ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2004 года по МПК C21B7/00 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к доменному производству, и совершенствует конструкцию рабочего пространства доменной печи. Изобретение может использоваться в шахтных печах всех отраслей промышленности.

Аэродинамический режим оказывает решающее влияние на доменную плавку в части полноты протекания химических реакций и теплообменных процессов.

При заполнении рабочего пространства шихтой объем межкускового пространства всегда больше у стен, чем в центральной части.

В связи с этим аэродинамическое сопротивление рабочего пространства, заполненного шихтой, всегда выше в центре по сравнению с периферией. Это явление, называемое “пристенным эффектом”, приводит к неравномерному распределению газового потока по поперечному сечению рабочего пространства доменной печи.

Неравномерность распределения плотности газового потока по поперечному сечению рабочего пространства при периферийном вводе дутья может достичь четырех диаметров шахты.

Неблагоприятные условия взаимодействия газов и шихты в рабочем пространстве являются причиной значительного перепада температур по сечению, достигающих 400-450°С, что в конечном итоге приводит к увеличению расхода кокса и снижению производительности доменной печи.

Известны технологические приемы, направленные на создание равномерности газового потока по сечению печи путем создания более высокого сопротивления слоя шихты по периферии, чем по центру. К ним относятся системы загрузки печи с подачей мелкой фракции шихтовых материалов в пристенную область. При неравномерном распределении газов среди шихтовых материалов в одних местах материал будет хорошо восстановлен, в других - хуже. Газ уйдет из печи, не израсходовав всей тепловой и химической энергии. Материал придет в горн плохо восстановленным, что вызовет увеличение расхода кокса и снижение производительности (В.П.Щербаков. Основы доменного производства. Металлургия, 1969 г., стр.177-186).

Недостатками регулирования сопротивления шихты по сечению рабочего пространства путем ее распределения по крупности при загрузке являются его низкая предсказуемость и эффективность.

Известна шахта доменной печи, содержащая разрыхлители шихты в виде радиально расположенных стержней четырехугольного сечения (Ас. SU №1435603 А1, кл. С 21 В 7/06, 1985 г.).

Недостатком известного технического решения является то, что данная конструкция решает проблему в локальной точке периферийной области, не оказывающей существенного влияния на работу доменной печи в целом, в частности не способствует подведению газов к центру печи.

Наиболее близким техническим решением является доменная печь, содержащая колошник, шахту, распар, заплечики, горн, лещадь и фурмы (Дж.Г. Писи, В.Г. Давенпорт. Доменный процесс “Теория и практика”, М.: Металлургия, 1984, с.15).

К недостаткам известной доменной печи относится отсутствие технических решений, направленных на равномерное распределение газового потока по сечению печи.

Кроме того, недостатком шахтных печей традиционной компоновки является отсутствие технических решений по установке датчиков для постоянного контроля температуры и давления по сечению печи и, следовательно, отсутствуют данные для управления технологическим процессом.

Цель изобретения - увеличение производительности печи и снижение расхода кокса на выплавку чугуна.

Поставленная цель достигается тем, что доменная печь оснащается крестообразным распределительным керном, разделяющим горн, заплечики и распар на четыре равные сектора. В керне на уровне фурм выполнены каналы с выходными отверстиями в сектора для ввода дутья, природного газа и пылевидных материалов. На высоту горна в керне выполнены каналы, сообщающие между собой сектора.

Сектора выполнены таким образом, чтобы отношение периметра стен к площади составляло более 0,7.

Керн снабжен козырьками, под которые устанавливают датчики для контроля температуры и давления по сечению рабочего пространства.

На фиг.1 изображен продольный разрез доменной печи, оснащенной распределительным керном; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.8 - сечение В-В.

В рабочем пространстве 1 доменной печи на лещади установлен распределительный керн 2, содержащий канал 3 для ввода дутья и пылеобразных компонентов в сектора 6 рабочего пространства через отверстия 4. Каналы 5 соединяют сектора на уровне горна. Керн 2 снабжен козырьками 7, под которыми устанавливают датчики температуры и давления, отбирают газы на анализ.

Рабочее пространство доменной печи, оснащенное керном, изменяет схему движения шихты и газов и работает следующим образом.

Центральная часть шихты, двигаясь из колошника через шахту в распаре, разбивается керном 1 на четыре сектора и изменяет направление своего движения, пронизываемая газами, идущими из отверстий 4 керна к стенкам шахты.

В секторах шихта взаимодействует с периферийным дутьем и дутьем, выходящим из отверстий 4 керна 1. Каналы 5 позволяют производить выпуск шлака и чугуна из горна через любой сектор.

Под козырьками 7 образуются пустоты, куда устанавливают датчики температуры и давления по сечению печи, показания которых позволяют оператору активно влиять на ведение процесса доменной плавки в секторах 6 путем изменения температурного и гидравлического режимов.

Таким образом, в предлагаемом изобретении отрицательное влияние “пристенного эффекта” вследствие развития периметра стен с введением распределительного керна преобразуется в положительный эффект, так как обеспечивает более равномерную плотность газового потока в секторах. Разность температур по сечению сектора не превышает 80°С.

На фиг.4 схематично изображена плотность газового потока в рабочем пространстве доменной печи традиционной компоновки, на фиг.5 - в доменной печи с распределительным керном (поперечные разрезы рабочего пространства).

На фиг.6 и 7 изображены схема движения шихты и плотность газового потока в доменных печах традиционной компоновки и с распределительным керном (продольные разрезы рабочего пространства).

Равномерная плотность газового потока по сечению секторов положительно влияет на полноту и скорость протекания химических реакций, что позволит

- снизить требования к фракционному составу твердого топлива;

- упростить систему подготовки и загрузки шихты (производить загрузку печи шихтой одного состава);

- снизить давление дутья;

- увеличить удельный расход природного газа на тонну шихты.

Расчеты и опыт эксплуатации шахтных печей других отраслей промышленности дают основания определить, что оснащение доменной печи распределительным керном повысит ее производительность на 20-40% и снизит удельный расход кокса на 20-35% при условии отношения периметра стен сектора к их площади ≥0,7.

Оптимальное отношение равно 2 из конструктивных условий, хотя и не является граничным.

Изобретение относится к доменному производству и может быть использовано в шахтных печах. Доменная печь оснащается крестообразным распределительным керном с каналами на уровне фурм для ввода дутья. Керн дополнительно оснащен козырьками, под которыми устанавливают датчики для контроля температуры и давления. При использовании изобретения существенно повышается производительность доменной печи и снижается расход кокса. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Доменная печь, содержащая колошник, шахту, распар, заплечики, горн, фурмы и лещадь, отличающаяся тем, что она снабжена крестообразным распределительным керном, расположенным в рабочем пространстве доменной печи и разделяющим горн, заплечики и распар на четыре равных сектора, в керне на уровне фурм выполнены каналы с выходными отверстиями в сектора, а на высоту горна - каналы, сообщающие между собой сектора, при этом отношение в секторах периметра стен к их площади должно составлять более 0,7.2. Доменная печь по п.1, отличающаяся тем, что распределительный керн снабжен козырьками, под которыми установлены датчики температуры и давления.