СПОСОБ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 2019 года по МПК C21B5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу работы доменной печи, согласно которому через фурмы доменной печи вдувается пылеугольное топливо, имеющее повышенную температуру горения, что позволяет снизить расход восстановителя.

Уровень техники

Наблюдаемое в последние годы глобальное потепление связано с увеличением выбросов углекислого газа, по этой причине одной из важнейших задач сталелитейной промышленности является снижение выбросов CO₂. Таким образом, в настоящее время особенно популяризируются доменные процессы с низким расходом восстановителя (с низким RAR, что является аббревиатурой расхода восстановителя и означает сумму количества восстанавливающего агента, вдуваемого через фурмы, и количества кокса, загруженного сверху печи, на тонну произведенного чугуна). В доменных печах в качестве восстановителя используются, главным образом, кокс и пылеугольное топливо, которое вдувается через фурмы. Повышение воспламеняемости пылеугольного топлива и, таким образом, уменьшение использования кокса, является эффективным методом уменьшения расхода восстановителя и, соответственно, снижения выбросов углекислого газа.

В патентном документе JP 2014-031548 описано снижение количества несгоревшего углерода за счет регулирования кислорода при вдувании через фурмы угля со средним диаметром и объемом пор, и имеющим удельную поверхность в пределах определенных диапазонов.

В патентном документе JP 2014-043605 с целью повышения тепловыделения древесного угля из пальмоядровой оболочки (древесный уголь PKS) предлагается проводить процесс карбонизации и пиролиза для увеличения удельной поверхности и, следовательно, для достижения более высокой воспламеняемости по сравнению с пылеугольным топливом известного уровня техники. Установлено, что при использовании указанного пылеугольного топлива коэффициент замещения кокса выше, чем в известном уровне техники.

В патентном документе JP 04-110405 по результатам испытаний на горение, проводимых на остаточных продуктах сгорания в условиях, сопоставимых с условиями в доменной печи, предлагается вдувать, предпочтительно, выше кокса, остаточные продукты сгорания, имеющие удельную поверхность 70 м²/г или более, которые вступают в реакцию с CO₂, в результате чего, уменьшается количество пылеугольного топлива, аккумулируемого в зоне крупнокускового материала доменной печи.

В патентном документе JP 2003-247007 с целью повышения воспламеняемости пылеугольного топлива и, соответственно, для уменьшения количества несгоревшего углерода предлагается вдувать пылеугольное топливо, в котором доля частиц, имеющих диаметр 74 мкм или менее, составляет 80 мас.% или более, а удельная поверхность составляет 4500 см²/см³ или более.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

Ни в одном из патентных документов 1 – 4 не рассматривается повышение температуры горения вдуваемого через фурмы доменной печи пылеугольного топлива. Целью настоящего изобретения является способ работы доменной печи, направленный на снижение расхода восстановителя и включающий получение пылеугольного топлива с высокой воспламеняемостью и высокой температурой горения на основе содержащего влагу и летучие вещества низкосортного угля, модифицированного таким образом, чтобы удельная поверхность, содержание влаги и низшая теплота сгорания находились в определенных интервалах, и вдувание через фурмы доменной печи пылеугольного топлива для повышения температуры внутри доменной печи.

Решение проблемы

Признаки настоящего изобретения, направленного на решение вышеописанных проблем, приводятся ниже.

(1) Способ работы доменной печи, включающий вдувание пылеугольного топлива через фурмы доменной печи, причем способ включает следующие этапы: регулирование содержания влаги и летучих веществ в угле для формирования модифицированного пылеугольного топлива, имеющего удельную поверхность в диапазоне от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее, низшую теплоту сгорания, составляющую 27170 кДж/кг или более, и содержание летучих веществ в диапазоне от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее, и вдувание через фурмы доменной печи пылеугольного топлива, в котором содержание модифицированного пылеугольного топлива составляет 10 мас.% или более.

(2) Способ работы доменной печи, включающий вдувание пылеугольного топлива через фурмы доменной печи, причем способ включает следующие этапы: регулирование содержания влаги и летучих веществ в угле для формирования модифицированного пылеугольного топлива, имеющего удельную поверхность в диапазоне от 110 м²/г или более до 800 м²/г или менее, низшую теплоту сгорания, составляющую 30000 кДж/кг или более, и содержание летучих веществ в диапазоне от 4 мас.% или более до 21 мас.% или менее, и вдувание через фурмы доменной печи пылеугольного топлива, в котором содержание модифицированного пылеугольного топлива составляет 10 мас.% или более.

Полезные эффекты изобретения

Предлагаемый в настоящем изобретении способ работы доменной печи обеспечивает повышение температуры горения пылеугольного топлива, подлежащего вдуванию через фурмы доменной печи. В результате повышается температура внутри доменной печи, что позволяет уменьшить расход восстановителя и, соответственно, уменьшить количество кокса, загружаемого сверху доменной печи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показана часть устройства 10, используемого для проведения испытания на горение, вид в разрезе.

Осуществление изобретения

Для дополнительного повышения температуры внутри доменной печи при вдувании пылеугольного топлива через фурмы доменной печи в настоящем изобретении особое внимание уделяется воспламеняемости и температуре горения пылеугольного топлива. Установлено, что воспламеняемость пылеугольного топлива улучшается, если удельная поверхность пылеугольного топлива, вдуваемого через фурмы доменной печи, находится в диапазоне от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее, предпочтительно, в диапазоне от 2,1 м²/г или более до 996,4 м²/г или менее и, предпочтительнее, в диапазоне от 110 м²/г или более до 800 м²/г или менее, а содержание летучих веществ в пылеугольном топливе на сухой основе находится в диапазоне от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее, предпочтительно, в диапазоне от 3,8 мас.% или более до 24,8 мас.% или менее и, предпочтительнее, в диапазоне от 4 мас.% или более до 21 мас.% или менее. Кроме того, установлено, что использование пылеугольного топлива, имеющего низшую теплоту сгорания, составляющую 27170 кДж/кг или более, предпочтительно, 27183 кДж/кг или более и, предпочтительнее, 30000 кДж/кг или более, позволяет повысить температуру горения пылеугольного топлива в доменной печи. Таким образом, температура внутри доменной печи может быть дополнительно повышена и, соответственно, снижен расход восстановителя в доменной печи, если параметры вдуваемого через фурмы доменной печи модифицированного пылеугольного топлива находятся в указанных выше диапазонах. В основе настоящего изобретения лежат вышеприведенные данные.

Далее будет описываться испытание на горение пылеугольного топлива, на основе результатов которого было выполнено настоящее изобретение. Испытанию на горение подвергались девять приготовленных образцов пылеугольного топлива, которые отличались друг от друга удельной поверхностью, содержанием летучих веществ и низшей теплотой сгорания. Из девяти испытываемых образцов пылеугольного топлива образцы 1 – 8 представляют собой образцы модифицированного пылеугольного топлива, полученного из низкосортного угля с содержанием влаги 60 мас.% и содержанием летучих веществ на сухой основе 50 мас.%, который подвергали термической обработке при температуре в диапазоне от 500 до 1000°С в течение заданного периода времени с целью снижения содержания влаги до 1 мас. % или менее. «Сухая основа» в пылеугольном топливе представляет собой остаточную массу после извлечения влаги. Из низкосортного угля, подвергнутого термической обработке и измельченного до такой степени, чтобы доля мелких частиц, имеющих диаметр 74 мкм или менее, составляла 80 мас.% или более, были приготовлены образцы 1 – 8 модифицированного угля, которые отличались друг от друга удельной поверхностью, содержанием летучих веществ и низшей теплотой сгорания.

Удельную поверхность, содержание летучих веществ и низшую теплоту сгорания образцов 1 – 8 модифицированного угля регулировали путем проведения термической обработки при температуре в диапазоне от 500 до 1000°С. В процессе термической обработки пылеугольного топлива при температуре в диапазоне от 500 до 1000°С выделяется не только влага, но и летучие вещества, следовательно, термическая обработка позволяет регулировать содержание летучих веществ в пылеугольном топливе. Посредством термической обработки при температуре в диапазоне от 500 до 1000°С уменьшают содержание летучих веществ, которые генерируют мало тепла, а также снижают содержание влаги в пылеугольном топливе, соответственно, повышая содержание связанного углерода, который генерирует тепло в большем количестве. Таким образом, можно регулировать низшую теплоту сгорания пылеугольного топлива. За счет высвобождения летучих веществ в процессе термической обработки при температуре в диапазоне от 500 до 1000°С уголь приобретает пористую структуру с образованием неровностей на поверхности угля, следовательно, можно регулировать удельную поверхность пылеугольного топлива.

Удельную поверхность пылеугольного топлива измеряли методом БЭТ с использованием адсорбции газообразного азота N₂. Метод БЭТ представляет собой метод измерения количества газа, адсорбированного образцом порошка в зависимости от давления адсорбционного газа. Когда газ адсорбируется образцом порошка, существует зависимость, выраженная уравнением (1), между количеством Va адсорбированного газа и давлением P адсорбционного газа при абсорбционном равновесии при условии, что значение P/P₀ находится в диапазоне 0,05 до 0,30.

Уравнение 1

В представленном уравнении (1) P – давление при абсорбционном равновесии (kPa), P₀ – давление пара (кПа) адсорбционного газа при температуре измерения, Va – величина адсорбции (мл) при абсорбционном равновесии, Vm – величина монослойной адсорбции (мл), а C – постоянная, такая как теплота адсорбции или теплота конденсации.

Величина адсорбции Va при абсорбционном равновесии может быть измерена с использованием проточного метода, или объемного метода. Проточный метод является расчетным методом определения величины адсорбции, который состоит в определении разности концентраций адсорбционного газа до и после контакта с образцом при пропускании через образец газовой смеси, содержащей адсорбционный газ и газ-носитель, обеспечивающий транспортировку адсорбционного газа к образцу. Объемный метод представляет собой метод расчета величины адсорбции при помещении образца порошка в контейнер, объем которого известен, и определении изменения давления в связи с адсорбцией газа на поверхности образца. Удельная поверхность образца порошка может быть рассчитана по уравнению (2) с использованием величины монослойной адсорбции Vm из уравнения (1).

Уравнение 2

В представленном уравнении (2) S – удельная поверхность (m²/g), N – число Авогадро, a – эффективная площадь поперечного сечения (m²) на молекулу адсорбционного газа, m – масса (г) образца порошка.

Для расчета содержания летучих веществ в пылеугольном топливе проводили нижеследующую процедуру. Сначала образец помещали в тигель, имеющий крышку, чтобы предотвратить контакт с воздухом, и нагревали при 900°С в течение 7 минут. Затем рассчитывали в процентах уменьшение массы образца за счет нагрева, и из полученного значения вычитали одновременно рассчитанное содержание влаги. В результате определяли содержание летучих веществ.

Низшую теплоту сгорания пылеугольного топлива вычисляли согласно уравнению (3) на основе высшей теплоты сгорания H_h (МДж/кг), измеренной согласно стандарту JIS M8814.

Уравнение 3

В представленном уравнении (3) H_l – низшая теплота сгорания (MДж/кг), H – содержание водорода (мас.%) в образце до горения, w – содержание влаги (мас.%) в образце до горения, и r – скрытая теплота конденсации (MДж/кг) влаги.

Образец A угля представляет собой пылеугольное топливо, полученное без проведения термической обработки угля, измельченное до такой степени, чтобы доля мелких частиц, имеющих диаметр 74 мкм или менее, составляла 80 мас.% или более. В таблице 1 представлены удельная поверхность, содержание летучих веществ и низшая теплота сгорания каждого из образцов, а именно, образца A угля и образцов 1 – 4 модифицированного угля, которые были приготовлены для проведения испытания на горение.

Таблица 1

Образцы угля Образец A угля Образец 1 модифициро-ванного угля Образец 2 модифициро-ванного угля Образец 3 модифициро-ванного угля Образец 4 модифициро-ванного угля Удельная поверхность (м²/г) 0,4 1003,5 1,2 996,4 2,1 Содержание летучих веществ (мас.%) 15,4 2,8 25,8 3,8 24,8 Низшая теплота сгорания (кДж/кг) 30,982 32,657 27,125 32,155 27,183

Из таблицы 1 следует, что чем больше содержание летучих веществ, тем меньше степень карбонизации угля и, соответственно, ниже величина низшей теплоты сгорания. Кроме того, с увеличением содержания летучих веществ наблюдается тенденция к уменьшению удельной поверхности угля. Таким образом, включение летучих веществ в пылеугольное топливо не оказывает влияния на образование пор и поверхностных неровностей.

Испытание на горение проводили с использованием экспериментального устройства, имитирующего участок, включающий фурму доменной печи и ее окружение. Устройство конструктивно приспособлено для визуального наблюдения за процессом горения пылеугольного топлива, вдуваемого в доменную печь посредством копья, вводимого в фурму. Проводили испытания на горение каждого из образцов угля, а именно, образца A угля и образцов 1 – 4 модифицированного угля, которые вдували через фурму в экспериментальное устройство со скоростью вдувания до 29,8 кг/ч (что соответствует 100 кг на тонну чугуна).

Для всех образцов пылеугольного топлива соблюдали условия дутья, а именно температуру дутья 1200°С, расход 300 Нм³/ч, скорость потока 70 м/с и количество обогащения О₂ 5,5 об.% (концентрация кислорода 26,5 об.% относительно концентрации кислорода 21 об.% в воздухе). В качестве газа-носителя угля использовался N₂. При описанных выше условиях испытания оценивали воспламеняемость и температуру горения образца А угля и образцов 1 – 4 модифицированного угля. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2

Образцы угля Образец A угля Образец 1 модифициро-ванного угля Образец 2 модифициро-ванного угля Образец 3 модифициро-ванного угля Образец 4 модифициро-ванного угля Воспламе-няемость Длина воспламенения факела, мм 40 45 37 30 33 Время до воспламенения, мс 1,0 1,1 0,9 0,7 0,8 Оценка - × Δ Температура горения Температура горения (°C) 1520 1530 1510 1570 1560 Оценка - Δ ×

Воспламеняемость образцов угля оценивалась на основании длины воспламенения факела и времени до воспламенения. Длина воспламенения факела - это расстояние от наконечника фурмы до точки возгорания пылеугольного топлива, вдуваемого через копье. Если указанное расстояние имело малую длину, пылеугольное топливо оценивалось как пылеугольное топливо с высокой воспламеняемостью, если указанное расстояние имело большую длину, пылеугольное топливо оценивалось как пылеугольное топливо с низкой воспламеняемостью.

На фиг. 1 показано схематичное изображение в разрезе части устройства 10, используемого для проведения испытания на горение. На фиг. 1 показана часть используемого для проведения испытания на горение устройства 10, включая копье 16. Как показано на фиг. 1, фурма 18 вставляется через стенку 12 печи устройства 10 во внутреннее пространство устройства 10. Пылеугольное топливо вместе с N₂, используемым в качестве газа-носителя, вдувается в продувочный трубопровод 14 через фурму 16. Пылеугольное топливо, вдуваемое в продувочный трубопровод 14 вместе с обогащенным кислородом воздухом через фурму 18, вводится в высокотемпературную зону устройства 10, предназначенного для проведения испытания на горение, и воспламеняется. На фиг. 1 ссылочной позицией 20 обозначена точка воспламенения пылеугольного топлива, вдуваемого через фурму 16 в устройство 10 для проведения испытания на горение пылеугольного топлива. Расстояние «a» на фиг. 1 представляет собой расстояние от наконечника фурмы 18 до точки 20 воспламенения и соответствует длине воспламенения факела, приведенной в таблице 2.

Время до воспламенения - это время, прошедшее с момента вдувания пылеугольного топлива через наконечник фурмы 18 в устройство 10 для проведения испытания на горение до его воспламенения в устройстве 10. Если время до воспламенения образца было коротким, пылеугольное топливо оценивалось как пылеугольное топливо с высокой воспламеняемостью, если время до воспламенения образца было продолжительным, пылеугольное топливо оценивалось как пылеугольное топливо с низкой воспламеняемостью. В строке таблицы 2 «Оценка» символ «×» означает более низкую воспламеняемость по сравнению с образцом A угля, символ «Δ» означает аналогичную воспламеняемость по сравнению с образцом A угля, а символ «Ў» означает более высокую воспламеняемость по сравнению с образцом A угля.

Данные, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о том, что образец 1 модифицированного угля имеет большую длину воспламенения факела и большее время до воспламенения по сравнению с образцом A угля, то есть воспламеняемость образца 1 угля ниже воспламеняемости образца A угля. Образец 2 модифицированного угля имеет длину воспламенения факела немного короче и время воспламенения немного короче по сравнению с образцом A угля, но разница несущественна, поэтому образец 2 модифицированного угля был приравнен к образцу A угля. В противоположность этому, образец 3 модифицированного угля и образец 4 модифицированного угля имеют более короткую длину воспламенения факела и более короткое время до воспламенения по сравнению с образцом A угля, то есть воспламеняемость указанных образцов модифицированного угля выше воспламеняемости образца A угля.

Температура горения - это температура, при которой горит пылевидный уголь. В таблице символ «Ў» используется для обозначения пылеугольного топлива, имеющего температуру горения выше температуры горения образца A угля, символ «Δ» используется для обозначения пылеугольного топлива, имеющего температуру горения, аналогичную температуре горения образца A угля, а символ «×» используется для обозначения пылеугольного топлива, имеющего температуру горения ниже температуры горения образца A угля. В описанном выше испытании на горение температуру горения пылеугольного топлива определяли с помощью двухцветного пирометра.

Данные, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о том, что образец 1 модифицированного угля имеет температуру горения немного выше, чем образец A угля, но разница несущественна, поэтому образец 1 модифицированного угля был приравнен к образцу A угля. Образец 2 модифицированного угля имеет температуру горения ниже, чем образец A угля, точнее говоря, пылеугольное топливо, представленное образцом 2, уступает образцу A угля по температуре горения. В противоположность этому, температура горения образца 3 модифицированного угля и образца 4 модифицированного угля была выше, чем температура горения образца A угля, точнее говоря, пылеугольное топливо, представленное образцами 3 и 4, превосходит образец A угля по температуре горения.

Результаты, представленные в таблице 2, далее рассматриваются с учетом удельной поверхности, содержания летучих веществ и низшей теплоты сгорания каждого из образцов угля, а именно, образца A угля и образцов 1 – 4 модифицированного угля, представленных в таблице 1. Как известно, на воспламеняемость влияют удельная поверхность и содержание летучих веществ в пылеугольном топливе. Поскольку в образце 3 модифицированного пылеугольного угля содержание летучих веществ увеличено с 2,8 до 3,8 мас.%, указанный образец по воспламеняемости превосходит образец 1 модифицированного угля. Причина заключается в том, что при большом содержании летучих веществ, которые сгорают при более низкой температуре, чем уголь, снижается температура воспламенения и, соответственно, повышается воспламеняемость. Поскольку в образце 4 модифицированного угля удельная поверхность увеличена от 1,2 м²/г до 2,1 м²/г, указанный образец по воспламеняемости превосходит образец 2 модифицированного угля. Как известно, чем больше удельная поверхность угля, тем больше пылеугольное топливо берет из окружающей среды тепла в единицу времени, и тем больше его способность вступления в контакт с кислородом из окружающей среды, следовательно, выше воспламеняемость. На основании описанного выше эксперимента было установлено, что удельная поверхность модифицированного согласно настоящему изобретению пылеугольного топлива должна находиться в диапазоне от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее, а содержание летучих веществ должно находиться в диапазоне от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее. Конкретнее говоря, пылеугольное топливо с удельной поверхностью в диапазоне от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее и с содержанием летучих веществ в диапазоне от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее будет превосходить по воспламеняемости любое пылеугольное топливо, удельная поверхность которого и/или содержание летучих веществ находится вне описанных выше диапазонов. Словосочетание «удельная поверхность находится вне диапазона от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее» означает, что удельная поверхность составляет менее 2 м²/г или более 1000 м²/г.

Следует уточнить, поскольку летучие вещества выделяются соответственно величине удельной поверхности, нежелательно, чтобы удельная поверхность пылеугольного топлива составляла более 1000 м²/г, в таком случае эффект снижения воспламеняемости, вызванного уменьшением содержания летучих веществ, будет сильнее эффекта повышения воспламеняемости, вызванного увеличением удельной поверхности, в итоге воспламеняемость пылеугольного топлива будет снижена. Также нежелательно, чтобы в пылеугольном топливе содержание летучих веществ составляло более 25 мас.%, поскольку часть летучих веществ остается невыделенной, следовательно, удельная поверхность не увеличивается и воспламеняемость пылеугольного топлива, связанная с летучими веществами и удельной поверхностью, в целом не лучше, чем воспламеняемость образца A угля.

Известно, что на температуру горения влияет воспламеняемость и низшая теплота сгорания. В частности, при сравнении образца 1 модифицированного угля и образца 2 модифицированного угля является очевидным, что низшая теплота сгорания образца 1 модифицированного угля больше, чем образца 2 модифицированного угля, соответственно, температура горения образца 1 модифицированного угля выше, чем образца 2 модифицированного угля. С другой стороны, при сравнении образца 1 модифицированного угля и образца 4 модифицированного угля, хотя низшая теплота сгорания образца 4 модифицированного угля меньше, чем образца 1 модифицированного угля, температура горения образца 4 модифицированного угля выше, чем образца 1 модифицированного угля. Причина заключается в том, что воспламеняемость образца 4 модифицированного угля выше, чем образца 1 модифицированного угля. То есть, когда воспламеняемость низкая, температура горения является низкой даже при высоком значении низшей теплоты сгорания. На основе эксперимента, описанного выше, в настоящем изобретении установлено, что низшая теплота сгорания модифицированного пылеугольного топлива должна составлять 27170 кДж/кг или более. Если низшая теплота сгорания модифицированного пылеугольного топлива составляет 27170 кДж/кг или более, температура горения сжигаемого пылеугольного топлива будет выше по сравнению с пылеугольным топливом с низшей теплотой сгорания, составляющей менее 27170 кДж/кг. Поскольку температура горения увеличивается по мере повышения низшей теплоты сгорания, верхний предел низшей теплоты сгорания не может быть конкретно определен. Однако, поскольку теплота сгорания 100% углерода составляет 32750 кДж/кг, верхний предел низшей теплоты сгорания может быть равен или меньше указанного значения.

В таблице 3 представлены удельная поверхность, содержание летучих веществ и низшая теплота сгорания каждого из образцов угля, а именно, образца A угля и образцов 5 – 8 модифицированного угля, которые подвергались испытанию на горение.

Таблица 3

Образцы угля Образец A угля Образец 5 модифициро-ванного угля Образец 6 модифициро-ванного угля Образец 7 модифициро-ванного угля Образец 8 модифициро-ванного угля Удельная поверхность (м²/г) 0,4 810,0 95,0 800,0 110,0 Содержание летучих веществ (мас.%) 15,4 3,0 22,0 4,0 21,0 Низшая теплота сгорания (кДж/кг) 30,982 32,100 29,000 32,000 30,000

Воспламеняемость и температура горения образцов 5 – 8 модифицированного угля, представленных в таблице 3, оценивались в тех же условиях испытаний, что и образцов, представленных в таблице 2. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4

Образцы угля Образец A угля Образец 5 модифициро-ванного угля Образец 6 модифициро-ванного угля Образец 7 модифициро-ванного угля Образец 8 модифициро-ванного угля Воспламеняемость Длина воспламене-ния факела, мм 40 28 28 26 26 Время до воспламене-ния, мс 1,0 0,6 0,6 0,5 0,5 Оценка - Температура горения Температура горения (°C) 1520 1580 1575 1590 1585 Оценка -

В строке таблицы 4 «Оценка» воспламеняемости символ «Ў» означает, что воспламеняемость образца несколько выше воспламеняемости образца A угля, а символ «¤» означает, что воспламеняемость образца значительно превышает воспламеняемость образца A угля. Из таблицы 4 следует, что длина воспламенения факела и время до воспламенения каждого из образцов 5 и 6 модифицированного угля короче, по сравнению с образцом A угля, поэтому они оценивались как имеющие воспламеняемость выше, чем образец A угля. Длина воспламенения факела и время до воспламенения образцов 7 и 8 модифицированного угля значительно короче по сравнению с образцом A угля, поэтому они оценивались как имеющие воспламеняемость значительно выше, чем образец A угля.

В строке таблицы 4 «Оценка» температуры символ «Ў» означает, что температура сгорания пылеугольного топлива выше температуры сгорания образца A угля, а символ «¤» означает, что температура горения пылеугольного топлива значительно выше температуры горения образца A угля. Данные, представленные в таблице 4, свидетельствуют о том, что температура горения образцов 5 и 6 модифицированного угля выше температуры горения образца A угля, и они оценивались как образцы пылеугольного топлива, имеющего температуру горения выше, чем образец A угля. Температура горения образцов 7 и 8 модифицированного угля значительно выше температуры горения образца A угля, и они оценивались как образцы пылеугольного топлива, имеющего температуру горения значительно выше, чем образец A угля.

На основании описанного выше эксперимента, проведенного в настоящем изобретении, было установлено, что температура горения пылеугольного топлива повышается, если удельная поверхность модифицированного пылеугольного топлива находится в диапазоне от 110 м²/г или более до 800 м²/г или менее, содержание летучих веществ находится в диапазоне от 4 мас.% или более до 21 мас.% или менее, а низшая теплота сгорания составляет 30000 кДж/кг или более.

Как описано выше, на воспламеняемость пылеугольного топлива оказывают влияние удельная поверхность и содержание летучих веществ в пылеугольном топливе. На температуру горения пылеугольного топлива оказывают влияние воспламеняемость и низшая теплота сгорания пылеугольного топлива. Следует вывод, что удельная поверхность, содержание летучих веществ и низшая теплота сгорания пылеугольного топлива являются факторами, которые в совокупности способны повысить температуру горения пылеугольного топлива. Таким образом, вдувая через фурмы доменной печи модифицированное пылеугольное топливо с удельной поверхностью в диапазоне от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее, с содержанием летучих веществ в диапазоне от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее, и низшей теплотой сгорания, составляющей 27170 кДж/кг или более, то есть, пылеугольного топлива с высокой воспламеняемостью и повышенной температурой горения, в доменной печи можно обеспечить более высокую температуру, чем при вдувании пылеугольного топлива, температура горения которого не была повышена. В результате в доменной печи обеспечивается достаточное количество печного тепла, что позволяет снизить расход восстановителя при работе доменной печи и, как следствие, уменьшить количество кокса, подлежащего загрузке сверху доменной печи.

Следует отметить, что пылеугольное топливо с низкой воспламеняемостью и неповышенной температурой горения можно смешать с модифицированным пылеугольным топливом, обладающим высокой воспламеняемостью и повышенной температурой горения, и полученную смесь вдувать через фурмы доменной печи. Указанная смесь пылеугольного топлива с неповышенной температурой горения и модифицированного пылеугольного топлива, обладающего высокой воспламеняемостью и повышенной температурой горения, может содержать, по меньшей мере, 10 мас.% модифицированного пылеугольного топлива. Увеличение содержания в смеси модифицированного пылеугольного топлива с высокой воспламеняемостью и повышенной температурой горения способствует дополнительному повышению температуры внутри доменной печи. Следовательно, в угольной смеси желательно увеличить содержание модифицированного пылеугольного топлива, обладающего высокой воспламеняемостью и повышенной температурой горения, к примеру, до 100 мас.%, тогда вдуваемое пылеугольное топливо будет полностью модифицированным пылеугольным топливом. Пылеугольное топливо с неповышенной температурой горения имеет, по меньшей мере один из перечисленных ниже показателей: удельную поверхность вне диапазона от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее, содержание летучих веществ вне диапазона от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее, и низшую теплоту сгорания, составляющую менее 27170 кДж/кг.

В вышеприведенном описании изобретения упоминалось, что образцы 1 – 8 модифицированного угля измельчают таким образом, чтобы доля мелких частиц, имеющих диаметр 74 мкм или менее, составляла 80 мас.% или более. Однако это не является ограничительным. Если модифицированное пылеугольное топливо имеет, по меньшей мере, удельную поверхность в диапазоне от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее, содержание летучих веществ в диапазоне от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее, и низшую теплоту сгорания 27170 кДж/кг или более, процесс измельчения проводят без конкретных ограничений. Следует отметить, что выше в качестве примера описано испытание на горение угля, который подвергался термической обработке перед измельчением, однако это не является ограничительным. Если модифицированное пылеугольное топливо, по меньшей мере, имеет удельную поверхность в диапазоне от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее, содержание летучих веществ в диапазоне от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее и низшую теплоту сгорания, составляющую 27170 кДж/кг или более, возможно, отсутствует необходимость в проведении термической обработки.

Пример 1

Далее будет описываться пример 1 способа работы доменной печи. В доменной печи, оснащенной 38 фурмами, проводили доменный процесс при вдувании одного из образцов угля, а именно образца A угля, образца 1, 2, 3 и 4 модифицированного угля. Доменный процесс в доменной печи проводили при вдувании через фурмы доменной печи посредством копий образца A угля, образцов 1, 2, 3 и 4 модифицированного угля. В каждом случае использовалась доменная печь с внутренним объемом 5000 м³, продолжительность доменного процесса составляла три дня в описываемых ниже условиях. Целевой объем производства чугуна составлял 11500 т/день, расход пылеугольного топлива составлял 150 кг/т чугуна, температура дутья составляла 1200°С, а обогащение О₂ составляло 5,5 об.%. При проведении доменного процесса в течение трех дней с образцом A угля и каждым из образцов 1 – 4 модифицированного угля был рассчитан средний расход кокса (кг/т чугуна). Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5

Образцы угля Образец A угля Образец 1 модифициро-ванного угля Образец 2 модифициро-ванного угля Образец 3 модифициро-ванного угля Образец 4 модифициро-ванного угля Расход кокса (кг/т чугуна) 380 383 387 373 375

В таблице 5 образец 3 модифицированного угля и образец 4 модифицированного угля являются примерами согласно изобретению, образец A угля представляет собой пример угля согласно известному уровню техники, а образец 1 модифицированного угля и образец 2 модифицированного угля являются сравнительными примерами. Как показано в таблице 5, при использовании образца 1 или 2 модифицированного угля расход кокса больше, чем при использовании образца A угля, то есть указанные образцы не способны снизить расход кокса и, соответственно, снизить расход восстановителя. Поскольку воспламеняемость образца 1 модифицированного угля ниже воспламеняемости образца A угля, а температура горения образца 2 модифицированного угля ниже температуры горения образца A угля, температура внутри доменной печи при вдувании указанных образцов через фурмы доменной печи ниже, чем при вдувании образца A угля. Следует вывод, что использование образцов 1 и 2 модифицированного угля приводит к необходимости повышения температуры в доменной печи и, разумеется, к увеличению расхода кокса.

Наряду с этим, при использовании каждого из образцов 3 и 4 модифицированного угля сравнительно с образцом A угля снижается расход кокса и, соответственно, расход восстановителя. Поскольку образцы 3 и 4 модифицированного угля превосходят образец A угля по воспламеняемости и температуре горения, при вдувании указанных образцов модифицированного угля температура в доменной печи была выше, чем при вдувании образца A угля. Благодаря этому, был уменьшен расход кокса, загружаемого сверху доменной печи. Напрашивается вывод, что использование каждого из образцов 3 и 4 модифицированного угля, обладающих высокой воспламеняемостью и повышенной температурой горения, приводит к снижению расхода восстановителя в доменной печи и, разумеется, к уменьшению расхода кокса, загружаемого сверху доменной печи.

Затем каждый из образцов 3 и 4 модифицированного угля (то есть модифицированные угли 3 и 4) смешивали с образцом A угля (то есть с углем A) в заданном соотношении (5 мас.%, 10 мас.%, 20 мас.% и 50 мас.%) и, таким образом, получали угольную смесь. Каждую из указанных угольных смесей вдували в течение трех дней в ту же самую печь при описанных выше условиях и рассчитывали средний расход кокса (кг/т чугуна). В таблице 6 представлено содержание в смеси модифицированного угля 3 и рассчитанный средний расход кокса. В таблице 7 представлено содержание в смеси модифицированного угля 4 и рассчитанный средний расход.

Таблица 6

Содержание (мас.%) модифицированного
угля 3 в угольной смеси 0 5 10 20 50 100 Расход кокса (кг/т чугуна) 380 380 379 378 376 373

Таблица 7

Содержание (мас.%) модифицированного
угля 4 в угольной смеси 0 5 10 20 50 100 Расход кокса (кг/т чугуна) 380 380 379 378 377 375

Как показано в таблице 6 и таблице 7, если в угольной смеси содержание модифицированного угля 3, или модифицированного угля 4 составляет 10 мас.% или более, расход кокса снижается. Поскольку модифицированный уголь 3 и модифицированный уголь 4 сравнительно с углем A имеют большую удельную поверхность и большее содержание летучих веществ, указанные угли воспламенялись раньше угля A. После воспламенения модифицированного угля происходит перенос теплоты сгорания к углю A. Предполагается, что происходит повышение температуры горения угольной смеси в целом и, как следствие, повышение температуры внутри доменной печи. На основании результатов испытаний было установлено, что расход кокса и, соответственно, восстановителя снижается при смешении 10 мас.% или более угля 3 или угля 4 с углем A, который представляет собой пылеугольное топливо, имеющее низкую воспламеняемость и неповышенную температуру горения. Модифицированные угли 3 и 4 являются вариантами модифицированного пылеугольного топлива, имеющего удельную поверхность в диапазоне от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее, содержание летучих веществ в диапазоне от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее, и низшую теплоту сгорания, составляющую 27170 кДж/кг или более. Таким образом, уголь A, имеющий низкую воспламеняемость и неповышенную температуру горения, можно эффективно использовать в доменном процессе.

Пример 2

Далее будет описываться пример 2 способа работы доменной печи. В доменной печи, оснащенной 38 фурмами, проводили доменный процесс при вдувании одного из образцов угля, а именно образца 5, 6, 7 и 8 модифицированного угля. Доменный процесс в доменной печи проводили при вдувании через фурмы доменной печи посредством копий образца A угля, образцов 5, 6, 7 и 8 модифицированного угля. В каждом случае использовалась доменная печь с внутренним объемом 5000 м³, продолжительность доменного процесса составляла три дня при описываемых ниже условиях. Целевой объем производства чугуна составлял 11500 т/день, расход пылеугольного топлива составлял 150 кг/т чугуна, температура дутья составляла 1200°С, а обогащение О₂ составляло 5,5 об.%. При проведении доменного процесса в течение трех дней с образцом A угля и каждым из образцов 5 – 8 модифицированного угля был рассчитан средний расход кокса (кг/т чугуна). Результаты представлены в таблице 8.

Таблица 8

Образцы угля Образец A угля Образец 5 модифициро-ванного угля Образец 6 модифициро-ванного угля Образец 7 модифициро-ванного угля Образец 8 модифициро-ванного угля Расход кокса (кг/т чугуна) 380 372 372 369 370

В таблице 8 образцы 5 – 8 модифицированного угля являются примерами осуществления настоящего изобретения, а образец A угля представляет собой пример угля известного уровня техники. Как показано в таблице 8, по сравнению с углем A каждый из образцов 5 – 8 модифицированного угля обеспечивал снижение расхода кокса и, соответственно, снижение расхода восстановителя. Поскольку каждый из образцов 5 – 8 модифицированного пылеугольного топлива превосходил образец A угля по воспламеняемости и температуре горения, при вдувании каждого из образцов 5 – 8 модифицированного пылеугольного топлива температура в доменной печи была выше, чем при вдувании образца A угля. Благодаря этому, был уменьшен расход кокса, загружаемого сверху доменной печи. Было установлено, что каждый из используемых образцов 5 – 8 модифицированного угля, представляющего собой пылеугольное топливо, значительно превосходящее образец A угля по воспламеняемости и температуре горения, обеспечил значительное снижение расхода кокса, загружаемого сверху доменной печи.

Из данных, приведенных в таблице 8, следует, что более желательно использовать образец 7 модифицированного угля или образец 8 модифицированного угля, каждый из которых представляет собой модифицированное пылеугольное топливо с удельной поверхностью в диапазоне от 110 м²/г или более до 800 м²/г или менее, с содержанием летучих веществ в диапазоне от 4 мас.% или более до 21 мас.% или менее и с низшей теплотой сгорания, составляющей 30000 кДж/кг или более, то есть при вдувании через фурмы доменной печи модифицированного пылеугольного топлива, имеющего показатели, соответствующие заданным диапазонам, может быть обеспечено дополнительное снижение расхода кокса, и, соответственно, расхода восстановителя, что приводит к уменьшению количества загружаемого в доменную печь кокса.

Затем каждый из образцов 7 и 8 модифицированного угля (то есть модифицированные угли 7 и 8) смешивали с образцом A угля (то есть с углем A) в заданном соотношении (5 мас.%, 10 мас.%, 20 мас.% и 50 мас.%) и, таким образом, получали угольную смесь. Каждую из указанных угольных смесей вдували в течение трех дней в ту же самую печь при описанных выше условиях и рассчитывали средний расход кокса (кг/т чугуна). В таблице 9 представлено содержание в смеси модифицированного угля 7 и рассчитанный средний расход кокса. В таблице 10 представлено содержание в смеси модифицированного угля 8 и рассчитанный средний расход кокса.

Таблица 9

Содержание (мас.%) модифицированного
угля 7 в смеси 0 5 10 20 50 100 Расход кокса (кг/т чугуна) 380 379 379 378 375 369

Таблица 10

Содержание (мас.%) модифицированного
угля 8 в смеси 0 5 10 20 50 100 Расход кокса (кг/т чугуна) 380 380 379 378 375 370

Как показано в таблице 9, если в угольной смеси содержание модифицированного угля 7 составляет 5 мас.% или более, расход кокса снижается. Как показано в таблице 10, если в угольной смеси содержание модифицированного угля 8 составляет 10 мас.% или более, расход кокса снижается. На основании результатов испытаний было установлено, что расход кокса и, соответственно, расход восстановителя, снижается при смешении 10 мас.% или более угля 7 или угля 8 с углем A, который представляет собой пылеугольное топливо, имеющее низкую воспламеняемость и неповышенную температуру горения. Модифицированные угли 7 и 8 являются вариантами модифицированного пылеугольного топлива, имеющего удельную поверхность в диапазоне от 110 м²/г и более до 800 м²/г или менее, содержание летучих веществ в диапазоне от 4 мас.% или более до 21 мас.% или менее и низшую теплоту сгорания, составляющую 30000 кДж/кг или более.

Цифровые обозначения ссылочных позиций

10 – устройство для проведения испытания на горение

12 – стенка печи

14 – продувочный трубопровод

16 – копье

18 – фурма

20 – точка воспламенения

Изобретение относится к металлургии, а именно к доменному производству. Предложен способ вдувания пылеугольного топлива в доменную печь через фурмы, включающий следующие этапы: формирование модифицированного пылеугольного топлива, имеющего удельную поверхность в диапазоне от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее, низшую теплоту сгорания, составляющую 27170 кДж/кг или более, и содержание летучих веществ в диапазоне от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее, регулированием содержания влаги и летучих веществ в угле; и вдувание через фурмы доменной печи пылеугольного топлива, в котором содержание модифицированного пылеугольного топлива составляет 10 мас.% или более. Способ работы доменной печи позволяет снизить расход восстановителя в доменной печи. 2 н.п. ф-лы, 10 табл., 2 пр., 1 ил.

1. Способ вдувания пылеугольного топлива в доменную печь через фурмы, включающий следующие этапы:

формирование модифицированного пылеугольного топлива, имеющего удельную поверхность в диапазоне от 2 м²/г или более до 1000 м²/г или менее, низшую теплоту сгорания, составляющую 27170 кДж/кг или более, и содержание летучих веществ в диапазоне от 3 мас.% или более до 25 мас.% или менее, регулированием содержания влаги и летучих веществ в угле; и

вдувание через фурмы доменной печи пылеугольного топлива, в котором содержание модифицированного пылеугольного топлива составляет 10 мас.% или более.

2. Способ вдувания пылеугольного топлива в доменную печь через фурмы, включающий следующие этапы:

формирование модифицированного пылеугольного топлива, имеющего удельную поверхность в диапазоне от 110 м²/г или более до 800 м²/г или менее, низшую теплоту сгорания, составляющую 30000 кДж/кг и более, и содержание летучих веществ в диапазоне от 4 мас.% или более до 21 мас.% или менее, регулированием содержания влаги и летучих веществ в угле; и

вдувание через фурмы доменной печи пылеугольного топлива, в котором содержание модифицированного пылеугольного топлива составляет 10 мас.% или более.