СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ Российский патент 2001 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в доменном производстве.

Известны способы ведения доменной плавки, которые содержат загрузку шихтовых материалов в различные зоны колошника в зависимости от параметров газа по радиусу колошника [Остроухов М.Я., Шпарбер Л.Я. Эксплуатация доменных печей. -М.: Металлургия, 1975, с. 85-86].

Однако ведение доменной плавки по параметрам радиального газораспределения без учета влияния профиля поверхности шихтовых материалов приводит к значительным запаздываниям регулирующих воздействий и, как следствие этого, к недостаточной степени использования энергии газа, повышению расхода кокса и снижению производительности доменной печи.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ ведения доменной плавки, который содержит загрузку шихтовых материалов в различные зоны колошника и поддержание глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов в заданном интервале 0,13-0,21 диаметра колошника, при этом отклонения глубины профиля поверхности материалов от заданного интервала контролируют по средним данным об упомянутом профиле после их накопления в течение 0,05-0,2 срока пребывания шихтовых материалов в доменной печи [a.с. 1100938 СССР, кл. C 21 B 5/00, опубликовано 27.09.1996, БИ N 27].

Недостаток известного способа состоит в запаздывании регулирующих действий из-за необходимости накопления во времени данных о глубине профиля поверхности загруженных шихтовых материалов и в перегрузке рудными материалами периферийной зоны колошника при пониженной газопроницаемости шихты, что приводит к нарушению стабильности газодинамического режима доменной печи, повышению удельных расходов кокса и снижению производительности.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа ведения доменной плавки, в котором путем своевременного уменьшения степени загрузки периферийной зоны колошника рудными материалами в случаях чрезмерного уменьшения глубины профиля поверхности шихты на колошнике предотвращается нарушение газодинамического режима доменной печи и за счет этого обеспечивается повышение производительности и энергосбережение.

Поставленная задача решается тем, что в способе ведения доменной плавки, который содержит загрузку шихтовых материалов в различные зоны колошника, поддержание глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов в заданном интервале 0,13-0,21 диаметра колошника, контроль отклонения глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов от заданного интервала, согласно изобретению, в случае отклонения глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов в интервал 0,13-0,01 диаметра колошника уменьшают степень загрузки периферийной зоны колошника рудной частью шихтовых материалов пропорционально значению этого отклонения.

Совокупность существенных признаков позволяет получить технический результат за счет использования эффекта самостабилизации глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов на колошнике и осуществления своевременных регулирующих воздействий в случае исчезновения условий существования этого эффекта. Упомянутый эффект самостабилизации обнаружен и исследован в условиях действующих доменных печей с помощью средств оперативного контроля профиля поверхности шихты, радиального распределения составных частей шихты и радиального газораспределения.

На фиг. 1 показан профиль поверхности загруженных шихтовых материалов на колошнике доменной печи, где Y₁ - глубина этого профиля, D_к - диаметр колошника.

На фиг. 2 показана схема эффекта самостабилизации глубины профиля поверхности шихты, где Y₂ - соотношение рудной части шихта и кокса (рудная нагрузка на кокс) в периферийной зоне колошника; Y₃ - степень развития центрального газового потока; X₁, X₂, X₃ - другие факторы влияния на процессы формирования верхнего слоя шихты и газового потока на колошнике доменной печи; блоком 1 обозначен процесс формирования поверхности шихты на колошнике; блоком 2 обозначен процесс радиального распределения составных частей шихты; блоком 3 обозначен процесс формирования газового потока.

На фиг. 3 показана зависимость глубины профиля поверхности шихты на колошнике от степени развития центрального газового потока Y₃ = CO₂^max/CO₂^ц в условиях доменной печи объемом 1386 м³, где CO₂^max и CO₂^ц - процентное содержание двуокиси углерода соответственно в зоне максимума и в центральной зоне по диаграмме радиального распределения колошникового газа.

На фиг. 4 показана зависимость удельного расхода кокса (a) и производительности (b) от относительной глубины профиля поверхности шихты на колошнике.

На фиг. 5 приведена экспериментально установленная зависимость рудной нагрузки в периферийной зоне колошника Y₂ от глубины профиля поверхности шихты в условиях доменной печи объемом 1386 м³ при использовании в системе загрузки прямых подач РРКК, которые способствуют повышению рудной нагрузки в периферийной зоне колошника, и известных радиоизотопных средств оперативного контроля линейного коэффициента μ поглощения гама-излучения шихтой, который функционально связан с плотностью шихты и рудной нагрузкой [а.с. 1065686 СССР, кл. G 01 В 15/04, заявлено 07.07.82, опубл. 07.01.84; а.с. 768298 СССР, кл. G 01 F 23/28, заявлено 17.07.78].

На фиг. 6 приведена диаграмма для определения Y₂ по результатам оперативного контроля линейного коэффициента μ поглощения гама-излучения шихтой, которая определена экспериментально на специальном стенде при использовании гама-излучения изотопа кобальт-60.

Наиболее важной закономерностью процесса формирования поверхности шихтовых материалов (фиг. 1 и фиг. 2, блок 1) есть прямо пропорциональная зависимость глубины профиля поверхности шихты на колошнике Y₁ от степени развития центрального газового потока Y₃ (фиг. 3). Нормально развитый центральный газовый поток сопровождается формированием поверхности шихты на колошнике с относительной глубиной профиля этой поверхности Y₁/D_к в оптимальном интервале 0,13-0,21. Ослабление или чрезмерное развитие центрального газового потока приводит без заметной задержки во времени к отклонению относительной глубины профиля поверхности шихты на колошнике от оптимального интервала в сторону ее соответственно уменьшения от 0,13 или увеличения от 0,21 с последующим спустя некоторое время снижением степени использования энергии доменного газа, повышением удельного расхода кокса и снижением производительности печи (фиг. 4). Задержка влияния изменений глубины профиля поверхности шихты Y₁ на производительность и тепловое состояние печи составляет соответственно 0,8-0,9 и 1,8-2,0 времени пребывания шихтовых материалов в доменной печи. Эта закономерность установлена в результате анализа около 5000 профилей поверхности шихты, зарегистрированных в условиях доменных печей объемом 1386 м³ и 2002 м³ с конусным засыпным аппаратом, оснащенных гамма-профилемерами типа ЛАРС и РИАЛ, а также доменной печи объемом 1613 м³ с засыпным аппаратом фирмы Paul Wurth, оснащенной объединенной системой гамма- и инфракрасного контроля поверхности шихты типа Geotaps фирмы Geometal Trading.

Вследствие экспериментальных исследований процесса радиального распределения шихтовых материалов (фиг. 2, блок 2) в условиях печи объемом 1386 м³ с использованием средств контроля степени поглощения шихтой гамма-лучей (фиг. 5 и фиг. 6) и в условиях доменной печи объемом 1613 м³ путем поочередного гамма-контроля толщины коксового и рудного слоя шихты на колошнике установлено в частности, что при использовании систем загрузки, которые содействуют повышению степени загрузки периферийной зоны колошника рудной частью шихтовых материалов, существует обратно пропорциональная зависимость рудной нагрузки на кокс в периферийной зоне колошника Y₂ от глубины профиля поверхности шихты на колошнике Y₁ без заметной задержки во времени.

Таким образом доказано, что благодаря упомянутой зависимости Y₂ от Y₁, а также общеизвестной прямо пропорциональной зависимости степени развития центрального газового потока Y₃ от рудной нагрузки в периферийной зоне колошника Y₂ (фиг. 2, блок 3) могут существовать условия самостабилизации глубины профиля поверхности шихта Y₁ и степени развития центрального газового потока Y₃. Действительно, в таких случаях отклонение глубины профиля Y₁ в сторону ее увеличения вследствие развития центрального газового потока приводит к автоматическому уменьшению периферийной рудной нагрузки Y₂ с последующим уменьшением, т.е. восстановлением предыдущих значений Y₃ и Y₁. Отклонение глубины профиля Y₁ в сторону ее уменьшения вследствие ослабления центрального газового потока приводит к автоматическому увеличению Y₂, Y₃ и Y₁, что также означает восстановление предыдущих значений глубины профиля поверхности шихты и центрального газового потока.

Экспериментально доказано, что упомянутый эффект самостабилизации может нарушаться при значительном снижении газопроницаемости столба шихтовых материалов, в частности, вследствие ухудшения гранулометрического состава шихты, когда относительная глубина профиля поверхности шихты Y₁/D_к устойчиво отклоняется в сторону уменьшения от 0,13. В таких случаях возникает опасность быстрой перегрузки рудной частью шихты периферийной зоны колошника с последующим нарушением стабильности газодинамического режима печи, снижением степени использования энергии доменного газа, повышением удельных энергозатрат и снижением производительности доменной печи.

Загрузка шихтовых материалов в различные зоны колошника в предложенном способе осуществляют с таким расчетом, чтобы поддержать глубину профиля поверхности загруженных шихтовых материалов в заданном интервале 0,13-0,21 диаметра колошника. В этом интервале глубину профиля поверхности материалов поддерживают в основном путем использования упомянутого эффекта самостабилизации глубины профиля поверхности шихты при повышенной степени загрузки периферийной зоны колошника рудными материалами, что сводит к минимуму необходимость в регулирующих воздействиях на процесс загрузки печи. Например, в доменной печи с конусным засыпным аппаратом загрузку осуществляют прямыми подачами РРКК, если глубина профиля поверхности материалов превышает 0,13 диаметра колошника. Для поддержания глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов в заданном интервале периодически контролируют отклонение этой глубины от заданного интервала с использованием средств оперативного контроля профиля поверхности шихтовых материалов на колошнике, например, гамма-локатора профиля поверхности шихтовых материалов. Периодичность этого контроля не должна превышать 0,03 срока пребывания шихтовых материалов в печи. Практически это означает, что контроль отклонения глубины профиля от заданного интервала осуществляют после каждой подачи очередной порции шихтовых материалов.

В случае отклонения глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов от заданного интервала в интервал 0,13-0,01 диаметра колошника вследствие, например, ухудшения гранулометрического состава шихты уменьшают без задержки во времени степень загрузки периферийной зоны колошника рудной частью шихтовых материалов пропорционально значениям этого отклонения. При этом, чем больше отклонение глубины профиля поверхности материалов от заданного интервала в сторону ее уменьшения, тем в большей мере уменьшают степень загрузки периферийной зоны колошника рудной частью шихты. По мере приближения глубины профиля поверхности материалов в интервале 0,01-0,13 диаметра колошника до заданного интервала степень загрузки периферийной зоны колошника рудной частью шихтовых материалов соответственно повышают и в случае исчезновения отклонения глубины профиля поверхности материалов от заданного интервала восстанавливают повышенную степень загрузки периферийной зоны колошника рудной частью шихтовых материалов. Например, в доменной печи с конусным засыпным аппаратом в случае отклонения глубины профиля поверхности материалов от заданного интервала в интервал 0,13-0,01 диаметра колошника используют систему подач nKPPK + mPPKK, в которой относительное количество прямых подач m/(n+m) уменьшают пропорционально значениям этого отклонения. При этом относительное количество прямых подач m/(n+m) выбирают, руководствуясь такими условиями:

где a - количество станций работы вращающего распределителя шихты.

Таким образом предотвращают перегрузку периферийной зоны колошника рудными материалами и нарушения газодинамического режима, которые могут возникать, в частности, при ухудшении гранулометрического состава шихты, и создают благоприятные условия для возобновления и дальнейшего существования эффекта самостабилизации глубины профиля поверхности шихтовых материалов и газового потока при минимальном количестве регулирующих воздействий в системе загрузки доменной печи.

Если отклонение глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов от заданного интервала существует в течение больше 0,2 срока пребывания шихтовых материалов в печи, то уменьшают общую рудную нагрузку пропорционально значениям этого отклонения. При этом при уменьшении или увеличении глубины профиля материалов на каждые 0,01 ее отклонения в интервале 0,01-0,13 диаметра колошника общую рудную нагрузку соответственно уменьшают или увеличивают на 0,5-1,0%, а при увеличении или уменьшении глубины профиля материалов на каждые 0,01 ее отклонения в интервале 0,21-0,33 диаметра колошника общую рудную нагрузку соответственно уменьшают или увеличивают на 0,2-0,5% (фиг. 4). Такое регулирование общей рудной нагрузки содействует стабилизации газодинамического режима и теплового состояния доменной печи, что позволяет дополнительно повысить производительность и энергосбережение, а также снизить колебание химического состава чугуна.

Отклонения глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов от заданного интервала могут определять по данным радиального газораспределения, в частности, по степени развития центрального газового потока, основываясь на практически безынерционной зависимости глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов от степени развития центрального газового потока Y₃ (фиг.3). Эта зависимость может быть предварительно определена с учетом особенностей конкретной доменной печи и средств контроля данных радиального газораспределения. Контроль отклонения глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов по данным радиального газораспределения позволяет дополнительно повысить производительность и энергосбережение за счет расширения использования предложенного способа в доменных печах, которые не оснащены надежными средствами непосредственного контроля профиля поверхности загруженных материалов на колошнике.

Использование предложенного способа позволяет по сравнению с традиционными способами ведения доменной плавки значительно улучшить использование химической и тепловой энергии газов, снизить на 7-10% удельный расхода кокса и повысить на 5-7% производительность печи.

Изобретение относится к черной металлургии и может использоваться в доменном производстве. Способ доменной плавки включает своевременное уменьшение степени загрузки периферийной зоны колошника рудными материалами при чрезмерном уменьшении глубины профиля поверхности шихты на колошнике, использование изобретения предотвращает нарушение газодинамического режима доменной печи и за счет этого обеспечивает повышение производительности и энергосбережение. 6 ил.

Способ ведения доменной плавки, содержащий загрузку шихтовых материалов в различные зоны колошника, поддержание глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов в заданном интервале 0,13 - 0,21 диаметра колошника, контроль отклонения глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов от заданного интервала, отличающийся тем, что в случае отклонения глубины профиля поверхности загруженных шихтовых материалов в интервал 0,13 - 0,01 диаметра колошника уменьшают степень загрузки периферийной зоны колошника рудной частью шихтовых материалов пропорционально значению этого отклонения.