способ работы доменной печи
Классы МПК: | C21B5/00 Получение чугуна в доменной печи |
Автор(ы): | Козодеров В.И., Емельянов В.Л., Григорьев В.Н., Яриков И.С., Кузнецов Н.А., Плешков В.И., Титов В.Н. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-07-17 публикация патента:
27.02.2002 |
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для оптимизации физико-химических процессов доменной плавки при эксплуатации доменных печей. При отклонении влажности шихтовых материалов на каждый 1,0% от ее базовой величины изменяют прямо пропорционально содержание окатышей в шихте на 4,0-17,0% от исходного уровня и/или прямо пропорционально изменяют на 22,0-25,0% от исходного уровня расход природного газа, ограничивая увеличение его расхода величиной 55,0-63,0% от исходного уровня. Использование изобретения повышает точность регулирования плавки и ее технико-экономические показатели.
Формула изобретения
Способ работы доменной печи, включающий загрузку шихтовых материалов, подачу дутья, контроль технологических параметров шихтовых материалов, дутья и колошникового газа, определение отклонения температуры колошникового газа и влажности шихтовых материалов от заданного уровня и поддержание заданной температуры колошникового газа путем регулирования параметров шихтовых материалов и дутья, отличающийся тем, что при достижении температуры колошникового газа ниже заданного уровня на каждый 1,0% отклонения от заданной величины влажности шихтовых материалов прямо пропорционально изменяют содержание окатышей в шихте на 4,0-17,0% от исходного уровня и/или прямо пропорционально изменяют на 22,0-25,0% от исходного уровня расход природного газа, ограничивая увеличение его расхода величиной 55,0-63,0% от исходного уровня.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для оптимизации физико-химических процессов доменной плавки при эксплуатации доменных печей. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ работы доменных печей, включающий загрузку шихтовых материалов, подачу дутья, контроль технологических параметров шихтовых материалов, дутья и колошникового газа, определение отклонения температуры колошникового газа и влажности шихтовых материалов от заданного уровня и поддержание заданной температуры колошникового газа путем регулирования параметров шихтовых материалов и дутья ( Контроль за работой доменных печей BETHLEHEM и SPARRONS POINT. - Рж. Металлургия, 15 В. Производство чугуна и стали, 1986, с.22, реф. 7В 179). Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение изобретения, является повышение точности регулирования за счет улучшения качества поддержания заданной температуры колошникового газа с использованием дополнительных воздействий и получения при этом прироста чугуна и уменьшение удельного расхода кокса. Поставленная задача решается тем, что согласно известному способу, включающему загрузку шихтовых материалов, подачу дутья, контроль технологических параметров шихтовых материалов, дутья и колошникового газа, определение отклонения температуры колошникового газа и влажности шихтовых материалов, поддержание заданной температуры колошникового газа путем регулирования параметров шихтовых материалов и дутья, согласно предлагаемому изобретению при достижении температуры колошникового газа значения ниже заданного уровня на каждый 1,0% отклонения от заданной величины влажности шихтовых материалов изменяют прямо пропорционально содержание окатышей в шихте на 4,0-17,0% от исходного уровня и/или прямо пропорционального изменяют на 22,0-25,0% от исходного уровня расход природного газа, ограничивая увеличение его расхода величиной 55,0-63,0% от исходного уровня. Пористая неоплавленная структура окатыша с высокой удельной поверхностью пор определяет его высокую восстановимость. Поэтому восстановимость окатышей по сравнению с агломератом выше. Благодаря этому свойству, а также более высокой окисленности окатышей процесс непрямого восстановления окатышей протекает более интенсивно. Это приводит к повышению нагрева столба печи, а следовательно, и к увеличению температуры газа по высоте печи. Для выравнивания уровня текущей и заданной температуры колошникового газа, возникающего при повышении влажности шихтовых материалов и необходимого для обеспечения стабильных температурных условий верхней части доменной печи, в заявленном способе работы доменной печи предлагается произвести следующие операции:- скорректировать массу кокса в пересчете на сухую остаточную массу при изменении влажности шихтовых материалов;
- сравнить текущую температуру колошникового газа с ее заданным уровнем и при достижении ее величины ниже заданного уровня увеличить расход природного газа на 22,0-25,0% на каждый 1,0% увеличения влажности шихты или уменьшить расход природного газа на 22,0-25,0% на каждый 1,0% уменьшения влажности шихты;
- увеличение расхода природного газа ограничить величиной 55,0-63,0%;
- для достижения текущей температуры колошникового газа ее заданного значения дополнительно увеличить содержание окатышей в шихте на 4,0-17,0% на каждый 1,0% увеличения влажности шихтовых материалов. При реализации предлагаемого способа работы доменной печи расход природного газа может изменяться в пределах 22,0-25,0% на каждый 1,0% изменения влажности. Проведенные авторами предлагаемого изобретения промышленные испытания заявленного способа на доменных печах ОАО "НЛМК" позволили установить по результатам статистической обработки данных количественную зависимость между влажностью шихтовых материалов, Wш,% и температурой колошникового газа, tк, oС:
tK=A-в
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
Так, для доменных печей полезным объемом 3200 м3 выражение (1) имеет вид:
tR=148,1-7,1
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
Из выражения (2) имеем: изменение влажности шихтовых материалов, загружаемых на колошник печи, на 1,0% способствует изменению температуры колошника на 7,1oС, т.е.
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8592.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8594.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8776.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/176.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8592.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8594.gif)
В соответствии с приближенной формулой А.Н. Рамма [Рамм А.Н. Современный доменный процесс. - М: Металлургия, 1980. - 304с., с.40] влияние расхода природного газа на температуру колошникового газа оценивается следующим выражением:
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/2180004-1t.gif)
(4)
где: tк, oС - температура колошникового газа в базовом периоде (w = 0,21;
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/981.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/969.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/981.gif)
s, м3/кг чугуна - расход вдуваемого топлива;
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/955.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/2180004-2t.gif)
где (С) и (Н), м3/м3 содержание углерода и водорода в единице реагента;
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/955.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8592.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8594.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8776.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8592.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8594.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/176.gif)
Исходя из выражений (1), (4) и (5) имеем при изменении влажности шихтовых материалов на каждый 1% пределы изменения расхода природного газа 22,0-25,0 отн.%. Нижний предел 22,0 - для доменных печей малого полезного объема порядка 1000 м3, а верхний предел 25,0 - для мощных печей полезным объемом порядка 5500 м3. Так с учетом выражений 2, 3, 4, 5, 6 для печи полезным объемом 3200 м3 на каждый 1% изменения влажности шихтовых материалов требуется 22,4 отн.% изменения расхода природного газа для поддержания прежних условий теплообмена в верхней части доменной печи. Максимально допустимое увеличение расхода природного газа в пределах 55,0-63,0 отн.% определено с учетом допустимого отклонения текущей теоретической температуры горения на фурмах от рабочего диапазона ее изменения в пределах 1900oС-2300oС. Проведенные авторами предлагаемого изобретения промышленные испытания заявленного способа на доменных печах ОАО "НЛМК" позволили установить по результатам статистической обработки данных количественную зависимость между содержанием окатышей в шихте, Ок, % и температурой колошникового газа, tк, oС. Так для доменных печей полезным объемом 3200 м3 и содержанием кислорода в дутье 28,6% эта зависимость приобретает вид:
tк=125,67+1,93
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
Из выражения (7) имеем: изменение содержания окатышей в шихте на 1,0% способствует изменению температуры колошникового на 1,93oС, т.е.
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8592.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8594.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8776.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8592.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8594.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/176.gif)
Исходя из выражений (1), (7) имеем при изменении влажности шихтовых материалов на каждый 1% содержание окатышей в пределах 4,0-17,0%. Нижний предел 4,0 для печей, работающих на атмосферном дутье без обогащения его кислородом, а верхний предел 17,0 для печей, работающих на дутье с содержанием кислорода порядка 30%. Так, с учетом выражений 2, 3, 7 для печи полезным объемом 3200 м3 и содержанием кислорода в дутье 28,6% на каждый 1% изменения влажности шихтовых материалов требуется 13,7 абс.% изменения содержания окатышей в шихте для поддержания прежних условий теплообмена в верхней части доменной печи. Способ реализуется на доменной печи полезным объемом 3200 м3, которая выплавляет предельный чугун из шихты, состоящей из агломерата, окатышей флюсующих добавок и кокса. В работе печи используется подача в воздушные фурмы обогащенного кислородом нагретого дутья и природного газа. Заданный уровень и соответственно текущее значение технологических параметров доменной плавки характеризуется следующими величинами:
Рудная нагрузка, т/т - 3,73
Рудная подача, т - 59
в том числе
Агломерат, т - 52
Окатыши, т - 6
Конвертерный шлак, т - 1
Коксовая подача, т - 15,8
в том числе скиповый кокс, т - 79
Базовая влажность кокса, отн.% - 5,0
Расход дутья, м3/мин - 5650; 5676
Расход природного газа, тыс. м3/ч - 36,3; 36,3
Температура дутья, oС - 1137; 1137
Влажность дутья, г/м3 - 8,0
Концентрация кислорода в дутье,% - 31,0; 31,4
Теоретическая температура горения, oС - 2215
Удельный расход природного газа, м3/т чугуна - 110
Удельный расход кокса, кг/т чугуна - 435
Производство чугуна, т/сут - 7925
Температура колошника, oС - 150; 167
Примеры реализации способа:
1. Изменилась влажность кокса и составила 7 отн.%. Коррекция массы скипового кокса в пересчете на сухую массу составит:
mk w=0,01(7-5)1
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
и масса коксовой подачи составит:
8,1
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/215.gif)
После принятых действий температура колошникового газа составила 154oC, что выше заданного уровня. 1 - разница текущей и базовой влажности шихтовых материалов, %. 2. Изменилась влажность кокса и составила 11 отн.%. Корекция массы скипового кокса в пересчете на сухую массу составит:
mk w=0,001(11-5)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
и масса коксовой подачи составит:
8,4
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/215.gif)
Однако с учетом ограничений расхода природного газа по теоретической температуре горения воздействие по природному газу ограничиваем величиной 55%, при этом температура колошникового газа составила 126oС, что ниже заданного уровня. Согласно последовательности действия предлагаемого изобретения производят воздействие по содержанию окатышей в шихте, т.е. прямо пропорционально увеличивают долю окатышей в шихте. С учетом приведенного выше условия на каждый 1,0% отклонения влажности шихтовых материалов от базовой величины увеличивают долю окатышей на 13,7 абс. %. С учетом того что природным газом уже скомпенсировано 2,0% влаги, изменение доли окатышей составит:
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/215.gif)
После принятых действий через 5 ч температура колошникового газа составила 155oС, что выше заданного уровня. 3. Температура колошникового газа достигла значения 93oС, что ниже заданного уровня - 150oС. При этом изменилась влажность кокса и составила 13 отн.%. Отсюда коррекция массы скипового кокса в пересчете на сухую массу составит:
mW K=0,01(13-5)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
масса коксовой подачи составит:
8,5
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
рудная нагрузка:
Р/К=59/17=3,47. Согласно последовательности действия предложенного изобретения производим воздействия по содержанию окатышей в шихте и с учетом быстродействия - по расходу природного газа с ограничением до 2%:
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/215.gif)
В рудной подаче:
окатышей - 6
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
конвертерного шлака - 1 т.
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/215.gif)
Расход природного газа составит 36,3
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
масса коксовой подачи составит:
8,0
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
рудная нагрузка:
Р/К=59/16=-3,69
В соответствии с действиями предлагаемого изобретения одновременно с коррекцией кокса прямо пропорционально уменьшению влажности кокса (13-6)% уменьшают содержание окатышей в шихте:
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/215.gif)
В рудной подаче:
окатышей - 10,9-6
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
масса коксовой подачи составит:
8,0
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
рудная нагрузка:
P/К=59/16=3,69
В соответствии с действиями предлагаемого изобретения одновременно с коррекцией кокса прямо пропорционально изменению влажности кокса (6-4)%, а при базовой (заданной величине) в 5 отн.% принимаем уменьшение влажности кокса (6-5)%, уменьшаем расход природного газа:
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/916.gif)
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/215.gif)
Расход природного газа составит 36,3-36,3
![способ работы доменной печи, патент № 2180004](/images/patents/290/2180004/8226.gif)
Класс C21B5/00 Получение чугуна в доменной печи