2.5 Методы интенсификации доменного процесса

Методы интенсификации доменного процесса

Под интенсификацией доменного процесса понимают увеличение скорости его протекания. Мерой интенсивности хода доменной печи является количество чугуна, получаемое в единицу времени в расчете на единицу полезного объема доменной печи. Коэффициент использования полезного объема доменной печи к. и. п. о. определяется как частное от деления полезного объема печи V_пол (м 3 ) на суточную производительность печи Т (т) чугуна/сутки

Чем меньше этот показатель, тем интенсивнее протекает процесс, интенсивнее ход доменной печи.

Увеличить интенсивность хода доменной печи можно двумя путями: 1) созданием условий, при которых в горн доменной печи в единицу времени можно подать большее количество дутья (кислорода), расходуемое на горение углерода горючего, и 2) созданием условий, обеспечивающих снижение расхода кокса на единицу выплавляемого чугуна, если количество дутья, поступающее в горн в единицу времени не снижается или снижается в меньшей мере, чем расход кокса.

При увеличении количества дутья (кислорода), подаваемого в горн в единицу времени, соответственно увеличивается сгорающее в единицу времени количество углерода, а следовательно, увеличивается и производительность печи. При уменьшении относительного расхода горючего и неизменном количестве дутья производительность печи также возрастает вследствие увеличения рудной нагрузки на кокс.

Наиболее высокая степень интенсификации процесса достигается, когда одновременно с увеличением количества дутья имеется возможность уменьшить и относительный расход кокса в подачу.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем увеличения расхода дутья (кислорода) в единицу времени предполагает улучшение газопроницаемости столба шихты. Это может быть достигнуто повышением прочности агломерата, отсевом мелких фракций и улучшением однородности гранулометрического состава шихтовых материалов, повышением давления газов в рабочем пространстве печи, снижением относительного выхода шлака и улучшением его физических свойств. Данные по влиянию различных технологических факторов на технико-экономические показатели доменной плавки представлены в таблице 2.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем снижения относительного расхода кокса предполагает уменьшение тепловых затрат на процесс и применение заменителей кокса в роли теплоносителя и восстановителя. Уменьшение тепловых затрат на процесс достигается улучшением подготовки сырья. Глубокое обогащение, производство легковосстановимого офлюсованного и прочного агломерата позволяют вести процесс с низким выходом шлака, исключением затрат тепла на разложение сырого флюса, наиболее выгодным сочетанием прямого и непрямого восстановления и обеспечением равномерного нагрева. Применение высоконагретого дутья уменьшает расход углерода-теплоносителя, а вдувание в горн углеводородсодержащих добавок уменьшает расход углерода-восстановителя.

Основными методами интенсификации доменного процесса являются:

1) совершенствование способов подготовки и улучшение качества сырых материалов; 2) высокотемпературный нагрев дутья; 3) увлажнение дутья; 4) обогащение дутья кислородом; 5) вдувание в горн углеводородсодержащих добавок; 6) комбинирование дутья; 7) повышение давления газов в рабочем пространстве доменной печи.

Наиболее важной является подготовка сырья к плавке. Ни один из методов интенсификации доменного процесса не может дать максимального эффекта при плохом качестве сырья.

Таблица 2 – Влияние качества шихты и технологических факторов на производительность доменной печи и удельный расход кокса

Нагрев дутья

Снижение расхода горючего при переходе от холодного дутья к нагретому или от менее нагретого дутья к более нагретому происходит в результате действия двух причин: 1) замены части тепла, выделяемого при сгорании углерода у фурм, теплом нагретого дутья и 2) изменений в доменном процессе, которые вызывают изменения в тепловом балансе плавки в сторону уменьшения расхода тепла. Количество тепла, вносимое нагретым дутьем на единицу выплавляемого чугуна, определяется уравнением

где V_д – объем дутья на единицу чугуна, м 3 ; с_д – теплоемкость дутья, кдж/(м 3 ×град);

t_д– температура дутья, °С.

Получаемая от нагрева дутья экономия тепла в виде горючего больше количества тепла, вносимого в печь нагретым дутьем, или, другими словами, тепло нагретого дутья заменяет такое количество горючего, которое при сгорании выделило бы большее количество тепла, чем вносится дутьем. Объясняется это тем, что тепло нагретого дутья не сопровождается образованием дополнительного количества газов, которые, уходя из доменной печи, уносили бы часть тепла. Следовательно, тепло нагретого дутья практически полностью используется в нижней части доменной печи и расходуется на прямое восстановление элементов, перевод серы в шлак и нагрев чугуна и шлака. Получаемое при сгорании у фурм углерода тепло в отличие от тепла нагретого дутья в доменной печи используется не полностью, так как часть его уносится из печи газами, образовавшимися при сгорании кокса, а часть теряется с охлаждающей водой и в атмосферу.

Изменения в тепловом балансе при нагреве дутья, влияющие на расход кокса, сводятся к следующему:

1. При повышении нагрева дутья уменьшается относительный расход кокса, а следовательно, уменьшается и количество газа на единицу чугуна. Меньшее количество газа, встречая то же количество железорудных материалов, передает им то же, что и ранее, количество тепла. В результате газ охладится больше и уйдет из печи с более низкой температурой. Таким образом, меньшее количество менее нагретого колошникового газа унесет меньше тепла из печи, увеличивая тепловой к. п. д. печи.

2. Уменьшение расхода кокса с повышением нагрева дутья при неизменном его количестве увеличивает производительность печи, а это значит, что в расчете на единицу чугуна уменьшаются тепловые потери с охлаждающей водой и в атмосферу через кладку печи. Эта статья также экономит тепло, увеличивая к.п.д. печи.

3. С уменьшением относительного расхода горючего уменьшается количество шлака вследствие уменьшения количества золы кокса и расхода флюса на ее ошлакование. Чем меньше количество шлака, тем меньше расход тепла на его нагрев. Кроме того, уменьшается расход тепла на испарение влаги и шлакование серы, так как их меньше вносится коксом. Эта статья также экономит тепло.

4. При повышении нагрева дутья возрастает температура в горне, поэтому более нагретые чугун и шлак уносят из печи больше тепла. Расход тепла увеличивается еще и потому, что при уменьшении расхода кокса и повышении температуры в горне возрастают степень прямого восстановления железа и переход кремния в чугун.

Относительная экономия тепла в доменной печи получаемая нагретом:

где Е – экономия тепла в доменной печи, отнесенная к общему расходу тепла на единицу чугуна;

q– алгебраическая сумма разностей всех статей расхода тепла на единицу чугуна при обычном (или менее нагретом) и нагретом дутье, кДж;

W – общий расход тепла в печи на единицу чугуна, кДж.

Экономия тепла и экономия кокса, не пропорциональна повышению температуры дутья, т.е. не одинакова при повышении температуры дутья на одно и то же число градусов по следующим причинам.

1. С увеличением нагрева дутья уменьшается относительный расход кокса, на сжигание которого требуется меньшее количество дутья, следовательно, выражение V_дс_дt_д, входящее в числитель уравнения, уменьшается, уменьшая значение величины Е.

2. С увеличением нагрева дутья уменьшается и величина q, которая при определенной температуре дутья (разной для разных условий плавки) может стать даже отрицательной и в такой мере, что числитель уравнения превратится в ноль. В этом случае экономии тепла при увеличении нагрева дутья не будет.

3. Чем выше нагрев дутья, тем полнее используется тепло в доменной печи, т. е. выше тепловой к. п. д. печи k_T за счет уменьшения потерь тепла с колошниковым газом, так как при уменьшении относительного расхода кокса уменьшаются количество колошникового газа и его температура, уменьшаются тепловые потери с охлаждающей водой и в атмосферу в расчете на единицу чугуна вследствие увеличения производительности печи.

4. Общий расход тепла W с увеличением нагрева дутья уменьшается, а так как величина W входит в знаменатель уравнения, то с ее уменьшением экономия тепла возрастает. Это единственная величина, способствующая возрастанию экономии тепла при увеличении нагрева дутья, однако ее влияние на общее изменение значения невелико по сравнению с влиянием трех предыдущих факторов.

Повышение температуры дутья на каждые 10 ºС в интервале от 1000 до 1300 ºС обеспечивает повышение производительности на 0,2-0,3% и снижение расхода кокса на 0,2-0,3%.

Современные доменные печи работают на дутье с температурой до 1250ºС. Дальнейшее повышение температуры дутья сдерживается возможностями воздухонагревателей и несовершенством конструкции фурменных приборов.

Увлажнение дутья

Естественная влага, содержащаяся в дутье, при высокой температуре в зоне горения диссоциирует на водород и кислород с поглощением большого количества тепла

Кислород влаги, так же как и кислород дутья, взаимодействует с углеродом кокса с СО

C + ½О₂ ®СО+ 28080 ккал. (99)

Суммируя реакции получим

Переходящие в газовую фазу продукты реакции водород и оксид углерода принимают затем участие в НВ.

Естественная влажность воздуха колеблется в значительных пределах как и течение суток, так и по временам года на 8–12 г в 1 м 3 воздуха, или на 1–1,5% по объему.

Колебания влажности дутья вызывают изменения в тепловом и температурном режиме горна и в ходе восстановления, что приводит к расстройствам хода печи, ухудшая технико-экономические показатели.

Устранить колебания естественной влажности можно двумя путями: осушением дутья и увлажнением дутья в таких пределах, чтобы влажность его была несколько выше естественной, но постоянной во времени. Второй путь является более простым и менее затратным, и применяется овсеместно.

Для обеспечения стабильной влажности дутья применяют его увлажнение путем добавления в дутье водяного пара. После стабилизации влажности дутья получили увеличение производительности на 10–16% и снижение расхода кокса на 3,5–5,8% при одновременном повышении температуры дутья на 200–250 град и количества дутья на 5–7%.

При увлажнении дутья повышение производительности печи достигается за счет более ровного хода печи, обогащения дутья кислородом влаги, снижения расхода кокса и некоторого увеличения количества дутья.

Снижение расхода кокса достигается вследствие повышения восстановительной способности газа. Образующиеся при разложении влаги восстановительные газы Н₂ и СО увеличивают НВ в зоне умеренных температур, уменьшая ПВ, которое протекает с поглощением тепла. Однако снижение расхода кокса может быть получено только при условии компенсации затрат тепла на разложение влаги и нагрев образовавшихся продуктов разложения влаги до температуры в зоне горения из расчета 72 град на 1% влаги в дутье, или 9 град на 1 г Н₂О в 1 м 3 дутья.

Но достоинства увлажненного дутья не исчерпываются его интенсифицирующим действием. Увлажненное дутье позволяет быстро и эффективно влиять на тепловое состояние печи, являясь мощным фактором регулирования доменного процесса «снизу». При возникновении горячего хода его быстро устраняют увеличением содержания влаги в дутье. При похолодании нормальный нагрев восстанавливают уменьшением содержания влаги в дутье.

При выборе влажности дутья следует учитывать, что ее увеличение без компенсации затрат тепла на разложение влаги, ведет к ухудшению ТЭП доменной плавки (см. таблицу 2).

Обогащение дутья кислородом

При обогащении дутья кислородом изменяются следующие параметры (рисунок 36):

1. Уменьшается расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода, так как при повышении содержания кислорода в дутье соответственно уменьшается содержание азота.

2. Уменьшается количество горнового газа на единицу сжигаемого у фурм углерода вследствие уменьшения содержания азота в дутье.

3. Повышается концентрация СО в горновом газе вследствие уменьшения разбавления его азотом.

4. Значительно возрастает температура в зоне горения, так как уменьшается объем образующихся газов.

Содержание О₂ в дутье, %

Рисунок 36 — Изменение некоторых параметров процесса при обогащении дутья кислородом

Перечисленные изменения параметров горения углерода у фурм при обогащении дутья кислородом вызывают как положительные, так и отрицательные изменения в ходе доменного процесса и его тепловом балансе.

1. При обогащении дутья кислородом снижается перепад давления газов между горном и колошником вследствие уменьшения выхода горнового газа на единицу сжигаемого углерода и скорости движения газов в столбе шихтовых материалов. Это позволяет увеличить расход дутья в единицу времени, т. е. увеличить количество сжигаемого в единицу времени кокса и соответственно повысить производительность печи.
2. При этом резко повышается температура фурменных газов, увеличивается их объем, что может стать причиной «нижних» подвисаний, то есть прекращения схода шихты в фурменные очаги из-за уровновешивания шихты подъемной силой газа. Поэтому повышение концентрации кислорода в дутье можно вести до температуры в фурменном очаге не выше 2200-2400°С. Дальнейшее обогащение дутья кислородом должно сопровождаться мерами по снижению температуры горения: увлажнение дутья или применение природного газа.
3. Повышение концентрации окиси углерода в газе увеличивает непрямое восстановление, соответственно уменьшая расход тепла на ПВ при условии, если будет обеспечено достаточное количество газов и их рациональное распределение.
4. Уменьшение количества горнового газа и повышение его температуры изменяют условия теплообмена так, что тепло от газов к шихте очень интенсивно передается в нижней части печи. В верхние зоны печи газ приходит с более низкой температурой, чем при обычном дутье.
5. Меньшее количество колошникового газа и более низкая его температура уменьшают количество уносимого с газом из печи тепла, способствуя экономии кокса. Наконец, увеличение производительности печи при обогащении дутья кислородом уменьшает потери тепла в расчете на единицу чугуна.

Наибольший эффект от кислородного дутья там, где выше развита степень прямого восстановления, ниже температура дутья и выше температура колошника, т.е. при выплавке доменных ферросплавов.

Уменьшение количества и понижение температуры колошникового газа, а также уменьшение потерь тепла с охлаждающей водой и в атмосферу в расчете на единицу сплава вследствие повышения производительности дают значительную экономию кокса.

Так, обогащение дутья кислородом на каждый 1% в диапазоне от 25 до 30% позволяет повысит производительность на 1,6-2,4%. Наилучшие результаты от применения кислорода достигаются при одновременном использовании природного газа.

2.5 Методы интенсификации доменного процесса

Под интенсификацией доменного процесса понимают увеличение скорости его протекания. Мерой интенсивности хода доменной печи является количество чугуна, получаемое в единицу времени в расчете на единицу полезного объема доменной печи. В условиях производства принято пользоваться обратной величиной – полезным объемом печи, затрачиваемым в течении суток на выплавку 1 т чугуна. Этот показатель называется коэффициентом использования полезного объема доменной печи и определяется как частное от деления полезного объема печи Vпол (м3) на суточную производительность печи Т (т) чугуна/сутки. Чем меньше этот показатель, по абсолютному значению, тем интенсивнее протекает процесс, интенсивнее ход доменной печи.

Увеличить интенсивность хода доменной печи можно двумя путями:

создание условий, при которых в горн доменной печи в единицу времени можно подать большее количество дутья, расходуемого на сгорание углерода горючего;

создание условий, обеспечивающих снижение расхода кокса на единицу выплавляемого чугуна, если количество дутья, поступающее в горн в единицу времени, не снижается или снижается в меньшей мере, чем расход кокса.

При увеличении количества дутья, подаваемого в горн в единицу времени, соответственно увеличивается сгорающее в единицу времени количество углерода, а следовательно, увеличивается и производительность печи. При уменьшении относительного расхода горючего и неизменном количестве дутья производительность печи также возрастает вследствие увеличения рудной нагрузки на кокс. Наиболее высокая степень интенсификации процесса достигается, когда одновременно с увеличением количества дутья имеется возможность уменьшить и относительный расход горючего.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем увеличения расхода дутья в единицу времени предполагает улучшение газодинамики процесса. Это может быть достигнуто повышением прочности агломерата, отсевом мелких фракций и улучшением однородности гранулометрического состава шихтовых материалов, повышением давления газов в рабочем пространстве печи, снижением относительного выхода шлака и улучшением его физических свойств.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем снижения относительного расхода кокса предполагает уменьшение тепловых затрат на процесс и применение заменителей кокса в роли теплоносителя и восстановителя.

Основными методами интенсификации доменного процесса являются:

совершенствование способов подготовки и улучшение качества сырых материалов;

высокотемпературный нагрев дутья;

обогащение дутья кислородом;

вдувание в горн углеводород содержащих добавок;

повышение давления газов в рабочем пространстве доменной печи.

Наиболее важной по своему значению является подготовка сырья к плавке. Ни один из методов интенсификации доменного процесса, перечисленных в п. 2 – 7, не может дать максимального эффекта при плохом качестве сырья.

Впервые нагретое дутье в доменном производстве применили в 1829 г. Несмотря на сравнительно невысокий нагрев дутья (150 С), показатели работы печи значительно улучшились: относительный расход горючего уменьшился на 30 %, производительность печи возросла, появилась возможность увеличить количество дутья. При этом расход горючего на нагрев дутья был намного ниже полученной экономии. Впоследствии применение более нагретого дутья (350 – 400 С) на коксовых доменных печах позволило уменьшить относительный расход кокса на 25 – 35 %. В настоящее время дутье нагревают до1100 – 1200 0 С и выше.

За всю историю существования доменного производства ни одно мероприятие не дало такого снижения расхода горючего, как применение нагретого дутья.

Естественная влажность воздуха колеблется в значительных пределах как в течении суток, так и по временам года. Колебания влажности дутья вызывают изменения в тепловом и температурном режиме горна и в ходе восстановления, что нередко приводит к расстройствам хода печи, ухудшая технико-экономические показатели.

Устранить колебания естественной влажности можно двумя способами: осушением дутья и увлажнением дутья в таких пределах, чтобы влажность его была несколько выше естественной, но постоянной во времени.

Обогащение дутья кислородом

При обогащении дутья кислородом изменяются следующие показатели:

Уменьшается расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода.

Уменьшается количество горнового газа на единицу сжигаемого у фурм углерода.

Повышается концентрация оксида углерода в горновом газе.

Значительно возрастает температура в зоне горения.

При обогащении дутья кислородом снижается перепад давления газов между горном и колошником вследствие уменьшения выхода горнового газа на единицу сжигаемого углерода и скорости движения газов в столбе шихтовых материалов.

Вдувание в горн природного газа и других добавок к дутью

При вдувании природного газа в количестве 70 – 90 м3 на 1 т чугуна расход кокса уменьшается на 10 – 14 %. Экономия кокса при вдувании природного газа достигается за счет:

Увеличения непрямого и уменьшения прямого восстановления.

Замены части углерода кокса углерода природного газа.

Уменьшения прихода серы в печь, основности и выхода шлака вследствие уменьшения расхода кокса, вызываемого первыми двумя факторами.

Комбинированное дутье. Комбинированным принято называть дутье, включающее добавки как в виде окислителей (кислород, пар), так и восстановителей (природный газ, коксовый газ, мазут пылеугольное топливо и др.). Наибольшее распространение получило сочетание обогащения дутья кислородом с вдуванием природного газа.

Основной положительный эффект при вдувании природного газа состоит в значительном сокращении расхода кокса, а при обогащении дутья кислородом – в увеличении производительности печи. Но достижение возможного эффекта при вдувании природного газа ограничивается его отрицательными сторонами – увеличением количества горнового газа с понижением температуры в горне, а достижение возможного эффекта обогащенного кислородом дутья ограничивается, наоборот, чрезмерным повышением температуры в горне.

Повышение давления газа. Идея работы доменной печи на повышенном давлении газов была выдвинута с целью улучшения восстановительной способности газов. Однако положительное действие повышенного давления проявляется не в улучшении восстановительной способности газов, а в улучшении газодинамического режима доменной печи, при котором возможно значительное повышение производительности и снижение расхода кокса. Повышение давления газа внутри доменной печи достигается путем пережима струи газа при помощи специального дроссельного устройства, установленного в газопроводе очищенного от пыли газа. Положительное действие повышенного давления газа заключается в том, что с увеличением давления уменьшается объем газа и его скорость, вследствие чего уменьшаются подъемная сила газа и перепад давления газа между горном и колошником. Это позволяет увеличивать массовое количество дутья, не превышая его критического объема.

Экономическая эффективность доменного процесса при изменении условий работы доменной печи , страница 3

Для того чтобы оценить интенсивность доменного процесса используют следующие показатели:

ü удельный расход кокса(размерность кг/т чугуна чем этот показатель меньше тем интенсивнее работает печь.

ü удельная производительность доменной печи Пут т/м 3 -сут –показывает, какое количество чугуна снимается с 1м 3 доменной печи. На интенсивно работают доменная печь 2,5-3,0 т/м 3 сут и 1,8-2,0 т/м 3 (минимум в сутки должна давать 2 своих объёма).

ü КИПО- коэффициент использования полезного объёма доменной печи — показывает, какой объем доменной печи используется для выплавки тонны чугуна. Чем значение КИПО меньше, тем лучше работает доменная печь. На интенсивно работающих доменных печах КИПО находится в пределах 0,33-0,35 м 3 *сут/т.

Интенсификация доменного процесса- это ускорение или увеличение скорости протекания процесса с целью повышения производительности доменной печи.

Повысить интенсивность хода доменной печи можно двумя способами:

ü создать условия, при которых в горн можно подать больше количества дутья для сжигания кокса.

ü создать условия, обеспечивающие снижение расхода кокса на единицу выплавляемого чугуна.

При условии сохранении tрежима интенсификация будет более эффективной, если мы сможем выполнить сразу два условия.

При увеличении количества вдуваемого дутья необходимо обеспечить повышенную газопроницаемость шихтовых материалов, чтобы они смогли пропустить через себя больше газа.

Для уменьшения расхода кокса необходимо применения заменителей кокса и уменьшать тепловые затраты на процесс.

1.2 Способы интенсификации доменного процесса

`Основные методы интенсификации доменного процесса:

ü повышение качества шихтовых материалов;

ü повышение давления газов в рабочем пространстве печи;

ü подача высокотемпературного дутья (1100 – 1300 0 С).

Способы интенсификации доменного процесса

Применение офлюсованного агломерата высокой основности позволяет частично или полностью удалить известняк из шихты. Для полного исключения известняка из шихты (необходим агломерат с основностью 1,4—2,0. С выводом сырого известняка из доменной шихты уменьшается расход тепла на разложение CaCO3 и на взаимодействие выделившейся CO2 с углеродом кокса. При этом следует ожидать повышения восстановительной способности газов, так как со снижением расхода известняка уменьшается содержание CO₂ в доменном газе. Использование офлюсованного агломерата способствует также более равномерному протеканию процесса шлакообразования, оказывает положительное влияние на ход печи и десульфурацию чугуна. Все это приводит к снижению расхода кокса и повышению производительности печи.

В результате применения офлюсованного агломерата с основностью 1,3—1,4 на передовых заводах расход известняка снизился с 322 до 70 кг/г чугуна, расход кокса — на 11,1%, а производительность повысилась на 12,2%.

Применение повышенного давления на колошнике. В настоящее время большинство доменных печей России работает с повышенным (до 0,6—0,8 и реже до 1,0—1,8 ати) давлением газа на колошнике. Обычное давление составляет 0,06—0,13 ати. Повышение давления газа сопровождается уменьшением объема поднимающихся из печи газов и снижением их скорости. Это приводит к более ровному ходу печи. Большее время пребывания газа в печи способствует лучшему использованию химической энергии газа и при рациональной загрузке шихтовых материалов достигается лучшее распределение газового потока по сечению печи. Повышенное давление газа на колошнике дает возможность форсировать ход печи, увеличивая количество дутья.

При работе на повышенном давлении газа возможна выплавка малокремнистого передельного чугуна без снижения нагрева дутья. Эта связано с зависимостью процесса восстановления углеродом от давления газа.

Источник https://infopedia.su/18x109a0.html

Источник https://studfile.net/preview/4193964/page:9/

Источник https://vunivere.ru/work100332/page3