Способ работы группы доменных печей Советский патент 1991 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и предназначено для использования в доменных цехах,включающих печи различного объема, работающие на комбинированном дутье.

Цель изобретения - сокращение суммарного расхода кокса на выплавку чугуна в доменном цехе и улучшение качества выплавляемого чугуна за счет оптимизации распределения между

печами технологического кислорода : на обогащение дутья с учетом полезного объема печей, расхода вдуваемых топливных добавок, расхода и температуры дутья.

Сущность способа заключается в следующем. Технологический кислород между печами доменного цеха распределяют с.учетом температуры дутья, расходов дутья и топливных добавок на печах,-обеспечивая градиент теоретической температуры горения между печами, равный - 0,06 К на 1 м разности полезных объемов доменных печей, исходя из следующей системы уравнений

а fjKfitVatlit). -IbfcVAbli +

4(ykl(V);

a

t(tj)U, - V 1 aЈ(Pi4, -ft) - (УПОЛ);

(vnoA ;.

t V; 16 Ч

vH

.V

0Ј

(1)

(2)

ai

ar

изменение теоретическом температуры горения (Т) от увеличения в дутье объемной доли кислорода на 1%;

то же, от повышения температуры дутья на 1 К; то же, от увеличения расхода топливной добавки на 1% к дутью;

К. - градиент повышения Т на э

I м положительной разности полезных объемов печей, выбирается из пределов от 0,01 до 0,06 К/м3;

i - 1,2,3,,..,п - номер печи

(ҐЛ ) - расчетный расход кислоро- 4. .з i

да на i-ю печь, м /ч; (Vd) - расход дутья на i-й печи,

л 3 t

м /мин;

(Кл ), - коэффициент, согласующий размерности и учитывающий чистоту кислорода;

V

, где объем60

(V

ная доля кислорода в технологическом кислороде,%; г7ОЛ) - полезный объем i-й печи;

ГУл - обший расход кислорода на U0я,

- ---- м /ч; .

группу,

(tq); -температура дутья на 1-й « печи,°С; 01 - отношение расхода топливной

добавки к дутью,%,

распределяют кислород непрерывно по текущим значениям температур дутья и .расходов дутья и топливных добавок или периодически через интервалы

1 пп 10 CVT по усреднен- времени от Д° JU cy ным за эти интервалы времени значениям указанных параметров.

0

5

0

5

0

35

40

45

50

Вариант непрерывного (непрерывно- дискретного) распределения кислорода эффективен при работе доменных печей без смесителя. В этом случае сдув воздухонагревателей будет компенсироваться повышением концентрации кислорода в дутье, что способствует стабилизации процессов горения топливной добавки в фурменных очагах.Кроме того, обеспечивается возможность регулирования теплового состояния доменных печей расходом топливной добавки (природного газа). Центральный диспетчерский пункт, оборудованный ЭВМ, обеспечит в этом случае соответствующее изменение расхода кислорода по печам.

Вариант периодического распределения кислорода может быть реализован и без вычислительной техники. Нижний предел интервала времени между перераспределениями кислорода по печам- (1 сут) обосновывается тем, что средние значения дутьевых параметров за сутки являются уже достаточно представительными. Уменьшение этого предела приведет к недостаточному нивелированию влияния случайных отклонений дутьевых параметров от номн- н ал ьных з н ачений.

Верхний предел рекомендуется для стабильно работающих доменных цехов. Превышение этого предела приводит к излишней инерционности средних значений дутьевых параметров, к замедлению их реакций не только на высокочастотные, но и на устойчивые изменения .

Пределы градиента TT определены с использованием экспериментальных данных о работе доменных печей за длительные периоды. Установлено, что на доменных печах, выплавляющих передельный чугун при прочих равных условиях, массовая доля кремния в чугуне уменьшается по затухающей зависимости на 0,5-1,010- абсЛ или

на 0,003-0,031 отн.% на 1 м3 полезного объема печи. Аналогичная закономерность наблюдается и при выплавке ванадиевого чугуна. 3 том же диапазоне изменения полезных объемов сумма кремния и титана уменьшается на 0,014-0,023 отн.% на 1 тыс.м3 полезного объема печей.

Известно, что между средней массовой долей кремния в чугуне и теоретической температурой горения имеется

31

корреляционная зависимость

4,39 - (3)

тт

из которой следует, что для увеличения .массовой доли кремния в чугуне на 0,008-0, необходимо для меньшего из нижних пределов (0,008%) и при минимально возможной Тт 1800°С повысить последнюю на величину

i

1 4Тт lg О0008

1800

-4

9, ° 347 10 - 0,01 К/

а для большего из верхних пределов (0,031%) при максимальной Тт 2300°С - на величину

о

ЧПО ДТТ lg 1,00031

0,06 К/м3.

Таким образом, необходимый для статического выравнивания состава тугунов градиент изменения Тт находится в пределах 0,01 - 0,06 К/м , причем нижний предел рекомендуется для печей объемом более 1500 -

а

м , а верхний - менее.

Способ осуществляют следующим образом.

1. В зависимости от сорта выплавляемого чугуна доменные печи пеха

7656

объединяют в одну или несколько

групп.

2. Выбирают по литературным данным . или рассчитывают-коэффициенты а0., а, и a J, отражающие влияние на Тг соответственно кислорода, температуры и топливной добавки, например, по формулам:

101Л/. Л-7.1Л-Т1 Г Т /

. а.

i°497+lA0714 Citc-СцгТт „,- Cri(T6l+oЈ +2Cf°+ Н|Т°)

QO-Co-lJci.jj J

at + ог + )°™

-ft Л.

.H2.T° /7 Г сп;(Тоо Го° + ()K g

а л

20

где Сс, , ,, - средние теплоемкости соответственно углерода кок- . са, горновых газов, паров воды и

дутья, в кДж/(кг К) , в соответствую- 5 щем интервале температур (от 25 до tc, Т. и Т|);

. tc - температура углерода кокса, поступающего в фурменный очаг, С;

С и. И - количество в 1 м

(кг) топливной добав- ч ки углерода, кг, и

водорода, м3;

Т - усредненная для группы 5печей теоретическая

температура горения, °С:

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может использовать- ся для распределения технологичес-: кого кислорода между доменными печами различного объема в одном доменном цехе. Цель изобретения - сокращение расхода кокса на выплавку чугуна в доменном цехе и повышение качества чугуна. Технологический кислород,подаваемый для обогащения дутья,распределяют между доменными печами различного объема, обеспечивая градиент теоретической температуры горения между печами, равный 0,01-0;06 К на 1 м3 разности полезных объемов этих печей, используя для этого предложенную систему уравнений, учитывающих параметры дутья на доменных печах и расход вдуваемых топливных добавок.Распределение кислорода между печами осуществляют либо непрерывно с помощью автоматизированной системы управления по текущим .значениям температур дутья и расходов дутья и топливных добавок на доменных печах, либо периодически через 1-30 сут по усредненным за . эти интервалы времени значениям указанных параметров дутьевого режима. 2 з.п. ф-лы, 5 табл. 8 (Л 0 00 sj 3d $п

(100 С0 + qp-tfl + (1,07 0| 1 С8

С г (160+6| + 2()

де oЈ,t усредненные для труп-

« пы печей объемная j доля 02 в дутье,%, температура дутья, С, и естественная влаж- ность,%;

о - среднее отношение рас- 50 хода топливной добавки к расходу дутья, в % или в кг/м , умноженное на 100 (например, если расход ма- ее зута равен 0,043 кг/м , то 8 - 0,043.,3), Q Л - расход тепла на разложение 1м3 (кг) топa + 10497 0Ј - 5682cf° + 0fO,536Cp)5etc - Qj(f°

(7)

ливной добавки,кДж/м (кг).

Приняв, например, Сс 1,97, 1,51, Си 2,1, tj. 1150°С, Ср° - «,0..(;- 0,5, Г0 T,382.rP,tfl «ftlSOO, 0| 25,0, 4 8,0; С 0,54, Н| 2,02, Q$ 3350., получим Т 2078 и соответственно а,. 43, а 0,66, af -52. 2

О Если чистота кислорода одинакова на всех печах, то КQ объединяют с а . Например,при 0.,,, 97%, afl 2

48

60

16

( 0,66 Ц); - (tj) 52 #;f ,-Ј; 0,05 (V

- (VBM).i

пол)|Ч

И

ч

(8)

(9)

q, tfl и Ј

где параметры дутья Vq, ta и 0 ,текущие при непрерывном (высокочастотном) распределении кислорода, или усредненные за интервал времени между перераспределениями, например за 1 сут.

Иногда на практике в связи с ухудшением технического состояния основного и вспомогательного оборудования на той или иной печи или нескольких уменьшают расход кислорода. Неизбежные в этом случае .потери можно уменьшить, если эти печи не исключать из группы. С этой целью формируют подгруппу печей с номерами j в количестве m печей (в том числе m 1), на которых рассчитанные по уравнениям (8) и (9) расходы кислорода должны быть уменьшены, а снятый кислород передан и распределен пропорционально расходам дутья между остальными печами цеха. Количественное уменьшение расчетного расхода килорода характеризуют величиной (0(01 долей снимаемого кислорода,которая одновременно будет в какой-то мере отражать степень ухудшения технического состояния печи.

В соответствии с изложенным ввоу

дят дополнительно обозначение 07д„) искомые расходы кислорода, которые находят по формулам:

voV, - С1 - (Po4)(v02) ; (IO)

Оц I

т

V,

i

(П)

,

0

5

0

5

35

0 5

где (Vg) и (V0)j - расходы кислорода, рассчитанные по уравнениям (8) и (9);

n-w

(Vq). - сумма расходов дутья

на все печи цеха за вычетом печей из группы да.

В качестве базового объекта принят доменный цех, в составе которого шесть доменных печей.

На доменных печах W 1 - 3 выплавляли преимущественно ванадиевый чугун, на остальных (№ 4 - 6) - передельный.

Пример 1. Периодическое (низкочастотное) распределение кислорода.

Формируют две группы печей, в первой из которых выплавляют ванадиевый чугун (печи № 1 - 3),во второй - передельный (печи № 4 - 6).

В соответствии с формулой изобретения и с учетом объема печей принимают градиент повышения теоретичес- 30 кой температуры горения KL. для первой группы равным 0,05, для второй

0,02 К/м и через выбранный интервал времени, например 1 раз в неделю, перераспределяют кислород между печами на основании решения двух систем уравнений, составленных с использованием усредненных значений дутьевых параметров

..о - --Vo/2- -

611(2181 (2350 },J

(12) + 0,66(1105-1153)-52(8,0-7,9)050;

2B5--,- 2Ttt-4

+ 0,66(П58-П05)-52(8,2-3,0) .

0,05(1513-1242) 17687J (13)

fii Y,ҐlS.4 „ л. + 61 1/2912 }5 ( 2298

+ 0,66(1168-П70)-52(8,1-8,0)

0,05(1719-1513).(14)

В табл.1 приведены показатели работы доменных печей.

6if() - (J.&i) 1 + b 4037;6 C2912 yj +

+ 0,66(1155-1163)-52(9,6-3,1) 0,05(2700-1719) ; (15)

Ч}4 +

+ V02 € 36352,

(16)

где 17687 и 36352 - фактические расходы кислорода по группам, м /ч.

В итоге решения системы уравнений получают и реализуют распределение, приведенное в табл.2.

из которой следует, что изменение Т на доменных печах № 4 - 6 соответственно на -11, -24 и +26 К способствовало бы получению чугуна со средней массовой долей кремния соот- 15 ветственно 0,64-0,00064- 1.1 0,63; 0,66-0,00064 24 0,64 и 0,61 + + 0,00064.26 0,63%.

Из приведенных данных следует та

Анализируя полученные результаты, можно отметить, что.по группе ванадиевых печей иллюстрируется в основном реакция способа на различие тем- 2Q предела градиента К/, привело бы к ператур дутья, причем эффективность излишнему изменению Т , что способ- рекомендуемого распределения легко оценить по разности температур дутья и количеству перераспределенного кислорода. AQ 1,382(6140-5596)(1105-1153) +

же, что превышение рекомендованного

ствовало бы получению на доменной печи № 6 более кремнистого чугуна,

чем на остальных, а при К.менее чем „ л. i % .v

ЪV

25 0,01 К/м сост ав чугуна выравнялся бы в недостаточной степени.

+ (6140-5596) (1158-1106)

- 51455 кДж/ч, где первое слагаемое (отрицательное) - уменьшение прихода тепла в печь № 2 (по сравнению с № 1 и № 3) из-за увеличения расхода кислорода, второе слагаемое (положительное) - увеличение прихода тепла в печи № и № 3 с азотом. Положительное значение Д Q свидетельствует о нереализованной возможности получения некоторой экономии кок- - са.

Если объемы печей в группе существенно различны (например, 1242,1513 и 2700 м3),то значения К.. рекомендует30 ся выбирать дискретными, т.е. в данном случае 0,05 для печей 1242 и 1513 м3 и 0,02 для печей 1513 и 2700 м , а для группы из двух печей (1242 и 2700 м ) - среднее значение,

35 т.е. 0,035.

Приме р 2. Распределение кислорода с учетом (Ро);

В связи .с ухудшившимся техническим состоянием доменной печи № 6 принято По группе переделььых печей следу- 4Q решение об уменьшении на ней расхода ет отметить рекомендацию по повыше- кислорода на 20%, т.е. ОРо,) $ нню расхода кислорода на доменной

печи - № 6 с 18520 до 20360 м /ч, - соответствии с формулами (10) и

(11) искомый расход кислорода на доменной печи № 6 равен (Чпл) f (J которая обусловлена более высоким расходом природного газа.Логичность этой рекомендации подтверждается данными табл.1, используя которые легко показать, что превышение объемной доли водорода в колошниковом газе (по сравнению с доменными печами № 4 и №. 5) соответствует превышению расхода природного газа ( 9,6 против 8,0%) лишь при условии - 0,0, т.е. доменная печь № 6 работала с передувом природного газа и увеличение на ней расхода кислорода дало бы положительный эффект. Кроме того, повышение Т. на доменной печи № 6 и соответствующее понижение на

« - 0,2)20364 16291

а, например, на доменной печи № 1

Л ,2350

ч

12201

(0,2 х

50

х 20364 + 5067) 5851,

где 12201 - расход дутья на все печи, кроме № 6.

3 итоге получают и реализуют расп- 55 ределение кислорода, приведенное в

табл.3, i

В результате доменная печь № 6 не исключается из функционального пере10

1613765

печах № 4 и № 5 способствовало бы вы- равниванию состава чугуна.Для соответствующих количественных оценок целё-1 сообразно использовать статистическую зависимость, полученную непосредственно для указанных условий

si 0,00064 Тт - 0,728,

из которой следует, что изменение Т на доменных печах № 4 - 6 соответственно на -11, -24 и +26 К способствовало бы получению чугуна со средней массовой долей кремния соот- ветственно 0,64-0,00064- 1.1 0,63; 0,66-0,00064 24 0,64 и 0,61 + + 0,00064.26 0,63%.

Из приведенных данных следует такпредела градиента К/, привело бы к излишнему изменению Т , что способ-

предела градиента К/, привело бы к излишнему изменению Т , что способ-

же, что превышение рекомендованного

предела градиента К/, привело бы к излишнему изменению Т , что способ-

ствовало бы получению на доменной печи № 6 более кремнистого чугуна,

чем на остальных, а при К.менее чем „ л. i % .v

ЪV

0,01 К/м сост ав чугуна выравнялся бы в недостаточной степени.

Если объемы печей в группе существенно различны (например, 1242,1513 и 2700 м3),то значения К.. рекомендуется выбирать дискретными, т.е. в данном случае 0,05 для печей 1242 и 1513 м3 и 0,02 для печей 1513 и 2700 м , а для группы из двух печей (1242 и 2700 м ) - среднее значение,

(11) искомый расход кислорода на д менной печи № 6 равен (Чпл) f (J

- 0,2)20364 16291

а, например, на доменной печи № 1

Л ,2350

ч

12201

(0,2 х

х 20364 + 5067) 5851,

где 12201 - расход дутья на все печи, кроме № 6.

3 итоге получают и реализуют расп- ределение кислорода, приведенное в

табл.3, i

В результате доменная печь № 6 не исключается из функционального пере1116

распределения кислорода, что будет способствовать уменьшению потерь от ухудшения ее технического состояния и будет участвовать в амортизации колебаний.потребления кислорода.

П р и м е р 3. Непрерывное (высокочастотное) распределение кислорода,

Учет сдува воздухонагревателей.

Балансовая температура в первой группе по данным, вытекающим из табл.1, составляет 1141,5, а по второй 1162,7°С. Б данный момент на печах, например, следующие температуры дутья: № 1 - ИЗО, if 2 - 1115, № 3 - 1140, № 4 - ИЗО, № 5 - 1170, № 6 - 1160 и балансовая температура дутья соответственно 1128,8 и 1168,1°С.Дпя компенсации временного понижения Тт в первой группе на 12,7 К необходимо увеличить расход кислорода на величину, соответствующую значениям коэффициентов ад и а.:

1

1%

0.66-12.7

««.IЈAi- 6991 961 м3/ч, Ь1

а по второй - уменьшить на, .0Х§§15Л4 § 929 543

Ы

Решив уравнения (12)-(16) в которых температуры дутья из табл.2 заменены на указанные выше, расход кислорода на первую группу принят равным 7687+961 18648, на вторую 36852 - - 543 36309 находят и реализуют следующее распределение кислорода, приведенное в табл.4.

Обеспечение за счет перераспределения кислорода постоянства значений Тт в условиях работы без смесителя не только по печам, но и в целом по цеху будет способствовать стабилизации процессов горения природного газа, а, следовательно, и повышению эффективности его использования

Регулирование теплового состояния доменной печи расходом природного газа.

Повышение расхода природного газа с целью корректировки теплового состояния и соответствующее повышение потребности в кислороде на одних печах, как правило, будет компенси- - роват.ься понижением на других и об8765 |2

щая потребность в дополнительном кислороде

.V;

52

ВО-бТ Х пи х 1,421ЕДПГ

(

в общем случае будет неэначительной и будет удовлетворяться тем легче, чем больше в группе печей (по этой причине в группу целесообразно включать и печи, расход кислорода на которых уменьшением, пример 2).

Рассмотрим случай, когда в первой группе расход природного газа увеличили на 2000 м (по 1000 на доменных печах № 1 и 1 3), а во второй уменьшили на 3000 м ( № 4 1300, № 5 - 1700). Соответственно -. потребность в кислороде по первой группе повысилась до 17687+1,42 х- х 2000 20527 м Э, а по второй уменьшилась до 36852-1,.42«3000 32592 м3.

.Заменив в уравнениях (12),(13). (14) и (15) значения из табл.1 для доменных печей № 1, 3, 4 и 5 соответственно на 8,61, 8,88, 7,06 и 7,13, получают и реализуют следующее распределение кислорода, приведенное в табл.5.

Из приведенных данных видно,что изобретение обеспечивает возможность регулирования теплового состояния конкретной доменной печи одним параметром - расходом природного газа, а соответствующее изменение расхода кислорода с коэффициентом связи

Anr/A.V02 1 ,42 осуществляет центральный диспетчерский пункт.

Таким образом, применение изобретения при небольших затратах на организацию диспетчерского пункта и средства связи с кислородной станцией обеспечит значительное улучшение показателей работы цеха за счет более рационального использования .кислорода и ресурсосберегающих приемов регулирования теплового состояния доменных печей. Ожидаемое снижение себестои- . мости 1 т чугуна составляет 0,05 руб.

Формула изобретения

- а (.JKfltYttO ii JSSiYudLl % I (y;+1(у. J

at(V

- Kt(v

n

i+i )

(г

ПОЛ i.t

(V,

ПОЛ

п|Ч

где а

(voa.i

с

Ч

a. изменение теоретической температуры горения (Т ) от увеличения в дутье объемной доли кислорода на 1%;

то же, от повышения температуры дутья на 1 К; то же, от увеличения расхода топливной добавки на 1% к дутью или на 1 г/м3;

кг /т

24,024,25 24,36 25,11

19,3018,3013,4017,50

21,8022,8023,4024,60

6,816,,957,16

Ki - градиент повышения Тт на

1 м положительной разности полезных объемов печей, выбирается из пределов от 0,01 до 0,1 i - 1, 2, 3,..., п - номер печи;

расчетный расход кислорода на i-ю. печь, мэ/ч; расход дутья на i-й печи, м /мин;

Ч ; (7J); (Кя )« -коэффициент, согласующий размерности и учитывающий

(

. чистоту кислорода;

- температура дутья на 1-й

печи,°С; Oj - отношение расхода топливной добавки к дутью,%; (Упод)-- полезный объем i-й печи; S.VQ. - общий расход кислорода на

группу, м /ч.

Таблица 1

26,60 26,74

18,20

26,30

7,81

Продолжение табл.1

Таблица

ТаблицаЗ