СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ Российский патент 1995 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к доменному производству и может применяться при регулировании технологического процесса выплавки чугуна.

Известны способы ведения доменной плавки путем регулирования теплового состояния печи изменением по ходу процесса рудной нагрузки шихты на основании содержания кремния в чугуне и его температуры [1].

Недостаток известных способов в том, что критерием регулирования теплового состояния печи в них являются показатели качества готового продукта плавки, а регулируемым параметром - только подготавливаемая к загрузке в печь шихта. Эти способы регулирования позволяют рассчитывать на изменение теплового состояния печи лишь после проплавки уже сформированного в ней столба шихты, т.е. при реальной скорости схода шихты - через 5-6 ч. Кроме того, такое регулирование предпринимают, убедившись, что происшедшее изменение содержания кремния в чугуне или его температуры является следствием стабильного изменения условий плавки, и регулирующее воздействие (изменение рудной нагрузки шихты) назначают отметив изменение содержания кремния или температуры чугуна по меньшей мере на двух последовательных выпусках. Поэтому желаемого изменения в тепловом состоянии можно ожидать уже не менее чем через 8 ч. Такая длительная работа с нерациональным тепловым режимом может привести к расстройству хода печи, а выработанные практикой приемы ликвидации последствий расстройств основаны на значительном увеличении расхода кокса в шихту. Таким образом (как и при всяком регулировании изменением исходных условий по результату продолжительного непрерывного процесса) в известных способах перерасходуется кокс из-за невозможности влияния на уже сформированный в объеме печи столб шихтовых материалов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ ведения доменной плавки, включающий изменение по ходу процесса рудной нагрузки шихты по содержанию железа в ее рудной части. Этот способ частично устраняет недостаток аналогов, так как реагирует на изменение в условиях плавки при изменении массовой доли железа в шихте еще до загрузки ее в печь, т.е. предотвращает неизбежное с применением аналогов расстройство хода процессов при проплавке уже загруженной шихты.

Недостатком прототипа является то, что содержание железа в подлежащих загрузке компонентах шихты всегда усреднено и определяется химическим анализом пробы, представительность которой предопределяет отклонения по содержанию железа в отдельных порциях характеризуемой партии. Величина этих отклонений такова, что способность доменной печи гасить колебания качества сырья не обеспечивает высоких стабильности ее теплового состояния и степени использования химического и теплового потенциалов газового потока. На практике техническими условиями допускается колебание железа в агломерате ±1,5 абс.% между его партиями в 2,5-3,0 тыс. т. Только по этому показателю количество некондиционного (с отклонением от ТУ) агломерата превышает 10%. Естественно предположить, что внутри такой партии агломерата возможны более значительные отклонения содержания железа от сертификатного, определенного химическим анализом усредненной квартованием пробы, полученной ссыпанием в специальный бункер примерно 1/9 части отдельных проб весом около 15 кг, представляющих 90-120 т агломерата в потоке. Химический анализ проб от десяти таких отдельных порций показал наибольшее колебание по содержанию железа между пробами 5,22 абс.%. При среднем по этим десяти пробам содержании железа 51,65% минимальное значение составило 48,65%, максимальное 53,87 %.

Кроме того, на практике вновь поступивший маршрут с сырьем выгружают в приемные бункера шихтоподачи, которые из технологических соображений не опорожняют и всегда оставляют в них значительную часть сырья предыдущих маршрутов, так что точно установить начало выгрузки в печь поступившего сырья нельзя. Т. е. даже зная изменение содержания железа в сырье нового маршрута, не удается определить момент начала регулирования тепловым состоянием по этому показателю.

По указанным причинам при использовании способа-прототипа также чаще всего вынужденно назначают регулирующее воздействие на эти неконтролируемые колебания содержания железа в рудных составляющих шихты лишь после того, как они отразятся на химическом составе чугуна и его температуре или на величине частных и общего перепадов в печи. При изменении содержания кремния в чугуне (при выплавке низкокремнистого чугуна - его температуры) соответственно регулируют рудную нагрузку, а при увеличении перепада давлений в печи снижают форсировку хода дутьем или кислородом.

Запаздывание такого регулирования очевидно, так как время пребывания материалов в печи достаточно продолжительно, анализ чугуна поступает также через некоторое время, и сама доменная печь (особенно большого объема) является объектом со значительной инерционностью процессов плавки. Кроме того, корректировка рудной нагрузки производится в предположении, что шихта в печи и подлежащая загрузка шихта характеризуется установленными отклонениями, что не всегда оправдывается.

Ввиду того, что теплопотребность восстановительных процессов превышает тепло образования чугуна и шлака, снижение содержания железа в шихте при неизменном расходе топлива приводит к разогреву печи, а повышение - к похолоданию. Следовательно, при неизбежных отклонениях содержания железа в рудных компонентах шихты плавку приходится вести с некоторым избытком топлива, чтобы предотвратить похолодание печи, являющееся расстройством с резким ухудшением показателей ее работы. При этом необходимо всегда поддерживать такой запас тепла, который обеспечит необходимый нагрев в печи в случае максимально возможного повышения теплопотребности, эквивалентного изменению содержания железа в рудной части шихты.

Балансовыми расчетами показано, что увеличение содержания железа в рудном материале (условно самоплавком) на 1 абс.% приводит к дефициту кокса в 1%.

Целью изобретения является повышение стабильности теплового состояния печи за счет оперативного контроля текущего содержания железа в рудной части шихты.

Цель достигается тем, что определяют линейную связь содержания железа в рудной части шихты и ее плотности, измеряют объем, температуру и давление газа в шихтовом бункере, определяют текущую плотность рудной части шихты и изменяют массу кокса на величину, определяемую зависимостью
ΔК = 0,01˙К_ср ˙ (ρ_тек - ρ_ср) ˙ α, где К_ср - величина массы кокса в подаче при принятом усредненном содержании железа в рудной части шихты;
ρ_тек - текущая плотность рудной части шихты;
ρ_ср - плотность рудной части шихты при принятом усредненном содержании железа в ней; α- тангенс угла наклона линейной функции зависимости содержания железа в рудной части шихты от ее плотности.

Проверка соответствия предложенного способа критерию изобретения "Новизна" показала, что в патентной документации и технической литературе отсутствуют решения, совпадающие по всем существенным признакам с заявленным.

Проверка соответствия предложенного способа критерию изобретения "Существенные отличия" показала, что в известных в науке и технике решениях отсутствуют признаки, отличающие предложение от прототипа. Совокупность отличительных признаков позволяет получить при использовании предложенного способа положительный эффект, заключающийся в повышении стабильности теплового состояния печи за счет оперативного контроля текущего содержания железа в рудной части шихты.

Способ осуществляют следующим образом.

Изменение плотности железорудного материала отражает колебания содержания железа в нем, поскольку шлакообразующие компоненты шихты в 1,5-2 раза легче и замена ими части оксидов железа однозначно снижает плотность железорудного материала. Устанавливают связь между содержанием железа в описанных выше десяти пробах агломерата, определяют пикнометрическим способом по ГОСТ 25732-83, их плотность, дающую зависимость вида % Fe = 21,28ρ- 37,66... (1) с коэффициентом корреляции 0,927. Хотя на практике колеблемость содержания железа в окатышах менее значительна по сравнению с агломератом, подобная проверка окатышей Михайловского ГОКа также показала достаточно надежную связь между содержанием железа и их плотностью (коэффициент корреляции 0,914). Полученная зависимость между содержанием железа в железорудных материалах и их плотностью количественно характеризует лишь исследованные материалы. Для других (по химсоставу и основности) материалов также можно установить аналогичные зависимости %Fe = α˙ ρ.

При оснащении доменной печи бесконусным загрузочным устройством емкость шихтового бункера V_б известна. Перед выгрузкой в печь очередной порции шихты V_м давление в бункере выравнивают до печного, заполняя его газом V_г путем соединения через уравнительный клапан с печным пространством. После выравнивания давлений в бункере и на колошнике печи уравнительный клапан закрывается и бункер подготавливается к открытию нижнего шихтового затвора.

В таком состоянии все имеющиеся в бункере пустоты - пространство над материалом V_нм, межкусковые пустоты V_мк и поры материала V_п - заполнены газом. Следовательно, объем газа: V_г = V_нм + V_мк + V_п. С другой стороны V_г = V_б - V_м или V_м = V_б - V_г, а плотность материала массой Р будет ρ = ее изменение будет отражать колебания содержания железа в железорудных материалах.

Определяют зависимость между содержанием железа и плотностью %Fe =α˙ ρ_cр в используемых железорудных материалах. Затем по ходу плавки измеряют истинный (с учетом давления и температуры) объем газа, идущего на выравнивание давлений в шихтовом бункере загрузочного устройства и на колошнике печи. Затем находят объем материала в бункере V_м = V_б - V_г и по известной массе порции Р находят плотность матери- ала в бункере ρ_тек= . Установив по
изменившейся плотности ( ρ_тек - ρ_ср) отклонение содержания железа в рудной части подачи, получают возможность отреагировать на него изменением массы кокса в подаче ΔК, обеспечив постоянство соотношения железа с углеродом во всем столбе шихтовых материалов в печи, предопределяющее стабильное тепловое состояние ее (0,01˙К на 1% Fe).

Изменение массы кокса в подаче будет ΔК = 0,01˙К_ср ˙ (ρ_тек - ρ_ср) ˙ α.

П р и м е р. На доменной печи объемом 3200 м³ Новолипецкого металлургического комбината полный объем шихтового бункера бесконусного загрузочного устройства равен 75 м³, а рудная часть подачи представлена 60 т агломерата с базовым содержанием железа 52% и основностью СаО/SiO₂= 1,35. Величина массы кокса в подаче К_ср=15 т, определенная пикнометрическим способом по ГОСТ 25732-83 плотность такого агломерата ρ_ср = 4,21 т/м³. Установленная зависимость содержания железа в агломерате от его плотности имеет вид % Fe= 21,28ρ - 37,66.

При подготовке к загрузке очередной порции агломерата массой 60 т измеренный объем газа на выравнивание давлений составил 61 м³. Измерение производили на ВЦ д.п. N 6 НЛМК с помощью ЭВМ М-7000 путем фиксации расхода газа на выравнивание давлений в промежутке времени между открыванием и закрыванием уравнительного клапана. Определяют плотность подготовленной к выгрузке порции агломерата, которая равна ρ_тек= = 4,28 т/м³, задание на величину массы кокса в подаче устанавливают
К +ΔК =K+ 0,01˙К_ср ˙ (ρ_тек - ρ_ср) · α= 15+0,01˙15(4,28-4,21)˙21˙28=15,2 (т).

Полученное при использовании предлагаемого способа постоянство соотношения железа и углерода в проплавляемой шихте повышает стабильность теплового состояния печи, позволяет уверенно рекомендовать снижение "запаса тепла в горне печи и уменьшение содержания кремния в чугуне по меньшей мере на 0,2 абс.%, что обеспечит снижение удельного расхода кокса на 12 кг.

Следует рассчитывать на дополнительный эффект от увеличения производительности, стабилизации качестве чугуна и уменьшения возмущающих воздействий на процесс при более однородной шихте.

Рудную часть шихты и кокс загружают в шихтовые бункеры загрузочного устройства и изменяют массу кокса в подаче в зависимости от изменения плотности рудной части шихты на величину, определяемую зависимостью ΔK = 0,01·K_ср·(ρ_тек-ρ_ср)α ,, где K_ср - величина массы кокса в подаче при принятом усредненном содержании железа в рудной части шихты; ρ_тек - текущая плотность рудной части шихты; ρ_ср - плотность рудной части шихты при принятом усредненном содержании железа в ней; α - тангенс угла наклона линейной функции зависимости содержания железа в рудной части шихты от ее плотности. За счет оперативного определения плотности трудной части шихты, а, следовательно и D K, непосредственно в шихтовых бункерах пикнометрическим способом, используя в качестве рабочего вещества газ, подаваемый в бункер перед ссыпанием шихты, достигается стабилизация теплового состояния печи.

СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ, включающий загрузку кокса и рудной части шихты в шихтовые бункеры загрузочного устройства, подачу газа в них перед ссыпанием шихты, изменение величины массы кокса в подаче при отклонениях текущего содержания железа в рудной части шихты от усредненного его содержания, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности теплового состояния печи за счет оперативного контроля текущего содержания железа в рудной части шихты, определяют линейную связь содержания железа в рудной части шихты и ее плотности, измеряют объем, температуру и давление газа в шихтовом бункере, определяют текущую плотность рудной части шихты и изменяют массу кокса в подаче на величину, определяемую зависимостью
ΔK = 0,01·K_cp·(ρ_тек-ρ_ср)·α,
где K_ср - величина массы кокса в подаче при принятом усредненном содержании железа в рудной части шихты;
ρ_тек - текущая плотность рудной части шихты;
ρ_ср - плотность рудной части шихты при принятом усредненном содержании железа в ней;
α - тангенс угла наклона линейной функции зависимости содержания железа в рудной части шихты от ее плотности.