автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии доменной плавки на комбинированном дутье с применением технологических газов металлургических производств вместо природного

.1 НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ' ІНСТИТУТ" J ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ ім. 3.1. НЕКРАСОВА

БУЗОВЕРЯ ВЛАДИСЛАВ МИХАЙЛОВИЧ

УДК 669.162.263

ДОСЛІДЖЕННЯ ТА РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ДОМЕННОЇ ПЛАВКИ НА КОМБІНОВАНОМУ ДУТТІ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ГАЗІВ МЕТАЛУРГІЙНИХ ВИРОБНИЦТВ ЗАМІСТЬ

ПРИРОДНОГО

Спеціальність 05.16.02- Металургія чорних металів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дніпропетровськ -2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті чорної металургії ім. 3.1. Некрасова Національної академії наук України

Науковий керівник -

кандидат технічних наук Можарепко Микола Михайлович Інститут чорної металургії, завідуючий відділу металургії чавуну

Офіційні опоненти:

Доктор технічних наук, проф. Допгалюк Борне Петрович, Дніпродзержинський держапний технічний університет, професор

Кандидат технічних наук Петренко Віталій Олександрович, завод ім. Петровського, помічник директора

Провідна установа - Національна металургійна академія України, кафедра металургії чавуну, Міністерство освіти України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться «М» ______2000 р. о /£ годині на засіданні спеціалізованої

вченої ради К 08.231.01 в Інституті чорної металургії НАН України за адресою:

49050 м. Дніпропетровськ, пл. академіка Стародубова, 1

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту чорної металургії (м. Дніпропетровськ, пл. академіка Стародубова, 1)

Автореферат розісланий «¿У» ¿И 2000р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ^ —т^Г.В. Левченко

Актуальність теми. Сучасна вітчизняна технологія доменної плавки базується на використанні нагрітого до високої температури та збагаченого киснем дуття, а для регулювання рівня теоретичної температури - природного газу або інших вуглеводнів. В зв’язку із зростаючим дефіцитом вуглеводів та збільшенням їхньої вартості, витрати природного газу на виплавку чавуну значно знизилися, а для забезпечення задовільного ходу доменних печей потрібно знижувати рівень нагріву дуття та збільшувати його вологість, для підтримки теоретичної температури дуття на оптимальному рівні. Все це веде до значного росту витрат палива та собівартості чавуну.

Пошук та обгрунтування ефективності використання альтернативних реагентів, придатних для регулювання рівня теоретичної температури зі зменшенням витрат умовного палива, є своєчасною і актуальною задачею.

Зв’язок роботи з пауковнмн планами.

Дисертаційна робота виконана в Інституті чорної металургії НАН України при розробці основ технології доменної плавки та задувок доменних печей з використанням колошникового газу відповідно до головних тематичних планів наукових досліджень відділу металургії чавуну ІЧМ.

Мета і задачі досліджепяя. Розрахунково-теоретичне дослідження можливості ¡аміни природного газу в доменній плавці недефіцитними реагентами - технологічними ^азами металургійних виробництв і обгрунтування їх техніко-економічної ефективності в сучасних умовах роботи доменних печей.

Для досягнення поставленої мети в складі роботи:

- вперше розроблено комплекс кількісних залежностей, які дозволяють оцінювати юточні зміни показників процесу відновлення і доменної плавки і показана можливість шкористання його для оперативного управління ходом процесу і в умовах використання ) якості реагенту, що регулює рівень теоретичної температури, технологічного газу металургійного виробництва, зокрема, власного колошникового;

- вперше запропоновані розрахунково-теоретичні основи технології доменної шавки на комбінованому дутті високих параметрів із заміною природного газу власним :олошниковим і показано вплив витрат цього реагенту на основні показники процесу іідноалення і плавки в порівнянні з використанням природного газу;

- для компенсації деякого зменшення теплотворної здатності колошникового газу, цо одержується, запропоновано збагачувати технологічним киснем повітря горіння в ювітронагрівачах та інших агрегатах.

Наукова новизна одержаних результатів проявилась у наступних розробках та іішеннях: .

- розроблені теоретичні основи розрахунку параметрів відновлювального процесу і оказників доменної плавки, що грунтуються на реально вимірюваних вхідних еличинах складів дуття, домішок, що вдуваються, та одержуваного колошникового газу, також коксу, шихти, чавуну і шлаку;

- вперше запропоновані кількісні залежності основних характеристик доменне процесу і показників плавки від витрат колошникового газу, що вдувається, температу дуття і заданої теоретичної температури, а також від рівня збагачення дуття киснем;

- теоретично обгрунтована технологія доменної плавки на високонагрітом) збагаченому киснсм дутті, з вживанням власного колошникового газу як компоненту, і регулює рівень теоретичної температури горіння;

- вперше одержані співвідношення між складом колошникового газу, і вдувається, і величиною можливої економії коксу, граничні рівні вмісту С02 або СО п яких економія коксу дорівнює "нулю". Також складено рівняння залежності вмісту азе в дутті від заданих умов плавки.

Ппяктичпс зпачеппя одержаних результатів визначається рішенням наступи науково-технічних проблем:

- роблена методика визначення параметрів доменного процесу і показниі плавки, що грунтується на використанні складів дуля, реагенту, що вдувається, ших коксу, колошникового газу і продуктів плавки;

-розроблені параметри технології доменної плавки з використанн колошникового газу замість природного в якості дутгєвої добавки, що регулює ріве теоретичної температури горіння;

- впровадження запропонованої технології дозволить знизити витрати умовне палива приблизно на 40 кг/т чавуну та зменшити собівартість чавуну на 12 грн/т;

- запропоновано і обгрунтовано спосіб, який дозволяє скоротити використан висококалорійного палива для потреб підприємства за рахунок виключення йс підмішування в спалюваний доменний газ з метою підвищення теплотворної здатно суміші, а потрібну температуру горіння забезпечити подачею невеликої кілько додаткового технологічного кисню в повітря горіння (економічний ефект для ук МК «Запоріжсталь» може скласти 2,8 млн. грн. на рік).

Особистий впесокзаобувача

Автор провів аналіз інформації про використання технологічних газів в металу] чавуну і показав, що в сучасних умовах найбільш підходить для доменної плаї власний колошниковий газ, ресурси якого достатні і який має значний вплив теоретичну температуру горіння. Разом із співавторами розробив методику аналізу х< доменного процесу та показників плавки і реалізував її у вигляді програми для ПЕО Розробив теоретичні основи доменної плавки з використанням власного колошникові газу і виявив його вплив на показники процесу, що стало основою для подання заявки винахід. Склав рівняння для вияву впливу величини домішок азоту до атмосферні дуття на вміст в ньому кисню та рівень теоретичної температури горіння. Проаналізуі можливості зниження витрат умовного палива на виплавку чавуну в Україні, співавторстві запропонував спосіб підвищення ефективності використання доменні газу, як палива для технологічних потреб підприємства.

з

Особистий внесок здобувана в опублікованих в співавторстві роботах (у порядку, виведеному в списку опублікованих робіт):

[1] - Проведений аналіз літературних джерел. Виконана серія розрахунків і «аналізовані результати. Зроблений аналіз результатів роботи деяких доменних печей країни та розраховані очікувані результати роботи при зміні складу дуття, іпропоновані взаємозалежності ряду параметрів від витрат колошникового газу.

[2] - Проаналізовані фактичні показники роботи доменних печей України, враховані очікувані витрати умовного палива, сформульовані висновки.

[3] - Розроблена серія рівнянь для визначення параметрів доменної плавки, іпропоиовано використовувати методику для обчислення втрат дуття на його гарячому акті.

Апробадія і публікація результатів дисертації

Основні положення та результати дисертації були повідомлені і обговорені на :ршій Міжнародній науково-технічній конференції «Прогресивні процеси і обладнання гталургійного виробництва» Череповець 1998р., двічі на технічній раді МК апоріжсталь» у 1997 та 1998 рр, на науковому семінарі відділу металургії чавуну ІЧМ \Н України, на засіданні кафедри металургії чавуну НМетаУ.

За темою дисертації опубліковано чотири статті в науково-технічних журналах і ержано позитивне рішення на одну заявку на винахід.

Структура і об’єм роботи

Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, загальних висновків, зліографічного списку і додатків.

Повний обсяг дисертації - 151 сторінка друкарського тексту і вміщує 34 рисунки, таблиць, список літератури з 107 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Апаліз впливу компопептів пічного газу па хід відновлення оксидів заліза.

Обгрунтування вибору заміппика природного газу.

У першому розділі проаналізовані джерела інформації про закордонний та чизняний досвід використання технологічних газів як компоненту комбінованого гтя для заміни вуглеводневого палива в доменній плавці. Розглянуто технологічні гази, можна використати на території України. Найбільший досвід накопичено по гористаншо коксового газу.

Обмежене використання в технології доменної плавки одержав азот, в основному в )іоди задувки та роздувки. Азот для зниження теоретичної температури горіння тали на протязі місяця тільки на МК «Запоріжсталь». В розглянутих джерелах

інформації не приводилась залежність впливу величини домішок азоту до атмосферні дуття на вміст в ньому кисню та рівень теоретичної температури горіння. Ось чом; цьому розділі на основі балансу тепла в фурменій зоні складене рівняння:

м*=1-----------^їтйжГ»0-4-’ (1)

2507 - і+ - -г-

С.

де N2 - доля азоту в дутті, дол. од;

ігг, ід - тепловміст горнових газів при заданій теоретичній температурі, кДж/м3;

Іг - теоретична температура горіння, °С;

С* - теплоємкість коксу, кДж/кг град.

До технологічних газів, які можна використати в доменній плавці, належить : феросплавних печей, як показано в роботі Запорізького індустріального інституту. А для цого потрібні великі капіталовкладення на спорудження транспортних комунікаці захист їх від корозії сірчаними сполуками феросплавного газу. Ось чому в теперіїш час це питання не може бути вирішено.

Для регулювання теоретичної температури горіння також може використовував і колошниковий газ, що є попутним продуктом доменного виробництва. Відомий ціл ряд заявок та винаходів, що грунтуються на використанні колошникового газу після йс звільнення від окислювачів, або ж його застосовують як реагент в суміші з киснем д конверсії вуглеводневого палива. В даній роботі цей газ запропоновано використовува в якості компоненту комбінованого дуття в зв’язку з його низькою вартістю, постійне наявністю в доменному цеху в потрібній кількості, можливістю використання існуюч комунікацій для вдування природного газу, достатнім впливом на теоретич температуру горіння і наявність в його складі до 30% відновлювальних компонентів.

Методика оцінки показників домеїшої плавки і характеристик процесів

відиовлювашія.

У другому розділі наведена розроблена методика, яка дозволяє оцінюва ефективність використання різних паливних домішок і аналізувати хід відновлювальн) процесів в доменній печі. При цьому розрахунки ведуться на одиницю об’єму дуп витрати якого точно вимірюються на кожній доменній печі. Із складу колошниково газу обчислюється частка використання СО, тобто:

са п\

п“ = саТсо'0д'’ (2)

де СОг і СО - вміст відповідних компонентів в колошниковому газі, од.

Але одного цього показника недостатньо для надійної характеристики процесу печі, тому що в сучасних умовах у непрямому відновлюванні приймає участь і водень, прямо обчислити ступінь використання водню неможливо. Розрахунком ця величні

може бути одержана із складів колошникового газу і дуття. Склад дуття характеризується об’ємною часткою кисню в ньому і витратами та складом домішок палива.

Для аналізу процесів плавки з використанням складу коксу, залізорудної частини шихти і продуктів плавки та балансів азоту, водню і кисню обчислюють:

- кількість вуглецю коксу, який спалюється киснем дуття біля фурм, причому Сф дорівнює:

С* = -^-(ю+іф + 0,70ІК + |-(с02 -С),кг/м\ (3)

де со - доля кисню, м3/м3 дуття; ф- доля вологи м3/м3 дуття;

V)/- витрати додаткового палива, м3/м3 дуття;

С - вміст газоподібного вуглецю в додатковому паливі (вуглець, що реагує з киснем дуття і утворює СО), м3/м3;

- загальний об’єм горнового газу:

Vrr = Veo + Vh» + Vni — 1 + о) + (p + v(H. + Ni + 2CO* + СО) +

+1,40, + 0,8Nj+ll^Hj, м3/м3 дуття, ^

де Hjí, NJ - частка вказаних компонентів в коксі, кг/кг;

Veo, VH2, VN2 - об’єм відповідних компонентів горнового газу;

Hi.Nt.C0«.СО- вміст відповідних компонентів в додатковому паливі, м3/м3;

- об’єм СО в горновому газі:

VcO = 2© + <p + v(;(2COi+C0) + l,40,i, м3/м3 дуття (5)

- об’єм колошникового газу, що утворюється:

V- = ^,M3/M3 дуття, (6)

N,

де N2 -частка азоту в колошниковому газі, од.

- ступінь використання водню буде дорівнювати:

HiVni

NjVh.

- об’єм кисню, що віднімається від оксидів шихти в розрахунку на 1М3 дуття:

а = ■у (2СО, + С0-Щ + 0"3 - Vo. , м3 / м3 дуття (8)

1 ,NjVhi .* V з Í 3 • • • •

де O ¡ = х —(-----------НО, М /м дуття - кількість кисню, шо віднімається за

2 Vn«

рахунок водню;

Vo, - об’єм кисню в горновому газі, м3/м3 дуття.

- ступінь непрямого відновлювання за рахунок водню дорівнює:

б

М,Ун,-Н,У„.

Ян'і =--------------, од.

2 Ух,О»

- ступінь непрямого відновлення за рахунок СО:

к«) = ухо, о 20«

- сумарний ступінь непрямого відновлення:

„ ^г(М,Ун,-Н,Ун,) + У2»,С0.

Яі = —і-------------і----------, од.

2аУь,№

- об’єм кисню шихти, що віднімається за рахунок вуглецю:

Оа = -

2

Ун.

СО,(2 - У,) + СО + Ун. - (2Уо, +

м3 / м3 дуття

- ступінь прямого відновлювання: У

Я,=

О.

Ун,.

С0.(2 - Уо) + СО + У... - (2Уо. + -^-)

а [У^(2СОг + СО - Нг) + Ун. - 2Уо,]

ОД

- продуктивність печі у розрахунку на 1 м дуття:

П =—, кт/м3 дуття 0«

- витрати коксу на 1 м3 дуття:

т. Сф + Сі + С< . з

К = а—------------, кг/м4 дуття,

Ск

де С, - частка вуглецю у коксі, од.;

а - коефіцієнт, що враховуює винос коксу, звичайно а=1,005-1,0).

- відносні витрати коксу будуть дорівнювати:

- витрати шихти на виплавку чавуну складуть:

[Ре] 90[ре]

ш =

56 112 ^ 70РеО + 63РегОз

— РеО +-------РегОз

72 160

кг/кг чавуну

(17)

- відносний вихід шлаку буде:

Шл = — (Ш+[С]-1)- — 32 + КА.Кг/м3 дуття, Ое 22,4

О)

(Ю)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

де А - вміст золи у коксі, од.

Таким чином, комплекс наведених вище рівнянь дозволяє визначити і провести аналіз основних показників реальної доменної плавки. За результатами цього аналізу можна оперативно оцінювати тенденції змін ходу відновлювальних процесів в робочому просторі доменної печі і основних показників плавки, а значить, своєчасно приймати адекватні рішення по управлінню процесом. Крім того, порівнюючи фактичну продуктивність з розрахунковою, можна оцінити втрати дуття на тракті на його гарячому тракті.

Теоретичпі оспови доменної плавки па комбіповяпому дутті без використання

природного газу.

Заміна природного газу на колошниковий в складі комбінованого дуття в першу чергу позначається на наступних параметрах доменної плавки:

витратах коксу та колошникового газу, продуктивності, виходу горнового і колошникового газів, ступенях непрямого і прямого відновлення та деяких інших. Так, витрати колошникового газу, в залежності від теоретичної температури, рівня нагріву дуття та вмісту в ньому кисню, підпорядковуються рівнянню, одержаному з балансу тепла фурменої зони:

і +ю(і084б+1,4141п.)-і (і+ш) з, з

а = —7і--------------------------------------------------------------------Ц- ’ • - —, м /м дуття, (19)

іп-0+С02)+С02(7700-0,7071іг)-і, 1 4 ’

де і,- тепловміст колошникового газу, що вдувається, кДж/м3; ія - тепловміст нагрітого дуття, кДж/м3; ігг- тепловміст горнового газу, кДж/м3; со-частка кисню в дутті, одиниць;

СОг-частка діоксиду вуглецю в колошниковому газі, од;

10846,7700 - результати математичних дій з тепловими ефектами реакцій взаємодії Ог і СОг з вуглецем коксу, а вихід горнового газу визначається рівнянням:

Уп^І+ю+с^І+СОг), м^м3 дуття (20)

Вихід горнового газу збільшується на 0,02 м3/м3 дуття на кожний додатковий процент кисню в дутті. Збільшення вмісту СО2 в колошниковому газі, що вдувається, також збільшує вихід горнового газу і вмісту ньому відновлювальних компонентів.

Продуктивність доменної печі прямо залежить від кількості коксу, Сф, що :папюється біля фурм, в розрахунку на одиницю об’єму дуття:

со + -аСО 2

2

Сф - 22А х 12 >Кг/м3 дуття (21)

З цього рівняння видно, що кількість вуглецю коксу, що згоряє біля фурм, [більшується порівняно з роботою печі без вдування колошникового газу (числівник

збільшується на 1/2 а СОг). Ось чому інтенсивність горіння коксу і роботи доменної п при збільшенні а збільшується.

Для реалізації нової технології плавки колошниковий газ в горн доменної п можна вдувати:

в фурми, аналогічно вдуванню природного;

в повітропровід гарячого дуття після найближчого до печи повітронагрівача; в повітропровід холодного дуття після розвантажувального клапана.

Зазначені способи можна використовувати, якщо колошниковий газ має тиск, перевищує тиск дуття. Якщо ж тиск газу нижчий, ніж тиск дуття, то його можна поді тільки на всос повітродувки.

При подачі колошникового газу в трубопровід гарячого дуття він догоряс температура дутгевої суміші зростає відповідно співвідношенню:

12644 і 10802 - результат математичних дій з тепловими ефектами реакі взаємодії СО і Н2 з киснем.

Окрім того, витрати коксу можуть бути зменшені при вдуванні колошникове газу (в порівнянні з роботою доменної печі на атмосферному повітрі) за рахунок нагр дуття до максимальної температури, що відповідає тепловій потужно повітронагрівачів. Додаткове зниження витрат коксу забезпечується наявніс відновлювальних компонентів в колошниковому газі, та різницею їх взаємодії з кисн дуття, СО і НгО з вуглецем коксу. Так, якщо газ вміщує 15% СОг, 25% СО та 3% НгО, економія після математичних перетворень буде виражена рівнянням:

з якої виходить, що при збільшенні долі колошникового газу в дуттєвої суміші та вмісту ньому СОг відносний приріст продуктивності збільшується.

Таким чином, наведені залежності зміни основних показників проце відновлення і плавки від величини витрат колошникового газу для вдування показую*

_ ід + а(іет + 12644СО +10802Н2)

^ пг. “1 _

'ДР

(22)

Де САС. - теплоємкість дутгевої суміші, кДж/м3 град;

ДК = 0,20а,

(23)

де ДК - зменшення витрат коксу, кг/м3 дуття. Причому, чим вище вміст СОг в га тим нижче економія коксу, а перехід до перевитрат його наступає, коли

СОг= 0,7 С0+0,02,од., або СО=1,426 С02-0,033, од.

(24

(25)

Приріст продуктивності за тих умов підкоряється такий залежності:

О 6160.СО.

(26;

що продуктивність доменної печі в порівнянні з роботою на атмосферному дутті зростає пропорційно приросту вмісту активного кисню в дуггєвій суміші, а втрати коксу залежать від вмісту СОг в газі.

Залежність показників проектних матеріальних і теплових балансів доменної плавки від вмісту колошникового газу в суміші з природним та коксовим газами,

що вдуваються в горн.

В розділі 4 виконана серія розрахунків за методом проф. А.Н.Рамма з метою оцінки впливу вмісту колошникового газу в суміші з природним і коксовим на показники ходу доменного процесу та плавки. При цьому не враховується пригальмовуючий вплив колошникового газу на термічний розклад вуглеводів природного газу згідно з принципом Ле Шательє, та підвищення газопроникливості стовпа шихти при збільшенні в ньому частки коксу. Це не дозволяє адекватно оцінити вплив витрат колошникового газу на зміни продуктивності.

Згідно з результатами розрахунків кількість вуглецю коксу, що згоряє біля фурм, збільшується майже в півтора рази (рис. І) порівняно з роботою на природному газі, а витрати коксу - на ІООкг/т, або на 25% (рис. 2) при повній заміні природного газу колошниковим.

ї

£

О 2 * § £

2 а

5 ?

3 5 Н

4 & е*

Залежність кількості вуглецю коксу, що згоряє на фурмах, Сф, від долі колошникового газу в сумішах з коксовим і природним

Доля колошникового газу Рис.1

■ » Сф при вдуванні суміил коксового І колошникового газів при Тг=1700 оС —■—Сф при вдуванні суміші природного і колошникового газів при Тг =1700 оС Сф при вдуванні суміші коксового і колошникового газів при Тг =2100 оС —X—Сф при вдуванні суміші природного і колошникового газів при Тг =2100 оС

При цьому витрати природного газу зменшуються на 115 м3/т чавуну, інакше кажучи, вилучаються зовсім. Газодинамічні умови плавки змінюються несуттєво - вихід колошникового газу на 1т чавуну збільшується менш ніж на 10%, в той час як газопроникливість стовпа шихти значно збільшується, згідно з ростом витрат коксу, на 25%.

Вктрати коксу на ДП З ЗСМК при вдуванні суміші природного І колошникового, а також коксового І колошникового газів при Тг=2100 °С

10% 20% 30% 404 50% 60% 70% 80% 90%

Доля колошникового пзу Рис.2

’ Витрати коксу при вдуванні суміші коксового І колошникового газів Витрати суміші коксового і колошникового газів Витрати коксу при вдуванні суміші природного і колошникового газів -■—Втрати суміші природного і колошникового газів

Перспективи зменшення витрат умовного палива на виплавку чавуву при заміг природного газу колошниковим в складі комбінованого дуття.

В основі розділу 5 є порівняння показників плавки з вдуванням природноп колошникового газів (в порівняльних умовах), одержаних за допомогою методш наведеної в розділі 2. Результати порівняння показують, що при використаї колошникового газу як дугтєвої домішки вихід горнового газу більший, об’ відновлювальних компонентів трохи менший, ніж при вдуванні природного, при однії тій же заданій теоретичній температурі, але ця різниця невелика, і при зростанні рів теоретичної температури горіння вона зменшується. Витрати колошникового газу порівняльних умовах приблизно вдвічі вищі, ніж природного газу (табл. 1).

“ Розрахунково-аналітичне дослідження з врахуванням зміни різних характерист плавки показує, що витрати умовного палива на виплавку чавуну при заміні природно газу колошниковим зменшуються на 30-40 кг/т, незважаючи на те, що витрати кок дещо збільшуються, газодинамічні умови плавки не погіршуються, тому і газопроникливість стовпа шихти збільшується за рахунок росту долі коксу в ньому.

Вихід горнового газу нрн вдуванні колошникового і природного при Іл=1000 . вмісту кисню 21,25 ¡30 %, м3/м3.

Таблиця 1

«р» тд=100°

Кисень, % Теоретична температура горіння, °С

19 Г)0 201 10 7 00 77.00

КГ ттг КГ ПГ КГ ПГ КГ ПГ

21 1,447 1,376 1,385 1,336 1,328 1,299 1,275 1,263

25 . 1,616 1,503 1,546 1,459 1,482 1,418 1,423 1,379

30 1,817 1,654 1,738 1,606 1,666 1,561 1,600 1,518

ттшттш «йшшща

Кисень, % Теоретична температура горіння, °С

19( 0 7000 2 00 2200

КГ ПГ КГ ПГ КГ ПГ КГ ПГ

21 0,546 0,575 0,516 0,535 0,489 0,497 0,462 0,463

25 0,690 0,743 0,657 0,699 0,626 0,658 0,598 0,619

30 0,863 0,945 0,825 0,896 0,791 0,851 0,759 0,808

Кисень, % Теоретична температура горіння, °С

19Ґ 0 200 0 7. 00 2200

КГ ПГ КГ ПГ КГ ПГ КГ ПГ

21 0Д00 0,079 0,146 0,059 0,096 0,041 0,050 0,023

25 0,310 0,121 0,249 0,099 0,193 0,079 0,142 0,059

ЗО 0,441 0,172 0,373 0,148 0.310 0.126 0.253 0.104

п> газів лрн, Тг=2000 °С і вшсп

Кисень, % Температура дуття, °С

900 1000 1100 1200

КГ ПГ КГ ПГ КГ ПГ КГ ПГ

21 0,110 0,046 0,146 0,059 0,181 0,073 0,217 0,087

25 0,214 0,086 0,249 0,100 0,285 0,114 0,321 0,127

30 0,338 0,135 0,373 0,148 0,408 0,162 0.444 0.176

Вуглець^який ^^’Й^^|^^и'ЗД5Ч^!і^З^ШЙІІЯ^Іф^І.ЙЇІ}фО|ДНОК>^ ¿V газів, при Тд^ІООО °С і ймісгі 022\Л5,30% ,

Кисень, % • Теоретична температура горіння, "С

190 Г) • 200< ■) 7 00 2200

КГ ПГ КГ ПГ КГ ПГ КГ ПГ

21 0,241 0,181 0,237 0,192 0,233 0,202 0,229 0,212

25 0,293 0,203 0,288 0,214 0,283 0,225 0,279 0,236

30 0,357 0,229 0,351 0,242 0,346 0,254 0,342 0,266

Для реалізації нової технології не потрібно великих капітальних витрат, тому » зробити висновок, що запропонована технологія доменної плавки на комбінов дутті високих параметрів без використання природного газу в змозі забезпечити р стійкий та економічний хід доменних печей, а також звільнити вітчизняну металургію від залежності через закордонні поставки природного газу та змеї експлуатаційні витрати (вартість природного газу вища, ніж коксу), а звільнені і використати для розвитку народного господарства.

Оцінка економічної ефсктивпості використання технології домснпої плавки комбінованому дутті високих параметрів при заміні природного газу власні

колошниковим.

В розділі 6 приведені результати розрахунків очікуваного зниження собіва чавуну, що виплавляється за новою технологією, на прикладі роботи доменної пе МК «Запоріжсталь» в жовтні 1997 р. Розрахунки показали, що в залежності від ст використання природного газу (величини коефіцієнту заміни коксу газом) змеш витрат умовного палива складає до 40 кг/т чавуну, при цьому собівартість ч зменшується приблизно на 12 грн/т, якщо ціна коксу дорівнює 112 грн/т, а приро газу - 157 грн/ІООО М3.

Одержані результати показують, що використання технології доменної плав комбінованому дутті високих параметрів дає позитивний економічний ефект, наї порівнянні з використанням природного газу, хоча вона і не призначена конкуруї технологією доменної плавки з вдуванням природного газу. Першочергова з запропонованої технології - забезпечити високопродуктивну, стійку роботу дом< печей на дутті високих параметрів в нових економічних умовах при відсуі вуглеводневих компонентів.

В зв’язку з тим, що використання колошникового газу викликає з; збільшення газопроникливості стовпа ціихти за рахунок збільшення в ньому і незначне зменшення продуктивності (розрахунки за методом А.Н. Рамма) компенс> можливістю збільшення витрат дуття. При цьому за рахунок збільшення витрат можна також вилучити і додаткові витрати кисню при збереженні продуктивно« рівні технології з вдуванням природного газу. Кисень, що звільниться з доменної ші може бути використаний на підприємстві для підвищення ефективності викорис доменного газу, як енергетичного палива. Як приклад, в розділі 6 проведені розра: необхідного додаткового кисню для виключення домішок природного га колошниковий для нагріву насадки високотемпературних повітронагрівачів для умо «Запоріжсталь». Для забезпечення теоретичної температури горіння 1460°С, як суміші природного і колошникового газів, вміст кисню в повітрі горіння треба до до 0,219 м3/м3, що вимагає витрат кисню 554 м3 за годину на одну доменну піч, цьому витрати природного газу зменшуються на 800 м3/год, а колошникові

зростають. Очікувана економічна ефективність в розрахунку на 4 печі цеху складає 2,8

млн. грн/рік.

ВИСНОВКИ

і. Результати аналізу різних аспектів використання технологічних газів як дуттєвих домішок в доменній плавці показали, що з урахуванням ресурсів, вартості, впливу на теоретичну температуру горіння палива біля фурм при нагріванні дуття до високої температури найбільш прийнятним з них є власний колошниковий газ.

Розроблена методика аналізу змін показників доменного процесу і результатів плавки при зміні умов на основі складів дуття та колошникового газу, що утворюється в печі, складу палива, що вдувається в горн, складів шихтових матеріалів та продуктів плавки. Розрахунки ведуться на одиницю об’єму дуття, витрати якого, в крайньому разі холодного, вимірюються з достатньою точністю. В цілому методика дозволяє здійснювати оперативний контроль за ходом плавки, а її алгоритм - стати складовою частиною підсистеми автоматичного управління доменним процесом.

. На основі аналітичної оцінки можливості використання азоту у якості реагенту, керуючого рівнем теоретичної температури горіння, добута залежність його витрат від умов плавки.

. Розроблена технологія доменної плавки на дутті високих параметрів з використанням колошникового газу як реагенту, що регулює рівень теоретичної температури. При цьому розглянуто і визначено кількісний вплив вдування колошникового газу на основні показники доменного процесу, в тому числі:

.1 Збільшення витрат колошникового газу для вдування на 0,01 м3/м3 дуття зменшує теоретичну температуру горіння приблизно на 25 °С, або вимагає підвищення температури дуття на 20-25 °С для збереження теоретичної температури на початковому рівні. Таким чином, колошниковий газ проявляє суттєвий регулювальний ефект на рівень теоретичної температури горіння і дозволяє нагрівати дуття до максимально можливої температури, а при необхідності збільшити продуктивність доменної печі - збагачувати дуття киснем. Для компенсації збільшення теоретичної температури від росту концентрації кисню в дутті на 1% потрібно витрати колошникового газу збільшувати на 0,022 - 0,026 м3/м3 дуття.

2 Вихід горнового газу збільшується в розрахунку на 1 М3 дуття з заданою концентрацією кисню пропорційно витратам колошникового газу та вмісту в ньому діоксиду вуглецю.

3 Вміст активного кисню в дуттєвій суміші при вдуванні колошникового газу також збільшується пропорційно витратам газу та вмісту в ньому С02. Іншими словами, вдування колошникового газу в якійсь мірі аналогічно збагаченню дуття киснем.

4.4 При вдуванні колошникового газу збільшується вміст відновлювальних компонентів порівнянні з роботою печі тільки на атмосферному дутті без вдування додаткової палива.

4.5 Запропоновано три варіанти схеми вдування стиснутого колошникового газу доменну піч: в кожну фурму, аналогічно вдуванню природного газу; в тракт гарячої дуття після повітронагрівачів; в повітропровід холодного дуття nicj розвантажувального клапану; і один варіант - для вдування газу низького тиску повітродувною машиною.

4.6 Показано, що вдування колошникового газу в доменну піч зменшує витрати кокс якщо вміст С02 в ньому не перевищує 0,700+0,02.

4.7 Підвищення продуктивності доменного процесу при вдуванні колошникового га: складає приблизно 0,0017-0,0022 кг/м3 дуття на кожні 0,01 м3/м3 дуття витрат газу і и 5,8 і 04 - 7,5 10-4 кг/м3 на кожний додатковий процент СОг в колошниковому газі ( порівнянні з роботою без вдування інших паливних компонентів).

5. Аналіз результатів розрахунків матеріальних і теплових балансів плавки при змії теоретичної температури горіння і частки колошникового газу в суміші з природни газом, що входить в склад комбінованого дуття, показав:

5.1 Якщо частка колошникового газу в суміші з природним складає 90%, то витрати кокс на виплавку чавуну збільшуються на 26 кг/т при підвищені теоретичної температури 1700 до 2100 °С, але при майже вдвічі менших витратах газової суміші.

5.2 Калорійність колошникового газу, що утворюється в печі, не залежить від теоретичне температури.

5.3 Збільшення частки колошникового газу в суміші з природним приводить д незначного збільшення кількості вуглецю прямого відновлювання, причому при більї високій температурі ця кількість більша.

5.4 Кількість вуглецю коксу, що згоряє біля фурм, при повній заміні природного газ колошниковим збільшується майже в півтора рази.

5.5 Ступінь використання СО при заміні природного газу колошниковим збільшуєтьс) хоча сумарна ступінь непрямого відновлення дещо зменшується за рахунок зменшенн кількості і ступеню використання водню.

5.6 Підвищення коефіцієнту використання корисного об’єму доменній печі на 0,02 М3/т н добу може бути компенсовано за рахунок покращання газопроникливості стовп шихти шляхом збільшення витрат дуття.

6. Результати розрахунків матеріальних і теплових балансів плавки свідчать, щ нормальна робота доменної печі при заміні природного газу колошниковим навіт повністю можлива, хоча витрати коксу і збільшуються з 405 до 505 кг/т (для умо ЗСМК) при теоретичній температурі 2100 °С і зменшенні витрат природного газу н 115 м3/т чавуну.

і Зменшення потреби в умовному паливі при вдуванні колошникового газу, в порівнянні із роботою на атмосферному дутті, досягає 40 кг/т і витрат на виплавку - 12 грн/т чавуну.

і. Показано, що деяке зменшення теплотворної здатності колошникового газу, що утворюється в печі і використовується для опалення повітронагрівачів, доцільно компенсувати шляхом збагачення повітря горіння технологічним киснем, який можна вивести з доменної плавки при роботі по запропонованій технології. Вдування додаткового кисню при спалюванні доменного газу дозволяє відмовитись від домішок до нього висококалорійного палива (природного газу), а також і одержати значну економію ресурсів (2,8 млн.грн./рік для умов МК «Запоріжсталь»)

. Як показали розрахунково-аналітичні дослідження і теоретичний аналіз, вживання колошникового газу як компоненту комбінованого дуття має в сучасний період, при наявному співвідношенні цін на кокс і природний газ, економічні переваги перед традиційною технологією, тому що дозволяє ефективно регулювати рівень теоретичної температури, в той час як сучасний стан справ в металургії характеризується нестабільним забезпеченням природним газом, в результаті чого для регулювання теплового стану горна підвищують вологість дуття, або зменшують його температуру. Останнє, як правило, призводить до нерівного ходу печей, перевитрат коксу і збільшує собівартість продукції. Технологія ж доменної плавки на комбінованому дутті високих параметрів з використанням колошникового газу вільна від вищенаведених недоліків і дозволяє забезпечити ефективну, високопродуктивну роботу доменних печей із зменшенням витрат умовного палива і собівартості чавуну.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ . Направление развития технологии доменной плавки на комбинированном дутье / Бузоверя М.Т., Можаренко Н.М., Бузоверя В.М.// Металлургическая и горнорудная промышленность.-1997.-№3.-С. 8-10

. Перспективы снижения условного топлива на выплавку чугуна в Украине / Бузоверя В.М//«Металлургическая и горнорудная промышленность». - 1998. - №3. - С.13-15.

. К методике анализа хода процессов восстановления в доменной печи / Бузоверя М.Т., Бузоверя В.М.// Сталь 1998, №7, с. 12-14 . Анализ процессов восстановления доменных печей Украины / Бузоверя М.Т., Можаренко Н.М., Бузоверя В.М.//Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. - Киев.

- 1999. - Выпуск 2. - С. 34-42.

, Влияние состава комбинированного дутья на показатели материальных и тепловых балансов / Бузоверя М.Т., Можаренко Н.М, Бузоверя В.М.// Материалы первой международной научнотехнической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства», Череповецкий Государственный Университет. -1998.

Пат. 0000000 Україна, МКИ С 21 5/00. Спосіб доменної плавки/Бузоверя В.М, Бузоверя М.Т.//№заявці 98031342

БУЗОВЕРЯ В.М. Дослідження та розробка технології доменної плавки на комбінован дутті з використанням технологічних газів металургійних виробництв зам природного. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук спеціальністю 05.16.02 - «Металургія чорних металів» - Інститут чорної металургії Н України, Дніпропетровськ, 2000.

Дисертація присвячена питанням забезпечення стійкої роботи доменних печей комбінованому дутті високих параметрів і зменшенню витрат умовного палива ; відсутності або нестабільності забезпечення доменного виробництва Укра природним газом. Розроблена і запропонована методика аналізу зміни показні доменного процесу і результатів плавки на основі складів дуття, додаткового папі колошникового газу, що утворюється, шихтових матеріалів і продуктів плаЕ Розроблена технологія доменної плавки на комбінованому дутті високих параметрі регулюванням рівня теоретичної температури вдуванням колошникового газу, при цы виявлено вплив цього компоненту на цілий ряд показників процесу і плавки. Показа що запропонована технологія плавки, порівняно з традиційною, має економічи організаційні переваги.

Ключові слова: Доменна плавка, комбіноване дуття, показники процесу, реагеь колошниковий газ, ефективність.

БУЗОВЕРЯ В.М. Исследование и разработка технологии доменной плавки комбинированном дутье с применением технологических газов металлургичесі производств вместо природного. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук специальности 05.16.02 - «Металлургия черных металлов» - Институт чер} металлургии НАН Украины, Днепропетровск, 2000.

Диссертация посвящена вопросам обеспечения устойчивой работы домени печей на комбинированном дутье высоких параметров с уменьшением расхода условні топлива при отсутствии или нестабильности обеспечения доменного произволе Украины природным газом.

В результате анализа литературных источников информации и показателей рабе доменного производства предложено использовать в качестве компонеї комбинированного дутья собственный колошниковый газ.

Разработана и предложена методика анализа изменений показателей доменного проце и результатов плавки на основе составов дутья, дополнительного топли колошникового газа, образовавшегося колошникового газа, шихтовых материалої продуктов плавки.

Разработана технология доменной плавки на комбинированном дутье высоких параметров с регулированием уровня теоретической температуры горения вдуванием <олошникового газа, при этом выявлено влияние этого компонента на целый ряд юказателей процесса и плавки.

Проведен анализ результатов серии расчетов материальных и тепловых балансов 1оменной плавки на комбинированном дутье с вдуванием смеси колошникового газа с фиродным и коксовым и показано, что даже при замене природного газа доменная шавка, несмотря на увеличение расхода кокса, ио при полном выводе природного, [вляется эффективной, т.к. расход условного топлива уменьшается почти на 40 кг/т [угуна.

Показано, что предложенная технология плавки, по сравнению с традиционной, :меет экономические и организационные преимущества - постоянное наличие олошникового газа, уменьшение расхода условного топлива. Некоторое снижение алорийности образовавшегося колошникового газа может быть компенсировано ехнологическим кислородом, добавленным в воздух горения. При этом кислород может ыть выведен из доменной плавки.

Ключевые слова: Доменная плавка, комбинированное дутье, показатели процесса, еагенты, колошниковый газ, эффективность.

ouzoverya V.M. Investigation and working out of the technology of blast furnace operation on jmbined blast with using of metallurgical technological production gases instead of natural is. - Manuscript

Thesis for a candidate’s degree by specialty 05.16.02 - «Metallurgy of ferrous metals» -on and Steel Institute NAS of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2000.

The Dissertation is devoted to problems of blast furnaces stable operation used blast of gh parameters and decreasing rate of conditional fuel in conditions of absence or instability oviding of Ukraine's blast furnace production by natural gas. There was developed the system " analyze blast furnace operation dates and melting’s results based on structure of blast, jection fuel, top gas, coke, agglomerate, slag, hot metal. There was developed technology of ast furnace operation on combined blast of high parameters with control theoretical mperature by injection of top gas.

This technology in comparison with traditional technology has economical and vantages - top gas is permanent presence, decrease the rate of conditional fuel, iywords: BF operation, combined blast, process ratio, reagent, top gas, efficiency.