Способ доменной плавки Советский патент 1983 года по МПК C21B5/00 

СО

СП

14;:

о Изобретение относится к металлур гии,, в частности к производству чугуна в доменных печах. Известен способ доменной плавки включающий вдувание восстановительного газа с .температурой 1000 С в .шахту доменной печи. При этом повышается эффективность работы шахты доменной печи и снижается расход кокса 13. . Недостатками .известного способа являются произвольное распределение рабочего газа .по высоте доменной печи, отсутствие индивидуального регулирования температуры в зонах восстановления и плавления шихты, отсутствие возможности регулирования восстановительного процесса, что приводит к растянутости зоны размягчения у плавления железорудных материалов в нижней части шахты и, в связи .с этим, к неполному использованию резервов снижения расх кокса. Наиболее близким к предлагаемом по технической сущности и достигаемому результату является способ д менной плавки, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, по дачу обогащенного кислородом дутья и восстановительного газа на трех горизонтах печи: горн, средина и верх заплечиков 2, Недостатком известного способа является произвольное соотношение расходов и температуры восстановительных газов, что может вызвать н рушение нормального схода шихты вследствие избытка тепла и преждев менного плавления шихтовых материа лов в верхних и недостаточно ин тенсивный ход плавления в нижних горизонтах печи и недоиспользование восстановительного потенциала восстановительных газов. Цель изобретения - экономия кок са за счет увеличения степени испо зования восстановительной способно ти газов. Поставленная цель достигается т что согласно способу доменной плав ки, включающему загрузку железоруд ных материалов, кокса, подачу обогащенного до 50% кислородом дутья восстановительного газа на трех горизонтах печи: горн средина и верх заплечиков, восстановительный газ, вдуваемый на двух горизонтах - - , .-.«- - . . заплечиков, нагревают до 1100-1150 а расхбд его составляет 60-70% от общего количества восстановительно Газа. При движении шихты от уровня за грузки до уровня низа заплечиков окислы железа восстанавливаются га зом (СО, Н). Восстановление железа окисью углерода в целом сопровождается -небольшим выделением теп левой знергии (около 30 кка.л/кг Fe) / а водородом - сопровождается поглощением также небольшой энергии (около 50 ккал/кг Fe). Тепловой эффект восстановления железа смесью СО и Ну колеблется около Н5ля с учетомих соотношения (СОЖ), при этом восстановительная работа в шах-те и заплечиках практически совершается без участия твердого углерода, что снижает расход энергии, связанный с процессами восстановления металлов, В действующих доменных печах на долю прямого восстановления, железа и других элементов приходится 25-30% всего расхода тепла на процесс Из них 7-8%- приходится на долю восстановления таких трудновосстановимых элементов как кремний, фосфор, марганец. При восстановлении железа из его окисловгазом до степени 0,95-0,98 расход тепловой энергии на прямое восстановление снижается до 8-10%. Кроме того, за счет ввода восстановительного газа снижается расход углерода как реагента. Для организации зоны восстановления выше уровня середины заплечиков, где шихта долж.на .находится в состоянии, 60-70% восстановительного газа вводится в заплечики с температурой 1100-И50°С, 30-4.0S газа образуется в горне. Ввод 60-70% газа в заплечики извне связан с тем, что при увеличении pyflHoftf нагрузки до 6-7% газопроницаемость в зоне плавления не позволяет пропустить весь газ при существующем вводе его в т-орн и пропускании через зону плавления. Необходимо разгрузить зону плавления, исходя из условия сохранения: газодинамической устойчивости. Е. то же .время, во избежание снижения, интенсивности плавления материала, то минимальное количество газа, которое легко проходит через зону плавления, должно содержать и передавать шихте необходимое количество тепла для плавления материала и перегрева жидких продуктов плавки в горне. По сравнению с существующей технологией в предлагаемом способе рудная нагрузка увеличивается в 1,5 2 раза. Во столько же раз,, уменьшается порозность слоя в зоне плавленкя,, Определение сопротивления .слоя осуществляют по формуле дР.Ли;2у(), где Д коэффициент сопротивления слоя; п - скорость движения га;за м/с f удельный вес газа, и эквивалентный диаметр, частиц, м; - порозность слоя. Значение показателя степени находится в пределах 1-2, обычно при нимают 1,2-1,5. Принимая и 1,5, а порозность 0,38 при относител ном постоянстве остальных величин и двукратном уменьшении порозности слоя 0,38 0,234 и ,1 9 0,083, получаем , 234/ 0,083 2,82 :5; 3 - кратное увеличени перепада давления газа. Снизить пе репад давления газа и довести его до исходного уровня можно путем уменьшения скорости газа, т.е. объ ноге количества в 2 рада. Например, скорость движения газа уменьшается с 1,2 до 0,6 м/с. Тогда квад рат скорости ,2- 1,44; и)| 0,6 0,36. Отношение /JP2/ P 0,36/1,44 0,25, т.е пере пад Давления газа при этом уменьшается в 4 раза. Но обогащение дуть кислородом приводит к повышению тео ретической температуры горения топлива в очаге горения до 2700°С. Тео ретическая температура по существу ющей технологии равна Повы шение температуры с 1900 до 2700с 1;1риводит к. увеличению объема в 2700/1900 1,42 раза, т.е. приблизительно в 1,5 раза. В этом случае увеличение перепада давления газа о уменьшения порозности слоя не компенсируется уменьшением количества горнового газа в 2 раза. Расчеты показывают, что для снижения перепада давления газа в зоне плавления и обеспечения стабильного схода шихты необходимо уменьшить объемное количество газа в 2,53,0 раза, т.е. поддерживать на уровне 30-40% о общего количества газа. Верхний предел (40%) ограничивается условиями стабильного схода шихты, а нижний предел (30%) изменением режима горения у.окса (пе реходом циркуляционного режима в слоевой режим горения). Пример. В печь загружают шихту, состоящую из 25,7 т офлюсованного агломерата и 4,3 т кокса в одной подаче. В горн вдувается дутье с содержанием кислорода 40% и температурой нагрева , рас.ход которого определяется из расчета 0,256 нм -Укг шихты. Дутье данно(го состава и температуры нагрева, в таком количестве обеспечивает расход горнового газа в количестве 0,45 нм /кг шихты с .тео ретической температурой ЗбОО-С, При этом достигается отношение водянь1х эквивалентов шихты и газа в горне 1г8-2р0рпри котором температу ра газа на выходе из зоны ттлавления высотой 1,5 м снижается до 1150с и riepexofiMT 33 восстановительную зону - Конверсированныйприродный газ или другой восстановительный газ, нагретый до 1100-1150°С, в количестве 60-70% от общего расхода газа вводят в ззплечигсн через два яруса, расположенньле в верхнем и среднем горизонтах заплечиков. Общее количестЕо газа,, входящее в заплечики извне и из горна, обеспечивает отношение волякых эквивалентов шихты и газа 0,75 н шахте. При этих соотношениях шихты и газа время пребызак1-;л шихты в зоне восстановления с температурным интервалом 6001150С составит 5,0 ч и железо вос станавливается до степени 0,98. Степень восстановления дополнительно регулируется изменением интенсивности плавки материала в горне и конце гтрацин восстановительных компонентой, Г р и м е р 2. В печь загружается шихта,- состоящая из 26,25 т офлюсованного агломерата и 3,75 т кок- са 5 одной подаче. В горн вдувается дутье с содержанием кислорода д% и температурой нагрева 1000°С, расход которого определяется из рассчета Of2l7 нм /кг шихты. Такое количество дутья с 50% кислорода и темгвратурой нагрева 1000°С обеспе- , чизаат. удельный расход, горнового газа 0,38 нм /кг шихты, теоретическую температуру горения 2800с и отношение водяных эквивалентов шихты и газа в горне 2,5, при котором температура газа на выходе из зокн плавления высотой 1,2 м снижается ло 1150°С, Об;гтчкые подготовленные железоруднсю материалы (офлюсованные агло-. ыерыгы :-; окатш-аи) в указанных соотношеки.ях с коксом обеспечивают в печк газопроницаемость слоя, соотвеют ующяю скорости движения газа на свободное сечекие шахты в пределах 1-0-1,2 м/с. При непрерывном нагреве и восстанов/ е; и; глихты в протйвоточном режиме концентрированным восстановительныг.-i .газом ко времени прихода шихты к те 1перагурной зоне 1000- 1150с .достигается восстановления жглаза О :, 95-0,98. Простанство печи разделяются на зоны Ео сстаковления железа и плавления., которые имеют границу раздела, обусловливаемую по 1150-1200°С и с гепенью восстановления железа 95-98%. ., Регулирование температуры восстановительного газа на входе в заплечики как извне., так и из горна в пределах 1150--1200 С обеспечивает сохранение шихты в твердом, сыпучем состоянии. Известно; что,- при существующих отношени.ях во.дяных эквивалентов шихты

и газа .разница температуры газа и шихты (в зоне завершенного теплообмена) поддерживается в пределах -40-50с. В предлагаемом способерудная нагрузка увеличивается в 1,5-2 раза, что приводит к увеличению отношения водяных эквивалентов шихты и газа,-и следовательно, к снижению разницы температуры между газом и шихтой. В пределе эта разница температуры не превышает 40-50с. Тогда температура шихты в конце (низу) зоны восстановления находится на уровне 1080-1120 0, при которой шихта находится в твердом состоянии. Возможность слипания шихты устраняется наличием кокса в составе шихты и непрерывном движении материала. Увеличение температуры газа выше ограничено возможностью плавления железорудной части шихты, что резко снижает скорость восстановления железа в шахте, ухудшает газопроницаемость слоя. Уменьшение температуры ниже ограничено снижением скорости восстановления в твердой фазе, что приводит к снижению производительности.

Подготовленный восстановительный газ, нагретый до 1100-H50°C в количестве 60-70% от общего расхода газа вводится в заплечики через два яруса- вверх и средина заплечиков. Общее количество газа в заплечаках

и шахте печи и его восстанозительный потенциал обеспечивают отношени водяных эквивалентов шихты и газа 0,85f степеньвосстановления 0,95 к концузоны температурного интервала 600-1150 С при времени пребывания 3,5 ч.Сход шихты регулируется изменением- удельного расхода- вдуваемого в горн кислорода в пределах 0,0970,169 материала.

Предлагаемый способ- производства чугуна снижает расход кокса на 50-60%, использует конверсированный природный газ или другой подготовительный восстановительный газ. Обогащение дутья кислородом до 40-50% позволяет повысить производитель-, ность агрегата на 25-30%. Расходы, связанные с подготовкой восстановительного газа и обогащением дутья кислородом, компенсируется 20% эко номии кокса, В связи с обогащением дутья до содержания кислорода 40-50 температуру его нагре.ва можно поддеживать на уровне , Это сни жает напряженность работы воздухонагревателей и воздухопроводов, работающих в настоящее время на температуре 1200 С,.В связи с этим повышается надежность работы воздухонагревателей и. подводящих горячее дутье устройства.

Экономический эффект составит б млн.руб. на 1 млн. т чугуна.

СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ, включаюгадй.загрузку жепезорудных материалов, кокса, подачу обогащенного до 50% кислородом дутья и восстановительного газа на трех горизонтах печи: горн, средина и верх заплечиков, отличающийся тем, что, с целью экономии коКса за счет увеличения степени использования восстановительной способности газа, восстановительный газ, вдуваемый на двух горизонтах заплечиков, нагревают до 1100-1150с, а расхрд его сос;тавляет 60-70% от общего количества.