автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Взаимосвязь параметров восстановительных процессов доменной плавки на комбинированном дутье в современных условиях

московский

ордена октябрьской революции и ордена трудового красного знамени институт стали и сплавов

На правах рукописи

УДК 669.162.267

черноусов Павел Иванович

ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ НА КОМБИНИРОВАННОМ ДУТЬЕ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.16.02. — «Металлургия черных металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском институте стали и сплавов.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор ЮСФИН Ю. С.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор ТОВАРОВСКИЙ И. Г., кандидат технических наук СТЕПИН Г. М.

Ведущее предприятие — Акционерная кампания «Тулачермет»

Защита состоится « ^ >> марлкл 1993 г. в часов на заседании специализированного совета (шифр К.053.08.01) в Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 4.

С Диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « 20 » ЛиЫр 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Просргсс-ор

И. Ф. КУРУНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Техническая политика в доменном производстве в мировом масштабе в последние 20-30 лет имела два разных приоритета:

- наращивания концентрации кислорода и природного газа

в дутье с увеличением капиталовложений в строительство кислородных блоков (путь,' выбранный странами СНГ и бывшего соц.лагеря);

- улучшения подготовки железорудного сырья и оптимизации его распределения в доменных печах, путем совершенствования режимов загрузки и конструкция засыпнызс аппаратов при незначительном использовании технологического .кислорода (путь стран Западной Европы, США и Японии).

Различие в этих подходах обусловлено, во-первых, разными приоритетами: в первом случав - повышение производительности; во втором- - сокращение затрат на производство в целом; во-вторых, характером влияния кислорода на доменный процесс. Результатом реализации упомянутых методов совершенствования, доменной плавки стал более высокий расход суммарного топлива, а в первую очередь-кокса, на отечественных печах.

Вместе с тем, мнение о положительном влиянии увеличения содернания кислорода,-В дутье на производительность доменной печи, независимо от количества используемых в комбинированном дутье углеводородов, практически ни у кого из отечественных специалистов до сих пор но вызывает сомнения, что позволяет им считать целесообразным дальнейшее увеличение его концентрации до 40 % и выше. На наш взгляд, в сочетании.с природным газом (и другими топлпвно-восстановительными добавками) кислород не является интенсификато-роы доменной плавки по производительности, а служит лишь фактором регулирования количества и температуры газов в'печи. Кроме того, необходимо отметить, чго при переходе к рыночной экономика приоритет производительности уступает место другим приоритетам -снижению затрат на производство, ресурсосбережению и-повышению качества продукции. С этих позиций роль и значение обогащения дутья кислородом следует,, по нашему мнению, рассматривать по-иному.

С другой стороны, наиболее распространенным мнением о влиянии параметров комбинированного дутья на показатели доменной

плавки, является мнение об определяющей роли количества восстановителей в печном газе, увеличение доли которых способствует улучшении восстановительной работы газов (вплоть до достижения продельных значений степеней использования их восстановительной способности - с? Со и (?Н--Однако, при сопоставлении степеней использования газов в разных доменных печах необходимо учитывать, что они отражают не только степень совершенства работы газового потока, но также уровень параметров технологии, подготовки сырья и окисленности железорудной шихты. Поэтому вопрос о влиянии параметров комбинированного дутья на ход восстановитель-; ных процессов и показатели доменной плавки должен включать рассмотрение комплекса параметров в их взаимосвязи друг с другом: (кили иР^а такке окисленности шихты и дутьевого режима. Рассмотрение этих параметров в отдельности или вне их комплексной взаимосвязи монет привести к тому, что выводы из проводимых исследований или расчетов окажутся некорректными. Цель работы. Анализ взаимосвязи параметров восстановительных продоссов и показателей доменной плавки на комбинированном дутье высоких параметров в' современных условиях. Совершенствование методов расчета показателей доменного процесса на основе полученных закономерностей.

Научная новизна. Выявлены особенности доменной плавки на комбинированном .дутье высоких параметров, когда содержаще кислорода в нем превышает 30 %, в зависимости от достигнутого уровня развития восстановительных процессов и качества используемых шихтовых материалов.

Установлена и исследована взаимосвязь между расходом кислорода дутья (Озд^' К0Т0РЫ^ определяется количеством сгорающего у фурм печи углерода кокса и топливно-восстановительных добавок,, и степенью использования восстановительной способности газой.

Предложена формула, описывающая взаимосвязь между двумя! наиболее употребляемыми показателями, .оценивающими эффективность восстановительных процессов доменной плавки: (И и ^.со^н^.

Разработан метод определения "мгновенного" расхода кокса с помощью формул или диаграмм, учитываювдх взаимосвязь параметро! комбинированного дутья, окислонность шихты, Л ^ ' а

также зависимость •

Практическая денность. Установлены закономерности влияния параметров комбинированного дутья на показатели доменной плавки в зависимости от достигнутого уровня развития процессов восстановления и окисленности доменной шихты. Предлокены формулы для определения расхода кокса и параметров восстановления доменной плавки, удобные для анализа, контроля, изучения доменного процесса, а такав для использования в учебном процессе при преподавании соответствующих дисциплин в металлургических вузах и техникумах. Публикация работы. Основное содернание диссертации изложено в статьях.

Объем п структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, общих выводов, содержит страниц, вклвчая <50 страниц машинописного текста, 38 рисунков, /9 таблиц, список литературы из- 120 наименований.

СОДЕЕШШ РАБОТЫ

I. Параметры процесса восстановления и показатели доменной плавки на комбинированном дутьо

В главе приводен обзор литературы, касающейся вопросов расчета, взаимосвязей и использования показателей процессов восстановления доменной плавки, а также параметров, характеризующих эффективность применения комбинированного дутья, влияния его использования на расход кокса и производительность доменной печи, развитие процессов прямого и непрямого восстановления.

Методики расчета показателей доменной плавки (прекде всего - определения расхода кокса), получившие наибольшее распространение и признание, используют в качестве базовых параметров, описывающих уровень восстановительных процессов, показатели: *2<{ , & > ^¿са • • Несмотря на наличие большого количества теоретических исследований по выявлению взаимосвязей между вышеуказанными показателями, конкретных зависимостей ме&ду ними не установлено. Это затрудняет сопоставление расчетных результатов, полученных по различным методиками и, следовательно, оценку эффективности тех или иных технологических мероприятий, реяимов и проектов, направленных на совершенствование технологии доменной плавки и улучшение показателей доменного процесса.

2. Исследование влияния обогащения доменного дутья кислородом на ход и показатели доменной плавки

.Подробное изучение проблемы влияния обогащения доменного дутья кислородом на показатели доменного процесса выполнено на примере передового предприятия отрасли - Новолипецкого металлургического комбината за период I973-I99I гг. Выбор объекта исследования обусловлен тем обстоятельством, что именно на НЛМК освоение технологии доменной плавки с применением кобянированного дут; осуществлялось наиболее высокими темпами, и именно там впервые была освоена технология доменной плавки с содержанием кислорода в дутье вплоть до 40 %.

В рассматриваемом периоде выделим два основных этапа в ра боте' доменных печей. С 1973 г. по 19^8 г. основным технологическ приемом ведения плавки в доменном цехе й I было.постепенное увел чение параметров комбинированного дутья при сохранении уровня ко пенсации технологического 'кислорода природным газом 0,6 + 0,8 м3 м3 и теоретической температуры горения Тт = 2180 + 2240°С. Основ ные показатели'.работы доменной печи ÍS 4 ШШ в указанное время приведены на рис. I. Тот ке принцип постоянства Тт характерен дл работы доменной печи № 6 НЛМК в 1982-1986 гг. На рис. 2 и 3 при! даны зависимости производительности доменной печи Já 6: от выходе горновых газов и от содержания^кислорода в дутье для различных фиксированных интервалов расхода природного газа.

Анализ приведенных данных показывает, что при повышении < держания кислорбда в дутье без улучшения восстановительной рабо: газов в печи (степень прямого восстановления - остаегся по* • тоянной или меняется незначительно - на.1 + 3 %), существует цр< дел повышения интенсивности плавки и производительности агрегат; который наступает при тем меньшем содержании кислорода в .дутье, чем выше уровень . При этом суммарный расход топлива ■ (кокса природного газа) по мере возрастания содераания кислорода в ду имеет четко выраженную тенденцию к увеличению, а расход кокса м няется по кривой с минимумом: уменьшается при высоких значениях и возрастает при низких ее значениях.

К началу^80-х годов в аглодоменном производстве страны i ник ряд проблем,существенно повлиявших на технологические условг доменной плавки. На НЛМК ухудшение условий работы доменных пече заключалось, прежде всего, в следующем:

Некоторые показатели работы доменной печи М 4 НЛМК в 1974-1978 г.г. в зависимости от содержания кислорода в дутье и достигнутого уровня (по Павлову).

аЯ с*

о >> * ?

X с. о ж й а.

455 450

445

440 435

I а

на

О 1С ь, о, о с г в + о

ч о

О !С

>>о

X « п С) со а]

л х и о- ч_

|595 |>590

<585 о

+ 580

с.

" 575

а

4600 4500 4400 4300 4200

¡УУ7

а/

аш

гао

30 31 '32 33 34 35 36 Содержание кислорода в дутье, %

Рис, I

Изменение производительности доменной печи № 6 НЛМК в зависимости от V горновых газов и содержания кислорода в дутье (по данным за 1982-1985г.}

а

8000 7800

7600 7400

7200 7000 6В00

х у

О)

с

а х

* и

т § §

в

о ю х

х <и (а л

!&

««

а>

ч 01 н

<я

Р5 СИ X.

о

к ч:

д х

г х ю сз

I «

о 3

а со

29 30 31 32

- _ — - га-Г /И -ч

У У/*4 —-1- ■щ *

1400 1500 1600 1400 1500 1600 1400 1500 1600 1400 1500 1600

о

Выход горновых газов, м /т. чугуна

Рис. 2

1о

° О

о о о о

^ П СМ м

1П ю ю ю 10

■ ¿Ло/внХлХь -а ' яюонч1/эхи1гоаеио(1ц

■ЕНЛЛСЬ •¿/•лн 'вэном Похэв^

Изменение производительности д стенной гичи » 6 КЛИН • зависимости от содержании кислорода • дутье при различно« расходе природного газа.

и

3 X

Гч»

•Л V § §

Цифры на диаграмме - расход природного газа, «''/т. чугуна

29 30 31 32 33 •

Содержание кислорода в дутье, %

Рис. 3

Работа доменной печи » 4 НПМК в августе - сентябре 1994 г.

0 • 4400

5 &

г " 4эоо

ь л

1 Ь 42Э0

о ?

4100 4000

/ \ / \ / \

V .

450

425

400

§ I

т и

Ч >,

9 *

¡20

ПО 100

'3200

3100 3000

5 6 7 8 9 Ю II 12 13 14 15 !6 17 18 19 ¿0 Продолжительность периода, сут.

РиЛ

- частые изменения количества и вида используемых окатышей;

- изменения состава и качества используемого агломерата, вследствие .проводимых в 1980-1982 гг. ремонтов агломашпн;

г- колебания температуры дутья в ходе реконструкции воздухонагревателей.

Поэтому в 1979-1983 гг. по мере повышения интенсивности плавки при увеличении степени обогащения дутья кислородом и уменьшения расхода кокса, происходило неуклонное снижение устойчивости 'доменного производства. Технологическим приемом борьбы с часто возникающими расстройствами хода доменной плавки в это время стало ведение процесса с переменной теоретической температурой горения топлива. Показательной в этом плане является работа доменной печа.й 4 НЛШ в августе-сентябре 1984 г. - рис. 4.

Приведенные на рис. 4 зависимости показывают, что в условиях низкой технологической устойчивости процесса плавки параметры комбинированного дутья, и в первую очередь, природный газ, превращаются в факторы стабилизации хода доменной печи. При этом увеличение расхода природного газа сопровождается увеличением расхода кокса, а производительность определяется интенсивностью тепло-обменных процессов в нижней части доменной печи.

Возрастающая интенсивность.доменного процесса по газу и увеличивающаяся в связи с этим окружная неравномерность работы домо1шых печей, привели к необходимости увеличения кинетической энергии дутья и совершенствования способов управления газодинамическим режимом плавки. Рис. 5 иллюстрирует изменение расхода кокса и производительности плавки.при увеличении содержания кислорода в дутье для доменной печи й 4 НШЖ в 1986 г., после ее ^реконс-. ¡срукцни с увеличением числа фурменных приборов и диаметра горна, и внедрения системы загрузки с "плавающим" уровнем засыпи 'и переменной рудной нагрузкой. Характер полученных зависимостейдоказы-вает, что проведенные мероприятия позволили получить, в целбм боле высокие показатели доменной плавки как по увеличению производится ности, так и по снижению расхода кокса, но не изменили вышеописан ных закономерностей процесса, выражающихся в экстремальной зависи мости производительности и расхода кокса от содержания кислорода в дутье.

•Выявленные закономерности могут быть объяснены следующим образом. Дуть повышения производительности домешшх печей, принять!й а отечественной металлургии, и связанный с повышением концен-

грации кислорода в дутье, был обусловлен, прежде всего, возможностью получения требуемого прироста производства, не уделяя должного внимания подготовке железорудного сырья. Вследствие этого, на практике не'удавалось улучщдть газораспределение в печах, которое компенсировало бы сокращение количества газов на единицу шихты и времени ее обработки при обогащении'дутья кислородом. Это компенсировалось, главным образом, вдуванием природного газа,благодаря чему удавалось снизить расход кокса, хотя суммарный расход топлива при этом чаще всего возрастал. Последнее обстоятельство определяется тем, что количество восстановителя, требующееся на единицу восстанавливаемого железа заметно меньше, чем теплоносителя. В результате, по мере повышения содержания кислорода в дутье, определенная часть природного газа, причем тем большая, чем хуже газораспределение в печи, заменяет азот как теплоноситель (удаленный при обогащении дутья кислородом) и не участвует в восстановлении. Очевидно, что это является также одной из причин низкой величины и 11 высокого расхода суммарного топлива в сравнении с доменными печами развитых капиталистических стран.

Использование в доменном производстве России и Украины больших количеств природного газа стало возможным лишь вследствие неоправданно, высокого соотношения между ценаМи на природный газ и кокс в пользу последнего, что определяло экономическую целесообразность применения природного газа даже в случае неэффективного его использования в качестве восстановителя (а фактически, с некоторого момента, в роли лишь теплоносителя).

Более выгодной экологически, экономически, а, прожде всего, с точки зрения ресурсосбережения, является технология доменной плавки, позволяющая получать одинаковый прирост производства, не за счет увеличения параметров комбинированного дутья, а за счет увеличения газопроницаемости железорудного сырья, поскольку в этом случае повышения расхода кислорода в единицу времени можно достичь увеличением расхода дутья, не снижая концентрацию в нем ■ азота.

3. -Исследование взаимосвязи степени развития процессов непрямого восстановления и степени использования восстановительной способности газов в доменной плавке

В процессах непрямого восстановления доменной плавки принимают участие оксид углерода и водород. ■

- 12 -

Считая, что процессы прямого и непрямого восстановления в доменной печи строго распределены по соответствующим зонам и пренебрегая реакциями с участием сакистого углерода в шахте, состав восстановительного газа на входе в зону непрямого восстановления можно представить следующим образом (таблица I), а расход восстановителем на тонну чугуна записать так:

+М™г0,01- (ю0-У.Ыг +%СОг +%//Д мУт

где Одд ' - количество кислорода сухого доменного дутья, поступающего в доменную печь на I т. чугуна, м3/т. чуг. (или ы3//.!ин);

1*1 - содержание кислорода в сухом дутье, доли ед. (или $об);

3 - количество водорода, поступающего в печь с водородсо-дерхащими добавками, выракенное в долях ед. от расхода сухого доменного дутья (или % объема);

$ - влакность дутья, доли ед., (или % объема);

- количество всего кислорода отнимаемого от шихты в ходе доменной плавки, м3/т чугуна (или м^/мин.);

- степень развития процессов непряглого восстановления, дола ед.;

"Г - доля диоксида углерода карбонатов, реагирующая с тверды:»' углеродом кокса; С02 + Ск = 2 СО (многими и9следо-(УСЛ^^ вателями принимается равной 0,5), доли ед.;

Ь-(Я К0ж,,)00'1'в0 диоксида углерода, поступающего в домешгую

" ^ почь' с материалами, содержащими карбонаты, кг/т чугуна

,гвг Сплд кг/ццн.); ' Л- .

V - расход вланного ГВГ, м /т чугуна (иди ы /шн.); %^;%^у^0-содернаниэ в ГВГ соответственно азота, диоксида углерода и водяных паров, % (об.).

Необходимо отметить, что в предлагаемой формуле не учитывается, вследствие незначительности коллчеЬтва, поступление в печь окислителей (Сь и СО^) с топливно-восстановителышыи добавками.

Таким об пазом, задаваясь значениями Р и 0 / 0 - Ь.Ь \ определить 01: ^ % ^ % ^г ¿Со)

ТаСтиа I.

Состав восстановительного газа, поступающего в зоцу непрямого восстановления

гСсмлснекты газа Поступает в восстанови те л ьн у П га?, ич^ч

3 результате реакций в с участием сухого тутья и топливно-восстанови-тедьнкх дсЗавсм; ¡г/рменнсй зоне с участием влаги дутья Пгсле рс.-.к^иГ. прямого восстановления Из т.елеэ'.руь-ньтс материалов,ссг.ер^а-¡дих карбонат' Из ГВГ

Окс и ц у глеро вд,СО З^сртц, Н2 Азот,Л,2 0 -1% ы % и Чш Ъ и нет г-о^Ь-ь) не г нет ¿—гуЬмр <м 'м ■ (Рк,у>г) нет нет

В наиболее простом случае, когда в качестве восстановительной добавки к дутью исаользуотся только природный газ, формула существенно упрощается. Пренебрегая влажностью дутья и расходом в шихту карбонатов и полагая, что состав природного газа соответствует химической формуле СН^, получаем:

дпг

где а - расход природного газа, выраженный в долях от расхода доменного дутья. Поеле соответствующих упрощений получаем зависимость, связывающую Й1 и В общем случае:

П)аьч ¿9.

в упрощешюм виде:

ся

а

ед.

Полученные формулы, конечно, нельзя рассматривать как зависимость, а которой конкретные значения ^со (определяют соответствующие значения /и , поскольку в нее входят параметры, значения которых определяются общим уровнем технологии доменного

производства (в том числе металлургическими свойствами пихтовых материалов и т.п.), и которые, в свою очередь, влияют п зависят от • Наиболее важными взаимосвязями, требующими от-

дельного изучения, являются зависимости между: О^д и 2 СО 1 СО ц0 £ Н/ 1 СО- £ Н? 2 параметрами комбинированного дутья о ъ Ш . , .

Для исследований взаимосвязи ¿^ и были выбраны

результаты опытных плавок на доменных печах Ш.ЫК в период 19761987 гг. Результаты расчетов представлены на рис. 6. Каждая приведенная точка соответствует периоду работы доменной печи от 3 до 10 суток при условии сходимости балансов по основным элементам: водороду, железу, углероду, кислороду и азоту (ошибка ' материального баланса плавки - не более 1,5 % отн.) На этом же рис. 6 построены зависимости между и предложенный ранее'. Анализ полученных результов показывает, что для принятых условий, взаимосвязь менду и лУчи0 Есего описывается ¡формулой А.Н.Рамма: су-Р^ * 1.1) • в целом не, для анализа больших-массивов данных, представляется возможным принять ¿со= <?

С целко определения существования взаимосвязи между О^д и £ выполнен статистический анализ работы доменных печей СНГ: России, Украины, Казахстана, а также ряда зарубежных: Западной ¿¡вро-пы, Японии, США и Австралии, за период с 1966 по 1991 гг. Для исследований были взяты показатели работы печей с использованием различных тодллвно-восстановительных добавок (природного и коксового газов, мазута, пылеугольного топлива, смолы и ГЗГ), различными температурами дутья, пихтовыми условиями, шлаковым режимом и т.д. Всего исследовалась работа 154 доменных печей: 74 - России, 54 - Украины, 4 - Казахстана и 22 - зарубежных, при выплавке различных видов чугуна: передельного, литейного, ферромарганца, фер-рофосфора и некоторых специальных (хромо-никелевого, ванадиевого, фосфористого). Взаимосвязь между О^д а {? обнаружена для 121 печи из 154 (что составляет около 78 %). Общий вид зависимости приведен на' рис. 7, для некоторых отдельных доменных печей - на рис. 8. .

Разнообразие условий работы доменных печей, естественно, не дает возможности получить универсальный вид зависимости, однако, для большинства из них наиболее применимы формулы вида:

Взаимосвязь параметров ^^ и ¡{^ Для условий Новолипецкого металлургического комбината в период 19761987 гг.

Степень использования восстановительной способности оксида углерода,^, %

1 - - 0,88 ^¿Qo + 0,1 (J1. Богданди - В. Шефферс);

2 " " 3 -'£Н2= °-9' ^СО (А-Н- PawM)i ' 4 - = £^(1,41 - 1,07(H.H. Бабарыкин).

• Рис. 6

Зависимость расход» кислорода доменного дутья от степени использования восстановительной способности г»эо»

Спкпень исгщлыобсмил босспснодитслшн! способности *ауо6 ц, %

Рис.В

1 - Челябинский металлургический комбинат (МК), доменные печи (д. п.) 1, 2, 3; Магнитогорский МК, д. п. М 4, 6, 8;

2 - Новолииецкий МК, д. п. 2; Магнитогорский МК» д. п. М 10; 5 - Новолипецкий МК, д, п. М 3, 4; Западно-Сибирский МК, Д. л.'М 1, 3; Нижне-Тагильский МК, д. и М 6 (ванадиевый чугун); Магнитогорский МК, д, п. Н» 2, 5, 9; 4 — Челябинский МК, д. п. > 5; Орско-Халиловский МК д, п. М 2, 3, 4; Магнитогорский МК, д. п. Д 1, 3, 7; 5 - Челябинский МК, д, п. М 4; Нижне-Тагильский МК, д, а. Н 4; б ~ Новалипец-кий МК, д. а. 5; Череповецкий МК, д. п. М 1, 3; 7 -Кузнецкий МК; Низкие-Тагильский МК, д. п. М 2, 3; Залад-но-Сибирский МК, д. п. И> 2, 8 - Новолипецкий МК, д. п. Л> 6; Нижне-Тагильский МК, д. п. >* Ь; 9 - Череповецкий МК, д. п. М 2, 4; Нижне-Тагильский МК, д. п. )* 1, 3 (ванадиевый чугун)

Зависимость расхода углерода кокса и углеводородных добавок к доменному дутыо (расхода кислорода дутъл) от степени использования восстановительной способности газов ■ доменной плавке

4

^ ^ иоо им

11 юо

900

Ц*"

3, * л*7 11200 К»

^ад^-ДА \\ \ \ ^-.. у'-'/Мп'/г

Й,'0.*\ \ ¥40 \ \ Я, '¿Й.

V *> иг*./л/* —

и Ле^^с*** 'й Лф^*»"*!* /3 /{¿ф«и*В%

о ю л/ X X

Спенш испа/'ыс^а/'и* 6хста»а1ит*л**сч1 способности ымё 1,%

Рис.7

- 18 -

02д = А+(В/^) а 02д = А-В-5

гдо А и В - статистические коэффициенты.

Необходимо отметить, что полученная зависимость 02д - £ . но является функцией одного из параметров по отношению к другому, а представляет собой именно их взаимосвязь или своеобразную "диаграмму состояния" доменного процесса, отражающую соотношение монду восстановительны:,1И и тепловыми процессами в реальных условия:: плавки. Достигаемая степень использования восстановительной ' способности газов (£ ), в каждом конкретном случае может являться следствием технологических мероприятий, снижающих теплопотреб-ность процесса (и, соответственно, уменьшающих 02д), но и, наоборот, повышение технологического уровня плавки, заключающееся в улучшении газодинамического режима или качества шихты и приводящее к увеличению £ , может служить причиной снижения О23 (вследствие повышения ОI ).

Влияние изменения параметров комбинированного дутья на ход восстановительных процессов доменной плавки исследовалось на примере работы печей НЛЖ и Чэр!ДК. Зависимость от Ь) для одного из наиболее характерных случаев приведена на рис. 9, Выполненные исследования показывают, что увеличение содержания кислорода в дутье свыше 32 * 35 % (а расхода природного газа - свыше НО + + 120 м^/т чугуна), приводит к значительному и интенсивному снижению степени использования восстановительной способности газов, как СО, так и Н2. Причем это явление имеет место не только для случаев с высоким уровнем & - 88 + 95 /2, что можно было бы объяснить естественным затруднением хода восстановительных процессов при незначительности количества остающегося на долю прямого восстановления кислорода шихты, но и для случаев, когда составляет 74 + 88 "

Рассмотрим изменение- состава газа, формирующегося а фурмен мых зонах доменной печи по мере возрастания содержания кислорода в дутье/ при условии сохранения степени компенсации на уровне 0,6 + 0,8 (рис. 10) на примере доменной печи Г* 4 ШЖ. Исходя

из характера полученных зависимостей можно дать следующее ооъясне ■ нпе вицу кривых на рис. 9. Эффективность восстановления в доменно плавке определяется количеством восстановителей (00 и Н2), приходящимся на единипу окисленной шихты члли, при прочных равных ус-

Степень использования восстановительной способности оксида углерода,%

& «о 6 - &

Содержание восстанови* Количество телей (СО и ^ в фур- восстановите менном газе, %

Количество образующегося у фурм газа, м^ / т. чугуна

в £ £ Содеожание в фурмеччом газе СО, £

ловиях, на единицу выплавляемого чугуна}, но не только этим, а еще и долей восстановителей в формируемом горновом газе. Горновой газ, помдмо функции восстановителя, выполняет роль тейлоносителя, обеспечивая нагрев доменной шихты в ходе ее продвижения в горн печи. По мере снижения в нем доли азота, вследствие увеличения расхода восстановительной.добавки и соответствующего снижения расхода кокса и цутья на его сжигание (а также увеличения концентрации кислорода в дутье), наступает критический момент, когда для обеспечения теплопотребности шихты функцию азота - теплоносителя приходится выполнять другим компонентам газа - восстановителям СО и что естествекно, снижает степень использования их восстановительной способности и приводит к перерасходу кокса. На возможность возникновения подобного рода затруднений в ходе доменного процесса . раное ужа указывалось некоторыми исследователями, причем, наиболее •подробно вопросы снижения эффективности доменной плавки при повышении параметров комбинированного дутья вследствие снижения устойчивости процесса оыли разраоотаны в диссертационной работе А.П.Цу-хова.

Таким образом, выполненные исследования позволяют рекомендовать для использования формулу:

при применении предлагаемой формулы необходимо обращать внимание на необходимость учета экстремального характера взаимосвязи между • £ и параметрами £ и Ш .

4. Использование полученных зависимостей для ■ анализа доменного процесса

" На основе зависимостей, описанных в главе 3, может быть выполнен ориентировочный расчет расхода, кокса в доменной плавке. Пренебрегая выносом пыли, не учитывая циркуляцию сажистого углерода • в шахте печи, и принимая во внимание ранее принятые допущения, баланс углерода кокса доменной.плавки может быть выражен следующим 1 образом: . ■ "

<ЬС - доля газифицированного углерода используемой дутьевой добавки, м3С/т чугуна (в случае использования природного газа $с представляет собой долю природного газа по отношению к расходу дутья);

(4-/2).^.А,

кг/т чутуна;

[с] и $Ск - содержание углерода, соответственно, в чугуне и коксе - %.

Таким образом, расход кокса составит:

уЖ. К ^

И

Н

Его можно также рассчитать по одному из известных параметров £ или Я! :

АГ-Ш-

"-'ХСе

„Ж.

* %Ск

024 >¿+1 и \ Ч> $с

кг/

чугуна }

Анализ полученных формул показывает, что уменьшению расхода кокса способствует (при постоянстве прочих, параметров) повышение эффективности восстановительных процессов, выражающееся в увеличении \ пли Юг , повышение отношения (8с/и>) и снижение С^щ. Однако при этом необходимо помнить о том, что между и(^^¡о) Ри. и также существуют определенные зависимости..

Таким образом, очевидным достоинством предлагаемых формул является возможность выделить и количественно определить влияние отдельных параметров доменной плавки , S'.W, С>2Ш) на ход восстановительных процессов и расход кокса. Поэтому их можно использовать в процессе подготовки специалистов в вузах и техникумах, а также для расчета показателей новых технологических режимов до-■ менной плавки и коррекции расхода кокса при измерении параметров .дутьевого режима или окисленности шихты.

Помимо вышеприведенных формул возможно наглядное предсгав-

■ ленив взаимозависимостей между параметрами доменной плавки: (U ,

^ , расходом кокса,S и Ы в виде диаграмм (в этом случае под-развевается определенный вид зависимости 02д - £ и конкретное значение 02щ). На рис. II приведен пример такой диаграммы, построенной для условий работы печей доменного цеха J5 I НЛЫК, когда 02д = 1/(1,-МО"3-* ^ -2,7-Ю-4), а 02ш = 280 м3/т чугуна. Штриховкой выделена область реальных значений Ri и расхода кокса. Ли. нии,соответствующие £ = 60 %, показывают максимально достижимые значения Ri , исходя из установленной зависимости между 02д и £ . Из приведенной диаграммы видно, что после достижения расхода природного газа к. дутью 10 % дальнейшее его увеличение не приводит к увеличению Ri и лишь незначительно снижает расход кокса. Это об. стоятельство еще раз подтверждает сделанный ранее вывод о нецелесообразности увеличения параметров комбинированного дутья: свыше 100 + 120 м3 природного газа на тонну чугуна и 30 + 32 $ содержания кислорода в дутье.

Еще один пример использования полученных зависимостей иллюстрируется диаграммой, представленной на рис. 12. С ее помощью можно наглядно продемонстрировать особенности доменного процесса с различными параметрами комбинированного дутья. В частности, из хода кривых'на диаграмме видно, что достижение параметров комбинированного дутья 10 = 30 % и S = 15 % э при уровне #¿-80+90 % приводит к перерасходу условного топлива в сравнении с вариантом доменной плавки, когда (U = 50. + 60 % достигается за счет меропри-

■ ятий, обеспечивающих повышение степени использования восстановительной способности газов до 45 + 55 %.

Влияние изменения пврвметро» комбичмроваччого дуть* (£«U) и степени использования восстановительной способности rasa (2 > на А и расход кокса (К) для условий доыеччой плавки на НАМК

2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 i природного гам, % по отновемио к расходу дутья ; »гокса (К) приведем в *г/т. чугуна

Рис. II

Зависимость 02д - £ при постоянных значения* А , ? , U

10 20 J0 40 50 60

Степень использования восстановительно* спогоОиости гяла. !? .t

Рис. 12

ОБЩИЕ вывода

, I. При применении комбинированного дутья высоких параметров, когда содержание в нем кислорода превышает уровень 30 + 32 %, условия теплообмена в шахте печи и шлакообразования изменяются таким образом, что эффективный, устойчивый ход »менной плавки на •шихте низкого качества (по содержанию железа, гранулометрическому • составу и т.п.) становится невозможным. Если необходимое качество шихты не достигается, используемый природный газ превращается из ■ источника восстановителей в регулятор количества и температуры газов в печи, при этом степень использования восстановителей СО , и II) снижается, а расход кокса возрастает.

2. Учитывая нынешнее положение в отрасли с -подготовкой железорудных материалов и топливно-восстановительными ресурсами, V необходимо признать дальнейшее увеличение параметров комбинированного дутья (свыше 30-32 % кислорода в дутье и 100 + 120 м^ природного -газа на -тонну чугуна), независимо от соотношения цен на коко и природный газ, нецелесообразным.

3. Более выгодной экономически, экологически, а, прежде всего, - с точки зрения ресурсосбережения, является технология •доменной плавки, позволяющая получить одинаковый прирост производства, не за счет увеличения параметров комбинированного дутья, а за, счет увеличения газопроницаемости железорудного сырья, поскольку в этом случае повышение расхода кислорода в единицу времени достигается увеличением расхода дутья, а не снижением концентрации, в нем азота.

4.''Предложена формула, описывающая взаимосвязь между двумя наиболее употребимыми показателями, оценивающими' эффективность восстановительных процессов доменной плавки \ ЯС и £ . Формула учитывает влияние на показатели доменного процесса его "входных" параметров: состава комбинированного дутья' и доменной шихты, расходов восстановительных добавок и флюсов, расхода кислорода дутья.

■ • 5'. Установлена и исследована взаимосвязь между расходом .'кирлорода дутья, который определяется ¡количеством сгорающего у фурм печи углерода кокса и топливно-восстановительных добавок, и степенью использования восстановительной способности газа. В об-

щем случае эта взаимосвязь может описываться формулами: = = А + (В/£ ) или 02д = А - , м^/т чугуна. Наличие подобной взаимосвязи подтверждается для доменных печей СНГ и развитых капиталистических стран, при выплавке различных видов чугуна, использовании доменной шихты .с различной степенью окисленности, применением различных восстановительных добавок (ГЗГ, мазута и т.д.).

6. Исследована взаимосвязь показателей степеней использования восстановительной способности водорода и оксида углерода при применении комбинированного дутья высоких параметров. Показано, что в случае применения природного газа (на доменных печах СНГ) соотношение Ь и лучше, всего описывается формулой А.Н.

7. Разработан способ расчета расхода кокса, использующий в качество исходной информации параметры дутьевого режима плавки, данные по окисленности доменной шихты и составу колошникового'газа.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Эффективность использования кислорода при различной доле окатышей в шихте/А.П.Пухов, Ю.С.Юсфин, П.И.Черноусов и др.// Сталь. - 1985. - J5 I. - с. 5-9.

2. Жак P.M., Юсфин Ю.С., Черноусов П.И. Вдувание различных углеводородов з горн доменной печи/ Ин-т "Черметинформация". 1.1., 1985 (Обзор.информ. Сер. Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна. Вып. 3. 29 с.)

3. Анализ доменной плавки с использованием в шихте высоно-металдизованных окатышей /Б.Ф.Чернобрпнец, В.В.Капорулдн, II.II.Черноусов и др.//Сталь. - I98S. - JS 2. - с. 5-6.

4. Юсфин Ю.С., Даньшин З.В., Губанов В.И., Черноусов П.И. Целесообразность проплавки в доменных печах материалов, имеющих повышенное содержание закиси железа. - I.I., Деп. в ин-те "Чермот-пнформация". - 1986. - Г» 3359. -Юс..

5. Жак P.I.I., Юсфин Ю.С., Сафонова E.H., Черноусов П.И. Технологические особенности работы мощных домешшх печей/Ин-т "Черметпнформацпя". ¡.I., 1986 (обзор.информ. Сор. Подготовка сирь-

Рамма:

евих материалов к металлургическому переделу в производство чу-', гуна. Bun.- 3. 31 е.).

' 6. Юсфин Ю.С., Королева В.А., Черноусов П.И.' Расчет теоретической температуры горения и ее взаимосвязь о параметрами доменной плавки//Сталь. - 1988. - й 3. - с. 6-II.

7. Даньшин В.В., Черноусов П.И. Справочник рабочего доыен-'ного цеха: Справ.изд.Челябинск: Металлургия, Челябинское отд.,

1989. 320с. - •

8, Эффективность доменной плавки при переменном содержании кислорода в дутье в современных условиях/Ю.С.Юсфин, А.П.Пухов,

Н. П ..Сыс о ев ",. П. И. Черноусов//Ста ль. - 1992.'- IS 3 - о. 5-8. .

> 9. Всфин B.C., Роаавскпй А.И., Черноусов П.И. Расчет параметров процесса восстановления в доменной печи//Изв.Вузов. Черная металлургия.. - 1992, - й 7. - с. 8-II.

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ Заказ/О^/Л Объём " тираде^/?

Типография ЦИСиС. у^.'Орджоникидзе, 8/9