проницаемости. В Патентном документе 2 раскрывается технология, в которой использован канал с множеством соосных трубок, при этом горючий газ вдувается через внутреннюю трубку, а газообразный восстановитель и твердый восстановитель вдуваются через зазор между внутренней трубкой и внешней трубкой. В Патентном документе 3 предложен канал, в котором множество трубок малого диаметра размещено параллельно вокруг основной трубки канала. В Патентном документе 4 описаны многочисленные сопла, в которых несколько выдувных трубок расположены параллельно и на расстоянии от подающей топливо трубы, когда горючий газ и топливо вдуваются в печь восстановительной плавки, а состояние смеси горючего газа и топлива сохраняется, даже если одно из сопел повреждено из-за износа.
Документы из известного уровня техники.
Патентные документы.
Патентный документ 1: JP-A-2007-162038.
Патентный документ 2: JP-А-2011-174171.
Патентный документ 3: IP-А-Н11-12613.
Патентный документ 4: JP-U-H03-38344.
Раскрытие изобретения
Техническая задача.
Способ работы доменной печи, раскрываемый в Патентном документе 1, имеет эффект повышения температуры воспламенения и уменьшения удельного потребления материала восстановителя по сравнению со способом на основе вдувания только твердого восстановителя (порошкообразного угля) через фурмы в точке одновременного вдувания газообразного восстановителя, но этот эффект незначителен. В свою очередь, канал с многочисленными трубками, описываемый в Патентном документе 2, требует охлаждения канала для того, чтобы скорость внешнего вдувания повысилась. В этой связи, зазор между внешней трубкой и внутренней трубкой должен быть узким, поэтому нет возможности вдувать заданное количество газа и существует риск не получить требуемую воспламеняемость. С другой стороны, в целях установления заданного количества газа и его расхода диаметр канала должен быть большим, что приводит к уменьшению расхода дутья через сопло. В результате повышается риск разрушения окружающих огнеупоров с соответствующим уменьшением количества выпущенного из печи расплавленного чугуна или увеличения диаметра вставляемого канала.
В технологии, раскрываемой в Патентном документе 3, используют канал, сформированный посредством размещения малоразмерных трубок вокруг основной трубы, при этом существуют проблемы не только риска засорения малоразмерных трубок из-за того, что усиливается снижение охлаждающей способности, но и повышения производственных затрат на такой канал. Кроме того, такая технология имеет проблему потери давления и увеличения диаметра, потому что многочисленные трубки в данном способе устанавливаются параллельно.
Как ранее было упомянуто, горячий воздух подается в доменную печь из фурм, и с этим горячим воздухом в печь вдувается также твердый восстановитель и горючий газ. В варианте, представленном в Патентном документе 4, твердый материал восстановителя и горючий газ вдуваются по каналу со сдвоенной коаксиальной трубой, а вдувающий газообразный восстановитель однотрубный канал расположен далее параллельно каналу со сдвоенной трубой. При таком канале, занимаемая им зона между соплом и фурмой достаточно велика, что приводит к увеличению производственных затрат, связанных с повышением давления дутья или уменьшением зоны обзора контрольно-смотрового окна, расположенного на тыльной стороне фурмы. Кроме того, размер части для введения канала в сопло (направляющей трубы) делают большим для уменьшения адгезии между направляющей трубой и соплом, вследствие чего возникает проблема легкого отслаивания участка направляющей трубы.
Задачей изобретения является предложение способа работы доменной печи, который эффективен для повышения производительности и уменьшения удельного потребления материала восстановителя при одновременном увеличении способности к охлаждению и улучшении воспламеняемости без увеличения внешнего диаметра канала, а также к конструкции канала, используемого при реализации указанного способа.
Техническое решение.
Способ работы доменной печи, разработанный для достижения указанной задачи и основанный на применении дутья, как минимум, твердого восстановительного материала и горючего газа в печь через фурмы с каналом, вставленным в сопло, характеризующийся тем, что используется канал с множеством трубок, образованный множеством дутьевых трубок, при этом твердый восстановитель, или твердый восстановитель и горючий газ, или твердый восстановитель, горючий газ и газообразный восстановитель одновременно вдуваются внутрь доменной печи посредством соответствующей трубки для дутья твердого восстановителя, трубки для дутья горючего газа и трубки для дутья газообразного восстановителя, расположенные в канале с множеством трубок, при этом два или больше каналов с множеством трубок вставлены в сопло таким образом, что их передние концы расположены рядом друг с другом, а дутье производится так, что выдуваемые потоки смешиваются внутри сопла.
В изобретении представлены в качестве предпочтительных следующие средства:
(1) канал с множеством трубок, выполненный посредством объединения трех параллельных дутьевых трубок и их расположения во внешней трубе канала;
(2) канал с множеством трубок, выполненный посредством пропускания трубки для дутья твердого восстановителя через центральную часть канала и поочередного обвитая спиральной трубки для дутья горючего газа и спиральной трубки для дутья газообразного восстановителя на трубке для дутья твердого восстановителя для их взаимного объединения;
(3) когда по меньшей мере твердый восстановитель и горючий газ одновременно вдуваются через соответствующие трубки канала с двумя трубками, вдуваемый поток твердого восстановителя проходит снаружи вдуваемого потока горючего газа, проходящего через центральную часть сопла;
(4) когда по меньшей мере твердый восстановитель и горючий газ одновременно вдуваются через два соответствующих канала с множеством трубок, дутье производится посредством сближения каналов так, что два потока твердого восстановителя, выдуваемые из соответствующих каналов с множеством трубок, не сталкиваются друг с другом, при этом потоки твердого восстановителя сталкиваются с потоком горючего газа;
(5) когда по меньшей мере твердый восстановитель и горючий газ одновременно вдуваются через два соответствующих канала с множеством трубок, потоки твердого восстановителя, выдуваемые из соответствующих каналов с множеством трубок, не сталкиваются друг с другом, при этом они сходятся и сталкиваются с потоками горючего газа, выдуваемыми из соответствующих каналов с множеством трубок так, что они разделяют два вдуваемых потока твердого восстановителя;
(6) когда по меньшей мере твердый восстановитель и горючий газ одновременно вдуваются через два соответствующих канала с множеством трубок, потоки твердого восстановителя, выдуваемые из соответствующих каналов с множеством трубок, сталкиваются друг с другом, при этом вдуваемые потоки газообразного восстановителя и горючего газа не сходятся и не сталкиваются с потоком твердого восстановителя и вдуваются так, чтобы оказаться снаружи вдуваемого потока твердого восстановителя в центральной части сопла.
Технический результат изобретения.
В соответствии с изобретением в способе работы доменной печи, в котором твердый восстановитель и какой-нибудь один из указанных ниже материалов, газообразный восстановитель или горючий газ, или оба одновременно вдуваются в доменную печь из фурм через канал, вставленный в сопло, при этом используют два или больше каналов с множеством трубок, при этом диаметр каждой из дутьевых трубок в отдельности может быть установлен в широком диапазоне без увеличения внешнего диаметра канала, так что становится возможным повысить охлаждаемость и усилить воспламеняемость, а вследствие чего понижается и удельное потребление материала восстановителя.
В изобретении используется канал с множеством трубок, образованный попеременной навивкой спиральной дутьевой трубки для горючего газа и спиральной дутьевой трубки для газообразного восстановителя вокруг дутьевой трубки для твердого восстановителя, проходящей через цилиндрическую центральную часть, объединяющей их в единое целое, при этом дутьевой поток газообразного восстановителя и дутьевой поток горючего газа протекают в состоянии вращения вокруг дутьевого потока твердого восстановителя, в следствие чего дутье может быть проведено с диффузией твердого восстановителя для дальнейшего повышения эффективности сгорания твердого восстановителя.
В соответствии с изобретение, передние концы двух каналов с множеством трубок вставлены в сопло близко друг к другу и сходятся так, что их потоки сталкиваются друг с другом, например, каналы расположены так, чтобы горючий газ был расположен между твердыми восстановителями и вокруг них, при этом эффективность сгорания твердого восстановителя может быть повышена.
Кроме того, в соответствии с изобретением, каналы размещены таким образом, чтобы дутьевые потоки твердого восстановителя не сталкивались один с другим, а горючий газ сталкивался с дутьевым потоком твердого восстановителя другого канала, при этом эффективность сгорания твердого восстановителя дополнительно повышается.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематический вид продольного сечения, отображающий контур доменной печи.
Фиг. 2 - пояснительная схема состояния сгорания, когда через канал в доменную печь вдувается только угольный порошок.
Фиг. 3 - пояснительная схема механизма сгорания при вдувании только угольного порошка.
Фиг. 4 - пояснительная схема механизма сгорания при вдувании угольного порошка, СПГ и кислорода.
Фиг. 5 - сравнительные графики потери давления в трубчатом канале и в канале с множеством труб.
Фиг. 6 - график изменения температуры поверхности канала в экспериментальном процессе сгорания.
Фиг. 7 - график зависимости внешнего диаметра канала от внешнего диаметра внутренней трубы канала.
Фиг. 8 - схематический вид оборудования для экспериментального процесса сгорания.
Фиг. 9 - пояснительная схема расположения дутьевых трубок в канале.
Фиг. 10 - отображает внешний вид канала и пример введения его в сопло.
Фиг. 11 - вид, иллюстрирующий состояние выдувания из канала.
Фиг. 12 - пояснительная схема состояния вдувания угольного порошка и кислорода.
Фиг. 13 - пояснительная схема состояния вдувания угольного порошка, СПГ и кислорода во время эксперимента.
Фиг. 14 - пояснительная диаграмма эффективности сгорания, полученная в результате эксперимента.
Фиг. 15 - пояснительная схема, иллюстрирующая другой пример дутьевых трубок в канале.
Осуществление изобретения
Ниже представлен предпочтительный вариант способа работы доменной печи в соответствии с изобретением. Фиг. 1 представляет собой общий вид доменной печи 1, используемой в данном способе работы доменной печи согласно изобретению. В такой доменной печи 1 имеются многочисленные фурмы 3, размещенные по краю области заплечиков доменной печи. Сопло 2 для вдувания горячего воздуха соединено с фурмой 3, а канал 4 для вдувания твердого топлива, горючего газа или тому подобного материала вводится в сопло 2 в направлении фурмы 3. В печи в направлении выдувания горячего воздуха из фурмы 3 сформирована зона горения, называемая зоной циркуляции 5, являющаяся также уровнем осадка крупнокускового кокса, загружаемого сверху печи. Расплавленный чугун в основном производится в зоне горения.
Фиг. 2 - вид, схематически иллюстрирующий состояние сгорания, когда по каналу 4 через фурму 3 в доменную печь вдувается только твердый восстановитель (который будет представлен в следующем примере как «Угольный порошок 6»). Как показано на этом рисунке, летучие вещества или связанный углерод угольного порошка 6, выдуваемые из канала 4 через фурму 3 в зону циркуляции 5, сгорают вместе с осажденным коксом 7, в то время как физическая смесь несожженного осажденного кокса и золы или коксового остатка удаляются из зоны циркуляции 5 как несожженный коксовый остаток 8. Причем скорость вдуваемого горячего воздуха по фурме 3 в направлении выдувания составляет около 200 м/с. С другой стороны, путь прохождения от переднего конца канала 4 до зоны циркуляции 5 или зоны существования O2 составляет около 0,3-0,5 м. Поэтому необходимо, чтобы нагрев частиц угольного порошка, вдуваемого или контактирующего с O2 (дисперсность), проходил за очень короткое время 1/1000 с.
Фиг. 3 отображает механизм сгорания, когда из канала 4 в сопло 2 вдувается только угольный порошок 6. Этот угольный порошок 6, выдуваемый из фурмы 3 в зону циркуляции 5 нагревается посредством передачи тепла, излучаемого пламенем в зоне зоне циркуляции 5, при этом температура резко возрастает под воздействием передачи излучаемого тепла посредством переноса тепла за счет теплопроводности, и с момента нагрева до температуры, превышающей 300°C, начинается терморазложение, и летучие вещества поджигаются и сгорают (воспламенение), поднимая температуру до 1400-1700°C. Угольный порошок после удаления летучих веществ является несожженным коксовым остатком 8. Поскольку этот несожженный коксовый остаток 8 состоит в основном из связанного углерода, одновременно с реакцией сгорания происходит реакция растворения углерода.
Фиг. 4 отображает механизм сгорания, когда из канала 4 в сопло 2 вдувается СПГ 9 и кислород (кислород не показан) вместе с угольным порошком 6. Одновременное вдувание СПГ 9, кислорода и угольного порошка 6 показано просто как случай параллельного дутья. Причем штрихпунктирная линия на графике фиг. 4 отображает температуру сгорания при вдувании только угольного порошка, проиллюстрированном фиг. 3. Когда угольный порошок, СПГ и кислород вдуваются вместе, как упомянуто выше, угольный порошок диспергируется вследствие диффузии газа, а СПГ сгорает при контакте с кислородом (O2), при этом считается, что угольный порошок нагревается мгновенно от тепла сгорания, причем угольный порошок воспламеняется рядом с каналом.
Фиг. 5 отображает сравнительные потери давления между используемым в настоящее время трубчатым каналом и каналом с множеством трубок, используемым в данном изобретении. Как видно на данном рисунке, потеря давления в одной и той же секционной зоне меньше у трубчатого канала, чем у канала с множеством трубок. Эта разница обусловлена тем фактом, что соответствующие дутьевые проходы (зоны в трубках) сделаны больше в целях уменьшения сопротивления воздуха в канале с множеством трубок по сравнению с обычным каналом.
Фиг. 6 отображает сравнительные результаты охлаждающей способности трубчатого канала и канала с множеством трубок. Как видно на данном рисунке, охлаждающая способность канала с множеством трубок больше при одинаковых потерях давления, чем у трубчатого канала. Это обусловлено тем фактом, что скорость потока, протекающего с одними и теми же потерями давления выше вследствие меньшего сопротивления воздуха.
Фиг. 7 отображает соотношение между внешним диаметром внутренней трубы в канале и внешним диаметром канала. На фиг. 7а показана зависимость внешнего диаметра канала с охлаждением не водой, а на фиг. 7b - канал с водяным охлаждением. Как видно на этом графике, канал с множеством трубок имеет внешний диаметр меньше внешнего диаметра трубчатого канала. Это обусловлено тем фактом, что путь потока, толщина трубы и секционная зона участка водяного охлаждения могут быть уменьшены в канале с множеством трубок по сравнению с трубчатым канала.
В целях сравнения сгораемости между трубчатым каналом и каналом с множеством трубок проведен эксперимент по изучению сгорания с помощью устройства для эксперимента по изучению сгорания, отображенного на фиг. 8. Экспериментальную печь 11, используемую в указанном устройстве для эксперимента, заполняют коксом, при этом внутреннее пространство зоны циркуляции 15 указанной печи можно видеть через просмотровое окно. В этом устройстве для эксперимента имеется сопло 12, через которое горячий воздух от внешней горелки 13 может вдуваться в экспериментальную печь 11. Канал 4 также введен в сопло 12. В сопле 12 дутье можно обогатить кислородом. Кроме того, канал 4 может вдувать угольный порошок, а также один или более СПГ и кислород через сопло 12 в экспериментальную печь 11. В то же время, отработанный газ, образующийся в экспериментальной печи 11, разделяется на отработанный газ и пыль в сепараторном устройстве 16, называемом циклоном. Этот отработанный газ подается на устройство для обработки отработанный газа, такое как вспомогательная пламенная печь или тому подобное устройство, при этом пыль собирается в пылесборник 17.
В данном эксперименте по изучению сгорания в качестве канала 4 используют однотрубный канал, канал с коаксиальными трубками (тип трубчатый канал) и канал с множеством трубок, образованный параллельной связкой дутьевых труб (предпочтительно 2-3 трубы), размещенной во внешней трубе вдоль ее оси. Затем измеряют скорость сгорания, потери давления в канале, температуру поверхности канала и внешний диаметр канала в первом случае (1), когда вдувается только угольный порошок через однотрубный канал; во втором случае (2), когда угольный порошок вдувается по внутренней трубе обычного трубчатого канала, кислород вдувается по зазору между внутренней трубой и промежуточной трубой, а СПГ вдувается по зазору между промежуточной трубой и внешней трубой; и в третьем случае (3), когда угольный порошок, один или более СПГ и кислород вдуваются через соответствующие трубки канала с множеством трубок в соответствии с сущностью изобретения. Скорость сгорания измеряют при изменении скорости дутья кислорода. Определяют скорость сгорания по количеству несожженного коксового остатка, извлекаемого с тыльной стороны зоны циркуляции с помощью зонда.
Фиг. 9(a) иллюстрирует пример обычного трубчатого канала, а фиг. 9(b) иллюстрирует пример канала с множеством трубок, применяемого в изобретении. В трубчатом канале в качестве внутренней трубы I используют трубу из нержавеющей стали, имеющую номинальный диаметр класса 8А и номинальную толщину стенки 10S, а трубу из нержавеющей стали, имеющую номинальный диаметр класса 15А и номинальную толщину стенки 40, используют в качестве промежуточной трубы М и трубу из нержавеющей стали, имеющую номинальный диаметр класса 20А и номинальную толщину стенки 10S, используют в качестве внешней трубы O. Размеры каждой трубы из нержавеющей стали представлены на рисунке, при этом зазор между внутренней трубой I и промежуточной трубой M составляет 1,15 мм, а зазор между промежуточной трубой М и внешней трубой O составляет 0,65 мм.
В канале с множеством трубок (фиг. 9(b)) используют трубку из нержавеющей стали, имеющую номинальный диаметр класса 8А и номинальную толщину 5S, в качестве первой трубки 21; трубку из нержавеющей стали, имеющую номинальный диаметр класса 6А и номинальную толщину 10S, используют в качестве второй трубки 22, и трубку из нержавеющей стали, имеющую номинальный диаметр класса 6А и номинальную толщину 20S, используют в качестве третьей трубки 23, причем эти трубки собраны в параллельную связку и как единое целое помещены во внешнюю трубу канала.
В данном эксперименте угольный порошок (PC) вдувается через трубку 21, СПГ вдувается через трубку 22, а кислород - через трубку 23 канала с множеством трубок, изготовленного посредством формирования параллельной связки трех дутьевых трубок и размещения их во внешней трубе канала 4, как показано на фиг. 10(a). При этом, длина ввода (глубина ввода) канала с множеством трубок в сопло 12 составляет 200 мм, как показано на фиг. 10(b), а скорость потока кислорода составляет 10-200 м/с. Этот канал располагают посредством введения под наклоном переднего конца в направлении фурмы доменной печи (внутри печи) или введения передних концов двух каналов 4 с множеством трубок в сопло 12 (не высовывая наружу), как будет упомянуто позднее; сближения их фронтальных концов одного с другим и смешивания соответствующих дутьевых потоков одного с другим в этом сопле. Кроме того, производят регулирование скорости кислородного потока, обеспечив, например, секцию уменьшенного диаметра на фронтальном конце кислородной дутьевой трубки 23, как показано на фиг. 11, и регулируя внутренний диаметр этой секции.
Когда дутье проводят с помощью канала 4 с множеством трубок, этот канал размещают таким образом, чтобы дутьевые потоки смешивались один с другим на передних концах этих копий и, например предпочтительнее, чтобы потоки СПГ и кислорода регулировались так, чтобы они сходились и взаимодействовали с дутьевым потоком угольного порошка. На фиг. 11(a) отображено дутье через трубчатый канал 4, а дутье через канал с множеством трубок отображено на фиг. 11(b). Как видно из конструкции на фиг. 9(a), угольный порошок, СПГ и кислород вдуваются концентрично, сохраняя концентричное состояние, не взаимодействуя между собой, в обычном трубчатом канале, как показано на фиг. 11(a). В противоположность этому, направления потоков угольного порошка, кислорода и СПГ регулируются в канале с множеством трубок, например посредством регулирования направления (размещения) соответствующих дутьевых трубок. Предпочтительно, как видно на фиг. 11 (b), канал с множеством трубок расположен с учетом направлений соответствующих дутьевых трубок так, чтобы поток СПГ и поток кислорода (поток кислорода не показан) взаимодействовали с потоком угольного порошка.
Передний конец дутьевых трубок может быть скошен или может иметь изгиб. Путем скоса переднего конца дутьевой трубки может быть изменен характер рассеивания СПГ или кислорода. Путем изгиба переднего конца дутьевой трубки может быть изменено направление потока СПГ или кислорода.
В предпочтительном варианте реализации изобретения канал 4 с множеством трубок для введения в сопло 12, располагают с взаимным сближением передних концов двух или более каналов вблизи осевого центра сопла, так чтобы соответствующие направления дутья сходились и смешивались между собой в указанном сопле 12 и чтобы, как минимум, дутьевой поток твердого восстановителя и дутьевой поток горючего газа смешивались один с другим в постоянном соотношении. Например, как показано на фиг. 12, пара таких каналов размещена посредством введения их в осевой центр сопла 12 сверху и снизу с целью сближения их передних концов рядом с осевым центром.
В более предпочтительном варианте выполнения используют два канала с двумя трубками, например, размещая кислородную дутьевую трубку 23, так чтобы наслаивать дутьевой поток кислорода на поток угольного порошка (PC), как показано на фиг. 12а, или так чтобы дутьевой поток кислорода взаимодействовал с двумя потоками угольного порошка, выдуваемого через раздельные каналы, как показано на фиг. 12b.
В этой связи, когда, например, используют два однотрубных канала вместо канала с множеством трубок, эти каналы следует размещать в пересекающемся положении, чтобы потоки угольного порошка, вдуваемые через эти два однотрубных канала, не взаимодействовали и не смешивались один с другим, как показано на фиг. 13a. В свою очередь, когда используют два канала с множеством трубок, необходимо, чтобы каналы были размещены так, чтобы поток угольного порошка, поток СПГ и кислородный поток, вдуваемые через два канала, не взаимодействовали и не смешивались между собой, как показано на фиг. 13b.
Тем не менее, когда используется два канала с множеством трубок, существует возможность разместить эти каналы так, чтобы реализовался: вариант (a), в котором дутьевой поток кислорода проходил бы между двумя потоками угольного порошка (Рисунок А); вариант (b), в котором соответствующие потоки угольного порошка, выдуваемые через эти два канала, не сходились бы и не взаимодействовали один с другим, но при этом сходились бы и взаимодействовали с кислородными потоками, вдуваемыми через отдельные канала, но не отделенными от потоков угольного порошка (Рисунок В), или вариант (с), в котором соответствующие потоки угольного порошка, выдуваемые через эти два канала, сходились бы и взаимодействовали один с другим и в то же время сходились бы и взаимодействовали с потоками СПГ и кислородными потоками, выдуваемыми через соответствующие каналы в положении, в котором последние не взаимодействуют между собой и протекают за пределами дутьевых потоков угольного порошка (Рисунок С).
Затем был проведен эксперимент по изучению сгорания с учетом примеров, отображенных на фиг. 13а-с. Разные составляющие угольного порошка, используемого в эксперименте, представляют собой связанный углерод - 71,3%; летучие вещества - 19,6% и содержание золы - 9,1%. При этом условия дутья - это 50,0 кг/ч (что соответствует удельному потреблению 158 кг/т чугуна). Кроме того, условие дутья СПГ составляют 3,6 кг/ч (5,0 Нм3/ч, соответствующие удельному потреблению 11 кг/т чугуна). Режим дутья представляет собой: температуру дутья 1100°C; величину расхода 350 Нм3/ч, расход 80 м/с и обогащение O2+3,7 (концентрация кислорода: 24,7%, обогащенная до 3,7% с учетом концентрации кислорода в воздухе 21%).
Фиг. 14 отображает результаты измерений скорости сгорания в каждом примере эксперимента по изучению сгорания. Как видно на данной диаграмме, когда кислородный поток вдувается в промежутке между потоками угольного порошка, вдуваемыми каналом с множеством трубок, полученным путем формирования пучка из трех параллельных дутьевых трубок (Рисунок A), и когда такие каналы размещены так, что кислородный дутьевой поток взаимодействует с потоками угольного порошка, вдуваемого через отдельные каналы (Рисунок B), скорость сгорания повышается. Помимо прочего, когда указанные каналы размещены таким образом, что дутьевой поток кислорода прослаивается между потоками угольного порошка (Рисунок A), то этим может быть уменьшена диффузия кислорода в дутье (горячем воздухе). Более того, когда эти каналы размещены так, что дутьевой поток кислорода взаимодействует с потоками угольного порошка, вдуваемого через отдельные каналы, выяснилось, что характеристики смешивания потока угольного порошка с потоком кислорода улучшаются и стимулируют сгорание. Далее выяснилось, что причиной, почему понижается скорость сгорания, когда дутьевые потоки угольного порошка взаимодействуют один с другим, является факт, что плотность угольного порошка после взаимодействия этих потоков становится слишком высокой, при этом сгораемость ухудшается.
В качестве еще одного примера канала 4 с множеством трубок, используемого в данном изобретении, может быть применен канал, изготовленный, например, посредством попеременной намотки спиральной дутьевой трубки для горючего газа и спиральной дутьевой трубки для газообразного восстановителя на цилиндрическую дутьевую трубку для твердого восстановителя, проходящую в центральной части и объединяющую их в одно целое, как показано на фиг. 15. При использовании такого канала 4 дутьевой поток СПГ и дутьевой поток кислорода протекают, вращаясь вокруг дутьевого потока угольного порошка, при этом угольный порошок может рассеиваться в целях дальнейшего повышения скорости сгорания угольного порошка.
В способе работы доменной печи, в соответствии с изобретением использующим канал с множеством трубок, угольный порошок (твердый восстановитель), СПГ (газообразный восстановитель) и кислород (горючий газ) вдуваются в фурмы с помощью нескольких таких каналов 4, так что выдуваемые из них потоки смешиваются между собой, при этом эффект выдувания может быть повышен без значительного повышения внешнего диаметра канала для улучшения охлаждаемости и повышения сгораемости, и в связи с этим удельное потребление материала восстановителя может быть уменьшено.
При использовании канала, изготовленного посредством размещения спиральной дутьевой трубки для горючего газа и спиральной дутьевой трубки для газообразного восстановителя вокруг цилиндрической дутьевой трубки для твердого восстановителя (угольного порошка), проходящей через центральную часть и объединяющей их в одно целое, дутьевой поток СПГ (газообразный восстановитель) и дутьевой поток кислорода (горючий газ) протекают, вращаясь вокруг дутьевого потока угольного порошка (твердого восстановителя), при этом угольный порошок может рассеиваться в целях дальнейшего повышения скорости сгорания угольного порошка (твердого восстановителя).
Хотя упомянутый выше вариант исполнения был изложен с использованием в качестве газообразного восстановителя СПГ, можно использовать и городской газ. Помимо бытового газа и СПГ, в качестве газообразного восстановителя могут быть использованы: газ пропан, водород, а также конвертерный газ, колошниковый газ и коксовальный газ, полученные на металлургических предприятиях. Более того, равноценной заменой СПГ может быть использован сланцевый газ. Сланцевый газ - природный газ, добываемый из сланцевого пласта, который называется альтернативным ресурсом природного газа, потому что производится в местах, отличных от месторождений природного газа.
Описание ссылочных позиций.
1: доменная печь, 2: сопло, 3: фурма, 4: канал, 5: зона циркуляции, 6: угольный порошок (твердый восстановитель), 7: крупнокусковой кокс, 8: коксовый остаток, 9: СПГ (газообразный восстановитель), 21: первая трубка, 22: вторая трубка, 23: третья трубка.
1. Способ подачи в доменную печь дутьевых потоков по меньшей мере твердого восстановителя, газа, поддерживающего горение, или газообразного восстановителя через фурмы с каналами, вставленными в сопло, отличающийся тем, что используют канал с множеством трубок, образованный посредством формирования связки нескольких дутьевых трубок, причем вдувание твёрдого восстановителя или одновременное вдувание твёрдого восстановителя и газа, поддерживающего горение, или твёрдого восстановителя, горючего газа и газообразного восстановителя внутрь доменной печи осуществляют через дутьевую трубку для твёрдого восстановителя, дутьевую трубку для газа, поддерживающего горение, и дутьевую трубку для газообразного восстановителя, расположенные в канале с множеством трубок, при этом два или более каналов с множеством трубок вставлены в сопло со сближением их передних концов друг с другом, а дутьё производят с обеспечением смешивания соответствующих дутьевых потоков между собой в сопле.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый канал формируют из трёх параллельных дутьевых трубок и размещают их во внешней трубе канала.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый канал формируют посредством пропускания дутьевой трубки для твёрдого восстановителя через центральную часть канала и попеременной намоткой спиральной дутьевой трубки для газа, поддерживающего гроение, и спиральной дутьевой трубки для газообразного восстановителя вокруг дутьевой трубки для твёрдого восстановителя для объединения их в одно целое.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при одновременном вдувании по меньшей мере твёрдого восстановителя и газа, поддерживающего горение, через соответствующие дутьевые трубки двух упомянутых каналов выходящий из трубки дутьевой поток твёрдого восстановителя протекает снаружи выходящего из трубки дутьевого потока газа, поддерживающего горение, проходящего через центральную часть сопла.
5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при одновременном вдувании по меньшей мере твёрдого восстановителя и газа, поддерживающего горение, через два соответствующих упомянутых канала вдувание производят при сближении упомянутых каналов таким образом, что два потока твёрдого восстановителя, выдуваемые из соответствующих каналов, не сталкиваются друг с другом, при этом потоки твёрдого восстановителя сталкиваются с потоком газа, поддерживающего горение.
6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что одновременное вдувание по меньшей мере твёрдого восстановителя и газа, поддерживающего горение, через два соответствующих упомянутых канала обеспечивают без сталкивания друг с другом потоков твёрдого восстановителя, выдуваемых из соответствующих каналов, и со сталкиванием их с потоками газа, поддерживающего горение, выдуваемых из соответствующих каналов так, что они разделяют два выдуваемых потока твёрдого восстановителя.
7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что одновременное вдувание по меньшей мере твёрдого восстановителя и газа, поддерживающего горение, через два соответствующих канала осуществляют со сталкиванием потоков твёрдого восстановителя, выдуваемых из соответствующих каналов, при этом выдуваемые потоки газообразного восстановителя и газа, поддерживающего горение, не сходятся и не сталкиваются с потоком твёрдого восстановителя и вдуваются так, чтобы оказаться снаружи вдуваемого потока твёрдого восстановителя в центральной части сопла.
