Способ регулирования хода доменной печи Советский патент 1991 года по МПК C21B3/00 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к доменному производству, конкретно - к способам работы доменной печи

Цель изобретения - повышение производительности и снижение расхода кокса при получении чугуна в доменной печи.

Известно, что наилучшие технико- экономические показатели в работе больших доменных печей достигаются при L-образном распределении газового потока по радиусу колошника. Наличие отдушины в осевой части печи - обязательное условие ровности хода печи. За осевую отдушину принимается участок столба шихты, имеющий в горизонтальном сечении круг с центром на оси печи, в пределах которого находится шихта с низкой трудной нагрузкой и наблюдается интенсивный газовый поток. В пределах осевой отдушины выделяют зону, для которой рудная нагрузка и температура не зависят от радиуса ограничивающей окружности. Эта зона названа осевой зоной. Осевая зона имеет в горизонтальном сечении круг с центром на оси печи и радиусом 0,15 RK/R,j (радиус колошника). На доменной печи № 9 комбината Криворожсталь с помощью математической модели определяли рудную нагрузку в пределах осевой зоны. Она оказалась постоянной. Измеряли также температуру поверхности засыпи в зонах, прилегающих к оси печи и имеющих

о

03

се

СД

радиусы ограничивающих окружностей 0,5 и 0,7 м. Произведено 240 замеров с дискретностью 20 с. При интервале варьирования температур 300-600 С разница температур в анализируемых зонах не превышала 8 С, а величины средних квадратичных отклонений совпали.

При ровном ходе доменной печи, когда газ-теплоноситель фильтруется через слой равномерно опускающейся шихты, температура в осевой зоне колошника между загрузками порций шихты не может понижаться (в соответствии с вторым законом термодинамики) Фиксируемые снижения температуры в осевой зоне при ровном ходе печи обусловлены только погрешностями контроля

Исследования динамики температуры в осевой зоне колошника доменной печи № 9 комбината Криворожсталь показали, что в период между выгрузками порций шихты имеют место периодические снижения температуры в осевой зоне, превышающие погрешность измерения. Установлено, что когда такие снижения температуры становятся достаточно большими, ровность хода печи нарушается. На этой же печи проводилось определение величин снижений температуры в осевой зоне, при которых наступают расстройства хода доменной печи.

Результаты исследований приведены в таблице.

Очевидно, что, когда величины снижений температуры в осевой зоне колошника превышают 50 С, необходимо принятие действенных мер по предотвращению расстройств хода доменной печи.

Исследования показали, что снижения температур осевой зоны колошника имеют разную периодичность. Частые снижения температур осевой зоны между выгрузками порций шихты в печи имели место при чрезмерной интенсификации процесса. Так как в осевой зоне находится шихта с низкой рудной н грузкой, то чрезмерное количество газов приводит к переходу шихты осевой зоны в псевдоожиженное состояние и последующему расстройству хода до- ценной печи. Псевдоожижение является в этом, случае причиной появления снижений температур в осевой зоне колошника при отсутствии выгрузки шихты. Происходят снижения темпера

0

5

0

5

0

5

0

5

5

туры вследствие попадания в осевую зону менее прогретых порций шихты из смежных участков колошника. Когда снижения температуры осевой зоны превышали 50°С, т.е. кипение приобретало интенсивный характер, наступали расстройства хода печи. В таких случаях для предупреждения расстройств хода при использовании атмосферного дутья уменьшали его расход, а при использовании комбинированного дутья снижали содержание кислорода в дутье с одновременным уменьшением расхода вдуваемых добавок и общей рудной нагрузки, обеспечивающих сохранение теоретической температуры и теплового баланса плавки. В этом случае шихта осевой зоны переходила в устойчивое состояние, а величины снижений температуры становились меньше 25°С. Уменьшение интенсивности плавки для ликвидации снижений температуры осевой зоны колошника при использовании комбинированного дутья производили за счет снижения содержания кислорода в дутье, так как это позволяло сохранить скорость истечения дутья, не нарушая распределение газового потока по радиусу печи.

Число снижений температур осевой зоны между выгрузками шихты в печь меньшее или равное количеству порций шихты в цикле имело место при перегрузке осевой зоны рудными материалами. Это обусловлено неравномерным опусканием шихты в центральной части печи при высокой рудной нагрузке в этой зоне отдушина осевой зоны засыпается скатывающейся по откосу шихтой, что приводит к снижению температуры осевой зоны более чем на 50°С при отсутствии загрузки (в период прогрева шихты). Для ликвидации таких снижений температуры, выравнивания хода печи умень- шали рудную нагрузку в осевой зоне печи без изменения общей рудной на- |грузки путем изменения системы за- грузки, пока снижения температур юсевой зоны не становились меньше 25°С.

Для предлагаемого способа регулирования хода доменной печи были определены пределы управляющих воздействий, обеспечивающие повышение ровности хода. Определение проводили на доменной печи объемом 5000 м3,

оборудованной бесконусным загрузоч- ным устройством и работавшей со следующими параметрами: расход дутья 7500 нмэ/мин; температура дутья 1150°С; давление дутья 4,3 МПа; влажность дутья 1,0%, содержание кислорода в дутье 30%; расход природного газа 750 нм3/мин. Доменную печь загружли шихтой с общей рудной нагрузкой 3,70 т/т, используя следующий порядок загрузки: К 9-6; А 9-7; К 8-5; А 9-7; К 9-6; А 9-7; К 5-4; А 9-6. Уровень засыпи 1,6 м, масса рудной порции 100 т.

При величине снижений температуры осевой зоны между загрузками порций, превышающей 50°С и числе снижений ее больше количества порций шихты в цикле загрузки, уменьшали содержание кислорода в дутье на 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5%. Для сохранения на исходном уровне теоретической температуры одновременно уменьшали расход природного газа соответственно на 30,5; 61,0; 91,5; 122,0; 152,5 нм3/м а для сохранения теплового баланса плавки уменьшали общую рудную нагрузку на 0,02, 0,05, 0,08, 0,1 иО,12 т/ соответственно. При этом количество фурменного газа уменьшалось на 100, 200, 300, 400, 500 нм3/мин. Количество фурменного газа рассчитывали по формуле

+ (1 нг г

-количество фурменного газа, нм3 /мин,

-расход дутья, им3/мин;

-влажность дутья, м3/м3:

-содержание кислорода в дутье, м3 /м3;

-содержание водорода в природном газе, м3/м3;

Г - расход природного газа, нм3 /мин.

Величину изменения общей рудной нагрузки определяли исходя из фактического коэффициента замены кокса природным газом, равного 0,7 кг/м3.

Было установлено, что при уменьшении содержания кислорода в дутье на величину менее 1% и соответственно снижении расхода природного газа (количество фурменного газа снижалось менее, чем на 200 нм /мин), величина снижений температуры осевой зоны между загрузками шихты заметно

г где V

ф.г

Q Г w

Н,

5

0

5

0

не менялось. При уменьшении содержания кислорода более чем на 2% и соотг- ветствующем снижении расхода природного газа (количество фурменного газа уменьшалось на 400 нм3/мин). Наряду с ликвидацией снижений температуры осевой зоны происходили существен- ное снижение интенсивности плавки и перераспределение газового потока.

Наилучшие результаты по эффективности ликвидации снижений температуры в осевой зоне и восстановлению равного хода печи получены при уменьшении содержания кислорода в дутье ,5% и соответствующем снижении расхода природного газа (количество фурменного газа уменьшалось на 300 нм3/мин).

Граничные пределы управляющих воздействий при использовании атмосферного дутья находили из условия необходимости уменьшения количества фурменных газов на ту же величину, что и в случае использования дутья, обогащенного кислородом, т.е. на 200- 400 нм3/мин. Изменение количества фурменных газов при использовании атмосферного дутья определяли из выражения

AV

откуда

AQ

l +(1 -(f)-0,209 ,

5

0

5

0

5

Л0 -

ЙЧ$ 1,209 + 0,79Kf

Для влажности дутья, равной 0,01 м3/м3, граничные пределы регулирующих воздействий при использовании атмосферного дутья составляют 164,3-358,7 нм3/мин. Опытная проверка полученных значений ДОа в период раздувки доменной печи позволила уточнить граничные пределы регулирующих воздействий при использовании атмосферного дутья с учетом возможности регулирования расхода дутья воздуходувной маыиной0 Эти пределы составили 150-350 нм3/мин при лучшем значении 250 нм3/мин„

При снижении температуры в осевой зоне между загрузками порций шихты на величину более и числе таких снижений меньшем или равном количеству порций даихты в цикле в качестве регулирующих воздействий были ис- i пытаны уменьшения рудной нагрузки в осевой зоне от 0,09 до 0,72 т/т включительно при неизменной общей рудной

нагрузке. Рудная нагрузка в осевой зоне определялась за цикл подач с помощью математической модели.

Испытания показали, что когда рудную нагрузку в осевой зоне уменьшали на величину меньше 0,21 т/т, характер изменения температуры осевой зоны не менялся, т.е. явление заваливания осевой отдушины рудными материа- лами не устранялось. Снижение рудной нагрузки в осевом зоне на величину больше 0,59 т/т приводило к уменьшению насыпной массы шихты, усилению осевого потока газов, переходу шихты в псевдоожиженное состояние, что усугубляло расстройство хода 0,59 т/т, происходило постепенное уменьшение величины снижений температуры осевой зоны между загрузками шихты до значений, меньших . Нарушений ровности хода не происходило. Наилучшие результаты с точки зрения скорости ликвидации аномальных снижений температур и хорошего использования энергии га- зойого потока достигались при уменьшении рудной нагрузки осевой зоны на 0,39 т/т.

Для проверки возможности получения положительного эффекта на доменной печи № 9 комбината Криворожсталь проводили испытания предлагаемого способа регулирования хода доменной печи.

Температуру осевой зоны измеряли с дискретностью 20 с при помощи тер- мовизорной системы. Замеры вели меж- ду выгрузками порций шихты: начинали через 20 с после закрытия шихтового затвора и прекращали перед разгруэ- кой очередной порции (по сигналу Подъем зондов). Между выгрузками порций шихты определяли текущую разность температур первого порядка

/U t - t,1.

где ut

- текущая разность первого порядка; t1, - текущее и предыдущее

значения температуры осе вой зоны соответственно. Проверяли справедливость неравенств:, |At| 50°С.

Если оба неравенства выполнялись, включали счетчик и фиксировали количество снижений температуры в осевой зоне на величину больше 50 С за цикл

5

0

с 0 252 нмэ/мин.

загрузки. Цикл включал восемь порций загружаемых шихтовых материалов. Когда количество снижений температуры, превращающих 50°С, было от 1 до 8, уменьшали рудную .нагрузку, а когда количество снижений температуры было 9 и более, то уменьшали содержание кислорода в дутье на 1,5% с одновременным уменьшением расхода природного газа на 91,5 нм3/мин и общей рудной нагрузки на 0,08 т/т.

Такое изменение параметров комбинированного дутья позволяло теоретическую температуру сохранять практи- ,чески постоянной (2225,5°С до изменения и 2222, после изменения). Уменьшение рудной нагрузки компенсировало недостаток восстановителей и тем самым обеспечило стабильность нагрева нижней зоны печи. Уменьшение содержания кислорода на 1,5% и расхода природного газа на 91,5 нм3/мин сокращало объем фурменных газов на величину

kVq,.r (8009 1 +(1 - 0,01) 0,317+ + 0,013+ 2,06-903} - (8009 l +

+ (1-0,01) 0,302 + 0,0l + 2,06-811,5J- 12462,1-12155,,4 нм3/мин,

.

В случае работы доменной печи на атмосферном дутье для уменьшения объема фурменных газов на 307 нм3/мин необходимо было бы количество дутья уменьшить на величину

UQr

52 нмэ/мин.

307

1,209 + 0,791-0,01

252 нмэ/мин.

Регулирующие воздействия сохраняли, пока величины снижений температуры осевой зоны не становились меньше 25°С.

Полученный положительный эффект от применения предлагаемого способа регулирования хода доменной печи позволил за счет стабилизации хода и лучшего использования газов увеличить производительность печи на 1,2%, снизить расход кокса на 1,8, кг/т.

Формула изобретения Способ регулирования хода доменной печи, включающий контроль технологических показателей плавки, воздействие на параметры дутья при отУ 16

клонении их от заданных значений, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения расхода кокса, измеряют величины снижений температуры поверхности шихтовых материалов в осевой зоне колошника между загрузками порций шихты, фиксируют за цикл загрузки число снижений температуры осевой зоны, превышающих 50°С, причем в случае, когда это число меньше или равно количеству порций шихты в цикле, уменьшают рудную нагрузку в осевой зоне на 0,21-0,59 т/т без изме095Ю

нения общей рудной нагрузки, а когда больше, то при использовании атмос- ферного дутья уменьшают его расход на 150-350 мм3/мин, а при использова- J нии комбинированного дутья уменьшают содержание кислорода в нем на 1-2% с одновременным уменьшением расхода вдуваемых добавок и общей рудной нагрузки, обеспечивающих поддержание теоретической температуры горения на постоянном уровне, причем измененный режим сохраняют до достижения величин снижения температуры осевой зоны меньше 25°С.

0

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к доменному производству, конкретно - к способам работы доменных печей. Целью изобретения является повышение производительности и снижение расхода кокса за счет повышения ровности хода доменной печи. За показатель ровности хода печи принимают количество снижений температуры осевой зоны за цикл загрузкиs превышающих 50 С, причем в случае, когда это число меньше или равно количеству порций шихты в цикле, снижают рудную нагрузку в осевой зоне, а если больше, то снижают расход атмосфепного дутья, или уменьшают содержание кислорода в нем с одновременным уменьшением расхода вдуваемых добавок и общей рудной нагрузки. Измененный режим сохраняют до достижения величин снижения температуры осевой зоны меньше 25 С. 1 табл. с «

50

Ј&t 25

50

19 27 34

19 11

100 40,7