СПОСОБ ПРОМЫВКИ ГОРНА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 1997 года по МПК C21B3/00 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при управлении ходом доменных печей.

В практике доменного производства в определенных условиях появляется загроможденность горна, когда в нем скапливается значительное количество недовосстановленных и нерасплавленных материалов, что резко ухудшает показатели работы доменной печи.

Известен способ определения промывки горна, в котором путем периодических отборов газа в нескольких точках радиуса колошника определяют содержание СО₂ в отобранных газовых пробах. Повышение содержания СО₂ в какой-либо точке колошника до 20-23% и более свидетельствует о появлении в данном районе горна газонепроницаемых недовосстановленных масс.

Недостаток этого способа контроля загpоможденности горна заключается в том, что содержание СО₂ в газе в какой-либо точке колошника зависит от количественного соотношения развития прямого и косвенного восстановления, что не позволяет однозначно характеризовать степень загроможденности горна (низкое содержание СО₂ в газе возможно вследствие значительного содержания СО прямого восстановления).

Известен способ контроля газопроницаемости столба шихты, состоящий в том, что для определения распределения железорудных материалов на колошнике фиксируют температуру поверхности уровня засыпи после загрузки каждой подачи и ниже уровня засыпи в слое шихты в верхней части шахты. Эти данные используют для контроля газопроницаемости столба шихты в верхней части печи.

Недостатком известного способа контроля газопроницаемости столба шихты заключается в том, что предлагаемым способом не представляется возможным определять наличие нерасплавленных уплотненных масс в горне, поскольку здесь отсутствует зависимость между распределением материалов на колошнике и газопроницаемостью и загроможденностью горна.

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является известный способ (прототип), сущность которого состоит в том, что в доменную печь подают шихтовые материалы и дутье, при этом в рудную часть добавляют промывочные материалы в виде сварочного шлака, железной руды или марганцевой руды, отличающийся тем, что с целью повышения производительности печи и снижения расхода кокса определяют за каждые 48-72 час среднее отношение массы чугуна, вышедшего из летки до появления шлака, к общей массе чугуна за выпуск (α_ср) и коэффициент вариации этого отношения (ν_ср), а введение промывочных добавок в шихту производят при значении указанных величин менее 0,25 и 0,22 соответственно.

Недостаток известного способа заключается в том, что он не позволяет оценить характер распределения неплавких масс по сечению горна (скопление их может быть преимущественно как в центральной, так и в периферийной зонах горна, а также в необходимости длительного периода для установления факта загроможденности горна (до 5-7 суток).

Цель изобретения повышение производительности печи и сокращение расхода кокса путем ускоренного определения момента накопления неплавких газонепроницаемых масс в горне и своевременной его промывки за счет ввода в шихту промывочных добавок (сварочного шлака, железной или марганцевой руды).

Поставленная цель достигается тем, что при способе контроля загроможденности горна доменной печи осуществляется контроль полного состава газа по точкам радиуса колошника (содержание СО₂, СО, Н₂ и N₂) и по полученным данным определяют в каждой точке значение показателя загроможденности горна Qd:
Qd [Fe_d/(Fe_d + Fe_k)]•100,
где Fe_d количество железа, восстанавливаемого прямым путем, приходящегося на 1 м³ горнового газа, кг/м³;
Fe_k количество железа, восстанавливаемого косвенного путем на 1 м³ горнового газа, кг/м³,
и при величине Qd 60-90% в какой-либо точке радиуса колошника вводятся в шихту промывочные добавки.

Сущность предлагаемого способа промывки горна состоит в том, что для каждой исследованной точки радиуса колошника на основе полного анализа радиального газа определяется количество железа, восстанавливаемого на 1 м³ горнового газа при косвенном и прямом восстановлении (обозначаются соответственно Fe_k и Fe_d). Количество железа Fe_k равно:
Fe_k= 1,875[(CO)_г+(H₂)_г]•η_CO кг/м³.
где (СО)_г, (H₂)_г расчетные содержания оксида углерода и водорода в горновом газе, м³/м³ газа;
η_CO степень использования СО в газе в данной точке радиуса колошника , где СО₂ и СО содержание диоксида углерода и оксида углерода в газе в данной точке колошника, м³/м³ газа).

Количество железа Fe_d, восстанавливаемого прямым путем на 1 м³ горнового газа, равно:

где (N₂)_г расчетное содержание азота в горновом газе, м³/м³ газа;
фактическое отношение суммарного содержания кислорода к содержанию азота в газе в данной точке радиуса колошника, ед.

расчетное отношение суммарного содержания кислорода к азоту в горновом газе при 100%-ном косвенном восстановлении окислов железа, ед.

N₂ содержание азота в газе в данной точке колошника, м³/м³ газа.

Показатель загроможденности горна Qd определяется по соотношению:

При значении показателя Qd до 60% загромождение горна отсутствует, состояние его характеризуется равномерным прогревом по сечению и достаточным дренажом жидких продуктов через столб кокса.

Увеличение показателя Qd сверх 60% в какой-либо точке радиуса колошника указывает на устойчивое загромождение зоны горна, соответствующей данной точке отбора газа по радиусу колошника, в связи с усилением здесь процесса прямого восстановления, увеличением тепловых затрат, понижением температуры и потерей жидкотекучести чугуна и шлака.

Введение в доменную печь промывочных материалов производится при значениях показателя загроможденности горна Qd в какой-либо точке радиуса колошника в пределах 60-90%
Если в условиях существования загроможденности горна при значениях показателя Qd в пределах 60-90% не принимались срочные меры по промывке горна, то развивалось длительное расстройство процесса доменной плавки, резко ухудшались показатели работы печи, существенно возрастал удельный расход кокса, понижалось качество чугуна.

Предлагаемый способ промывки горна доменной печи осуществляется следующим образом. На доменной печи производятся регулярные (не реже двух раз в неделю) отборы проб газа по точкам радиуса колошника и по каждой точке определяется значение показателя загроможденности горна. При значениях показатели Qd менее 60% промывочные материалы в шихту не вводятся. Если в какой-либо одной или нескольких точках радиуса колошника значение показателя Qd составляет 60-90% то производится промывка горна путем ввода в шихту промывочных добавок (сварочного шлака, железной или марганцевой руды).

Подача промывочных материалов осуществляется циклично от 4 до 20 промывочных подач в смену в зависимости от степени загроможденности горна. Промывки горна проводятся до тех пор, пока значения показателя Qd во всех точках радиуса колошника становятся ниже 60%
Примеры конкретного выполнения способа.

Способ опробован на доменной печи объемом 2700 м³ Череповецкого металлургического комбината, работающей с применением комбинированного дутья с содержанием кислорода 27,3-28,0% температурой дутья 1130-1140^oС и расходом природного газа 120 м³/т чугуна. В печь загружалась шихта (в виде подач) следующего состава, т: кокс 10,8, агломерат 31,0, окатыши - 3,0. Интенсивность доменного процесса соответствовала проплавке 8,5 подач в каждый час. На печи имелись 2 чугунные летки и 24 воздушные фурмы.

Для определения эффективности предлагаемого способа по сравнению с известным приведены показатели работы доменной печи при использовании известного и предлагаемого способов промывки горна доменной печи.

Промывка горна по известному способу.

Показатели работы доменной печи в течение 7 суток ухудшались (таблица 1) производительность печи снизилась от 6450 до 5505 т/сутки (на 15%), а расход кокса возрос с 435 до 515 кг/т чугуна (на 18,4%).

В течение этого периода проводился контроль отношения масс чугуна, вышедшего из летки до появления шлака, к общей массе чугуна за выпуск (α_i), а также среднее значение этого соотношения за сутки (α_ср). Одновременно определялся также и коэффициент вариации ν_ср среднего отношения α_ср.. Наблюдения показатели, что в течение 5 суток значения указанных показателей (ν_ср и α_ср) непрерывно снижались и на 5-е сутки достигли соответственно 0,24 и 0,20. В последующие двое суток они снизились соответственно до 0,18 и 0,15.

Ход печи стал неустойчивым, тугим, наблюдалась значительная неравномерность выдачи массы чугуна по отдельным чугунным леткам.

На основании известного способа в доменную печь на 7-е сутки был загружен промывочный материал сварочный шлак. Промывочные подачи были следующего состава, т: кокс 11,6, агломерат 28,0, сварочный шлак 3,0; они подавались в печь периодически в каждую четвертую подачу. Ежесуточно (в одну смену) в печь загружалось 20 таких промывочных подач. Промывка горна проводились в течение 3-х суток. Всего в печь было загружено 180 т сварочного шлака. После начала промывок в течение последующих 3 суток было ликвидировано загромождение горна (величины α_ср и ν_ср возросли соответственно до 0,42 и 0,31, а показатели работы печи достигли исходных величин производительность возросла до 6400 т/сутки, а расход кокса понизился до 438 кг/т чугуна (таблица 1). Всего за 10-дневный период было потеряно 4950 тонн чугуна, расход кокса в среднем составил на 1 т чугуна 473 кг, т.е. на каждой тонне чугуна перерасход кокса составил 38 кг, а всего за 10-дневный период загромождения горна было перерасходовано 2263 тонны кокса.

Промывка горна по предлагаемому способу.

На доменной печи ежесуточно производился отбор газа в 7 точках радиуса колошника, в каждой пробе газа определяли содержание СО₂, СО, H₂ и N₂ и рассчитывали значения показателя загроможденности горна Qd. В первый день отбора газа значения показатели Qd в различных точках радиуса колошника не превышали 45,2% что указывало на нормальное состояние горна. В последующие 3-е суток показатели работы печи резко ухудшились суточное производство чугуна снизилось с 6425 до 6028 т, а расход кокса возрос с 440 до 468 кг/т чугуна (таблица 2). Снизился расход дутья до 3800 м³/мин против начального значения 4200 м³/мин, возросли колебания массы выдаваемого чугуна по отдельным леткам и выпускам.

Усредненные данные ежесуточных отборов радиального газа и расчетов показателя Qd позволяют заключить, что в данном случае наблюдалось загромождение горна, величина показателя Qd в центральной зоне колошника составляла более 60% и достигала 66,6-69,1% (таблица 3).

Для обеспечения нормальной дренажной способности горна на 4-е сутки были применены промывки горна сварочным шлаком.

Методика промывок горна была аналогичной применению этой операции при известном способе промывочная подача состояла из агломерата (28,0 т), сварочного шлака (3,0 т) и кокса (11,6 т). Промывочные подачи подавались в печь в одну смену периодически в каждую четвертую подачу (через 3 обычные подачи состава: агломерат 28,0 т, окатыши 3,0 т и кокс 10,8 т). В сутки загружалось 20 промывочных подач.

Принятые меры в течение 2-х последующих суток позволяли улучшить дренажную способность горна, величина Qd снизилась до 47,0% что привело к увеличению расхода дутья, повышению суточной производительности печи и сокращению расхода кокса до значений, характерных для нормальной работы печи - соответственно 6483 т/сутки и 435 кг/т чугуна (таблица 2).

Всего за 5-дневный период расстройства хода печи потери производства чугуна составили 1199 т, а расход кокса в среднем составил 442 кг/т чугуна. Таким образом удельный расход кокса в среднем за 6-дневный период возрос на 9 кг/т чугуна, а перерасход кокса при этом составил 340 т.

Полученные результаты показывают, что предлагаемый способ промывки горна дает более значительный экономический эффект по сравнению с известным - прирост суммарной производительности печи составил 3751 т, а суммарный расход кокса оказался меньшим на 1923 т.

Способ относится к области металлургии, в частности к доменному производству. Предлагаемый способ включает контроль состава газа по радиусам в верхней части шахты и определение значений показателя загроможденности горна Qd и при величине его 60-90% в какой-либо точке сечения колошника, применение промывки горна, при этом значение показателя Qd определяют из соотношения:

где Fe_d - количество железа, восстанавливаемое прямым путем, приходящееся на 1 м³ горнового газа, кг/м³; Fe_k - количество железа, восстанавливаемое косвенным путем на 1 м³ горнового газа, кг/м³. Предлагаемый способ позволяет увеличить производительность доменной печи и сократить расход кокса. 3 табл.

Способ промывки горна доменной печи, включающий загрузку шихты, подачу дутья и введение в шихту промывочных добавок, отличающийся тем, что определяют состав газа по точкам радиуса колошника и по полученным данным определяют значение показателя загроможденности горна Qd в каждой точке радиуса колошника по соотношению:

где Fed количество железа, восстанавливаемое прямым путем, приходящееся на 1м³ горнового газа, кг/м³;
Fek количество железа, восстанавливаемое косвенным путем, приходящееся на 1 м³ горнового газа, кг/м³,
и при величине Qd, равном 60-90% в какой-либо точке радиуса колошника, вводят в шихту промывочные добавки.