CC BY
16
УДК 621.162.26
Е.И.Хрущев, В.П.Русских, В.Н.Андронов, С.В.Ботман, А.Н.Усенко
ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ В УСЛОВИЯХ ДЕФИЦИТА ЭНЕРГОСЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ
В результате разрыва сложившихся производственных связей между поставщиками энергосырьевых ресурсов и металлургическими предприятиями доменные печи все чаще вынуждены работаь на "голодном пайке", что заставляет разрабатывать комплекс технологических мероприятий, позволяющих работать с пониженной интенсивностью плавки и сохранить при этом основные производственные фонды.
В мировой практике имеется немалый опыт работы доменных печей с пониженной интенсивностью плавки, который с учетом конкретных условий работы доменных печей и возможности цеха был использован при отработке технологии их работы.
Результаты анализа работы цеха свидетельствуют о том, что потери производства в период неудовлетворительных поставок кокса существенно превышают расчетные потери чугуна по этой причине, т.к. в этих условиях перераспределение природного газа, вдуваемого в горн, и кислорода на обогащение дутья, а также изменение основных технологических параметров на печах не соответствовали оптимальным. В зависимости от ритма и объема поставок кокса в доменный цех принималось решение об остановке одной или двух печей цеха, исходя из необходимости выполнения на ней ремонтных работ или наименьшей ее экономичности. Дальнейший вариант - ведение доменных печей с пониженной интенсивностью плавки, для чего у технологов есть следующие рычаги воздействия: - изменение давления на колошнике с целью сохранения напора газов в печи, что вызывает необходимость изменения режима загрузки сырых материалов даже при сохранении длины окислительной зоны; - изменение параметров комбинированного дутья, главным образом температуры и концентрации кислорода в нем; - если указанных воздействий недостаточно, необходимо снизить расход дутья. При этом уменьшаются потери напора газов и кинетическая энергия дутья, для сохранения которой необходимо уменьшить число работающих фурм или уменьшить их сечение.
Работа доменных печей при снижении расхода природного газа или полном прекращении его подачи в горн доменных печей в условиях неритмичного обеспечения доменного цеха энергоресурсами и шихтовыми материалами, неудовлетворительной организации производства вызывает серьезные расстройства хода печей, преждевременный износ оборудования, повышенное горение холодильников шахты, воздушных фурм и т.п. и требует более внимательного отношения обслуживающего персонала к выбору технологических параметров работы печи. Методы управления процессом плавки, приемлемые при нормальной работе, в условиях дефицита энергоресурсов, шихтовых материалов и неритмичного отбора продуктов плавки неприемлемы. Такие важнейшие технологические параметры как уровень теоретической температуры горения кокса, величина перепада давлений "дутье-колошник", соотношение расходов природного газа и кислорода, параметры загрузки шихты должны быть оптимальными и соответствовать условиям работы каждой доменной печи.
Снижение расхода природного газа более, чем на 50-70 % даже при полном прекращении подачи кислорода на обогащение дутья приводит к повышению теоретической температуры горения, что, в свою очередь, без своевременного принятия специальных мер, вызывает серьезные расстройства хода доменных печей.
Так, температурно-дутьевые параметры работы доменных печей с сокращенным в различной степени расходом природного газа в условиях отсутствия пара на увлажнение дутья устанавливались исходя из фактических
лимитов на газ, состояния оборудования печей, а также производственно-экономической оценки их работы. Для каждой доменной печи было опробовано от 15 до 23 режимов работы печей при повышенных против обычного теоретических температурах горения кокса в фурменной зоне. Полное прекращение подачи природного газа приводит к более существенным потерям на печах большого объема, чем на печах малого объема, так как расход кокса на них на 50-60 кг/т чугуна выше.
Так, минимальный расход кокса на доменных печах объемом 1033 м составил 580-616 кг/т при температуре дутья 850 °С, достаточно высоких рудных нагрузках шихты (3,7 т/т, т.е. на уровне работы с природным газом), теоретических температурах горения кокса до 2200 °С. При этом перепад давлений, кинетическую энергию дутья поддерживали на обычном уровне.
Наиболее экономичный режим работы доменной печи объемом 2300 М : расход кокса 714 кг/т чугуна, при температуре дутья 790 °С, концентрации кислорода в дутье 21 %. Рудная нагрузка снизилась с 3,5 до 2,66 т/т. Недостаточное количество дутья и низкая его температура явились основной причиной относительно высокого расхода кокса. Обращает на себя внимание,
что индекс изменения удельного расхода кокса на каждые 10 м*/т сокращенного природного газа неоднозначен и зависит от интервалов расхода прирродного газа и температуры дутья.
Систематизированной обработкой массива данных по каждой доменной печи установлена множественная корреляционная зависимость расхода кокса (К) и производства чугуна (П) от следующих факторов: расход
природного газа (Пг, М /т), концентрации кислорода в дутье (02, %). температуры дутья (Тд,°С), давления газа под колошником (Рк, МПа). К,= 820,16 - 0,53 -Пг + 3,84 ■ %02 - 0,26 ■ Тд - 260,4 - Рк
/7,= 56,15 • %02 - 1,04 ■ Пг + 1,14 Тд + 6349,6 ■ Рк - 1419,41 К = 0,821
ко р '
К2= 1209,23 - 0,01 ■ Пг - 9.56 %02 - 0,43 ■ Тд + 267,1 - Рк = 0,814
П2= 108,71 • %02 - 4,84 • Пг + 2,10 • Тд + 6537,1 ■ Рк - 3298,21 = 0,941
Ку= 1366,61 -0,08 • Пг - 26,95 %02-0,16 - Тд + 181, 7 • Рк /С„р = 0,942
Пъ- 25,62 • %02 + 1,81 • Пг + 0,73 ■ Тд+ 6144,9 • Рк - 148,95 /С„р= 0,713
/С4= 1218,73-0,82- Пг-37,48 %02 +0,31 • Тд-57,2- Рк 0,895
Я4= 347,56 • %02 - 3,70 Пг + 1,08 Тд + 9253,8 • Рк - 7367,31 *»р=0.94
Кь- 891,79 - 1,51 • Пг - 20,01 • %02 + 0,29 • Тд - 14,6 • Рк = 0,948
П5 - 314,05 • %02 + 1,29 • Пг - 2,91 ■ Тд + 8470,0 • Рк - 2685,61 Ко,- 0,885
Снижение рудных нагрузок шихты на 0,7 - !.0 ед. привело к улучшению газопроницаемости шихты, перераспределению газового потока, температур и
зон когтезии, в связи с чем одновременно с отработкой воздушно-дутьевых параметров производился подбор оптимальных режимов загрузки шихты. Доля прямых подач (ААКК) в цикле уменьшалась со 100 до 20 - 40 %.
Отсутствие запасов сырья на складах заставило использовать в шихте всевозможные добавки (шлаки, шламы), что сказалось на повышении прихода с шихтой вредных примесей.
Содержание серы в агломерате возросло в 2 раза (до 0,08 %), а общий приход с шихтой составил 9,8 кг/т чугуна (в том числе с коксом 8,3 кг/т). И только благодаря ведению плавок на повышенных тепловых режимах (содержание кремния в чугуне 0,9 - 1,1 %) и более основных шлаках удалось сохранить качество чугуна на прежнем уровне.
Приход щелочей с шихтой достиг 12,0 кг/т чугуна, что в 2 раза превышает уровень на металлургических предприятиях Украины, и в 4 раза - на зарубежных, в результате чего появились простои, связанные на расчистке газопроводов и дроссельной группы от настылей.
Ограниченное в настоящее время количество подготовленных видов железорудного сырья (агломерата, окатышей) предполагает вынужденное возвращение к испытанной ранее технологии с частичным использованием в доменной шихте сырой железной руды. Однако, в связи с проведенными за последние годы существенными конструктивными изменениями доменных печей (профиля печи, увеличения количества чугунных леток и вывода из работы шлаковых) этот процесс не может быть прямым переносом старой технологии в существующие условия, особенно с точки зрения организации отработки продуктов плавки. Наиболее приемлемым вариантом в сложившейся ситуации, позволяющим сохранить выход шлака и режим отработки продуктов плавки прежними, является использование в шихте самоплавкиемагнетитовых руд с высоким содержанием железа и основностью.
Выводы.
1. Последние годы характеризуются устойчивым ухудшением условий обеспечения доменного цеха энерго-сырьевыми ресурсами.
2. Частичное или полное прекращение подачи природного газа и кислорода в доменную печь при отсутствии пара на увлажнение дутья привело к повышению удельного расхода кокса на 80 - 180 кг/т. Снижению рудных нагрузок с 3,6 - 3,8 до 2,6 - 2,9 т/т способствовало перераспределению газового потока и обеспечило возможность некоторого повышения расхода дутья для сохранения перепадов давлений "дутье-колошник" на прежнем уровне. Однако из-за низкой мощности воздуходувных средств вынуждены были снизить давление под колошником с 1,4 - 1,3 до 1,0 - 0,8 ати.
3. Необходимым условием ровной работы доменных печей при сокращении расхода природного газа и отсутствии пара на увлажнение является снижение концентрации кислорода в дутье до атмосферного и его температуры до 850 -900 °С.
4. В связи с ростом удельного расхода кокса в этих условиях и улучшением газопроницаемости шихты стало возможным работать с более высокими против обычных теоретическими температурами горения кокса в фурменной зоне.
5. Полное прекращение подачи природного газа на печи большого объема (Д.П. 4,5) экономически нецелесообразно, т.к. удельный расход кокса на этих печах на 50 - 60 кг/т чугуна выше, чем на печах малого объема.
6. Относительно безболезненный переход на технологию выплавки чугуна без природного газа даже в условиях отсутствия пара на увлажнение дутья объясняется тем, что доменные печи металлургического комбината им.Ильича всегда работали с относительно низкой степенью компенсации кислорода природным газом и повышенной теоретической температурой горения в связи с организацией качественного отсева мелких фракций агломерата и кокса на всех доменных печах.
