ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Доменное производство из "Топливо Кн2" Судя по энергоемкости чугуна, на производство чугуна [10.25] используется до 80 % всей энергии, расходуемой на металлургическом заводе с полным циклом. Непрерывные работы металлургов всего мира привели к тому, что при увеличении объемов производства чугуна удавалось даже снижать производство кокса. Улучшение подготовки шихты, совершенствование технологии плавки, применение заменителей кокса позволяли снизить расход кокса на ряде отечественных доменных печей до 420-530 кг/т чугуна и приблизиться к передовым зарубежным показателям. Однако не все методы уменьшения расхода тепла на выплавку чугуна еще реализованы на пути к так называемой идеальной плавке, в которой практически исключаются потери тепла. На многих предприятиях остаются высокими температуры колошника, существенно превышающие эти значения на передовых заводах. [c.354] Природный газ в доменной плавке применяется, как правило, для подачи в фурмы (инжекция), при этом восстановительные газы образуются в фурме или околофурмен-ном очаге. Проходят стадию исследования и способы применения горячих восстановительных газов, получаемых вне пределов рабочего пространства доменной печи. В СССР в 1978 г. применение углеводородов позволило заменить 12,4 % кокса, в том числе за счет природного газа — 11,4 %, при этом с вдуванием углеводородов выплавлено 96,4 % чугуна, в том числе более 84,4 %— с вдуванием природного газа. С применением природного газа работает большинство печей, однако общий расход природного газа составляет лишь около 3 % всего добываемого газа в стране и около 27,5 % применяемого в черной металлургии. [c.354] В значительной степени этому способствовала разработка в нашей стране теории теплообмена в доменных печах под руководством Б. И. Китаева [10.15,10.16], которая обеспечила четкое представление об эквивалентах замены и условиях, обеспечивающих успешное применение комбинированного дутья в доменном процессе. Значительный вклад в решение этой проблемы внесли также ученые многих научных учреждений и коллективы ряда передовых отечественных предприятий. [c.354] Совершенствование методов использования природного газа в доменных печах связано с оптимизацией параметров работы, выбором наиболее рациональных сочетаний всех средств управления тепловым, восстановительным и газодинамическим режимами, а также с отработкой более совершенных способов ввода восстановительных газов. [c.354] Основные параметры инжекции топливных добавок. В процессе внедрения способов инжекции выявлялись все новые возможности и преимущества работы печей на комбинированном дутье. Уже первые опыты по обогащению дутья кислородом одновременно с инжекцией топлив показали возможность увеличить производительность печи почти на 10 % при снижении расхода кокса до 17 %. Оказалось, что в ряде случаев удается добиваться не только экономии кокса, но и общей экономии топлива. Появлялись возможности более гибкого управления технологией и тепловым состоянием доменных печей. [c.354] Отработка рациональной технологии доменной плавки при применении комбинированного дутья (по данным ученых УГТУ-УПИ) должна проходить с учетом всей сложности и совокупности протекающих процессов. При этом требуется обеспечивать достаточным количеством теплоты нижнюю ступень теплообмена, что необходимо для кондиционного чугуна, оптимизировать температурные поля верхней ступени теплообмена, обеспечить эффективное использование обогащенного водородом и оксидом угаерода горнового газа и более полную конверсию природного газа в районе фурменной зоны, осуществить стабилизацию газодинамического режима слоя шихтовых материалов. С учетом этих требований были сформулированы условия рационального применения комбинированного дутья, получены эквиваленты замещения кокса в доменной плавке и рекомендованы расходы вдуваемого природного газа и кислорода с прогнозированием экономии кокса. [c.355] Теория теплообмена и восстановительных процессов в доменной печи намечает следующие основные подходы к анализу влияния инжекции топлив на тепловое состояние. Анализируется влияние инжекции на нижнюю и верхние зоны теплообмена, оценивается эффект комбинированного применения различных управляющих воздействий (газ, кислород, подогрев дутья и т.д.), в совог пности рассматриваются процессы теплообмена, восстановления и газодинамики. [c.355] Кроме того, при сгорании природного газа по реакции (10.85), выход горнового газа увеличивается примерно в 1,7 раза по сравнению с горением углерода кокса. Это приводит при инжекции природного газа к понижению теоретической и фактической температуры горения, к уменьшению количества тепла, поступающего в нижнюю часть печи на единицу выплавляемого чугуна. Фактически процессы, происходящие в нижней части доменной печи, при нанесении воздействий, и, в частности, при инжекции природного газа, носят очень сложный характер. В результате, например, при ступенчатой подаче природного газа это воздействие на тепловое состояние низа печи носит знакопеременный характер. В начальный период времени после ступенчатого увеличения подачи природного газа теплосодержание нижней зоны печи уменьшается за счет отмеченного выше эффекта уменьшения температуры горения. С другой стороны, при неизменном расходе дутья за счет того, что часть кислорода дутья расходуется на сжигание природного газа, снижается интенсивность плавки (производительность печи). Снижается и степень прямого восстановления. Дополнительное количество газов-восстановителей и СО улучшает степень подготовки железорудных материалов в верхней зоне печи. В результате комплексного действия этих факторов ква-зиустановившееся значения температурного потенциала (см. кн. 1) и приращения теплосодержания нижней части печи (так называемый индекс низа печи, или эквивалентное ему содержание кремния в чугуне) принимают при ступенчатом увеличении подачи природного газа положительное значение (по оценкам УПИ и ВНИИМТ коэффициент передачи составляет около 0,017 % Si в чугуне на 1 м природного газа на 1 т чугуна). Этот эффект подтверждается многими исследователями и расчетами, в том числе данными УГТУ-УПИ и ВНИИМТ [10.15, 10.16, 10.25]. [c.356] В динамике по ряду воздействий установившееся тепловое состояние печи наступает через 1,5-2 оборота шихты и более. Так, по данным В. И. Мойкина, Н. М. Бабушкина и Б. А. Боковикова, применительно к доменной печи Новолипецкого металлургического комбината после нанесения ступенчатого воздействия по подаче природного газа установившееся состояние может наступить через 18 ч, а действие противоположного (по содержанию кремния в чугуне) знака этого возмущения сохраняется на начальном участке около трети этого времени. Отметим, что и многие другие воздействия (подача кислорода, повышение рудной нагрузки, повышение влажности дутья, повышение температуры дутья) имеют сопоставимые с отмеченной выше длительности переходных процессов при очень сложном характере динамических кривых (рис. 10.26). [c.356] Тогда при эквиваленте замещения кокса 1 кг/м требуется повысить температуру дутья на 2,6 °С на каждый кубический метр вдуваемого природного газа. В этом отношении мазут, как и угольная пьшь, более предпочтителен. Например, мазут при эквиваленте замены 1 кг/кг почти не требует тепловой компенсации (см. рис. 10.27). Вероятно, этим объясняются успешные результаты применения в доменной плавке комбинированного газомазутного топлива. [c.357] Теоретические расчеты и практика свидетельствуют, что применение природного газа особенно эффективно в сочетании с кислородом. Вдувание природного газа через фурмы обеспечивает экономию кокса, а обогащение дутья кислородом позволяет повысить производительность доменной печи (примерно на 2 % на каждый процент содержания кислорода в дутье). [c.357] По условиям работы верха печи расчетные значения обогащения дутья кислородом при соответствующем вдувании природного газа значительно увеличиваются и переходят в область 35 % [10.20]. По условиям верха печи без обогащения дутья кислородом эквивалент замены кокса природным газом составляет примерно 1,36 кг/м По условиям стабилизации тепловой работы верха (шихты) доменной печи ориентировочно увеличение на 1 % кислорода в дутье соответствует подаче 13,5 м природного газа. При этом на 1 м подачи природного газа температура колошника увеличивается на 1,4 К, а при обогащении дутья кислородом на 1 % снижается на19К[10.15, 10.16]. Подача кислорода в случае температуры дутья выше 1000 °С вследствие уменьшения притока тепла с дутьем отрицательно влияет на тепловой баланс низа печи. Поэтому норма тепловой компенсации может повышаться (рис. 10.28), и вопросы дальнейшего повышения температуры дутья остаются весьма актуальными. [c.358] Считается целесообразным доведение температуры дутья до 1500 °С. Вследствие того, что при обогащении дутья кислородом экономия кокса изменяется мало, а количество вдуваемого топлива по условиям стабилизации работы верха доменной печи должно увеличиваться, то по мере обогащения дутья кислородом эквивалент замещения кокса по лимитирующим условиям верха печи будет снижаться (см. рис. 10.28). [c.359] По разработкам Ю. Н. Овчинникова, в зависимости от лимитирующих условий работы доменной печи (теплообмен, восстановительные процессы, газодинамика) значение фаничного (предельного) эквивалента замены кокса может быть разным. Так, эквивалент замены кокса природным газом, рассчитываемый по условиям стабилизации теплообмена в шахте, составил 1,3 кг/м а по условиям стабилизации газодинамического режима — 0,8 г/м . По мере повышения расходов дополнительных топлив в конкретных условиях печей происходит переход от одного лимитирующего условия к другому, поэтому экономическая эффективность комбинированного дутья с ростом расходов природного газа имеет тенденцию к уменьшению. Так, при использовании природного газа в относительно малых количествах тепловая компенсация процессов конверсии метана достаточно успешно обеспечивалась повышением температуры и снижением влажности дутья (эквивалент замены определялся теплообменом в шахте). По мере исчерпания возможностей воздухонафевателей лимитируюпцш условием с ростом расходов газа становится тепловой режим низа печи, что определяет снижение уровня эквивалента замены кокса, в дальнейшем лимитирующей стадией может стать ухудшившийся газодинамический режим. По мере увеличения расходов кислорода тенденция снижения эквивалентов замены, как уже отмечалось, усугубляется, что приводит при снижении расхода кокса к общему повышению расхода топлива в доменной плавке. [c.359] Критическим эквивалентом замены кокса природным газом, при котором общий удельный расход топлива не изменяется, судя по соотношению теплоты сгорания кокса и газа, должны были являться значения около = 1,3 кг/м . При меньших эквивалентах замены общий удельный расход топлива при замене кокса природным газом увеличивается. [c.359] Таким образом, характерная для наших доменных печей величина эквивалента замены около 1 кг/м находится в зоне несколько выше критической и обеспечивает некоторое снижение ТТЧ чугуна за счет именно замены кокса на природный газ. Естественно, что комплекс мероприятий при использовании природного газа, дающий при этом дополнительное снижение расхода кокса и рост производительности печей, может гарантировать более устойчивую тенденцию к снижению очень высокого ТТЧ чугуна. [c.360] Таким образом, при рассмотрении уровня цен по себестоимости чугуна, достигнутые в настоящее время эквиваленты замены находятся в зоне гарантированной экономической целесообразности. [c.360] На отечественных доменных печах еще велики потери теплоты с колошниковыми газами. С этой точки зрения отработка режимов с большими, чем обычно рекомендуется, значениями соотношений - 1 привела бы к уменьшению температуры колошника и увеличению теплового КПД. Этому способствуют и мероприятия по увеличению степени использования восстановительных газов, снижающих потери с химической теплотой колошниковых газов. [c.360] Улучшению использования природного газа способствуют такие мероприятия, как стабилизация соотношения дутье - природный газ по фурмам (опыт ММК), динамическая коррекция параметров комбинированного дутья по ходу плавки при нестационарных режимах схода шихтовых материалов (разработка УПИ, опыт ММК и НТМК), оптимизация тепловой работы группы печей (опыт ЗСМК). При динамической коррекции параметров дутья на время выпуска содержание кислорода в дутье и природного газа несколько увеличивается и уменьшается влажность дутья, что обеспечивает экономию кокса около 1,5 кг/т чугуна. [c.360] Вернуться к основной статье