Дослідження та розробка технології доменної плавки на комбінованому дутті з використанням технологічних газів металургійних виробництв замість природного

14

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ ІМ. З.І. НЕКРАСОВА

УДК 669.162.263

Дослідження та розробка технології доменної плавки на комбінованому дутті з використанням технологічних газів металургійних виробництв замість природного

Спеціальність 05.16.02- Металургія чорних металів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Бузоверя Владислав Михайлович

Дніпропетровськ 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України

Захист відбудеться « 21» квітня 2000 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.231.01 в Інституті чорної металургії НАН України за адресою: 49050 м. Дніпропетровськ, пл. академіка Стародубова, 1

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту чорної металургії (м. Дніпропетровськ, пл. академіка Стародубова, 1)

Автореферат розісланий «09» березня 2000р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Г.В. Левченко

доменний плавка реагент температура

1. Актуальність теми

Сучасна вітчизняна технологія доменної плавки базується на використанні нагрітого до високої температури та збагаченого киснем дуття, а для регулювання рівня теоретичної температури - природного газу або інших вуглеводнів. В зв'язку із зростаючим дефіцитом вуглеводів та збільшенням їхньої вартості, витрати природного газу на виплавку чавуну значно знизилися, а для забезпечення задовільного ходу доменних печей потрібно знижувати рівень нагріву дуття та збільшувати його вологість, для підтримки теоретичної температури дуття на оптимальному рівні. Все це веде до значного росту витрат палива та собівартості чавуну.

Пошук та обгрунтування ефективності використання альтернативних реагентів, придатних для регулювання рівня теоретичної температури зі зменшенням витрат умовного палива, є своєчасною і актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими планами.

Дисертаційна робота виконана в Інституті чорної металургії НАН України при розробці основ технології доменної плавки та задувок доменних печей з використанням колошникового газу відповідно до головних тематичних планів наукових досліджень відділу металургії чавуну ІЧМ.

Мета і задачі дослідження. Розрахунково-теоретичне дослідження можливості заміни природного газу в доменній плавці недефіцитними реагентами - технологічними газами металургійних виробництв і обгрунтування їх техніко-економічної ефективності в сучасних умовах роботи доменних печей.

Для досягнення поставленої мети в складі роботи:

- вперше розроблено комплекс кількісних залежностей, які дозволяють оцінювати поточні зміни показників процесу відновлення і доменної плавки і показана можливість використання його для оперативного управління ходом процесу і в умовах використання в якості реагенту, що регулює рівень теоретичної температури, технологічного газу металургійного виробництва, зокрема, власного колошникового;

- вперше запропоновані розрахунково-теоретичні основи технології доменної плавки на комбінованому дутті високих параметрів із заміною природного газу власним колошниковим і показано вплив витрат цього реагенту на основні показники процесу відновлення і плавки в порівнянні з використанням природного газу;

- для компенсації деякого зменшення теплотворної здатності колошникового газу, що одержується, запропоновано збагачувати технологічним киснем повітря горіння в повітронагрівачах та інших агрегатах.

Наукова новизна одержаних результатів проявилась у наступних розробках та рішеннях:

- розроблені теоретичні основи розрахунку параметрів відновлювального процесу і показників доменної плавки, що грунтуються на реально вимірюваних вхідних величинах складів дуття, домішок, що вдуваються, та одержуваного колошникового газу, а також коксу, шихти, чавуну і шлаку;

- вперше запропоновані кількісні залежності основних характеристик доменного процесу і показників плавки від витрат колошникового газу, що вдувається, температури дуття і заданої теоретичної температури, а також від рівня збагачення дуття киснем;

- теоретично обгрунтована технологія доменної плавки на високонагрітому і збагаченому киснем дутті, з вживанням власного колошникового газу як компоненту, що регулює рівень теоретичної температури горіння;

- вперше одержані співвідношення між складом колошникового газу, що вдувається, і величиною можливої економії коксу, граничні рівні вмісту СО2 або СО при яких економія коксу дорівнює "нулю". Також складено рівняння залежності вмісту азоту в дутті від заданих умов плавки.

Практичне значення одержаних результатів визначається рішенням наступних науково-технічних проблем:

- роблена методика визначення параметрів доменного процесу і показників плавки, що грунтується на використанні складів дуття, реагенту, що вдувається, шихти, коксу, колошникового газу і продуктів плавки;

-розроблені параметри технології доменної плавки з використанням колошникового газу замість природного в якості дуттєвої добавки, що регулює рівень теоретичної температури горіння;

- впровадження запропонованої технології дозволить знизити витрати умовного палива приблизно на 40 кг/т чавуну та зменшити собівартість чавуну на 12 грн/т;

- запропоновано і обгрунтовано спосіб, який дозволяє скоротити використання висококалорійного палива для потреб підприємства за рахунок виключення його підмішування в спалюваний доменний газ з метою підвищення теплотворної здатності суміші, а потрібну температуру горіння забезпечити подачею невеликої кількості додаткового технологічного кисню в повітря горіння (економічний ефект для умов МК «Запоріжсталь» може скласти 2,8 млн. грн. на рік).

Особистий внесок здобувача

Автор провів аналіз інформації про використання технологічних газів в металургії чавуну і показав, що в сучасних умовах найбільш підходить для доменної плавки власний колошниковий газ, ресурси якого достатні і який має значний вплив на теоретичну температуру горіння. Разом із співавторами розробив методику аналізу ходу доменного процесу та показників плавки і реалізував її у вигляді програми для ПЕОМ. Розробив теоретичні основи доменної плавки з використанням власного колошникового газу і виявив його вплив на показники процесу, що стало основою для подання заявки на винахід. Склав рівняння для вияву впливу величини домішок азоту до атмосферного дуття на вміст в ньому кисню та рівень теоретичної температури горіння. Проаналізував можливості зниження витрат умовного палива на виплавку чавуну в Україні. У співавторстві запропонував спосіб підвищення ефективності використання доменного газу, як палива для технологічних потреб підприємства.

Особистий внесок здобувача в опублікованих в співавторстві роботах (у порядку, приведеному в списку опублікованих робіт):

[1] - Проведений аналіз літературних джерел. Виконана серія розрахунків і проаналізовані результати. Зроблений аналіз результатів роботи деяких доменних печей України та розраховані очікувані результати роботи при зміні складу дуття. Запропоновані взаємозалежності ряду параметрів від витрат колошникового газу.

[2] - Проаналізовані фактичні показники роботи доменних печей України. Розраховані очікувані витрати умовного палива, сформульовані висновки.

[3] - Розроблена серія рівнянь для визначення параметрів доменної плавки. Запропоновано використовувати методику для обчислення втрат дуття на його гарячому тракті.

Апробація і публікація результатів дисертації

Основні положення та результати дисертації були повідомлені і обговорені на Першій Міжнародній науково-технічній конференції «Прогресивні процеси і обладнання металургійного виробництва» Череповець 1998р., двічі на технічній раді МК «Запоріжсталь» у 1997 та 1998 рр, на науковому семінарі відділу металургії чавуну ІЧМ НАН України, на засіданні кафедри металургії чавуну НМетаУ.

За темою дисертації опубліковано чотири статті в науково-технічних журналах і одержано позитивне рішення на одну заявку на винахід.

Структура і об'єм роботи

Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, загальних висновків, бібліографічного списку і додатків.

Повний обсяг дисертації - 151 сторінка друкарського тексту і вміщує 34 рисунки, 17 таблиць, список літератури з 102 найменувань.

2. Основний зміст роботи

Аналіз впливу компонентів пічного газу на хід відновлення оксидів заліза. Обгрунтування вибору замінника природного газу.

У першому розділі проаналізовані джерела інформації про закордонний та вітчизняний досвід використання технологічних газів як компоненту комбінованого дуття для заміни вуглеводневого палива в доменній плавці. Розглянуто технологічні гази, які можна використати на території України. Найбільший досвід накопичено по використанню коксового газу.

Обмежене використання в технології доменної плавки одержав азот, в основному в періоди задувки та роздувки. Азот для зниження теоретичної температури горіння вдували на протязі місяця тільки на МК «Запоріжсталь». В розглянутих джерелах інформації не приводилась залежність впливу величини домішок азоту до атмосферного дуття на вміст в ньому кисню та рівень теоретичної температури горіння. Ось чому в цьому розділі на основі балансу тепла в фурменій зоні складене рівняння:

, од., (1)

де N2 - доля азоту в дутті, дол. од;

iгг, iд - тепловміст горнових газів при заданій теоретичній температурі, кДж/м3;

tг - теоретична температура горіння, оС;

Ск - теплоємкість коксу, кДж/кг град.

До технологічних газів, які можна використати в доменній плавці, належить газ феросплавних печей, як показано в роботі Запорізького індустріального інституту. Але для цого потрібні великі капіталовкладення на спорудження транспортних комунікацій і захист їх від корозії сірчаними сполуками феросплавного газу. Ось чому в теперішній час це питання не може бути вирішено.

Для регулювання теоретичної температури горіння також може використовуватись і колошниковий газ, що є попутним продуктом доменного виробництва. Відомий цілий ряд заявок та винаходів, що грунтуються на використанні колошникового газу після його звільнення від окислювачів, або ж його застосовують як реагент в суміші з киснем для конверсії вуглеводневого палива. В даній роботі цей газ запропоновано використовувати в якості компоненту комбінованого дуття в зв'язку з його низькою вартістю, постійною наявністю в доменному цеху в потрібній кількості, можливістю використання існуючих комунікацій для вдування природного газу, достатнім впливом на теоретичну температуру горіння і наявність в його складі до 30% відновлювальних компонентів.

Методика оцінки показників доменної плавки і характеристик процесів відновлювання.

У другому розділі наведена розроблена методика, яка дозволяє оцінювати ефективність використання різних паливних домішок і аналізувати хід відновлювальних процесів в доменній печі. При цьому розрахунки ведуться на одиницю об'єму дуття, витрати якого точно вимірюються на кожній доменній печі. Із складу колошникового газу обчислюється частка використання СО, тобто:



де СО2 і СО - вміст відповідних компонентів в колошниковому газі, од.

Але одного цього показника недостатньо для надійної характеристики процесу в печі, тому що в сучасних умовах у непрямому відновлюванні приймає участь і водень, а прямо обчислити ступінь використання водню неможливо. Розрахунком ця величина може бути одержана із складів колошникового газу і дуття. Склад дуття характеризується об'ємною часткою кисню в ньому і витратами та складом домішок палива.

Для аналізу процесів плавки з використанням складу коксу, залізорудної частини шихти і продуктів плавки та балансів азоту, водню і кисню обчислюють:

- кількість вуглецю коксу, який спалюється киснем дуття біля фурм, причому Сф дорівнює:

де - доля кисню, м3/м3 дуття;

- доля вологи м3/м3 дуття;

- витрати додаткового палива, м3/м3 дуття;

- вміст газоподібного вуглецю в додатковому паливі (вуглець, що реагує з киснем дуття і утворює СО), м3/м3;

- загальний об'єм горнового газу:

 (4)

де , - частка вказаних компонентів в коксі, кг/кг;

VCO, VH2, VN2 - об'єм відповідних компонентів горнового газу;

- вміст відповідних компонентів в додатковому паливі, м3/м3;

- об'єм СО в горновому газі:

- об'єм колошникового газу, що утворюється:

де N2 -частка азоту в колошниковому газі, од.

- ступінь використання водню буде дорівнювати:

- об'єм кисню, що віднімається від оксидів шихти в розрахунку на 1м3 дуття:

де - кількість кисню, що віднімається за рахунок водню;

- об'єм кисню в горновому газі, м3/м3 дуття.

- ступінь непрямого відновлювання за рахунок водню дорівнює:

- ступінь непрямого відновлення за рахунок СО:

- сумарний ступінь непрямого відновлення:

- об'єм кисню шихти, що віднімається за рахунок вуглецю:

- ступінь прямого відновлювання:

- продуктивність печі у розрахунку на 1 м3 дуття:

- витрати коксу на 1 м3 дуття:

де Ск - частка вуглецю у коксі, од.;

а - коефіцієнт, що враховуює винос коксу, звичайно а=1,005-1,01.

- відносні витрати коксу будуть дорівнювати:

, кг/кг чавуну (16)

- витрати шихти на виплавку чавуну складуть:

кг/кг чавуну (17)

- відносний вихід шлаку буде:

де А - вміст золи у коксі, од.

Таким чином, комплекс наведених вище рівнянь дозволяє визначити і провести аналіз основних показників реальної доменної плавки. За результатами цього аналізу можна оперативно оцінювати тенденції змін ходу відновлювальних процесів в робочому просторі доменної печі і основних показників плавки, а значить, своєчасно приймати адекватні рішення по управлінню процесом. Крім того, порівнюючи фактичну продуктивність з розрахунковою, можна оцінити втрати дуття на тракті на його гарячому тракті.

Теоретичні основи доменної плавки на комбінованому дутті без використання природного газу.

Заміна природного газу на колошниковий в складі комбінованого дуття в першу чергу позначається на наступних параметрах доменної плавки:

витратах коксу та колошникового газу, продуктивності, виходу горнового і колошникового газів, ступенях непрямого і прямого відновлення та деяких інших. Так, витрати колошникового газу, в залежності від теоретичної температури, рівня нагріву дуття та вмісту в ньому кисню, підпорядковуються рівнянню, одержаному з балансу тепла фурменої зони:

, м3/м3 дуття, (19)

де iк- тепловміст колошникового газу, що вдувається, кДж/м3 ;

iд - тепловміст нагрітого дуття, кДж/м3;

iгг- тепловміст горнового газу, кДж/м3;

-частка кисню в дутті, одиниць;

СО2-частка діоксиду вуглецю в колошниковому газі, од;

10846, 7700 - результати математичних дій з тепловими ефектами реакцій взаємодії О2 і СО2 з вуглецем коксу, а вихід горнового газу визначається рівнянням:

Vгг=1(1+СО2), м3/м3 дуття (20)

Вихід горнового газу збільшується на 0,02 м3/м3 дуття на кожний додатковий процент кисню в дутті. Збільшення вмісту СО2 в колошниковому газі, що вдувається, також збільшує вихід горнового газу і вміст у ньому відновлювальних компонентів.

Продуктивність доменної печі прямо залежить від кількості коксу, Сф, що спалюється біля фурм, в розрахунку на одиницю об'єму дуття:

, кг/м3 дуття (21)

З цього рівняння видно, що кількість вуглецю коксу, що згоряє біля фурм, збільшується порівняно з роботою печі без вдування колошникового газу (числівник збільшується на 1/2 ? СО2). Ось чому інтенсивність горіння коксу і роботи доменної печі при збільшенні ? збільшується.

Для реалізації нової технології плавки колошниковий газ в горн доменної печі можна вдувати:

в фурми , аналогічно вдуванню природного;

в повітропровід гарячого дуття після найближчого до печи повітронагрівача;

в повітропровід холодного дуття після розвантажувального клапана.

Зазначені способи можна використовувати, якщо колошниковий газ має тиск, що перевищує тиск дуття. Якщо ж тиск газу нижчий, ніж тиск дуття, то його можна подати тільки на всос повітродувки.

При подачі колошникового газу в трубопровід гарячого дуття він догоряє, і температура дуттєвої суміші зростає відповідно співвідношенню:

, (22)

де Сд.с.- теплоємкість дуттєвої суміші, кДж/м3 град;

12644 і 10802 - результат математичних дій з тепловими ефектами реакцій взаємодії СО і Н2 з киснем.

Окрім того, витрати коксу можуть бути зменшені при вдуванні колошникового газу (в порівнянні з роботою доменної печі на атмосферному повітрі) за рахунок нагріву дуття до максимальної температури, що відповідає тепловій потужності повітронагрівачів. Додаткове зниження витрат коксу забезпечується наявністю відновлювальних компонентів в колошниковому газі, та різницею їх взаємодії з киснем дуття, СО і Н2О з вуглецем коксу. Так, якщо газ вміщує 15% СО2, 25% СО та 3% Н2О, ця економія після математичних перетворень буде виражена рівнянням:

, (23)

де К - зменшення витрат коксу, кг/м3 дуття. Причому, чим вище вміст СО2 в газі, тим нижче економія коксу, а перехід до перевитрат його наступає, коли

СО2= 0,7 СО+0,02,од., (24)

СО=1,426 СО2-0,033, од. (25)

Приріст продуктивності за тих умов підкоряється такий залежності:

, (26)

з якої виходить, що при збільшенні долі колошникового газу в дуттєвої суміші та вмісту в ньому СО2 відносний приріст продуктивності збільшується.

Таким чином, наведені залежності зміни основних показників процесу відновлення і плавки від величини витрат колошникового газу для вдування показують, що продуктивність доменної печі в порівнянні з роботою на атмосферному дутті зростає пропорційно приросту вмісту активного кисню в дуттєвій суміші, а втрати коксу залежать від вмісту СО2 в газі.

Залежність показників проектних матеріальних і теплових балансів доменної плавки від вмісту колошникового газу в суміші з природним та коксовим газами, що вдуваються в горн.

В розділі 4 виконана серія розрахунків за методом проф. А.Н.Рамма з метою оцінки впливу вмісту колошникового газу в суміші з природним і коксовим на показники ходу доменного процесу та плавки. При цьому не враховується пригальмовуючий вплив колошникового газу на термічний розклад вуглеводів природного газу згідно з принципом Ле Шательє, та підвищення газопроникливості стовпа шихти при збільшенні в ньому частки коксу. Це не дозволяє адекватно оцінити вплив витрат колошникового газу на зміни продуктивності.

Згідно з результатами розрахунків кількість вуглецю коксу, що згоряє біля фурм, збільшується майже в півтора рази (рис. 1) порівняно з роботою на природному газі, а витрати коксу - на 100кг/т, або на 25% (рис. 2) при повній заміні природного газу колошниковим.

При цьому витрати природного газу зменшуються на 115 м3/т чавуну, інакше кажучи, вилучаються зовсім. Газодинамічні умови плавки змінюються несуттєво - вихід колошникового газу на 1т чавуну збільшується менш ніж на 10%, в той час як газопроникливість стовпа шихти значно збільшується, згідно з ростом витрат коксу, на 25%.



Перспективи зменшення витрат умовного палива на виплавку чавуну при заміні природного газу колошниковим в складі комбінованого дуття.

В основі розділу 5 є порівняння показників плавки з вдуванням природного і колошникового газів (в порівняльних умовах), одержаних за допомогою методики, наведеної в розділі 2. Результати порівняння показують, що при використанні колошникового газу як дуттєвої домішки вихід горнового газу більший, об'єм відновлювальних компонентів трохи менший, ніж при вдуванні природного, при одній і тій же заданій теоретичній температурі, але ця різниця невелика, і при зростанні рівня теоретичної температури горіння вона зменшується. Витрати колошникового газу в порівняльних умовах приблизно вдвічі вищі, ніж природного газу (табл. 1).

Розрахунково-аналітичне дослідження з врахуванням зміни різних характеристик плавки показує, що витрати умовного палива на виплавку чавуну при заміні природного газу колошниковим зменшуються на 30-40 кг/т, незважаючи на те, що витрати коксу дещо збільшуються, газодинамічні умови плавки не погіршуються, тому що газопроникливість стовпа шихти збільшується за рахунок росту долі коксу в ньому.

Вихід горнового газу при вдуванні колошникового і природного при tд=1000 оС і вмісту кисню 21, 25 і 30 %, м3/м3.

Таблиця 1

Вихід горнового газу при вдуванні колошникового і природного при Тд=1000 оС і при вмісті кисню, 21, 25, 30%, м3/м3 дуття
Кисень, %	Теоретична температура горіння, оС
	1900	2000	2100	2200
	КГ	ПГ	КГ	ПГ	КГ	ПГ	КГ	ПГ
21	1,447	1,376	1,385	1,336	1,328	1,299	1,275	1,263
25	1,616	1,503	1,546	1,459	1,482	1,418	1,423	1,379
30	1,817	1,654	1,738	1,606	1,666	1,561	1,600	1,518
Об'єм СО і Н2 у горновому газі при вдуванні колошникового і природного газів, якщо вміст О2 в дутті 21, 25, 30% і Тд=1000 оС , м3/м3 дуття
Кисень, %	Теоретична температура горіння, оС
	1900	2000	2100	2200
	КГ	ПГ	КГ	ПГ	КГ	ПГ	КГ	ПГ
21	0,546	0,575	0,516	0,535	0,489	0,497	0,462	0,463
25	0,690	0,743	0,657	0,699	0,626	0,658	0,598	0,619
30	0,863	0,945	0,825	0,896	0,791	0,851	0,759	0,808
Порівняння витрат колошникового і природного газів при Тд=1000 оС і вмісті О2 21, 25, 30%, м3/м3 дуття
Кисень, %	Теоретична температура горіння, оС
	1900	2000	2100	2200
	КГ	ПГ	КГ	ПГ	КГ	ПГ	КГ	ПГ
21	0,200	0,079	0,146	0,059	0,096	0,041	0,050	0,023
25	0,310	0,121	0,249	0,099	0,193	0,079	0,142	0,059
30	0,441	0,172	0,373	0,148	0,310	0,126	0,253	0,104
Порівняння витрат колошникового і природного газів при Тг=2000 оС і вмісті О2 21, 25, 30%
Кисень, %	Температура дуття, оС
	900	1000	1100	1200
	КГ	ПГ	КГ	ПГ	КГ	ПГ	КГ	ПГ
21	0,110	0,046	0,146	0,059	0,181	0,073	0,217	0,087
25	0,214	0,086	0,249	0,100	0,285	0,114	0,321	0,127
30	0,338	0,135	0,373	0,148	0,408	0,162	0,444	0,176
Вуглець, який згоряє на фурмах при вдуванні колошникового і природного газів, при Тд=1000 оС і вмісті О2 21,25, 30%.
Кисень, %	Теоретична температура горіння, оС
	1900	2000	2100	2200
	КГ	ПГ	КГ	ПГ	КГ	ПГ	КГ	ПГ
21	0,241	0,181	0,237	0,192	0,233	0,202	0,229	0,212
25	0,293	0,203	0,288	0,214	0,283	0,225	0,279	0,236
30	0,357	0,229	0,351	0,242	0,346	0,254	0,342	0,266

Для реалізації нової технології не потрібно великих капітальних витрат, тому можна зробити висновок, що запропонована технологія доменної плавки на комбінованому дутті високих параметрів без використання природного газу в змозі забезпечити рівний, стійкий та економічний хід доменних печей, а також звільнити вітчизняну чорну металургію від залежності через закордонні поставки природного газу та зменшити експлуатаційні витрати (вартість природного газу вища, ніж коксу), а звільнені кошти використати для розвитку народного господарства.

Оцінка економічної ефективності використання технології доменної плавки на комбінованому дутті високих параметрів при заміні природного газу власним колошниковим.

В розділі 6 приведені результати розрахунків очікуваного зниження собівартості чавуну, що виплавляється за новою технологією, на прикладі роботи доменної печі №5 МК «Запоріжсталь» в жовтні 1997 р. Розрахунки показали, що в залежності від ступеня використання природного газу (величини коефіцієнту заміни коксу газом) зменшення витрат умовного палива складає до 40 кг/т чавуну, при цьому собівартість чавуну зменшується приблизно на 12 грн/т, якщо ціна коксу дорівнює 112 грн/т, а природного газу - 157 грн/1000 м3.

Одержані результати показують, що використання технології доменної плавки на комбінованому дутті високих параметрів дає позитивний економічний ефект, навіть в порівнянні з використанням природного газу, хоча вона і не призначена конкурувати з технологією доменної плавки з вдуванням природного газу. Першочергова задача запропонованої технології - забезпечити високопродуктивну, стійку роботу доменних печей на дутті високих параметрів в нових економічних умовах при відсутності вуглеводневих компонентів.

В зв'язку з тим, що використання колошникового газу викликає значне збільшення газопроникливості стовпа шихти за рахунок збільшення в ньому коксу, незначне зменшення продуктивності (розрахунки за методом А.Н. Рамма) компенсується можливістю збільшення витрат дуття. При цьому за рахунок збільшення витрат дуття можна також вилучити і додаткові витрати кисню при збереженні продуктивності на рівні технології з вдуванням природного газу. Кисень, що звільниться з доменної плавки, може бути використаний на підприємстві для підвищення ефективності використання доменного газу, як енергетичного палива. Як приклад, в розділі 6 проведені розрахунки необхідного додаткового кисню для виключення домішок природного газу в колошниковий для нагріву насадки високотемпературних повітронагрівачів для умов МК «Запоріжсталь». Для забезпечення теоретичної температури горіння 1460оС, як і на суміші природного і колошникового газів, вміст кисню в повітрі горіння треба довести до 0,219 м3/м3, що вимагає витрат кисню 554 м3 за годину на одну доменну піч. При цьому витрати природного газу зменшуються на 800 м3/год, а колошникового - зростають. Очікувана економічна ефективність в розрахунку на 4 печі цеху складає 2,8 млн. грн/рік.

Висновки

Результати аналізу різних аспектів використання технологічних газів як дуттєвих домішок в доменній плавці показали, що з урахуванням ресурсів, вартості, впливу на теоретичну температуру горіння палива біля фурм при нагріванні дуття до високої температури найбільш прийнятним з них є власний колошниковий газ.

Розроблена методика аналізу змін показників доменного процесу і результатів плавки при зміні умов на основі складів дуття та колошникового газу, що утворюється в печі, складу палива, що вдувається в горн, складів шихтових матеріалів та продуктів плавки. Розрахунки ведуться на одиницю об'єму дуття, витрати якого, в крайньому разі холодного, вимірюються з достатньою точністю. В цілому методика дозволяє здійснювати оперативний контроль за ходом плавки, а її алгоритм - стати складовою частиною підсистеми автоматичного управління доменним процесом.

На основі аналітичної оцінки можливості використання азоту у якості реагенту, керуючого рівнем теоретичної температури горіння, добута залежність його витрат від умов плавки.

Розроблена технологія доменної плавки на дутті високих параметрів з використанням колошникового газу як реагенту, що регулює рівень теоретичної температури. При цьому розглянуто і визначено кількісний вплив вдування колошникового газу на основні показники доменного процесу, в тому числі:

Збільшення витрат колошникового газу для вдування на 0,01 м3/м3 дуття зменшує теоретичну температуру горіння приблизно на 25 оС, або вимагає підвищення температури дуття на 20-25 оС для збереження теоретичної температури на початковому рівні. Таким чином, колошниковий газ проявляє суттєвий регулювальний ефект на рівень теоретичної температури горіння і дозволяє нагрівати дуття до максимально можливої температури, а при необхідності збільшити продуктивність доменної печі - збагачувати дуття киснем. Для компенсації збільшення теоретичної температури від росту концентрації кисню в дутті на 1% потрібно витрати колошникового газу збільшувати на 0,022 - 0,026 м3/м3 дуття.

Вихід горнового газу збільшується в розрахунку на 1 м3 дуття з заданою концентрацією кисню пропорційно витратам колошникового газу та вмісту в ньому діоксиду вуглецю.

Вміст активного кисню в дуттєвій суміші при вдуванні колошникового газу також збільшується пропорційно витратам газу та вмісту в ньому СО2. Іншими словами, вдування колошникового газу в якійсь мірі аналогічно збагаченню дуття киснем.

При вдуванні колошникового газу збільшується вміст відновлювальних компонентів в порівнянні з роботою печі тільки на атмосферному дутті без вдування додаткового палива.

Запропоновано три варіанти схеми вдування стиснутого колошникового газу в доменну піч: в кожну фурму, аналогічно вдуванню природного газу; в тракт гарячого дуття після повітронагрівачів; в повітропровід холодного дуття після розвантажувального клапану; і один варіант - для вдування газу низького тиску - повітродувною машиною.

Показано, що вдування колошникового газу в доменну піч зменшує витрати коксу, якщо вміст СО2 в ньому не перевищує 0,7СО+0,02.

Підвищення продуктивності доменного процесу при вдуванні колошникового газу складає приблизно 0,0017-0,0022 кг/м3 дуття на кожні 0,01 м3/м3 дуття витрат газу і на 5,8 10-4 - 7,5 10-4 кг/м3 на кожний додатковий процент СО2 в колошниковому газі (в порівнянні з роботою без вдування інших паливних компонентів).

Аналіз результатів розрахунків матеріальних і теплових балансів плавки при зміні теоретичної температури горіння і частки колошникового газу в суміші з природним газом, що входить в склад комбінованого дуття, показав:

Якщо частка колошникового газу в суміші з природним складає 90%, то витрати коксу на виплавку чавуну збільшуються на 26 кг/т при підвищені теоретичної температури з 1700 до 2100 оС, але при майже вдвічі менших витратах газової суміші.

Калорійність колошникового газу, що утворюється в печі, не залежить від теоретичної температури.

Збільшення частки колошникового газу в суміші з природним приводить до незначного збільшення кількості вуглецю прямого відновлювання, причому при більш високій температурі ця кількість більша.

Кількість вуглецю коксу, що згоряє біля фурм, при повній заміні природного газу колошниковим збільшується майже в півтора рази.

Ступінь використання СО при заміні природного газу колошниковим збільшується, хоча сумарна ступінь непрямого відновлення дещо зменшується за рахунок зменшення кількості і ступеню використання водню.

Підвищення коефіцієнту використання корисного об'єму доменній печі на 0,02 м3/т на добу може бути компенсовано за рахунок покращання газопроникливості стовпа шихти шляхом збільшення витрат дуття.

Результати розрахунків матеріальних і теплових балансів плавки свідчать, що нормальна робота доменної печі при заміні природного газу колошниковим навіть повністю можлива, хоча витрати коксу і збільшуються з 405 до 505 кг/т (для умов ЗСМК) при теоретичній температурі 2100 оС і зменшенні витрат природного газу на 115 м3/т чавуну.

Зменшення потреби в умовному паливі при вдуванні колошникового газу, в порівнянні із роботою на атмосферному дутті, досягає 40 кг/т і витрат на виплавку - 12 грн/т чавуну.

Показано, що деяке зменшення теплотворної здатності колошникового газу, що утворюється в печі і використовується для опалення повітронагрівачів, доцільно компенсувати шляхом збагачення повітря горіння технологічним киснем, який можна вивести з доменної плавки при роботі по запропонованій технології. Вдування додаткового кисню при спалюванні доменного газу дозволяє відмовитись від домішок до нього висококалорійного палива (природного газу), а також і одержати значну економію ресурсів (2,8 млн.грн./рік для умов МК «Запоріжсталь»)

Як показали розрахунково-аналітичні дослідження і теоретичний аналіз, вживання колошникового газу як компоненту комбінованого дуття має в сучасний період, при наявному співвідношенні цін на кокс і природний газ, економічні переваги перед традиційною технологією, тому що дозволяє ефективно регулювати рівень теоретичної температури, в той час як сучасний стан справ в металургії характеризується нестабільним забезпеченням природним газом, в результаті чого для регулювання теплового стану горна підвищують вологість дуття, або зменшують його температуру. Останнє, як правило, призводить до нерівного ходу печей, перевитрат коксу і збільшує собівартість продукції. Технологія ж доменної плавки на комбінованому дутті високих параметрів з використанням колошникового газу вільна від вищенаведених недоліків і дозволяє забезпечити ефективну, високопродуктивну роботу доменних печей із зменшенням витрат умовного палива і собівартості чавуну.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Направление развития технологии доменной плавки на комбинированном дутье / Бузоверя М.Т., Можаренко Н.М., Бузоверя В.М.// Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1997. - №3. - С. 8-10

2. Перспективы снижения условного топлива на выплавку чугуна в Украине / Бузоверя В.М.//«Металлургическая и горнорудная промышленность». - 1998. - №3. - С.13-15.

3. К методике анализа хода процессов восстановления в доменной печи / Бузоверя М.Т., Бузоверя В.М.// Сталь 1998, №7, с.12-14

4. Анализ процессов восстановления доменных печей Украины / Бузоверя М.Т., Можаренко Н.М., Бузоверя В.М.//Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. - Киев. - 1999. - Выпуск 2. - С. 34-42.

5. Влияние состава комбинированного дутья на показатели материальных и тепловых балансов / Бузоверя М.Т., Можаренко Н.М., Бузоверя В.М.// Материалы первой международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства», Череповецкий Государственный Университет. -1998.

6. Пат. 0000000 Україна, МКИ С 21 5/00. Спосіб доменної плавки/Бузоверя В.М, Бузоверя М.Т.//№заявці 98031342

Размещено на Allbest.ru

...