Проте відновлення теплової рівноваги фурми доменної печі по кінцевому складу і температурі продуктів плавки не свідчило про те, що і в фурмі доменної печі відновлюються колишні температурні умови: очевидно, істотнє зниження приходу в фурму оксиду заліза, визначуване вдуванням додаткового палива, частково розвантажує його від відновлюваної роботи і витрат тепла, що зумовлює можливість ведення процесу на нижчому температурному рівні.
Оскільки при вдуванні в фурму природного газу зниження приходу в горн оксиду заліза орієнтовно удвічі більше, ніж при вдуванні пиловугільного палива, то і ефект дії цього заходу на температурний режим горна відповідно більший. При вдуванні у фурму природного газу і пиловугільного палива вказані ефекти підсумовуються, забезпечуючи відповідне поліпшення умов нагріву продуктів плавки, десульфурації чавуну.
1.5 Зміна окислювальної здатності фурмених зон
Переважаюче горіння пиловугільного палива і природного газу у фурмі доменної печі і на периферії окислювальної зони визначає витрату на ці реакції до 50 % кисню дуття. Подальше зниження витрати коксу і збільшення витрати пиловугільного палива до 150 кг/т чавуну можуть сприяти подальшому зниженню вмісту кисню в горновому газі в основному об'ємі фурмених зон.
Відмічене зниження окислювальної здатності газової фази фурмених зон може сприяти також обмеженню процесу вторинного окислення основних елементів чавуну Fe, Si, Mn.
Для оцінки впливу пиловугільного палива на температуру продуктів плавки полечені рівняння теплового балансу для нижньої зони теплообміну для початкових (індекс 0) і нових (індекс 1) умов плавки. Приймаючи для цих умов t0=t1, tH0=tH1=tH маємо(1.5.1):
З цього рівняння (1.5.1) виходить, що температура продуктів плавки при роботі доменної печі з вдуванням пиловугільного палива може зрости орієнтовно на 2-3% внаслідок зниження ступеня прямого відновлення і зменшення окислювальної здатності газової фази фурмених зон, що визначають зниження приходу в горн оксиду заліза і підвищення відношення Wш0/Wш1
Наслідком повного згоряння пиловугільного палива і зменшення окислювального потенціалу фурмених зон можуть бути наступні сприятливі зміни:
· повне згоряння палива в межах фурмених зон виключає або ускладнює можливість попадання порошкоподібного вуглецю в шлак, пори коксу і так далі, що виключає можливість порушення дренажної здатності сурми і створює об'єктивні передумови для подальшого ефективного збільшення витрати додаткового палива;
· значне зниження окислювального потенціалу фурмених зон. посилене зниженням показника прямого відновлення закису заліза, також визначуваним вдуванням пиловугільного палива, сприяють зменшенню приходу в нижню високотемпературну зону сурми інтенсивного охолоджувача - оксиду заліза, що може сприяти поліпшенню нагріву продуктів плавки, відновлення кремнію і марганцю, десульфурації чавуну.
В той же час, підвищення вмісту сірки в сурмовому газі, визначене відповідним збільшенням її приходу за рахунок згоряння пиловугільного палива, сприяє підвищенню її вмісту в чавуні.
Зменшення окислювального потенціалу фурмених зон, деяке зниження дійсної температури сурмових газів і приходу до сурми оксиду заліза можуть сприяти розширенню протяжності фурмених зон за вмістом діоксиду вуглецю.
За інших рівних умов перераховані зміни можуть сприяти поліпшенню сходу шихти, зниженню потреби тепла в сурмі і, таким чином, отриманню додаткової економії коксу, зростанню продуктивності печі, тобто у результаті -підвищенню ефективності застосування пиловугільного палива.
1.6 Особливості процесу десульфурації чавуну
При роботі доменної печі з вдуванням до сурми пиловугільного палива мають місце наступні принципові особливості процесу десульфурації чавуну: кокс, що містить спочатку 1,2 - 1,6 % S і витрата якого при вдуванні пиловугільного палива складає 400-450кг на т чавуну, поступає у фурмені зони, втративши 50% сірки. У той час пиловугільне паливо, витрата якого в сприятливих шихтових умовах може скласти 100 кг/т чавуну і більш, містить в середньому до 1% S, яка повністю переходить в газову фазу фурмених зон. Отже, кількість сірки, перехідної в газову фазу фурменої зони при вдуванні в сурму пиловугільного палива, може збільшуватися, що, в першу чергу, може сприяти підвищенню вмісту сіркі в чавуні.
Розрахунки, виконані по методиці В.І. Явойського і Н.М. Чуйко, показали, що між чавуном і шлаком у фурмених зонах практично досягається рівновага, причому величина коефіцієнта розподілу сірки на порядок нижче (4-8 одиниць), ніж в кінцевому шлаку (рис.5). Це визначається окислювальним середовищем фурмених зон і високим вмістом оксиду заліза в шлаках (рис. 4, 5).
Несприятлива зміна при вдуванні в сурму пиловугільного палива балансу приходу сіркі у фурмені зони до певної міри компенсується зниженням вмісту в шлаках фурмених зон оксиду заліза, поліпшенням умов нагріву продуктів плавки і можливим підвищенням їх температури. Ці обставини і визначають збереження якості чавуну за вмістом сіркі при вдуванні в сурму на 1 т чавуну до 100кг пиловугільного палива при рівному її приході до печі з шихтою.
1.7 Регулювання теплового режиму доменної плавки за допомогою ПВП
Регулювання теплового стану доменної печі "зверху" пов'язане із значним запізнюванням в часі, обумовленим переміщенням шихтових матеріалів по висоті печі, інерційністю теплових процесів. Для підвищення якості регулювання "верхні" регулюючі дії необхідно поєднувати з діями "знизу", які практично не мають тимчасового запізнювання.
Серед методів регулювання теплового стану доменної печі разом із зміною температури і вологості дуття найбільш економічною і перспективною є зміна кількості вдуваних у сурму газоподібних, рідких і твердих палив.Для створення системи регулювання теплового стану печі з використанням дій, що управляють "знизу", досліджували динаміку доменного процесу за допомогою запропонованих каналів управління.
Встановлений складний характер впливу зміни витрати природного газу і мазута на вміст кремнію в чавуні. Так, збільшення витрати природного газу або мазуту спочатку викликає зниження нагріву сурми і зменшення вмісту кремнію в чавуні. Через деякий час, в зв'язку з інтенсифікацією ходу відновлюваних процесів в печі, починає виявлятися вторинний ефект, що полягає в підвищенні нагріву сурми.
Повний ефект регулювання вмісту кремнію в чавуні за допомогою зміни витрати природного газу досягається через 10-16 годин.
Складний і тривалий характер перехідних процесів при зміні витрат природного газу і мазуту ускладнює використання цих паливних добавок для оперативного регулювання нагріву сурми печі.
Пиловугільне паливо, близьке по хімічному складу до коксу, не викликає істотних змін в складі і кількості фурмених газів, зміна його витрати повинна впливати на вміст кремнію в чавуні по менш складному закону.
Різка зміна витрати пиловугільного палива позначається на зміні кількості Si в чавуні вже на наступному випуску. Час запізнювання перехідного процесу складає 0,5г. У реальних умовах доменної плавки цією величиною можна нехтувати; постійна часу складає 3,5г. Повний ефект регулювання практично досягається через 8-9г. (в середньому на третьому випуску).
Рівняння перехідного процесу зміни вмісту кремнію в чавуні при зміні витрати пиловугільного палива записується у вигляді(1.7.1):
ΔGПВП зміна витрати пиловугільного палива, кг/т; τ- поточний час від моменту нанесення обурення, години
1.8 Технологія доменної плавки при вдуванні ПВП
Зарубіжний досвід свідчить, що подача максимальної кількості ПВП - 230 кг/т (чавуну) і його ефективне використання можливі тільки в тому випадку, якщо в печі будуть створені необхідні умови.
Серед них: поліпшення фракційного складу шихти; зниження виходу шлаку; підвищення вмісту заліза в агломераті; поліпшення якості коксу по показнику гарячої міцності до 60-70 %.
Для поліпшення газопроникливості стовпа шихти і коксового «ютермана» рекомендується працювати з розпушеним центром печі, тобто робочі подачі коксу фракції +45 мм завантажувати в центр, а робочі подачі, що складаються з коксу фракції +40 мм, коксового горішка і залізорудних матеріалів - в периферійну і проміжну зони колошника.
Домна повинна працювати на максимально допустимому тиску газів у печі. Це дозволить зменшити негативний вплив погіршення газопроникності за рахунок зменшення частки коксу у в стовпі шихти.
Необхідно підвищувати вміст кисню в дутті, що забезпечить збереження теоретичної температури горіння на оптимальному рівні і скоротить вихід сурмових газів на тонну чавуну. Для досягнення максимального ступеню окислення вуглецю у фурм рекомендується подавати кисень у факел горіння ПВП, а вугілля нагрівати доменним газом з добавками стимуляторів горіння.
Зміна опору руху газів розраховується по формулі (1.8.1):
де Pg i Pk- тиск дуття і колошникового газу, кПа;
Vф.г- об'єм сурменого газу, м3/хв.
Потрібно формувати зону плавлення у вигляді перевернутої букви V з одночасним збільшенням кута її нахилу. Це дозволить збільшити кількість «коксових віконець» в ній і знизити опір проходу газів, забезпечити рівномірну роботу фурмених вогнищ по колу сурми шляхом регулювання витрати ПВП по фурмам для досягнення рівності їх температур.
2. Методика виконання технологічних розрахунків
Метою розрахунку є вивчення впливу збільшення витрати ПВП на техніко-економічні показники плавки. Об'єми витрати ПВП представлені в таблиці 1. Для вирішення цього питання дається п'ять варіантів розрахунків показників доменної плавки.
Таблиця 1. Варіанти витрати ПВП.
|
Варіанти |
Витрати ПВП ,кг/т чавуну |
Витрати природного газу м3/т чавуну |
|
1 |
0 |
100 |
|
2 |
30 |
75 |
|
3 |
60 |
50 |
|
4 |
90 |
25 |
|
5 |
120 |
0 |
Таблиця 2. Хімічний склад вдуваного ПВП %.
|
C |
H |
S |
W |
N |
O |
A |
|
65,65 |
4,92 |
0,85 |
1 |
0,47 |
0,102 |
11,5 |
Технологічні
розрахунки виконують на персональному комп'ютері,
який за відповідною програмою обчислює теоретичні дані.
Результатом обчисленьє вихід машинних даних, представлених в додатку А, після
яких дається таблиця з розшифровкою отриманих розрахунковим шляхом показників
доменної плавки, представлених у додатку Б.
3. Графічний аналіз впливу витрати ПВП на основні технологічні показники доменної плавки
Застосування ПВП знижує витрата коксу, оскільки вуглець ПВП замінює еквівалентну кількість вуглецю коксу (рис 3.1).
Наслідком зниження витрати коксу є зниження загального приходу сірки з шихтою (рис3.2).
Спостерігається зниження виходу горнових газів, визначене скороченням витрати коксу (рис 3.6).
Спостерігається підвищення теоретичної температури горіння у зв'язку з скороченням витрати природного газу і зниженням виходу горнових газів .
Висновки
1. Технологія доменної плавки з вдуванням в сурму природного газу, що вимагає щорічно в Україні 2,5 млрд м3 газу, в економічних умовах, що склалися, менш ефективна в порівнянні з використанням пиловугільного палива. Визначальний показник, що характеризує переваги ПВП - можливість заміни вугільним пилом в 2-3 рази більшої кількості коксу. Застосування пиловугільного палива дозволяє значно скоротити витрату коксу і природного газу, а також підвищити продуктивність доменних печей.
2. Одночасно із збільшенням витрати ПВП необхідно застосовувати компенсуючі заходи, які повинні нейтралізувати негативний вплив комбінованого дуття на технологічний режим: зниження витрати природного газу, збагачення дуття киснем, підвищення температури дуття до 1200 °С.
3. Проведений аналіз показав, що вдування ПВП в доменні печі економічно виправдане вже в теперішній час. Для умов України (за відсутності власного природного газу і все зростаючому дефіциті коксу і коксующогося вугілля) воно необхідне.
Перелік посилань
1. «Выплавка чугуна с применнением пылеугольного топлива» Ярошевский СЛ. М.: Металлургия, 1988. 176 с.
2.Минаев A.A., Рыженков АН., Банников Ю.Г., Ярошевский СЛ., Коновалов Ю.В.. Кузин A.B. «Перспективы применения пылеугольного топлива в доменных цехах Украины и России» //Сталь. 2008. № 2. С 5-11.
3.Параманатан Б., Плоой Д.. Геердес М. и др. «Использование вдувания пылеугольного топлива для оптимизации работы доменной печи» // Сталь. 2005. № 10. С. 58-U.
4.Васюра Г.Г. «Определение показателей доменной плавки при использовании пылеугольного топлива» // Сталь. 2007. № 7. С. 11-14.
5.Шмит Л. «Развитие технологии и оборудования для вдувания пылеугольного топлива в доменную печь» // Сталь. 2002. № 11. С. 9-12.
Страницы: 1, 2
