Способ работы доменной печи на двух и более видах твердого топлива Российский патент 2022 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к доменному производству, и может быть использовано при выплавке передельного и литейного чугуна с использованием на доменных печах, оборудованных загрузочными устройствами, позволяющими регулировать распределение загружаемых материалов по радиусу колошника в широких пределах.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку доменной шихты, вдувание горячего дутья, выпуск продуктов плавки, причем, в состав доменной шихты входят кокс, железорудные материалы и шунгит, который используют для корректировки содержания кремния в чугуне [Патент RU №2184152, МПК С21В 5/00, 2002].

Недостатком способа является отсутствие в нем информации о поведении различных видов топлива в зоне высоких температур, что снижает эффективность его применения и может вызвать загромождение приосевой зоны доменной печи, колебания теплового состояния и нестабильность шлакового режима, что, в конечном счете, приводит к снижению производительности доменных печей и качеству выплавляемого чугуна.

Известен также способ ведения доменной плавки, включающий загрузку шихты, подачу комбинированного дутья, контроль и регулирование параметров дутья, а также контроль и регулирование рудной нагрузки по радиусу печи [Патент RU №2006502, МПК С21В 5/00, 1991].

Регулирующее воздействие производят при расстройстве хода доменной печи и снижении расхода дутья. Как правило, регулирующее воздействие производится уже при наличии нарушений в ходе плавки и не учитывает возможность работы доменной печи на двух и более видах твердого топлива существенно различающихся по показателям горячей прочности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный способ ведения доменной плавки, включающий загрузку шихты из железорудных материалов и кокса подачами при одновременном использовании двух видов кокса, различающихся по показателю горячей прочности на величину более 5,0%. Кокс с пониженной горячей прочностью загружают в промежуточную зону доменной печи в составе коксовых порций на расстоянии 0,1-0,5 радиуса колошника от стенки печи [Патент RU №2608004, МПК С21В 5/00, 2017].

Недостатком этого известного способа, принятого за прототип, является то, что он не учитывает другие технологические параметры, такие как рудная нагрузка, в то время как, параметры газопроницаемости слоя шихты формируются, с одной стороны, качественными характеристиками кокса и железорудного сырья, а с другой - рудной нагрузкой, что играет важную роль при формировании характера распределения газа в доменной печи, особенно, в осевой зоне.

Технической задачей изобретения является устранение недостатков известных способов - аналогов и прототипа - путем повышения газопроницаемости столба шихтовых материалов в доменной печи в условиях работы на двух и более видах твердого топлива. При этом достигается получение такого технического результата, как обеспечение ровного высокопроизводительного хода доменной печи, продление ее кампании и снижение удельного расхода кокса.

Указанная техническая задача достигается тем, что в способе выплавки чугуна в доменной печи при использовании двух и более видов твердого топлива, включающем загрузку в печь железосодержащих материалов, флюсов, твердого топлива, получаемого в процессе слоевого коксования угольной шихты, выпуск продуктов плавки, вдувание природного газа, контроль качественных характеристик шихтовых материалов и продуктов плавки, при этом твердое топливо, загружаемое в составе топливной части шихты, разделяют на твердое топливо с высокой горячей прочностью и твердое топливо с пониженной горячей прочностью, согласно изобретению используют твердое топливо с высокой горячей прочностью, имеющее показатель CSR_в=45,0-65,0% и твердое топливо с пониженной горячей прочностью с показателем CSR_н=25,0-44,9%, при этом в осевую зону доменной печи, ограниченную 0,10-0,15 площади колошника, загружают твердое топливо с показателем CSR_в=45,0-65,0%, а в промежуточную и пристеночную зоны загружают смесь обоих видов твердого топлива с показателями CSR_в=45,0-65,0% и CSR_н=25,0-44,0%, при этом рудную нагрузку в осевой зоне колошника поддерживают в диапазоне от 0,8 до 3,2 и определяют по формуле:

где: РН_о - рудная нагрузка в осевой зоне печи, ед;

А - безразмерный коэффициент, зависящий от объема печи и технологических условий плавки (А=0,3÷0,95);

РН_ср - средневзвешенная рудная нагрузка (по сечению печи), ед;

CSR_в - показатель CSR твердого топлива с высокой горячей прочностью (CSR_в=45,0÷65,0%), %;

CSR_н - показатель CSR твердого топлива с пониженной горячей прочностью (CSR_н=25,0÷44,9%), %;

CSR_см - средневзвешеный показатель CSR смеси различных видов твердого топлива, %.

В качестве одного из твердых видов топлив используют углеродсодержащий продукт, получаемый в процессе слоевого коксования угольной шихты, состоящей из 60-100% углей условно пригодных для коксования и 0-40% коксующихся углей.

Сущность способа заключается в следующем.

Определяемые стандартом ИСО реакционная способность и производный от нее показатель горячей прочности характеризуют поведение твердого топлива в высокотемпературной зоне доменной печи, начиная с середины шахты. Поскольку твердое топливо и железорудные материалы загружаются послойно, пониженная горячая прочность твердого топлива с повышенной реакционной способностью приводит к снижению газопроницаемости столба шихты и непредсказуемому перераспределению газового потока, что негативно отражается на производительности доменной печи, длительности ее кампании и расходе твердого топлива.

Работа доменной печи с использованием твердого топлива различного качества обусловливает необходимость формирования столба шихтовых материалов таким образом, чтобы твердое топливо с высокой горячей прочностью (CSFU) было загружено в осевую зону доменной печи, ограниченную площадью 0,1-0,15 площади колошника, а твердое топливо с пониженной горячей прочностью (CSR_н) и/или смесь различных видов твердого топлива со средневзвешенным показателем горячей прочности (CSR_см) загружалась в промежуточную и пристеночные зоны.

На газопроницаемость столба шихтовых материалов, кроме качественных характеристик кокса и железорудных материалов, большое влияние оказывает распределение рудной нагрузки по сечению доменной печи. В связи со спецификой профиля доменной печи и периферийным подводом дутья распределение материалов и рудной нагрузки по радиусу колошника должно быть неравномерным. Рациональным принято считать создание умеренного потока газа у стен печи и развитого газового потока в осевой зоне путем регулирования рудной нагрузки. Рациональный характер распределения газового потока, независимо от вида применяемого на доменной печи загрузочного устройства, предполагает наименьшие рудные нагрузки в осевой зоне, то есть, наличие осевой «отдушины» для поддержания в ней стабильного более активного по сравнению с другими зонами потока шахтных газов.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1. Доменную плавку вели, загружая в печь объемом 2700 м³ железорудное сырье с содержанием железа общего 61,1%, основностью 1,23 ед., при использовании природного газа в количестве 111 м³/т чугуна и твердого топлива двух видов. Качественные показатели твердого топлива представлены в таблице 1.

Количество твердого топлива с пониженной горячей прочностью CSR_н составляло 15,0% от общей массы твердого топлива. В качестве твердого топлива с пониженной горячей прочностью CSR_н использовали инновационный продукт углеродсодержащий, получаемый в процессе слоевого коксования угольной шихты, состоящей из 60-100% углей условно пригодных для коксования и 0-40% коксующихся углей. В базовом периоде плавку вели со средневзвешенной рудной нагрузкой в шихте 3,75, при этом рудная нагрузка в осевой зоне доменной печи находилась на уровне 0,7.

После увеличения рудной нагрузки в осевой зоне доменной печи в соответствии с формулой изобретения с 0,7 до 1,36 и средневзвешенной рудной нагрузки до 3,83 ед., расход твердого топлива сократился на 2,2%, а производительность доменной печи повысилась на 1,5% и составила 6829 т/сутки. После увеличения рудной нагрузки в осевой зоне доменной печи с 1,36 до 1,40 показатели доменной плавки остались на прежнем уровне.

Работу доменной печи оценивали по средним показателям ее производительности и расхода твердого топлива за 15 суток ее работы. Безразмерный эмпирический коэффициент А для шихтовых условий и объема доменной печи 2700 м³ был принят равным 0,46. Показатели доменной плавки в различные периоды приведены в таблице 2.

Пример 2. Доменную плавку вели, загружая в печь объемом 5500 м³ железорудное сырье с содержанием железа общего 61,5%, основностью 1,24 ед., при использовании природного газа в количестве 107 м³/т чугуна и твердого топлива двух видов. Качественные показатели твердого топлива представлены в таблице 3.

Количество твердого топлива с показателем CSR_н составляло 25,0% от общей массы твердого топлива. В качестве твердого топлива с показателем CSR_н использовали инновационный продукт углеродсодержащий. В базовом периоде плавку вели с рудной нагрузкой 3,88, при этом рудная нагрузка в осевой зоне доменной печи находилась на уровне 0,65.

После увеличения рудной нагрузки в осевой зоне доменной печи в соответствии с формулой изобретения с 0,65 до 1,75 и средневзвешенной рудной нагрузки до 3,93 расход твердого топлива сократился на 1,4%, а производительность доменной печи повысилась на 1,78% и составила 13400 т/сутки. После увеличения рудной нагрузки в осевой зоне доменной печи с 1,73 до 1,78 показатели доменной плавки остались на прежнем уровне.

Работу доменной печи оценивали по средним показателям производительности и приведенного расхода топлива за 15 суток ее работы. Безразмерный эмпирический коэффициент А для шихтовых условий и объема доменной печи 5500 м³ принят равным 0,61. Результаты показателей доменной плавки в различные периоды приведены в таблице 4.

Пример 3. Доменную плавку вели, загружая в печь объемом 1033 м³ железорудное сырье с содержанием железа общего 59,5%, основностью 1,23 ед., при использовании природного газа в количестве 132 м³/т чугуна и твердого топлива трех видов. Качественные показатели твердого топлива представлены в таблица 5.

Доменную плавку вели на трех видах твердого топлива. Соотношение твердого топлива с высоким (CSR_в) и низким показателем CSR_H выдерживали в количестве 20% к 80,0%, причем твердое топливо с низким показателем CSR состояло из двух видов с показателями CSR_н=38,7% и CSR_н=44,5%, соответственно.

В качестве твердого топлива с низким показателем CSR_н использовали смесь из двух различных видов инновационного углеродсодержащего продукта со средневзвешенным показателем CSR_н=41,3%, получаемого в процессе слоевого коксования угольной шихты, состоящей из 60-100% углей условно пригодных для коксования и 0-40% коксующихся углей.

В базовом периоде плавку вели с рудной нагрузкой 3,96, при этом рудная нагрузка в осевой зоне доменной печи находилась на уровне 3,3.

После снижения рудной нагрузки в осевой зоне доменной печи в соответствии с формулой изобретения с 3,3 до 1,73 и повышения средневзвешенной рудной нагрузки до 4,02 расход твердого топлива сократился на 1,44%, производительность доменной печи повысилась на 3,2% и составила 3190 т/сутки. После увеличения рудной нагрузки в осевой зоне доменной печи с 1,85 до 1,9 показатели доменной плавки остались на прежнем уровне.

Работу доменной печи оценивали по средним показателям производительности и приведенного расхода топлива за 15 суток ее работы. Результаты показателей доменной плавки в различные периоды приведены в табл.4. Безразмерный эмпирический коэффициент А для шихтовых условий и объема доменной печи 1000 м³ принят равным 0,69. Результаты показателей доменной плавки в различные периоды представлены в таблице 6.

Таким образом, применение указанного способа ведения доменной плавки расширяет технологические возможности работы доменной печи на различных видах топлива, в том числе, при использовании части твердого топлива, спеченного из шихты условно пригодной для коксования.

Ведение доменной плавки по предлагаемому способу в условиях работы на двух и более видах твердого топлива с различными физико-химическими свойствами позволило сократить условный расход твердого топлива и увеличить производительность доменных печей в среднем на 1,4-2,2% и 1,5-3,3%, соответственно.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке передельного и литейного чугуна при использовании двух и более видов твердого топлива. Способ включает загрузку в печь железосодержащих материалов, флюсов, твердого топлива, получаемого в процессе слоевого коксования угольной шихты, выпуск продуктов плавки, вдувание природного газа, контроль качественных характеристик шихтовых материалов и продуктов плавки. При этом твердое топливо, загружаемое в составе топливной части шихты, разделяют на твердое топливо с высокой горячей прочностью и твердое топливо с пониженной горячей прочностью, причем используют твердое топливо с высокой горячей прочностью, имеющее показатель CSR_в=45,0-65,0%, и твердое топливо с пониженной горячей прочностью с показателем CSR_н=25,0-44,9%. В осевую зону доменной печи, ограниченную 0,10-0,15 площади колошника, загружают твердое топливо с показателем CSR_в=45,0-65,0%, а в промежуточную и пристеночную зоны загружают смесь обоих видов твердого топлива с показателями CSR_в=45,0-65,0% и CSR_н=25,0-44,0. Изобретение обеспечивает ровный высокопроизводительный ход доменной печи, продление ее кампании и снижение удельного расхода кокса. 1 з.п. ф-лы, 6 табл., 3 пр.

1. Способ выплавки чугуна в доменной печи при использовании двух и более видов твердого топлива, включающий загрузку в печь железосодержащих материалов, флюсов, твердого топлива, получаемого в процессе слоевого коксования угольной шихты, выпуск продуктов плавки, вдувание природного газа, контроль качественных характеристик шихтовых материалов и продуктов плавки, при этом твердое топливо, загружаемое в составе топливной части шихты, разделяют на твердое топливо с высокой горячей прочностью и твердое топливо с пониженной горячей прочностью, отличающийся тем, что используют твердое топливо с высокой горячей прочностью, имеющее показатель CSR_в=45,0-65,0%, и твердое топливо с пониженной горячей прочностью с показателем CSR_н=25,0-44,9%, при этом в осевую зону доменной печи, ограниченную 0,10-0,15 площади колошника, загружают твердое топливо с показателем CSR_в=45,0-65,0%, а в промежуточную и пристеночную зоны загружают смесь обоих видов твердого топлива с показателями CSR_в=45,0-65,0% и CSR_н=25,0-44,0%, при этом рудную нагрузку в осевой зоне колошника поддерживают в диапазоне от 0,8 до 3,2 и определяют по формуле:

где: РН_о - рудная нагрузка в осевой зоне печи, ед.;

А - безразмерный коэффициент, зависящий от объема печи и технологических условий плавки, А=0,3-0,95;

РН_ср - средневзвешенная рудная нагрузка по сечению печи, ед.;

CSR_в - показатель CSR твердого топлива с высокой горячей прочностью, CSR_в=45,0-65,0%, %;

CSR_н - показатель CSR твердого топлива с пониженной горячей прочностью, CSR_н=25,0-44,9%, %;

CSR_см - средневзвешенный показатель CSR смеси различных видов твердого топлива, %.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве одного из твердых видов топлив используют углеродсодержащий продукт, получаемый в процессе слоевого коксования угольной шихты, состоящей из 60-100% углей, условно пригодных для коксования, и 0-40% коксующихся углей.