Способ отопления мартеновской печи Советский патент 1988 года по МПК C21C5/04 F23N1/02 

00

а

4

О) СО

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к оптимизации теплотехнического режима мартеновской печи.

Цель изобретения - снижение затрат топлива на единицу продукции и уменьшение вредных выбросов.

При современном уровне производстсостоит в обеспечении интенсивного нагрева и теплоусвоения шихты, т.е. ; добиваются таких условий, чтобы при максимальной тепловой нагрузке наибольшая часть тепла переходила в шихту, что способствует сокращению длительности этих периодов.

Период заливки чугуна хар-актеризу

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при выплавке стали в мартеновских печах. С целью снижения затрат топлива на единицу продукции, а та1кже уменьшения количества вредных примесей, выбрасываемых в атмосферу, предложено регулировать соотношение топлива и окислителя в разные перио- ды плавки. В периоды заправки, завалки и прогрева коэффициент расхода окислителя поддерживают в пределах 0,8-0,98, в остальные периоды 0,95- 1,05. Сочетание указанных приемов с дожиганием оставшегося СО дымового газа при / 1,05-1,2 и Т 1800- 2200 К в вертикальном канале значительно снижает энергоемкость процесса, препятствует выбросу СО в атмос- феру. Ф (Л

ва и темпах его развития режимы веде- Q ется бурным газовыделением из ванны

НИЛ выплавки стали в мартеновской печи должны удовлетворять также требованиям минимальных выбросов вредных веществ в окружающую среду. А поскольку в настоящее время отсутствуют промьшшенные методы и средства улавливания газовых выбросов мартеновского производства и разработка этих средств связана с больщими трудностями, уменьшения вредных выбросов можно достичь пока единственно их; подавлением в ходе технологического процесса.

Мартеновское производство стали является циклическим с повторяющейся последовательностью периодов, которые можно условно подразделить на периоды теплотехнические и технологические. Каждый период характеризуется своими особенностями, выполняемьши задачами и, соответственно, своей совокупностью технологических приемов, контролируемых и регулируемых параметров и управляющих воздействий.

Плавка делится на следующие основные периоды: заправку, завалку, прогрев, заливку чугуна, плавление, доводку и выпуск плавки.

Периоды заправки и выпуска плавки характеризуются сравнительно высокой тепловой нагрузкой печи и относительно небольшим теплоотводом от факела, т.е. теплотехнические условия в печи близки к адиабатическим. В эти периоды наблюдаются максимальные концентрации N0 в дымовых газах. В эти периоды технологические воздействия направлены на сокращение времени и сведение тепловой нагрузки до минимума.

В периоды завалки и прогрева теп- лоотвод от факела резко увеличивается, тепловая нагрузка в печи максимальная. В эти периоды дутье обогащается кислородом что повышает температуру горения и, соответственно, увеличивает образование окислов азо- та. Управление теплотехническим процессом в период завалки и прогрева

15

20

25

30

35

40

45

50

55

и перемешиванием масс металла. В атмосферу печи поступает значительное количество СО, сжиганием которого можно обеспечить дополнительньй, побочный приход тепла и исключить создание взрывоопасных смесей в газо ходах печи.

Задача периода плавления состоит в дальнейшем нагреве шихты, а также получении по расплавлении шихты металла с необходимыми для осуществления технологических задач доводки составом и степенью нагрева. Период характеризуется фазовыми превращения ми, комплексом сложных термохимических реакций, большими возмущениями, нестационарностью протекаемых во все объеме печи процессов. Управление в этот период плавки состоит в интенсивном нагреве ванны, удалении приме сей, в обеспечении полного сжигания в пределах рабочего пространства печи топлива и выделяющейся из ванны окиси углерода. В этот период кислород подается в расплавленньй металл, влияя на.горение топлива в факеле косвенным образом, в основном за счет выделения СО из ванны.

Период доводки является самым ответственным в плавке, поскольку его правильным режимом определяется качество готовой стали. Технологическая задача в этот период заключается в синхронизации удаления избытка при месей из металла и его нагрев до тем пературы, обеспечивающей нормальную разливку стали.

Таким образом, на всем протяжении мартеновской плавки необходимо поддерживать оптимальный тепловой и окислительньй режим с учетом множества физико-химических факторов существенно нестационарного характера.. При мартеновском производстве стали основными факторами являются нагрев ванны от факела и окисление углерода так как они оказывают исключительно важное влияние на развитие технологи ческого процесса плавки, протекание

5

0

5

0

5

0

5

0

5

и перемешиванием масс металла. В атмосферу печи поступает значительное количество СО, сжиганием которого можно обеспечить дополнительньй, побочный приход тепла и исключить создание взрывоопасных смесей в газоходах печи.

Задача периода плавления состоит в дальнейшем нагреве шихты, а также получении по расплавлении шихты металла с необходимыми для осуществления технологических задач доводки составом и степенью нагрева. Период характеризуется фазовыми превращениями, комплексом сложных термохимических реакций, большими возмущениями, нестационарностью протекаемых во всем объеме печи процессов. Управление в этот период плавки состоит в интенсивном нагреве ванны, удалении примесей, в обеспечении полного сжигания в пределах рабочего пространства печи топлива и выделяющейся из ванны окиси углерода. В этот период кислород подается в расплавленньй металл, влияя на.горение топлива в факеле косвенным образом, в основном за счет выделения СО из ванны.

Период доводки является самым ответственным в плавке, поскольку его правильным режимом определяется качество готовой стали. Технологическая задача в этот период заключается в синхронизации удаления избытка примесей из металла и его нагрев до температуры, обеспечивающей нормальную разливку стали.

Таким образом, на всем протяжении мартеновской плавки необходимо поддерживать оптимальный тепловой и окислительньй режим с учетом множества физико-химических факторов существенно нестационарного характера.. При мартеновском производстве стали основными факторами являются нагрев ванны от факела и окисление углерода, так как они оказывают исключительно важное влияние на развитие технологического процесса плавки, протекание

сопутствующих нагреву и окислению углерода процессов - расплавление, выгорание углерода из железа, выравнивание по ходу плавки состава металла и его дегазацию, удаление неметаллических включений, нагрев металла и другие, а также на свойства готового металла.

13646394

увеличивается степень черноты факела. В выбранном диапазоне о этих составляющих в факеле на 5-20% больше, чем при d X ,

Помимо улучшения энергетических характеристик, сжигание горючего в рабочем пространстве печи при 5/ 0,8-0,98 обеспечивает снижение со- Способ реализуется следующим обра- Q держания N0 в дымовом газе пример ю зом.в 2 раза по сравнению с ее содержаниВ допродувочные периоды плавки, которые включают заправку печи, завалку шихты и ее прогрев, соотношение горючее - окислитель поддерживают jg в диапазоне о 0,8-0,98, причем чем выше температура вентиляторного воздуха или чем больше подается кислорода в факел, тем меньше значение of поддерживается. При ,8 и о(,98 JQ температура факела существенно уменьшается и, следовательно, резко понижается лучистьш поток от факела. Для существующих 900- и 650-тонных мартеновских печей, работающих на природ- 25 пыли.

ном газе, оптимальное значение коэф- В продувочные периоды плавки, ко- фициента избытка окислителя с/ близко к 0,9. Сжигание горючего в предлагаемом диапазоне коэффициента избытка

ем при сжигании горючего с о/ 1,2- 2,2, при котором ведут сжигание в мартеновской печи.

Дополнительно к улучшению тепловых характеристик и сокращению выбросов N0 за счет сжигания топлива при с/ 1 и, следовательно, создания в рабочем пространстве печи восстановительной атмосферы резко сокращается окисление шихты, особенно при использовании мелкого металлолома, что позволяет сократить потери металла до 1-2 т за одну плавку и снизить выброторые включают заливку чугуна, плавление, доводку и выпуск стали, соотношение горючее - окислитель подцерокислителя о 0,8-0,98 позволяет под-зо живает в диапазоне с/ 0,95-1,05 с

держивать максимальную равновесную температуру в факеле, которая находится в пределах 2550-2650 К, с учетом же отвода тепла от факела Т 2200-2400 К, а так как около 90%

тепла в ванне передается лучистым теплообменом, .с увеличением температуры факела существенно увеличивается подвод тепла к ванне, т.е. создаются такие условия, когда наибольшая часть Q тепла переходит в шихту. При этом за счет поддержания в указанных пределах коэффициента избытка окислителя повышается в среднем на 80°С температура

учетом выделяющееся из ванны окиси углерода. Увеличение суммарного о в продувочные периоды по сравнению с допродувочными необходимо, чтобы предотвратить образование водорода в атмосфере печи, который, как известно, снижает качество стали. При

о1 0,95 в атмосфере, содержится значительное количество водорода (г

об.%), а при о 7 1,05 заметно снижается температура греющего факела. Для существующих 900- и 650-тонных мартеновских печей, работающих на природном газе, оптимальное значе

греющего факела, что увеличивает теп- . ™е коэффициента избытка окислителя

- - -о в продувочные периоды близко к

ЛОВ9Й поток к ванне на 100- . 150 ккал/м -ч. Такое увеличение теплового потока убыстряет нагрев шихты и, следовательно, сокращает период прогрева, в среднем на 15-20 мин, что позволяет сократить расход природного газа на 1500-2000 нм за одну плавку.

Кроме температуры, на лучистую способность факела влияет его состав. Лучистая способность факела увеличивается за счет увеличения концентрации трех атомных молекул и сажи, так как с увеличением их концентрации

50

55

0,96. Сжигание топлива в указанном диапазоне избытка окислителя позволя ет сократить длительность продувочных периодов (плавление и доводку п сравнению с существующей технологией в среднем на 30-60 мин, что должно обеспечить экономию природного газа на 1500-3000 нм за период одной плавки.

Продукты неполного сгорания, обра зующегося в факеле при сжигании горю чего с в/ I, дожигают в вертикальном канале печи при о 1,05-1,2 и Т

пыли.

ем при сжигании горючего с о/ 1,2- 2,2, при котором ведут сжигание в мартеновской печи.

Дополнительно к улучшению тепловых характеристик и сокращению выбросов N0 за счет сжигания топлива при с/ 1 и, следовательно, создания в рабочем пространстве печи восстановительной атмосферы резко сокращается окисление шихты, особенно при использовании мелкого металлолома, что позволяет сократить потери металла до 1-2 т за одну плавку и снизить выбро В продувочные периоды плавки, ко-

торые включают заливку чугуна, плавление, доводку и выпуск стали, соотношение горючее - окислитель подцер5

Q

учетом выделяющееся из ванны окиси углерода. Увеличение суммарного о в продувочные периоды по сравнению с допродувочными необходимо, чтобы предотвратить образование водорода в атмосфере печи, который, как известно, снижает качество стали. При

о1 0,95 в атмосфере, содержится значительное количество водорода (г

об.%), а при о 7 1,05 заметно снижается температура греющего факела. Для существующих 900- и 650-тонных мартеновских печей, работающих на природном газе, оптимальное значе0

5

0,96. Сжигание топлива в указанном диапазоне избытка окислителя позволяет сократить длительность продувочных периодов (плавление и доводку по сравнению с существующей технологией в среднем на 30-60 мин, что должно обеспечить экономию природного газа на 1500-3000 нм за период одной плавки.

Продукты неполного сгорания, образующегося в факеле при сжигании горючего с в/ I, дожигают в вертикальном канале печи при о 1,05-1,2 и Т

1800-2200 К, для чего вводят окислитель и воду. Указанный температурный диапазон выбран с целью создания условий, при которых окислы азота не образуются. Дожигание обеспечивает предотвращение выброса таких вредных веществ, как СО, сажа и других продуктов неполного сгорания.

Пример. Процесс выплавки ста-IQ му Дан более широкий диапазон расхоли в 650-тонной мартеновской печи. В предлагаемой технологии в продувоч- ные периоды, как и при известной технологии, тепловую нагрузку в печи поддерживают на уровне 50-60 млн ккал/ч, однако коэффициент избытка окислителя поддерживают ,9. Для этого сжигается -- 6000 природного газа и 1500 кг/ч мазута, а чтобы обеспечить 0,9 подают - 2000 кислорода в факеле и /v65 тыс. нм V4 вентиляторного воздуха, нагретого до 1100-1400 К,

В этом случае теоретическая темпедов вентиляторного воздуха и кислорода в ванну. В этом случае теоретическая температура в факеле достигает 2620 К, что позволяет сократить про- ,g дувочные периоды на 30-60 мин, а расход природного газа на 1500-3000 нм за одну плавку.

При поддержании той же тепловой нагрузки в печи и обеспечении о 0,95 расходуется то же количество топлива, кислорода и 25-70 тыс. нм /ч вентиляторного воздуха, а при 1,05 расходуется 35-90 тыс. вентиляторного воздуха. В этих случа20

достигает 2630-2580 К соответственно. Сокращение длительности продувочных периодов лежит примерно в том же диапазоне, что и при с 0,96.

ратура в факеле достигает 2650 К, что 25 теоретическая температура в факеле позволяет сократить период прогрева на 20 миНр а расход природного газа на -.2000 нм за одну плавку.

При поддержании той же тепловой нагрузки в печи и обеспечении fi 0,8 расходуется то же количество топлива; 1780 нм . ч кислорода и тыс. вентиляторного воздуха, а при обеспечении 0,98 расходуется 2180 кислорода и «- 70 тыс. вентиляторного воздуха, В этих случаях теоретическая температура в факеле достигает 2610 К, что позволяет сократить период про-- г-рева на 15 мин, а расход природного газа на 1500 за одну плавку.

Осуществление процесса сжигания с ,8и х 70,98 приводит к существенному уменьшению температуры греющего факела и, следовательно, к увеличению длительности периода про35

30

Осуществление процесса сжигания с с 0,95 приводит к недопустимому в продувочные периода содержанию водорода в атмосфере печи, а сжигание с 1,05 к существенному снижению температуры факела и существенному увеличению содержания N0, в дымовом факеле.

Таким образом, выбраны диапазоны 40 коэффициентов избытка окислителя of, существенно отличающиеся от (/ в известном способе и обеспечивающие сокращение расхода топлива с одновременным сокращением выбросов вредных веществ.

Остановимся более подробно на том, как обеспечивается с 0,9 в допро- дувочные и о( 0,96 в продувочные периоды. В связи с тем, что в любой период плавки в мартеновской печи могут быть неуправляемые возмущения, кото- рые изменяют о в ту или иную сторону, наиболее рационально поддержание соотношения топлива - окислитель измерением продуктов неполного сгорания на выходе из рабочего пространства печи, например, прибором ГИАМ-5 и корректировкой соотношения топливо - окислитель по замеренной величине.

45

грева. -Кроме того, при о/ 0,8 в продуктах сгорания содержится повышенное количество продуктов сгорания что осложняет их дожигание за рабочим пространством печи. Помимо того, при о/ 0,98 в дымовом газе резко увеличивается содержание окислов азота (в 2 раза).

В продувочные периоды тепловую, нагрузку, как и при известной технологии, снижают до 30-40 млн ккал/ч, однако коэффициент избытка окислителя поддерживают о( 0,96. Для этого

сжигают в среднем 3000 природного газа и 600 кг/ч мазута, а чтобы обеспечить о/ 0,96 подают 8000- 9000 кислорода в ванну и от 30 до 80 тыс. км V4 вентиляторного воздуха. Необходимо отметить, что « 0,96 определяется с учетом выделяющейся из ванны окиси углерода, поэтодов вентиляторного воздуха и кислорода в ванну. В этом случае теоретическая температура в факеле достигает 2620 К, что позволяет сократить про- g дувочные периоды на 30-60 мин, а расход природного газа на 1500-3000 нм за одну плавку.

При поддержании той же тепловой нагрузки в печи и обеспечении о 0,95 расходуется то же количество топлива, кислорода и 25-70 тыс. нм /ч вентиляторного воздуха, а при 1,05 расходуется 35-90 тыс. вентиляторного воздуха. В этих случа0

достигает 2630-2580 К соответственно. Сокращение длительности продувочных периодов лежит примерно в том же диапазоне, что и при с 0,96.

теоретическая температура в факеле

Осуществление процесса сжигания с с 0,95 приводит к недопустимому в продувочные периода содержанию водорода в атмосфере печи, а сжигание с 1,05 к существенному снижению температуры факела и существенному увеличению содержания N0, в дымовом факеле.

Таким образом, выбраны диапазоны коэффициентов избытка окислителя of, существенно отличающиеся от (/ в известном способе и обеспечивающие сокращение расхода топлива с одновременным сокращением выбросов вредных веществ.

Остановимся более подробно на том, как обеспечивается с 0,9 в допро- дувочные и о( 0,96 в продувочные периоды. В связи с тем, что в любой период плавки в мартеновской печи могут быть неуправляемые возмущения, кото- рые изменяют о в ту или иную сторону, наиболее рационально поддержание соотношения топлива - окислитель измерением продуктов неполного сгорания на выходе из рабочего пространства печи, например, прибором ГИАМ-5 и корректировкой соотношения топливо - окислитель по замеренной величине.

Забор пробы наиболее рационально осуществлять на расстоянии - 1 м от го- релочного устройства по ходу горячего газа в вертикальном канале. К числу неуправляемых возмущений относятся подсос воздуха через смотровое окна и другие негерметичности печи, вьщеление СО из ванны и т.п. При бурном выделении СО из ванны может происходить резкое уменьшение коэффициента избытка окислителя ниже /0,8, поэтому для автоматического поддержания заданного коэффициента избытка окислителя необходимо задействовать сигнал от прибора ГИАМ-5 на управление подачей топлива и подачей вентиляторного воздуха в рабочее пространство печи. Кроме того, от прибора ГИАМ-5 должен поступать сигнал на уп- 20 равление подачей окислителя ( воздух или кислород) в вертикальньй канал печи для дожигания продуктов неполного сгорания. Дожигание осуществляет при оС 1,05-1,2, причем дпя поддержания Т 2000 К до 3000 кг/ч воды и 10-30 тыс. воздуха.

При дожигании с / 1,05 в дымовом газе содержится значительное количество продуктов неполного сгорания, а при о 1,2 существенно снижается температура дожигания, что также не обеспечивает требуемого снижения продуктов неполного сгорания.

ная доработка системы автоматического регулирования тепловым режимом печи, установка узлов ввода воздуха и воды в вертикальном канале. Дпя автоматического поддержания соотношения - горючее - окислитель с учетом возмущений в рабочем пространстве печи, например, при произвольном выделении СО из

1Q ванны в продувочные периоды необходимо установить датчик продуктов неполного сгорания и задействовать сигнал от него на управление подачей топлива. В качестве датчика может быть пользован прибор ГИАМ-5. Таким образом, предлагаемый способ можно внедрить на действующих мартеновских печах при незначительных доработках систем управления и вертикального каРеализация технического решения дает следующие преимущества по сравнению с известными: значительно снизится расход топлива на единицу про- 25 дукции за счет сжигания его в оптимальном диапазоне коэффициента избытка окислителя; одновременно уменьшится содержание в дымовом газе таких вредных веществ как N0 л СО.

30

Формула изобрете ния

Способ отопления мартеновской печи, включающий подачу топлива и окис- Дожигание при Т 2200 вызывает за- 5 в факел в периоды заправки, метное образование окислов азота, а завалки и прогрева, измерение их расходов и регулирование соотношения топлива и окислителяJ продувку ванны

при Т 1800 К не обеспечивает требуемого теплового режима печи.

кислородом, измерение содержания проДля обоснования основных техноло- дуктов неполного сгорания и дожигание

отходящих газов введением окислителя и воды за рабочим пространством печи, отличающийся ем, что, с целью снижения затрат топлива на еди- гретом воздзгхе и промьшленные иссле- ницу продукции и уменьшения вредных дования на 650-тонной мартеновской выбросов, топливо и окислитель пода- печи. На печи № 3 осуществлялось ручное управление тепловым и окислительным режимом плавки, при этом полученные результаты подтвердили рациональгических параметров, предлагаемых в техническом решении, проведены теоретические исследования процессов сжигания природного газа и мазута в на50

ют в периоды заправки и завалки и прогрева с коэффициентом расхода окислителя о( 0,8-0,98, а в осталь-. ные периоды плавки - при 0,95- 1,05, а дожигание продуктов неполного сгорания производят в вертикальном канале при о 1,05-1,2 и температуре I800-2200K.

ность предлагаемых режимов.

Чтобы осуществить способ на действующих мартеновских печах в автоматическом режиме необходима несущественВНИИПИ Заказ 6541/20

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ная доработка системы автоматического регулирования тепловым режимом печи, установка узлов ввода воздуха и воды в вертикальном канале. Дпя автоматического поддержания соотношения - горючее - окислитель с учетом возмущений в рабочем пространстве печи, например, при произвольном выделении СО из

ванны в продувочные периоды необходимо установить датчик продуктов неполного сгорания и задействовать сигнал от него на управление подачей топлива. В качестве датчика может быть использован прибор ГИАМ-5. Таким образом, предлагаемый способ можно внедрить на действующих мартеновских печах при незначительных доработках систем управления и вертикального

Реализация технического решения дает следующие преимущества по сравнению с известными: значительно снизится расход топлива на единицу про- дукции за счет сжигания его в оптимальном диапазоне коэффициента избытка окислителя; одновременно уменьшится содержание в дымовом газе таких вредных веществ как N0 л СО.

30

Формула изобрете ния

отходящих газов введением окислителя и воды за рабочим пространством печи, отличающийся ем, что, с целью снижения затрат топлива на еди- ницу продукции и уменьшения вредных выбросов, топливо и окислитель пода-

0

ют в периоды заправки и завалки и прогрева с коэффициентом расхода окислителя о( 0,8-0,98, а в осталь-. ные периоды плавки - при 0,95- 1,05, а дожигание продуктов неполного сгорания производят в вертикальном канале при о 1,05-1,2 и температуре I800-2200K.

Тираж 544

Подписное