Способ загрузки доменной печи Российский патент 2019 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудных материалов и кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку твердой топливной добавки в кольцевую зону, отстоящую от стен колошника на 0,005 радиуса и имеющую протяженность 0,05-0,125 радиуса колошника (см. пат. РФ № 2042714, С21В 5/00) или в периферийную зону колошника шириной 0,1-0,5 радиуса колошника в количестве от 0,5 до 45 % от массы кокса в подаче (см. пат. РФ № 2092564, С21В 5/00).

Недостатком данного способа является то, что загрузка твердой топливной добавки в периферийную часть печи не обеспечивает полного расходования ее по реакции Белла-Будуара до прихода в горн и сопровождается поступлением мелкой фракции кокса в горн печи и приводит к ухудшению фильтрующей способности коксовой насадки. Кроме того не обеспечивается равномерное распределение твердой топливной добавки по окружности колошника, что снижает эффективность ее использования.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку кокса сухого тушения фракции 10-35 мм в область с максимальным содержанием двуокиси углерода в газе, то есть в зону рудного гребня для уменьшения расхода кокса за счет повышения степени использования восстановительной способности газов в доменном процессе (см. А.с. SU № 1708856, С21В 5/00).

Недостатком данного способа является то, что использование кокса крупностью 25-35 мм сопровождается не полным расходованием его по реакции Белла-Будуара до прихода в горн печи и приводит к поступлению в нижнюю часть печи мелких классов кокса, что снижает фильтрующую способность кокса в горне печи. Данный способ не обеспечивает равномерного распределения кокса крупностью 10-35 мм по окружности колошника, что снижает эффективность его использования.

Известен способ загрузки доменной печи, где твердую топливную добавку (коксовый орешек) загружают в количестве 10-20 % от веса коксовой колоши в смеси с ферритно-кальциевым флюсом и загружают эту смесь вторым или третьим скипом (см. пат. РФ № 2157411, С21В 5/00).

Недостатком данного способа является то, что не обеспечивается равномерное распределение коксового орешка и ферритно-кальциевого флюса по окружности колошника, что снижает эффективность использования коксового орешка и в результате может приводить к ухудшению дренажной способности горна печи и снижения производительности печи.

В связи с этим, недостатком перечисленных известных способов является отсутствие регламента использования кокса мелких фракций, включающего рациональную загрузку кокса мелких фракций в колошниковое пространство печи, обеспечивающей наиболее высокую равномерность распределения по окружности заданной кольцевой зоны колошника. В свою очередь равномерность распределения топливной добавки оказывает существенное значение на показатели хода доменного процесса, в том числе на дренажную способность коксовой насадки в горне печи, газодинамику и процессы восстановления железорудных материалов. Кроме того, отсутствуют технологические приемы, обеспечивающие компенсирование отрицательного действия коксового орешка на фильтрующую способность коксовой насадки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ загрузки коксового орешка в колошниковое пространство печи бесконусным загрузочным устройством лоткового типа путем предварительного размещения компонентов шихты в бункере БЗУ в следующей последовательности: загрузка на дно шихтового бункера 70 % агломерата, затем коксового орешка, далее загрузка оставшегося 30 % агломерата, после чего загружали окатыши (см. статью в журнале Черная металлургия. 2016. № 9 (1401). С. 56-64). Такая последовательность загрузи материалов в бункер БЗУ обеспечила размещение коксового орешка в середине объема материалов.

Недостатком данного способа загрузки является то, что заявленная последовательность загрузки компонентов шихты в бункер БЗУ, предполагающая размещение коксового орешка в середине объема материалов, обеспечивает наиболее высокую величину коэффициента равномерности только при доле окатышей 25 % от расхода железорудного сырья. В то время как в последнее время доля окатышей варьируется в интервале 30-40 и иногда достигает 50 % от расхода железорудной части шихты. Также заявленный способ загрузки не учитывает использование и рационального размещение в бункере бесконусного загрузочного устройства промывочного материала, например марганцевой руды, для обеспечения совместного их размещения в колошниковом пространстве печи.

Технической проблемой является улучшение технико-экономических показателей работы печи, то есть повышение производительности и снижение удельного расхода кокса.

Техническим результатом является повышение равномерности распределения коксового орешка и марганцевой руды за счет усовершенствования режима загрузки их в колошниковое пространство печи.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе доменной плавки, включающий загрузку шихты, содержащей агломерат, окатыши, коксовый орешек фракции 10-25 мм, марганцевую руду, скиповый кокс и выгрузку их в колошниковую зону при помощи лотка бесконусного загрузочного устройства, отличающийся тем, что при выгрузке шихты в зону колошника коксовый орешек располагается между слоями железорудного сырья следующим образом: при односкиповой загрузке – в нижнюю часть бункера под коксовым орешком располагают 50 % железорудных материалов от общей их массы и 50 % над ним, а при двухскиповой загрузке в нижнюю часть бункера под коксовым орешком размещают 40 % железорудных материалов от общей их массы и 60 % – над ним.

2. Способ по п. 1 отличается тем, что в случае снижения дренажной способности коксовой насадки в горне печи вводят в состав шихты марганцевую руду путем размещения ее в бункере бесконусного загрузочного устройства между слоями железорудных материалов над коксовым орешком.

Для обеспечения наиболее высоких технико-экономических показателей плавки необходимо обеспечивать равномерное распределение компонентов шихты, в том числе кокосового орешка, по окружности колошника. Для повышения равномерности распределения коксового орешка по окружности колошника необходимо располагать коксовый орешек в бункере бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) лоткового типа между слоями железорудного сырья.

При заполнении бункера БЗУ одним скипом загрузку шихтовых материалов необходимо осуществлять таким образом, чтобы в нижней части бункера расположились 50 % железорудных материалов от общей их массы, затем коксовый орешек, после чего – оставшиеся 50 % железорудных материалов. При заполнении бункера БЗУ двумя скипами загрузку шихтовых материалов необходимо осуществлять таким образом, чтобы в нижней части бункера расположились 40 % железорудных материалов от общей их массы, затем коксовый орешек, после чего оставшиеся 60 % железорудных материалов.

При использовании в составе шихты доменных печей коксового орешка более 12 кг/т чугуна ухудшается дренажная способность коксовой насадки в горне печи из-за поступления в горн доменной печи неизрасходованной части коксового орешка по реакции Белла-Будуара (см. автореферат канд. диссертации Харченко А.С. «Рациональное использование коксового орешка на доменных печах с компактным БЗУ лоткового типа», 2012. 9 с.). В результате ухудшаются условия для выпуска продуктов плавки, замедляется сход шихтовых материалов, повышается перепад давления, ухудшается стабильность химического состава чугуна и шлака, снижается производительность печи и повышается расход топлива. Для предотвращения загромождения горна в таких случаях применяют промывку горна - технологическую операцию, предназначенную для удаления из горна накопившейся коксовой мелочи (см. пат. РФ № 2183219, С21В 3/00). При ухудшении дренажной способности коксовой насадки в состав шихты вводят марганцевую руду в соотношении к массе коксового орешка 1,7:1 (см. автореферат канд. диссертации Харченко А.С. «Рациональное использование коксового орешка на доменных печах с компактным БЗУ лоткового типа», 2012. 9 с.). Для повышения равномерности распределения марганцевой руды по окружности колошника и улучшения смешивания ее с коксовым орешком в процессе совместного выпуска их в составе шихты из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи согласно предлагаемому изобретению загрузку марганцевой руды в бункер БЗУ осуществляют после загрузки коксового орешка.

Проведено физическое моделирование заявленного способа загрузки доменной печи для повышения равномерности распределения коксового орешка и марганцевой руды в колошниковом пространстве на установке бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) лоткового типа. Загрузочное устройство было изготовлено в масштабе 1:5 по отношению к линейным размерам загрузочных устройств, установленных на реальных доменных печах объемом 1370 м³. Моделированием заявленного способа загрузки доменной печи при односкиповом заполнении бункера БЗУ обеспечивали величину коэффициента равномерности поступления коксового орешка из бункера в колошниковое пространство печи, рассчитанного как разность между единицей и коэффициентом вариации, равную 0,81-0,89 в зависимости от расхода коксового орешка. Величина коэффициента равномерности поступления марганцевой руды в зависимости от ее расхода составляла 0,87-0,91. Моделированием заявленного способа загрузки доменной печи при двухскиповом заполнении бункера БЗУ обеспечивали величину коэффициента равномерности поступления коксового орешка и марганцевой руды из бункера в колошниковое пространство печи, равную 0,50 - 0,55 и 0,54 - 0,60 соответственно.

Смещение расположения коксового орешка и марганцевой руды в бункере загрузочного устройства относительно железорудного сырья для условий односкипового и двухскипового заполнения бункера БЗУ понижает величину коэффициента равномерности поступления коксового орешка и марганцевой руды из бункера в колошниковое пространство печи.

Использование изобретения позволяет снизить удельный расход кокса и повысить производительность печи за счет рационального распределения коксового орешка и марганцевой руды в колошниковом пространстве печи, а следовательно, улучшить дренажную способность коксовой насадки в горне печи.

Предлагаемый способ реализован на доменной печи ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК») полезным объемом 2014 м³.

Пример 1

На доменной печи А ПАО «ММК» объемом 1370 м³ использовали в составе шихты коксовый орешек крупностью 10-25 мм. В базовом и опытном периодах его загружали в количестве 15 кг/т чугуна. В бункере БЗУ размещали один скип. В базовом периоде его загрузку в бункер БЗУ осуществляли в середину объема железорудных материалов следующим образом: в нижнюю часть бункера загружали 45 % массы железорудного сырья, после чего коксовый орешек, далее загрузка оставшегося 55 % железорудного сырья. В опытном периоде коксовый орешек поместили в бункере БЗУ между слоями железорудного сырья следующим образом: первым в бункер БЗУ загружали железорудное сырье в количестве 50% от массы содержимого бункера затем коксовый орешек, после чего оставшиеся 50% массы железорудного сырья.

Физическое моделирование исследуемых режимов показало, что коэффициент равномерности поступления коксового орешка из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи в базовом периоде составлял 0,77. Его величина в опытном периоде увеличилась от 0,77 до 0,89.

В процессе отработки способа доменной плавки с указанным разработанным режимом загрузки коксового орешка наблюдали улучшение дренажной способности коксовой насадки в горне печи по показателю количество шлака, остающегося в горне печи после выпуска жидких продуктов плавки, величина которого уменьшилась с 18 до 14 т. В результате, снижение удельного расхода кокса в опытном периоде по сравнению с базовым периодом составило 3,4 кг/т чугуна (табл. 1). Улучшение фильтрующей способности коксовой насадки за счет рациональной организации распределения коксового орешка в колошниковом пространстве доменной печи обеспечило повышение производительности печи.

Таблица 1

Показатели работы доменной печи А с выгрузкой в колошниковое пространство одного скипа

Показатели Период Базовый Опытный Длительность периода, сутки 8 8 Доля железорудного материала, располагающегося в бункере бесконусного загрузочного устройства лоткового типа под коксовым орешком, % по массе 45 50 Доля железорудного материала, располагающегося в бункере бесконусного загрузочного устройства лоткового типа под коксовым орешком, % по объему 50 56 Коэффициент равномерности поступления коксового орешка из бункера БЗУ в колошниковое пространство 0,77 0,89 Расход коксового орешка (сухого), кг/т чугуна 15,0 15,0 Удельный расход кокса (сухого, скипового), кг/т чугуна:
-фактический
-приведенный к условиям базового периода 448,5
- 445,1
443,9 Производительность, т/сутки:
-по фактическому количеству загруженных подач
-приведенная условиям базового периода 3490 3510
3492 Расход, м³/т чугуна:
- дутья
- природного газа 1183
115,4 1182
115,4 Содержание O₂ в дутье, % 27,5 27,6 Количество шлака, остающегося в горне печи после выпуска жидких продуктов плавки, т 18,0 14,0

Пример 2

На доменной печи Б ПАО «ММК» объемом 1370 м³ использовали в составе шихты коксовый орешек крупностью 10-25 мм. В базовом и опытном периодах его загружали в количестве 15,9-16,0 кг/т чугуна. В бункере БЗУ размещали два скипа. В базовом периоде загрузку коксового орешка в бункер БЗУ осуществляли в середину объема железорудных материалов следующим образом: в нижнюю часть бункера загружали 45 % массы железорудного сырья, после чего коксовый орешек, далее загрузка оставшегося 55 % железорудного сырья. В опытном периоде коксовый орешек поместили в бункере БЗУ между слоями железорудного сырья следующим образом: первым в бункер БЗУ загружали железорудное сырье в количестве 50 % от массы содержимого бункера затем – коксовый орешек, после чего оставшиеся 50 % массы железорудного сырья.

Физическое моделирование исследуемых режимов показало, что коэффициент равномерности поступления коксового орешка из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи в базовом периоде равен 0,41. Его величина в опытном периоде увеличилась с 0,41 до 0,50.

В процессе отработки способа доменной плавки с указанным разработанным режимом загрузки коксового орешка наблюдали улучшение дренажной способности коксовой насадки в горне печи по показателю количество шлака, остающегося в горне после выпуска чугуна и шлака, величина которого уменьшилась с 21,5 до 19,2. В результате снижение удельного расхода кокса в опытном периоде по сравнению с базовым периодом составило 3,3 кг/т чугуна (см. табл. 1). Улучшение фильтрующей способности коксовой насадки за счет рациональной организации распределения коксового орешка в колошниковом пространстве доменной печи обеспечило повышение производительности печи.

Таблица 2

Показатели работы доменной печи Б с выгрузкой в колошниковое пространство двух скипов

Показатели Период Базовый Опытный Длительность периода, сутки 9 9 Расход коксового орешка (сухого), кг/т чугуна 15,9 16,0 Доля железорудного материала, располагающегося в бункере бесконусного загрузочного устройства лоткового типа под коксовым орешком, % по массе 45 40 Доля железорудного материала, располагающегося в бункере бесконусного загрузочного устройства лоткового типа под коксовым орешком, % по объему 50 45 Коэффициент равномерности поступления коксового орешка из бункера БЗУ в колошниковое пространство 0,77 0,89 Удельный расход кокса (сухого, скипового), кг/т чугуна:
-фактический
-приведенный к условиям базового периода 465,6
- 462,3
458,1 Производительность, т/сутки:
-по фактическому количеству загруженных подач
-приведенная условиям базового периода 3170
- 3179
3217 Расход, м³/т чугуна:
- дутья
- природного газа 1400
79,3 1380
83,5 Содержание O₂ в дутье, % 26,3 27,0 Количество шлака, остающегося в горне печи после выпуска жидких продуктов плавки, т 21,5 19,2

Пример 3

На доменной печи ПАО «ММК» объемом 2014 м³ использовали в составе шихты коксовый орешек. В базовом периоде его расход составлял 17,2 кг/т чугуна. В виду ухудшения дренажной способности коксовой насадки в период использования коксового орешка в опытном периоде в состав шихты ввели марганцевую руду в количестве 30,3 кг/т чугуна. Для улучшения перемешивания коксового орешка и марганцевой руды загрузку последней в бункер БЗУ осуществляют после загрузки кокса мелких фракций. Кластер коксовый орешек – марганцевая руда помещали между слоями железорудного сырья: первым в бункер БЗУ загружали железорудное сырье в количестве 40 % от массы содержимого бункера, затем коксовый орешек, после чего марганцевую руду, следом оставшиеся 60 % массы железорудного сырья. Такое расположение добавочных материалов в бункере БЗУ обеспечивало максимальное перемешивание марганцевой руды и коксового орешка в процессе поступления их из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи для эффективного расходования мелочи кокса в горне печи.

Таблица 3

Основные технологические показатели работы доменной печи В с одновременным применением коксового орешка и марганцевой руды

Наименование показателей Период Базовый Опытный Длительность периода, сутки 9 9 Расход, кг/т чугуна:
-Коксового орешка (сухой)
-марганцевой руды 17,2
- 17,3
30,3 Доля железорудного материала, располагающегося в бункере бесконусного загрузочного устройства лоткового типа под коксовым орешком, % по массе 40 40 Удельный расход кокса (сухого, скипового), кг/т чугуна:
-фактический
-приведенный к условиям базового периода 474,2
- 471,6
471,3 Производительность, т/сутки:
-по фактическому количеству загруженных подач
-приведенная условиям базового периода 4026
- 4064
4041 Расход, м³/т чугуна:
-дутья
-природного газа 3416
13,6 3415
13,8 Содержание O₂ в дутье, % 26,4 26,3 Количество шлака, остающегося в горне печи после выпуска жидких продуктов плавки, т 18,2 16,3 Содержание MnO в шлаке, % 0,31 0,55

В результате в опытном периоде по сравнению с базовым наблюдали улучшение фильтрующей способности коксовой насадки в горне печи, на что указывает уменьшение количества шлака, остающегося в горне печи после выпуска с 18,2 до 16,3 (см. табл. 3). Улучшение дренажной способности кокса в горне печи за счет рациональной загрузки марганцевой руды и кокса мелких фракций в колошниковое пространство доменной печи обеспечило уменьшение удельного расхода кокса на 2,6 кг/т чугуна и повышение производительности печи на 38 т/сутки в опытном периоде по сравнению с базовым.

Результаты экспериментов на доменных печах А, Б и В ПАО «ММК» подтверждают тот факт, что предлагаемый способ доменной плавки, обеспечивающий рациональную загрузку добавочных материалов – коксового орешка и марганцевой руды в колошниковое пространство печи, соответствует критерию «промышленная применимость» изобретения.

Итак, применение разработанного способа загрузки доменной печи повысило равномерность распределения коксового орешка и марганцевой руды по окружности колошника.

Путем применения данного мероприятия удалось:

- снизить удельный расход кокса до 6,95 кг/т чугуна;

- повысить производительность доменной печи до 1,27 % (анализ контрольного и базового периодов).

Таким образом, равномерное распределение коксового орешка и марганцевой руды в колошниковом пространстве доменных печей ПАО «ММК» за счет усовершенствования способа загрузки шихтовых материалов в колошниковое пространство печи позволило повысить эффективность использования коксового орешка в сухой зоне доменной печи, улучшить дренажную способность коксовой насадки в горне печи, что обеспечило уменьшение удельного расхода кокса при повышении производительности печи.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах. Способ доменной плавки включает загрузку шихты, содержащей агломерат, окатыши, коксовый орешек фракции 10-25 мм, марганцевую руду и скиповый кокс, и ее выгрузку в колошниковую зону при помощи лотка бесконусного загрузочного устройства. При выгрузке шихты в зону колошника коксовый орешек располагают в бункере между слоями железорудного сырья, причем при односкиповой загрузке в нижнюю часть бункера под коксовым орешком располагают 50% железорудных материалов от общей их массы и 50% над ним, а при двухскиповой загрузке в нижнюю часть бункера под коксовым орешком размещают 40% железорудных материалов от общей их массы и 60% над ним. Техническим результатом является улучшение технико-экономических показателей работы печи, то есть повышение производительности и снижение удельного расхода кокса. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

1. Способ доменной плавки, включающий загрузку шихты, содержащей агломерат, окатыши, коксовый орешек фракции 10-25 мм, марганцевую руду и скиповый кокс, и ее выгрузку в колошниковую зону при помощи лотка бесконусного загрузочного устройства, отличающийся тем, что при выгрузке шихты в зону колошника коксовый орешек располагают в бункере между слоями железорудного сырья, причем при односкиповой загрузке в нижнюю часть бункера под коксовым орешком располагают 50% железорудных материалов от общей их массы и 50% над ним, а при двухскиповой загрузке в нижнюю часть бункера под коксовым орешком размещают 40% железорудных материалов от общей их массы и 60% над ним.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при снижении дренажной способности коксовой насадки в горне печи марганцевую руду размещают в бункере бесконусного загрузочного устройства между слоями железорудных материалов над коксовым орешком.