CC BY
16
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2005р. Вип.№ 15
УДК 669.162.263
Русских В.П.1, Хрущев Е.И.2, Лукьяненко И.А.3, Косолап Н.В.4, Доля С.Н.5
ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПЛАВКИ С ВДУВАНИЕМ ВОДЫ В ФУРМЕННУЮ ЗОНУ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
На Мариупольском меткомбинате им. Ильича разработана технология доменной плавки с вдуванием диспергированной воды в фурменную зону. Результаты проведенной опытно-промышленной плавки при совместной подаче природного газа и воды свидетельствуют о целесообразности применения разработанной технологии, особенно в условиях дефицита энергоресурсов. Эффективность ее повышается при использовании системы автоматического дозирования расхода воды по показаниям термодатчиков, встроенных в носок фурмы.
В условиях работы доменного цеха металлургического комбината им. Ильича нет возможности регулирования теплового состояния горна изменением влажности дутья сокращением или увеличением расхода пара для этих целей. Опытно-промышленные плавки проводились для испытания технологии, разработанной кафедрой металлургии чугуна Приазовского государственного технического университета совместно с ММК им. Ильича с использованием устройства, обеспечивающего одновременный ввод в горн доменной печи нескольких реагентов, в том числе диспергированной воды [1,2].
В ходе проведения опытно-промышленных плавок изучалась возможность автоматического управления тепловым состоянием доменной печи без изменения температуры горячего дутья, концентрации кислорода в нем и расхода природного газа. Температурный уровень горна определяли по показаниям термодатчиков, встроенных в носки воздушных фурм. В качестве воздействия на тепловое состояние печи использовали изменение количества диспергированной воды, подаваемой в окислительную зону.
Опытно-промышленные плавки проводили на доменной печи полезным объемом 1033 м3 Мариупольского мет.комбината им. Ильича. Воду совместно с природным газом и дутьем, обогащенным кислородом, первоначально подавали через одну фурму, затем через четыре. Основной целью исследований этого этапа являлась доработка конструкции как самой фурмы с целью обеспечения ввода в дутье необходимого количества природного газа и воды, так и конструкции распылителя воды. Одновременно совершенствовали систему подвода воды к фурмам, испытывали различные конструкции расходомеров и запорной арматуры.
Со средины декабря 1999 г. вдувание воды совместно с природным газом осуществляли через все четырнадцать фурм. Для определения эффективности новой технологии выбран период работы печи, когда расход природного газа составлял 7 тыс. м3/час, воды до 35 дм3/мин. Обработка результатов опытно-промышленной плавки показала положительные изменения в технологии и в технико-экономических показателях работы доменной печи. При условии сохранения ровного хода печи и относительно постоянной теоретической температуры горения кокса (2130-2145 °С) появилась возможность повышения температуры горячего дутья на 136 °С при вдувании 35 дм3/мин воды. При этом фактическое производство чугуна увеличилось на 196 т/сут., удельный расход кокса снизился на 20,5 кг/т чуг. С учетом
1ПГТУ, канд. техн. наук, доцент.
2ПГТУ, канд. техн. наук, доцент.
3 ОАО «ММК им. Ильича», соискатель.
4 ОАО «ММК им. Ильича», соискатель.
5 ОАО «ММК им. Ильича», инженер.
того, что повышение температуры дутья до 1210 °С стало возможным благодаря вдуванию воды, реальное улучшение показателей доменной плавки выражается в увеличении производительности на 106 т/ сут., снижении удельного расхода кокса на 24,6 т/т чугуна.
В процессе проведения опытно-промышленных испытаний системы распыления воды в потоке горячего дутья выявлены некоторые её недостатки. Сформулированы предложения и рекомендации по совершенствованию системы:
- с целью повышения точности показаний расхода воды, изменить градуировку шкалы вторичного прибора;
- увеличить диаметр труб для подвода в фурму природного газа с 25 мм до 32 мм с целью обеспечения возможности подачи природного газа до 500-600 м3/час через каждую фурму;
- из опробованных конструкций наиболее подходящей оказалась конструкция распылителя с пережимом;
- необходимо регулировать распределение воды по отдельным воздушным фурмам и корректировать ее расход в автоматическом режиме;
- необходимо установить дополнительные фильтры очистки воды (особенно технической) от механических примесей.
В фурменную зону доменной печи одновременно вдували воду и природный газ. Для определения влияния концентрации реагентов в дутье на производительность печи и расход кокса были выбраны четыре периода её работы, показатели которых представлены в таблице.
Таблица - Показатели работы доменной печи в различных условиях
Период
Показатель Размерность I II III IV
17 суток 8 суток 8 суток 8 суток
Производство чугуна т/сут 1702 1793 1843 1676
Расход агломерата кг/т 1849 1865 1880 1824
Содержание железа в агломерате о/ /о 52,47 52,16 52,06 51,72
Расход известняка кг/т 55,8 78,7 59,2 51,8
Расход кокса кг/т 643,4 615,6 605,9 635,2
Расход реагентов:
природного газа м3/т 84,3 96,5 95,1 102,5
кислорода м3/т 74,7 78,2 72,9 59,6
воды кг/т - 34 35 30
Интенсивность горения кокса т/м3 сут 1,063 1,0638 1,0411 0,996
Рудная нагрузка т/т 2,84 2,93 3,15 2,91
Расход дутья м3/мин 2297 2273 2236 2172
Содержание в чугуне:
кремния о/ /О 0,92 1,02 0,91 0,86
марганца о/ /О 0,28 0,39 0,43 0,43
серы о/ /о 0,024 0,022 0,026 0,023
Температура дутья °С 1104 1194 1210 1191
Первый период работы доменной печи №1 характеризовался самым высоким из всех периодов содержанием железа в агломерате, умеренным расходом природного газа и кислорода в дутье, самой низкой его температурой и довольно низким производством чугуна.
Несмотря на высокое содержание железа в агломерате и сравнительно низкий расход известняка этот период работы доменной печи характеризуется самой низкой рудной нагрузкой на кокс и самым высоким его удельным расходом на выплавку чугуна.
Второй период работы печи отличается от первого подачей воды в окислительную зону. По сравнению с первым периодом отмечается рост производства чугуна, снижение удельного расхода кокса на его выплавку, и расхода дутья на производство тонны чугуна, значительным повышением температуры горячего дутья. Увеличение выплавки чугуна происходит при некотором снижении содержания железа в агломерате и расхода дутья, увеличении расхода известняка и при неизменной концентрации кислорода в дутье. И если в первом периоде по отметкам в технологическом журнале работы доменной печи ровный ход фиксировался в
течение 19 % рабочего времени, то во втором периоде этот показатель увеличился до 21 %. Работа этого периода характеризуется также чрезмерно высоким содержанием кремния в чугуне, что объясняется стремлением технологического персонала иметь существенный запас тепла в горне доменной печи на случай ее непредвиденного похолодания.
В третьем периоде расход воды достигал максимального значения - 36 кг/т чугуна. Этот период характеризуется максимальной производительностью доменной печи и минимальным удельным расходом кокса при самом низком, по сравнению с первыми двумя периодами, содержанием железа в агломерате и расходе дутья. Температура дутья при этом была максимальной из всех рассматриваемых периодов работы доменной печи. В 46 % случаев технологическим персоналом отмечался ровный ход доменной печи, период отличался довольно стабильным и более низким, по сравнению с первыми двумя периодами, содержанием кремния в чугуне.
Четвертый период работы печи отличается крайне нестабильной работой. Так ровный ход печи зафиксирован лишь в 13,3 % случаев. Тихий ход составил 10,5 % номинального времени. Вполне объяснимы в этом периоде минимальная производительность печи и максимальный расход кокса на выплавку чугуна при относительно высокой температуре дутья.
Из приведенных данных видно, что вдувание воды в окислительную зону позволяет значительно увеличить температуру дутья, снизить удельный расход кокса, обеспечить более ровный ход доменной печи, получить высокую производительность агрегата.
Следует также отметить, что во всех периодах работы доменной печи нагрев горна был неравномерным. Анализировали количество выплавленного чугуна с содержанием кремния менее 0,6 % (в первом периоде оно составило 39,9 %, во втором - 70,3 %, в третьем - 58,4 %, четвертом - 55 %). Количество чугуна с содержанием кремния более одного процента в первом периоде было34,2 %, во втором - 54,3 %, в третьем - 34,7 %, в четвертом - 30,8 %. Это свидетельствует о том, что тепловой резерв горна во втором и третьем периодах был максимальным. Во втором и третьем периодах работы доменной печи было выплавлено минимальное количество чугуна с содержанием серы более 0,025 %.
Расход воды, л/мин.
Рис. - Номограмма определения показателей дутьевого режима и теоретической температуры горения кокса.
Для определения показателей дутьевого режима доменной плавки и теоретической температуры горения кокса был разработан график-номограмма (см. рисунок). Из приведенных данных видно, что при расходе дутья 2200 м3/мин, постоянном содержании в нем кислорода при расходе воды 40-50 кг/мин есть возможность повысить температуру дутья на 180-220 °С при неизменной теоретической температуре горения.
При проведении опытно-промышленных плавок на первом этапе дозировку расхода воды по фурмам осуществляли вручную, а затем с использованием автоматической системы регулирования тепловой работы доменной печи с помощью термодатчиков, встроенных в носки фурм. Алгоритм управления позволяет реализовать два варианта регулирования расхода воды: - равномерное распределение по всем фурмам; - распределение в соответствии с температурой по показаниям термодатчиков, что предусматривает выравнивание температурного поля по окружности горна. Разработанная система позволяет управлять тепловым состоянием доменной плавки практически без запаздывания по сравнению с управлением изменением рудной нагрузки, работать с более низким запасом тепла в горне, что обеспечивает снижение удельного расхода кокса на выплавку чугуна.
Выводы
1. Опытно- промышленные плавки с изменением концентрации добавок в горячем дутье показали, что предложенная технология позволяет существенно ( на 100... 150 °С) повысить его температуру при сохранении ровного хода доменной печи.
2. Анализ технико-экономических показателей работы доменной печи с различным расходом добавок показал, что оптимизация их соотношения позволяет существенно увеличить производство чугуна и снизить расход кокса на его выплавку, обеспечить ровный ход печи, стабилизировать качество чугуна.
3. Эффективность технологии вдувания воды в фурменную зону повышается при использовании автоматической системы регулирования ее расхода на каждую фурму по показаниям термодатчиков, встроенных в носок фурмы.
4. Технология доменной плавки с автоматической системой регулирования теплового состояния печи по показаниям термодатчиков, установленных в носки воздушных фурм, изменением расхода воды в окислительную зону горна имеет ряд преимуществ и рекомендуется к внедрению на доменных печах металлургических предприятий.
Перечень ссылок
1. Разработка технологии доменной плавки с подачей реагентов в поток дутья в условиях отсутствия природного газа / В.П.Русских, Е.И. Хрущев, Н.В. Косолап, С.Н. Доля / Труды международного конгресса доменщиков. - Днепропетровск. - 1999. - С. 219-220.
2. Снижение энергозатрат на выплавку чугуна в современных условиях Украины / В.П. Тарасов, В.П. Русских, А. А. Томаш, В.Б.Семакова // Металл и литье Украины. - № 3...4. 2000-С.5-7.
3. Разработка устройства, обеспечивающего одновременный ввод в горн доменной печи нескольких реагентов/ В.П. Русских, Е.И. Хрущев, И.А. Лукъяненко, Н.В. Косолап, С.Н. Доля // Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: 36. наук, пр.- Мар1уполь, 2004,- Вип. №14,- С. 22-25.
Статья поступила 22.03.2004
