Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива

Выполнен анализ теплотехнологии доменной плавки с вдуванием в горн печи пылеугольного топлива. Показано, что энергоэффективность указанной технологии может быть существенно повышена за счет организации комбинированного вдувания энергоносителей с дополнительной подачей в нижнюю часть шахты печи горяч...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2013
Hauptverfasser:	Томаш, М.А., Сущенко, А.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2013
Schriftenreihe:	Металл и литье Украины
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159595
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива / М.А. Томаш, А.В. Сущенко // Металл и литье Украины. — 2013. — № 11. — С. 35-41. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-159595
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1595952019-10-09T01:25:14Z Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива Томаш, М.А. Сущенко, А.В. Выполнен анализ теплотехнологии доменной плавки с вдуванием в горн печи пылеугольного топлива. Показано, что энергоэффективность указанной технологии может быть существенно повышена за счет организации комбинированного вдувания энергоносителей с дополнительной подачей в нижнюю часть шахты печи горячих восстановительных газов. Виконано аналіз теплотехнології доменної плавки з вдуванням у горно печі пиловугільного палива. Показано, що енергоефективність вказанної технології можливо істотно підвищити за рахунок організації комбінованого вдування енергоносіїв з додатковим поданням в нижню частину шахти печі гарячих відновлювальних газів. The analysis of heat-technology of the blast-furnace melting with coal-dust insufflations to the crucible is executed. Shown that power effectiveness reference technology able to be appreciably enhance due to organization of the combined energy carriers insufflations – withadditional admission of hot gas-reductor in the bottom part of furnace stack. 2013 Article Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива / М.А. Томаш, А.В. Сущенко // Металл и литье Украины. — 2013. — № 11. — С. 35-41. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159595 669.184 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Выполнен анализ теплотехнологии доменной плавки с вдуванием в горн печи пылеугольного топлива. Показано, что энергоэффективность указанной технологии может быть существенно повышена за счет организации комбинированного вдувания энергоносителей с дополнительной подачей в нижнюю часть шахты печи горячих восстановительных газов.
format	Article
author	Томаш, М.А. Сущенко, А.В.
spellingShingle	Томаш, М.А. Сущенко, А.В. Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива Металл и литье Украины
author_facet	Томаш, М.А. Сущенко, А.В.
author_sort	Томаш, М.А.
title	Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива
title_short	Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива
title_full	Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива
title_fullStr	Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива
title_full_unstemmed	Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива
title_sort	совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2013
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159595
citation_txt	Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива / М.А. Томаш, А.В. Сущенко // Металл и литье Украины. — 2013. — № 11. — С. 35-41. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT tomašma soveršenstvovanietehnologiidomennojplavkisvduvaniempyleugolʹnogotopliva AT suŝenkoav soveršenstvovanietehnologiidomennojplavkisvduvaniempyleugolʹnogotopliva
first_indexed	2025-07-14T12:07:49Z
last_indexed	2025-07-14T12:07:49Z
_version_	1837624061303193600
fulltext	�� МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013�� МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 УДК 669.184 М. А. Томаш, А. В. Сущенко* ПАО «ММК им. Ильича», Группа Метинвест, Мариуполь *Приазовский государственный технический университет, Мариуполь Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива Выполнен анализ теплотехнологии доменной плавки с вдуванием в горн печи пылеугольного топлива. Пока- зано, что энергоэффективность указанной технологии может быть существенно повышена за счет органи- зации комбинированного вдувания энергоносителей с дополнительной подачей в нижнюю часть шахты печи горячих восстановительных газов. Ключевые слова: доменное производство, вдувание пылеугольного топлива, энергоэффективность, горячие восстановительные газы, комбинированное вдувание энергоносителей, удельный расход кокса П остановка проблемы. Расход кокса в домен- ных печах (ДП) является одним из важнейших технико-экономических показателей работы ме- таллургического комбината, во многом опреде- ляющим удельные затраты топливно-энергетических ресурсов на выпуск конечной металлопродукции, себестоимость и конкурентоспособность послед- ней, а также уровень вредных выбросов пред- приятия в окружающую среду�� На лучших метал- лургических комбинатах мира в Китае и Японии достигли минимального удельного расхода кокса – 240-280 кг/т чугуна, тогда как средний расход кок- са в странах Европы составляет 350-360 кг/т чугу- на [1]�� Лучший современный показатель на передо- вых комбинатах Украины – 360-400 кг/т чугуна, а на других отечественных предприятиях он составляет 480-550 кг/т чугуна�� Снижение топливно-энергетических затрат на производство чугуна в доменных печах традици- онно является одной из основных задач ученых- металлургов�� Поэтому указанному вопросу посвяще- но большое количество исследований и публикаций�� В результате разработаны и освоены разнообраз- ные способы повышения энергоэффективности доменного производства и снижения удельного рас- хода кокса на выплавку чугуна�� В условиях Украины, имеющей большие запасы некоксующихся углей, одной из наиболее перспек- тивных признана технология доменной плавки с вду- ванием пылеугольного топлива (ПУТ) [2, 3]�� Каждый 1 кг ПУТ заменяет 0,9-1,0 кг кокса�� Приготовление пылеугольного топлива сопровождается значитель- но меньшим загрязнением атмосферы и водного бассейна, чем производство кокса�� Условиями повы- шения расхода ПУТ в ДП являются высокие значе- ния механической прочности кокса и рудных мате- риалов, содержания железа в шихте и температуры дутья�� Первым отечественным предприятием, внед- рившим технологию доменной плавки с одновремен- ным вдуванием в горн печи ПУТ и природного газа, является Донецкий металлургический завод (ДМЗ), где достигли высоких технико-экономических пока- зателей: удельные расходы кокса – 365,2 кг/т; ПУТ – 90,1 кг/т; природного газа (ПГ) – 82,2 м3/т чугуна при температуре дутья 1109 °С�� В настоящее время, в ус- ловиях практически полного исключения подачи ПГ в горн ДП, на металлургических комбинатах Украины, использующих технологию доменной плавки с вдува- нием ПУТ, показатели по удельным расходам кокса и пылеугольного топлива (кг/т чугуна) соответственно следующие: ДМЗ – 400 и 150-170 (2011); Алчевский металлургический комбинат – 403 и 153 (1-е полу- годие 2012); металлургический комбинат «Запорож- сталь» – 393 и 153 (июнь-август 2013); Мариуполь- ский металлургический комбинат им�� Ильича – 381 и 159 (июнь-август 2013)�� Цель работы – выполнить анализ теплотехноло- гии доменной плавки с вдуванием ПУТ и разработать технические предложения, направленные на даль- нейшее повышение ее энергоэффективности�� Изложение основного материала. Вдувание ПУТ в горн ДП непосредственно заменяет углерод кокса при сгорании у фурм и устраняет дефицит тепла в нижней части печи�� При этом дефицит газов-восста- новителей в шахте ДП сохраняется�� Летучие веще- ства угольной пыли, выделяющиеся при ее сгорании, частично увеличивают удельный выход восстанови- тельных газов�� Но при вдувании ПУТ в ДП снижают расход или полностью прекращают подачу ПГ�� По- этому выход восстановительных газов в доменной печи сокращается�� Из-за этого вдувание ПУТ сопро- вождается увеличением степени прямого восстанов- ления оксидов железа rd�� Вместе с тем, потенциальные возможности при реализации рассматриваемой технологии в сниже- нии расхода кокса можно существенно увеличить, если степень прямого восстановления оксидов же- леза в печи будет не возрастать, а снижаться�� Возможности одновременного вдувания в горн доменной печи ПУТ и природного газа, являюще- гося источником газов-восстановителей, ограничены�� Увеличению количества вдуваемых в фурмы топ- ливных добавок препятствуют снижение теоретиче- ской температуры горения, сложность обеспечения �� МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 полного сгорания топлива у фурм и другие техно- логические факторы�� В 60-70-х годах ХХ столетия получили распро- странение опытно-промышленные доменные плав- ки с вдуванием в печь горячих восстановительных газов (ГВГ) [4, 5]�� Важнейшим преимуществом таких технологий является возможность существенного увеличения удельного расхода (на 1 т чугуна) вдува- емых углеводородсодержащих добавок�� При исполь- зовании ГВГ и кислорода удельное количество про- дуктов горения, образующихся в фурменном очаге и ограничивающих форсировку печи в обычных усло- виях, заметно уменьшается (по сравнению с другими вариантами сочетания компонентов комбинирован- ного дутья)�� В этом случае, при сохранении газоди- намических условий, в ДП можно вдуть значительно большее количество кислорода в единицу времени, то есть достигнуть высокой степени интенсифика- ции процесса плавки�� Производительность ДП при вдувании, например, конвертированного газа можно увеличить на 8,2 % [5]�� Для достижения наиболее полного восстановле- ния шихты и уменьшения степени прямого восста- новления железа (до величины, близкой к нулю) ГВГ, наряду с соответствующим их удельным расходом, должны иметь более высокое содержание оксидов уг- лерода и водорода, то есть, как показывают опытные плавки и выполненные расчеты, в ГВГ оно должно достигать 92-95 % (за счет уменьшения содержания в них окислителей и азота)�� Одним из важных тех- нологических требований к составу вдуваемого газа является его стабильность, особенно по содержа- нию углекислоты, а также оксида углерода [5]�� Доля восстановителей в ГВГ линейно влияет на коэффициент замены ими кокса ЭЗГВГ, повышая его при увеличении (СО + Н2) в ДП вплоть до 80 %�� Даль- нейшее повышение концентрации восстановитель- ных компонентов не только не увеличивает, но и не- сколько снижает экономию кокса�� Это обусловлено тем, что при высоком восстановительном потенциале газов в ДП быстро достигается полное восстановле- ние оксидов железа косвенным путем, а дальнейшее увеличение расхода ГВГ не снижает степень прямого восстановления и, соответственно, не способствует экономии теплоты�� При этом газы выполняют лишь функцию теплоносителя�� По мере снижения доли азота в ГВГ степень прямого восстановления умень- шается с увеличением ГВГ более круто�� Каждые до- полнительные 10 % (СО + Н2) увеличивают ЭЗгвг на 0,042 кг/м3�� Увеличение содержания окислителей в ГВГ (СО2 + Н2О) уменьшает ЭЗгвг линейно, причем на каждый дополнительный 1 % (СО2 + Н2О) величина ЭЗГВГ в среднем уменьшается на 0,015 кг/м3�� Повы- шение температуры ГВГ (tГВГ) увеличивает ЭЗГВГ на 0,019 кг/м3 на каждые дополнительные 100 °С�� Значение коэффициента замены кокса ГВГ (кг/м3) можно рассчитать по формуле [6]: ЭЗГВГ = 0,2СО + 0,3Н2 – 1,5(СО2 + Н2О) – – 0,18N2 + 0,00019tГВГ + 1,7Ст, (1) где СО, Н2, Н2О, СО2, N2 – объемные доли соответ- ствующих компонентов в ГВГ м3/м3; tГВГ – температура ГВГ, °С; Ст – содержание твердого углерода в ГВГ, кг/м3�� Значения степени прямого восстановления, близ- кие к нулю, и минимальный расход кокса достигают- ся при расходах ГВГ порядка 800-900 м3/т�� В основу предлагаемой технологии доменной плавки положен принцип автономности верхней вос- становительной и нижней плавильной зон доменной печи�� Вдуваемое в горн ДП пылеугольное топли- во уменьшает дефицит теплоты в горне и снижает удельный расход кокса за счет его прямой замены угольной пылью�� Горячие восстановительные газы, подаваемые в шахту доменной печи, устраняют не- достаток газов восстановителей в этой зоне и сни- жают удельный расход кокса за счет более полного развития восстановления оксидов железа газами и снижения степени прямого восстановления железа�� При достаточном расходе ГВГ степень прямого вос- становления можно максимально приблизить к нулю, а ход доменной плавки − к идеальному Грюнеровско- му процессу [7] (без дополнительного расхода топли- ва в горне при высоких технологических параметрах процесса)�� Известны различные способы получения ГВГ�� В аглодоменном производстве в качестве дополни- тельного топлива используют очищенный различ- ными техническими методами от СО2 колошниковый газ�� Содержащий большое количество восстановите- лей (СО + Н2) полученный газ можно вдувать в горн ДП, а также использовать для нагрева насадки воз- духонагревателей [8]�� Восстановительные газы можно получить путем газификации твердого топлива (угля) [6]�� Состав по- лученного газа зависит от многих факторов, главны- ми из которых являются вид и характеристика топли- ва, температура и давление в зоне реакций, а также состав дутья�� Обычно температуру процесса газифи- кации поддерживают в интервале 1000-1300 °С при широком диапазоне давлений от 0,10 до 10,0 МПа и выше�� В качестве окислителя обычно используют кислород в чистом его виде (кислородное дутье), либо входящий в состав воздуха (воздушное дутье), либо высвобождающийся в ходе химических реак- ций, например, при диссоциации водяного пара или других соединений�� Организация процесса газификации твердого топ- лива обладает некоторыми недостатками, главный из которых – малая интенсивность процесса�� Так, в самых крупных газогенераторах типа «Лурги» со сло- евым процессом газификации при работе под давле- нием в 2-3 МПа интенсивность процесса по расходу угля на единицу поверхности слоя составляет всего 1,5-2,5 т/(ч∙м2)�� Температура газа на выходе из такого газогенератора достигает 550 °С и при этом он со- держит до 20 г/м3 смоляных компонентов, что значи- тельно затрудняет утилизацию физической теплоты газа в энергоцикле до его очистки�� В течение нескольких лет в ИВТАН и ИЧМ про- водили аналитические и экспериментальные иссле- дования по отработке конструкции и режима работы газогенераторов пылеугольного топлива вихревого типа с целью получения ГВГ для вдувания в домен- �� МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 ные печи [9]�� Тогда разработали компактный (уста- навливается в пределах существующего фурмен- ного прибора) газогенератор с достаточно высокой стойкостью, работающий в режиме с выносом всей ожиженной золы угля в фурменный очаг вместе с получаемым ГВГ, который подтвердил возможность производства ГВГ с температурой 1700-2000 °С и со- держанием окислителей 1-2 %�� Наиболее распространенный путь получения ГВГ – конверсия ПГ�� В зависимости от применяемого для конверсии окислителя выделяют паровую, угле- кислотную и кислородную конверсии�� При этом газ- восстановитель получают в результате следующих химических реакций: CH4 + H2O ⇔ CO + 3H2 – 207 (МДж/кмоль); (2) CH4 + CO2 ⇔ 2CO + 2H2 – 248 (МДж/кмоль); (3) CH4 + 0,5O2 ⇔ СО + 2H2 + 35,6 (МДж/кмоль)�� (4) При выборе способа конверсии ПГ для получения ГВГ с целью их последующего вдувания в шахту до- менной печи следует предпочесть паровую конвер- сию кислородной и углекислотной�� При современной высокой стоимости природного газа решающим не- достатком кислородной конверсии остается относи- тельно низкий выход газов восстановителей – 3 м3 на 1 м3 ПГ�� При паровой и углекислотной конверсии выход газов-восстановителей 4 м3/м3 ПГ�� При угле- кислотной конверсии в промышленных условиях в качестве окислителя используют не чистый угле- кислый газ, а колошниковый, содержащий СО2�� В условиях доменного цеха это является недостатком углекислотной конверсии, так как в состав восстано- вительного газа переходит большое количество азо- та из колошникового газа, что нежелательно�� Кроме того, колошниковый газ содержит соединения серы, резко снижающие активность никелевого катализа- тора�� Эти недостатки исключают возможность при- менения углекислотной конверсии в доменном цехе, несмотря на минимальную стоимость окислителя�� Паровая конверсия лишена этих недостатков�� Различают конверсию природного газа катали- тическую и высокотемпературную�� Каталитическую конверсию метана проводят с водяным паром в труб- чатых печах с внешним обогревом (паровая конвер- сия), а также с парокислородной смесью в аппаратах шахтного типа при небольшом по- вышенном давлении�� Наилучший катализатор – никелевый с различ- ными добавками�� Высокотемпера- турную конверсию осуществляют в отсутствие катализаторов при тем- пературах 1350-1450 °С�� Первые процессы паровой, па- роуглекислотной и углекислотной конверсий проводили в конвер- терах-газонагревателях, работа- ющих по регенеративному циклу подобно доменным воздухонагре- вателям (ВН)�� Для активизации ре- акции конверсии природного газа, а также для подавления побочной при этом реакции сажеобразова- ния верхнюю часть насадки газонагревателя пропи- тывали раствором азотнокислого никеля�� Как пока- зал опыт работы конверсионных установок, у этого способа есть существенные недостатки�� Главный из них заключается в выпадении сажи на насадке газонагревателей и в тракте движения газа�� В пери- од нагрева насадки никель частично окислялся, а в период получения газа отдавал этот кислород, резко ухудшая состав газа, делая его нестабильным [4]�� Наиболее перспективным представляется исполь- зование конвертера (реформера) природного газа непрерывного действия�� Основное его преимущест- во – это стабильность состава и температуры ГВГ�� К недостаткам можно отнести умеренную температуру ГВГ (tгвг = 900-950 °С), снижающую эффективность их вдувания в горн ДП�� Однако при использовании ГВГ для вдувания в нижнюю часть шахты доменной печи такая температура является близкой к оптимальной, так как находится в соответствии с температурным уровнем зоны вдувания ГВГ в ДП�� Конвертер представляет собой [10] газоплот- ную сварную стальную конструкцию, защищенную огнеупорной футеровкой (рис�� 1)�� Внутри секций располагаются реакционные трубы, заполненные катализатором�� В большинстве случаев в качестве катализатора применяют никель в различных кон- центрациях�� Смешанный газ (ПГ + Н2О), подогретый до 400 °С, входит в трубы снизу; конвертированный газ выходит из верхних концов труб с температу- рой примерно 900 °С и поступает в футерованные коллекторные трубопроводы�� Реформер отаплива- ется с помощью установленных в днище горелок, работающих на колошниковом газе и воздухе�� Ра- бочая температура составляет 1100 °С�� Дымовые газы отсасываются из межтрубного пространства через отверстия по обеим боковым сторонам кор- пуса реформера, проходят через два параллельно расположенных рекуператора, где отдают большую часть физической теплоты к смеси природного газа и пара, и далее сбрасываются в дымовую трубу�� Затем провели расчеты паровой конверсии при- родного газа при реализации ее в условиях домен- ного цеха�� Определили, что при паровой конверсии 1 м3 природного газа в конвертере непрерывного действия будет получено 4,584 м3 конвертированного Рис. 1. Схема реформера непрерывного действия. 1. 120 . 4. 120 Дымовой газ 600 °С Конверти- рованный газ 850 °С H2, CO Колошни- ковый газ Смесь природного газа и окислителя 400 °С 950 °С NiNiNiNiNi �� МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013�� МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 газа с температурой 900 °С следующего состава (%): Н2 – 69,2; СО – 21,3; Н2О – 7,5; СО2 – 1,8�� Расход водяного пара составит 1,187 кг/м3 природного га- за, а расход доменного газа (на горелки реформера для обеспечения теплопотребностей процесса) – 6,85 м3/м3 природного газа�� Следует отметить, что рас- ход доменного газа может существенно меняться в за- висимости от его состава и теплоты сгорания (рис�� 2)�� Важнейшим технологическим параметром паро- вой конверсии природного газа является коэффициент избытка водяного пара αН2О�� Минимально- му расходу пара на конверсию со- ответствует αН2О = 1�� Однако при таком расходе пара конверсия уг- леводородов будет протекать не полностью, а в составе конверти- рованного газа будет содержаться сажистый углерод�� Его присутствие в составе восстановительного газа нежелательно, так как сажистый углерод может забивать газоходы�� Для снижения сажеобразования из- быток пара должен быть более 1,2�� С увеличением αН2О образование сажистого углерода прекращает- ся, но увеличивается содержание окислителей в составе конверти- рованного газа (рис�� 3)�� Так, при коэффициенте избытка пара 1,4 общее содержание окислителей (СО2 + Н2О) в конвертиро- ванном газе составит 9,2 %, при αН2О = 1,2 – 4,8 %, а при αН2О = 1,8 – 16,9 %�� Принципиальная схема одного из вариантов ре- ализации предложенной технологии доменного про- цесса представлена на рис�� 4�� Доменный газ после выхода из ДП проходит обычную трехступенчатую очистку, включающую пылеуловитель 1, скруббер 2, трубу Вентури 3, дроссельную группу 4, и поступа- ет в коллектор доменного газа 5�� Весь объем полу- чаемого доменного газа делят на три потока�� Часть доменного газа 6 отбирают для нагрева насадки ВН�� Небольшая часть доменного газа поступает в газовую сеть металлургического предприятия, ее используют в качестве газообразного топлива другие цеха�� Часть доменного газа 7 подают на горелки конвертера (не- прерывного действия) и сжигают внутри его, обеспе- чивая температуру внутри конвертера 1050-1100 °С�� Образовавшиеся при этом дымовые газы 8 с темпе- ратурой 500-600 °С покидают конвертер и проходят через рекуператор, где их теплота утилизируется�� После рекуператора дымовые газы выбрасываются в дымовую трубу�� Исходная смесь природного газа и водяного пара проходит через рекуператор, нагре- ваясь до температуры порядка 400 °С, и поступает в трубы реформера с катализатором, где протекает паровая конверсия�� Конвертированный газ 9 с тем- пературой 800-900 °С поступает к верхнему ряду фурм 10, расположенных в нижней части шахты ДП�� Через нижний ряд фурм 11 в горн ДП поступает горя- чее дутье 12 с температурой порядка 1250 °С�� В фур- мы горна 11 также подают пылеугольное топливо�� Для определения технико-экономических показа- телей доменной плавки по новой технологии состави- ли зональный тепловой баланс с условным разделе- нием рабочего пространства ДП на две зоны (нижнюю и верхнюю)�� Верхняя зона соответствует шахте до- менной печи, в ней протекают такие процессы, как: испарение влаги шихты; косвенное восстановление оксидов железа газами; частичное разложение из- вестняка (принято, что степень разложения извест- Рис. 3. Изменение состава конвертированного газа при увели- чении коэффициента избытка водяного пара, % 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 , / 3 , 3/ 3 . 2. 1 3 : 1 – 800 ° ; 2 – 900 ° ; 3 – 1000 ° 87,5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 ,% . 3. , % 87,5 1 2 3 2 2 2 С од ер ж ан ие га за , % 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Избыток пара 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 , / 3 , 3/ 3 . 2. 1 3 : 1 – 800 ° ; 2 – 900 ° ; 3 – 1000 ° 87,5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 ,% . 3. , % 87,5 1 2 3 2 2 2 Рис. 2. Расход колошникового газа на горелки конвертера для конверсии 1 м3 природного газа при температуре (°С) конвертиро- ванного газа: 1 – 800; 2 – 900; 3 – 1000 Р ас хо д до м ен но го га за , м 3 /м 3 П Г 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 Теплота сгорания, кДж/м3 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 Рис. 4. Принципиальная схема доменного процесса с вдуванием ГВГ в нижнюю часть шахты и ПУТ в горн доменной печи . 1. 120 . 4. 120 11 9 12 3 4 5 7 10 12 8 6 ВН H2, CO, t = 850 °СH2O пар Природный газ Рекуператор Конвертер природного газа (паровая версия) t = 950 °С Углепод- готовка Дутье, t = 140 °С t = 1100 °С ДП �� МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013�� МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 няка в верхней зоне составляет 50 %)�� Нижняя зона располагается в распаре, заплечиках и горне�� В ней идут процессы размягчения и плавления шихты с образованием чугуна и шлака; реакции прямого восстановления углеродом окси- дов кремния, марганца, фосфора, части оксидов железа; горения топ- лива и разложения влаги дутья, ко- торые завершаются разложением известняка�� Для определения минимально возможного расхода кокса на вы- плавку чугуна выбраны параметры доменной плавки, характерные для наиболее передовых предприятий металлургической отрасли: температура дутья – 1250 °С; расход ПУТ – 240 кг/т чугуна; содержание железа в шихте – 62 %�� Установленный расход ПУТ является практически предельным расходом топливных добавок в горн ДП в настоящее время�� Вдувание ГВГ в шахту дает воз- можность значительно увеличить расход топливных добавок в ДП, практически не меняя условий в горне доменной печи�� Расчет материального баланса доменной плав- ки выполнен в качестве предварительного перед составлением тепловых балансов�� В ходе рас- чета материального баланса выбирают степень прямого восстановления rd�� Выбор rd должен быть выполнен таким образом, чтобы степень использо- Таблица 1 материальный баланс Приход кг % Выход кг % Рудная шихта 150,70 44,24 Чугун 100,00 29,53 Кокс 17,00 4,99 Шлак 24,35 7,19 ПУТ 24,00 7,04 Доменный газ 192,44 56,82 Влага кокса 0,58 0,17 Влажный доменный газ 21,89 6,46 Сухое дутье 114,77 33,69 Всего 338,68 100,00 Влага дутья 1,05 0,31 Восстановительный газ 23,32 6,85 Известняк 9,25 2,72 Всего 340,67 100,00 вания восстановительной способности водорода hН2 = 100 ∙ Н2О/(Н2 + Н2О) и СО hCO = 10 ∙ СО2 / (СО + + СО2) [5] не превысила реальных значений, соот- ветствующих равновесию реакций восстановления вюстита газами�� Степень использования водорода составила 40-45 %�� С учетом использования окис- ленных окатышей и большого расхода сырого из- вестняка, насыщающих колошниковый газ СО2, сте- пень использования СО может составить 46-50 %�� Результаты расчета материального баланса домен- ной плавки приведены в табл�� 1 (невязка составила 0,6 %)�� Задачей теплового баланса нижней зоны явля- ется определение удельного расхода кокса на вы- плавку 100 кг чугуна�� Если расход кокса принят пред- варительно при расчете материального баланса, Таблица 3 Тепловой баланс верхней зоны доменной печи Тепло приход расход статьи мДж % статьи мДж % С газом из нижней зоны 171,40 20,01 Уносимое в нижнюю зону 101,90 11,90 С восстановительным газом 68,50 8,00 Диссоциация оксидов железа 631,70 73,75 Окисление СО и Н2 в реакциях косвенного восстановления 613,50 71,62 Разложение известняка 7,90 0,92 Вносится шихтой 3,20 0,37 Испарение влаги шихты 1,50 0,18 Всего 856,60 100,00 Уносится колошниковым газом 95,80 11,18 Потери тепла 17,80 2,08 Всего 856,60 100,00 Таблица 2 Тепловой баланс нижней зоны доменной печи Тепло приход расход статьи мДж % статьи мДж % Физическое тепло дутья 162,7 31,85 Уносится чугуном 110,7 21,67 Тепло окисления углерода топлива до СО 246,2 48,20 Уносится шлаком 45,6 8,93 Тепло шихты из верхней зоны 101,9 19,95 Разложение влаги дутья 14,6 2,86 Итого 510,8 100,00 Разложение известняка 7,9 1,55 Диссоциация оксидов 74,9 14,66 Уносится газами 171,4 33,56 Реакции летучих 3,5 0,69 Потери 82,2 16,09 Итого 510,8 100,00 �0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013�0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 тепловой баланс нижней зоны позволяет оценить потери теплоты и правильность выбора расхода кокса�� При правильном выборе расхода кокса по- тери тепла в систему охлаждения в нижней зо- не должны соответствовать интервалу значений 50-100 МДж/100 кг чугуна�� Задача теплового баланса верхней зоны – определение температуры колош- никового газа�� В расчетах на границе зон принимали: темпера- туру газа – 900 °С; разность температур шихты и газа – 50 °С; температуру шихты – 850 °С (900 - 50 °С)�� Результаты расчетов зонального теп- лового баланса ДП приведены в табл�� 2 и 3�� На их основе определили показатели доменного процес- са для предлагаемой технологии (табл�� 4)�� Затраты тепловой энергии на выплавку 1 т чугуна по новой технологии составили 16,5 ГДж и сократи- лись на 2,3 ГДж в сравнении с традиционной техно- логией�� Коэффициент использования тепла в домен- ном процессе увеличился с 51,10 до 54,09 % за счет снижения неиспользованной химической энергии до- менного газа с 30,83 до 16,21 %�� Новая технология доменной плавки с вдуванием в горн ПУТ (240 кг/т чугуна) и в шахту ГВГ (550 м3/т чугуна) при расходе природного газа для получения ГВГ 120 м3/т чугуна предоставит возможность снизить степень прямого восстановления оксидов железа до 12 % и удельный расход кокса до 170 кг/т чугуна, что на 90-120 кг/т чу- гуна ниже, чем на лучших доменных печах страны�� Выводы Наиболее перспективная в Украине технология доменной плавки с вдуванием пылеугольного топли- ва в горн ДП, снижая удельный расход кокса за счет его замены на ПУТ в нижней части агрегата, не уст- раняет дефицита газа-восстановителя в шахте печи�� При этом идеальный процесс доменной плавки по Грюнеру, характеризующийся минимальными степе- нью прямого восстановления оксидов железа и рас- ходом кокса, не может быть достигнут�� Предложена новая технология доменной плавки с одновременным вдуванием пылеугольного топлива в горн доменной печи и горячих восстановительных газов в нижнюю часть шахты (вдувание ПУТ заме- няет часть кокса-источника теплоты, уменьшая недо- статок ее в нижней зоне ДП, а вдувание ГВГ устраня- ет недостаток восстановителей в верхней зоне ДП), позволяющая приблизить ход процесса к Грюнеров- скому и существенно снизить топливно-энергетиче- ские затраты на выплавку чугуна�� При современной высокой стоимости природного газа наиболее рациональным и технологичным спо- собом получения ГВГ для доменной плавки является паровая конверсия ПГ в конвертерах непрерывного действия�� При этом с 1 м3 ПГ будет получено 4,584 м3 конвертированного газа с температурой 900 °С сле- дующего состава (%): Н2 – 69,2; СО – 21,3; Н2О – 7,5; СО2 – 1,8�� Расход водяного пара составит 1,187 кг/м3 ПГ, доменного газа на горелки – 6,85 м3/м3 ПГ�� Новая технология доменной плавки (с удельным расходом ПУТ ~240 кг/т чугуна и ГВГ ~550 м3/т чу- гуна) даст возможность снизить степень прямого восстановления оксидов железа до 12 % и удельный расход кокса до 170 кг/т чугуна�� Таблица 4 Показатели предлагаемой технологии доменного процесса Показатели расчета значения Расход: сухого кокса, кг/т чугуна 170 известняка, кг/т чугуна 92,50 окатышей, кг/т чугуна 1507 ПУТ, кг/т чугуна 240 природного газа, м3/т чугуна 120 восстановительного газа, м3/т чугуна 550 дутья, м3/т чугуна 899 кислорода (в составе дутья), м3/т чугуна 57 пара, кг/т чугуна 142,50 Выход: шлака, кг/т чугуна 243,50 колошникового газа (сухого), м3/т чугуна 1669 Состав чугуна, %: Si 0,40 Mn 0,09 S 0,037 P 0,024 C 4,41 Состав шлака, %: СаО 45,35 SiO2 37,78 Al2O3 6,29 MgO 6,98 FeO 0,50 MnO 0,40 S 2,72 Основность СаО / SiO2 1,20 Состав колошникового газа, %: СО2 19,30 СО 20,90 Н2 20,20 N2 39,50 Влажность 16,30 Теплота сгорания, МДж/м3 4580 Содержание О2 в дутье, % 26 Температура дутья, °С 1250 Температура восстановительного газа, °С 900 Содержание Fe в окатышах, % 62,67 �0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013�0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 (246) ’2013 ЛИТЕРАТУРА 1�� Курунов И. Ф. Шихтовые материалы, кокс, эксплуатация и показатели работы доменных печей // Сталь�� – 2001�� – № 3�� – С�� 7-13�� 2�� Ярошевский С. Л. Выплавка чугуна с применением пылеугольного топлива�� – М��: Металлургия, 1988�� – 175 с�� 3�� Перспективы применения пылеугольного топлива в доменных цехах Украины и России / А�� А�� Минаев, А�� Н�� Рыженков, Ю�� Г�� Банников и др�� // Сталь�� – 2008�� – № 2�� – С�� 5-11�� 4�� Тихомиров Е. Н. Комбинированное дутье доменных печей�� – М��: Металлургия, 1974�� – 160 с�� 5�� Тихомиров Е. Н. Восстановительные газы и кислород в доменном производстве�� – М��: Металлургия, 1982�� – 104 с�� 6�� Товаровский И. Г. Анализ показателей и процессов доменной плавки�� – Днепрпетровск: Пороги, 2000�� – 420 с�� 7�� Рамм А. Н. Современный доменный процесс�� – М��: Металлургия, 1980�� – 304 с�� 8�� Белосельский Б. С., Барышев В. И. Низкосортные энергетические топлива: особенности подготовки и сжигания // М��: Энергоиздат, 1989 �� – С�� 134�� 9�� Альтшулер В. С. Современные процессы газификации твердого топлива�� – М��: Недра, 1976�� – 280 с�� 10�� Иващенко В. П., Величко А. Г., Терещенко В. С. Одностадийные процессы прямого получения жидкого металла с применением традиционных видов энергии // Теория и практика металлургии�� – 2002�� – № 1�� – С�� 9-23�� Томаш М. О., Сущенко А. В. Вдосконалення технології доменної плавки з вдуванням пиловугільного палива Виконано аналіз теплотехнології доменної плавки з вдуванням у горно печі пиловугільного палива. Показано, що енергоефективність вказанної технології можливо істотно підвищити за рахунок організації комбінованого вдування енергоносіїв з додатковим поданням в нижню частину шахти печі гарячих відновлювальних газів. Анотація доменне виробництво, вдування пиловугільного палива, енергоефективність, гарячі відновлювальні гази, комбіноване вдування енергоносіїв, питома витрата коксу Ключові слова Tomash M. A., Sushchenko A. V. Improvement of blast-furnace melting technology with coal-dust insufflations The analysis of heat-technology of the blast-furnace melting with coal-dust insufflations to the crucible is executed. Shown that power effectiveness reference technology able to be appreciably enhance due to organization of the combined energy carriers insufflations – withadditional admission of hot gas-reductor in the bottom part of furnace stack. Summary blast-furnace production, coal-dust insufflations, power effectiveness, hot gas-reductor, combined energy carriers insufflations, coke rate Keywords

Совершенствование технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива

Institution

Ähnliche Einträge