Способы повышения производительности доменной печи

Способы повышения производительности доменных печей

Как известно, производительность доменной печи прямо пропорциональна скорости опускания шихты, которая в свою очередь зависит от скорости образования свободного пространства в нижней части печи. Определяющим процессом, в результате которого образуется свободное пространство, является горение кокса перед фурмами. В связи с этим стремятся ввести в печь максимальное количество дутья, обеспечивающее высокую скорость горения кокса и, соответственно, высокую производительность доменной печи. При этом предельным является такое количество дутья, когда образующиеся в горне газы своим давлением (вместе с силой трения) уравновешивают вес шихты, и ровный сход ее не нарушается вплоть до остановки.

К способам повышения производительности доменной печи относятся следующие: 1) отсев мелких фракций материала из шихты; 2) окускование мелких железорудных материалов (руд и концентратов); 3) уменьшение выхода шлака и снижение его вязкости; 4) повышение давления газов в печи; 5) использование дутья, обогащенного кислородом. В результате использования первых трех способов повышается пористость слоя. Способ интенсификации доменной плавки путем повышения давления газа в печи заключается в том, что благодаря повышению среднего давления газа в доменной печи уменьшается объем газа и скорость его движения. Становится возможным ввести в печь больше воздуха.

Из всех перечисленных выше способах наибольший эффект достигается при использовании дутья, обогащенного кислородом. При замене обычного воздуха дутьем с более высоким содержанием кислорода и постоянном количестве образующихся в печи газов в горн поступает больше кислорода (сгорает больше кокса в единицу времени).

Таким образом, повышение производительности доменной печи происходит в результате увеличения интенсивности горения кокса перед фурмами. Производительность доменной печи возрастает и без изменения интенсивности горения кокса — при использовании различных способов снижения удельного расхода кокса (т/т чугуна). Уменьшение удельного расхода кокса соответствует увеличению рудной нагрузки, т. е. увеличению количества рудного материала в шихте, приходящегося на 1 т кокса. В этом случае на каждую тонну сгорающего кокса в горн в единицу времени поступает большее количество рудного материала, т. е. образуется большее количество металла.

Вдувание в доменную печь природного газа отрицательно влияет на ее производительность, так как увеличивается относительный выход продуктов сгорания в расчете на единицу сгорающего углерода. Некоторое увеличение производительности доменной печи при вдувании природного газа, наблюдаемое в действительности, происходит в результате снижения удельного расхода кокса с соответствующим уменьшением выхода газов в расчете на единицу шихты или чугуна. Наиболее эффективно для экономии кокса и повышения производительности доменной печи одновременное вдувание в горн дутья обогащенного кислородом, и природного газа в определенном соотношении. В этом случае компенсируются недостатки вариантов вдувания в печь отдельно природного газа и обогащенного кислородом дутья и суммируются достоинства этих мероприятий.

Дата добавления: 2015-06-22 ; просмотров: 4711 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Пути повышения эффективности доменных печей

Черная металлургия занимает одно из ведущих мест в экономике России и вместе с топливно-энергетическим комплексом определяет жизнеспособность страны, являясь основным поставщиком конструкционных материалов. Важной задачей является совершенствование действующих процессов с целью обеспечения их наивысшей эффективности.

Доменное производство — крупный потребитель (до 70%) топливно-энергетических ресурсов металлургического комплекса. В настоящее время в мире около 500 млн т чугуна ежегодно выплавляется в 550 доменных печах объемом более 1000 м3 с использованием кокса. В строительство доменных печей мира вложены огромные средства, которые должны окупить себя и дать прибыль в обозримом будущем. Поэтому, несмотря на развитие бескоксовых методов плавки, еще 30 — 45 лет, т.е. две-три компании печей, доменное производство будет являться неотъемлемой частью металлургического комплекса.

Сегодня страны Европы и США вынуждены ввозить тысячи тонн чугуна и металлопроката. В течение последних двух-трех лет аналитики отмечают уверенный рост цен на продукцию предприятий черной металлургии. За 2001-2002 годы цены, например, на горячекатаный прокат увеличились на 60-70% (с $220 до $350-380 за тонну), холоднокатаный подорожал на 50-60% (с $300 до $450 за тонну). В инвестиционные планы крупных российских предприятий (HJIMK, НТМК, ММК, «Мечел») входит финансирование текущего и капитального ремонта доменного производства, значительная часть продукции которого в ближайшее время сможет стать конкурентоспособным товаром за рубежом. Поэтому задача дальнейшего совершенствования доменного процесса без значительных капитальных затрат актуальна.

Эффективными мерами снижения энергопотребления в доменном цехе являются увеличение температуры горячего дутья и сокращение до необходимого минимума затрат топлива при его нагреве. Улучшение конструкций и режимов работы доменных воздухонагревателей ведется в основном в этих направлениях. Воздухонагреватели потребляют значительную часть вырабатываемого доменного газа (40-60%), поэтому их работа напрямую влияет на технико-экономические показатели доменного передела.

В настоящий момент на ОАО «ММК» добились полной утилизации коксового и доменного газов. Этого удалось достичь, в первую очередь, за счет развития буферных потребителей этих вторичных газов — ПВЭС и ЦЭС. Производимая на ОАО «ММК» электроэнергия в три раза дешевле электроэнергии из региональной энергосистемы. Полная утилизация коксового и доменного газов делает актуальным поиск путей повышения эффективности их использования на предприятии и непосредственно на доменных воздухонагревателях как крупнейших их потребителях.

Таким образом, при выборе режимов работы доменных воздухонагревателей необходимо решить следующие задачи:

• поиск режима работы блока, обеспечивающего стабильное поддержание максимально возможной температуры нагрева дутья при равных значениях прочих параметров дутья;

• оперативное определение режимных параметров нагрева аппаратов, при которых текущие заданные значения параметров дутья (если предусмотрено их изменение при ведении процесса) будут обеспечены при минимально необходимом расходе топлива;

• поиск путей повышения эффективности использования топлива при нагреве воздухонагревателя.

Найденные режимы работы воздухонагревателей должны удовлетворять ряду технологических и конструкционных ограничений: по допустимой температуре отходящих дымовых газов, температуре купола и низа динасового блока, условию стабильного обеспечения текущих заданных значений параметров дутья и т.д.

Обоснованно выбрать режим, гарантирующий соблюдение ограничений, можно путем использования моделей работы воздухонагревателей. Существующие методики выбора режимов работы доменных воздухонагревателей не учитывают, что максимальный расход топлива на блок может быть ограничен вследствие внешних, не зависящих от характеристик аппаратов причин. В таком случае при различии параметров воздухонагревателей требуется выбрать наилучшее сочетание длительностей периодов дутья и схемы распределения топлива между отдельными аппаратами блока с целью получения режима стабильно обеспечивающего максимально возможную температуру нагрева дутья при прочих равных условиях.

Длительная эксплуатация воздухонагревателей без капитального ремонта приводит к росту газодинамического сопротивления насадок, частичному обрушению футеровки в зоне сочленения штуцера горячего дутья и шахты, а также к развитию эффекта короткого замыкания. Происходит снижение пропускной способности воздухонагревателей, уменьшается температура дутья и КПД аппаратов. При выборе режимов работы воздухонагревателей необходимо учитывать состояние аппаратов на текущий момент, что требует решения задачи адаптации моделей их работы.

Проблемы, связанные с выбором режимов работы блока и адаптацией применяемых при этом моделей работы воздухонагревателей, на сегодняшний момент недостаточно изучены. В связи с этим направлением работы является совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения температуры нагрева дутья, а также реализации энергетически благоприятных режимов работы аппаратов. Целью работы также является разработка способа адаптации имитационной модели работы воздухонагревателей.

Источник

Металлолом

Все о металле, его обработке и переработке

§ 12. Методы интенсификации доменного процесса

‘ Повысить производительность доменной печи можно следующими методами: 1) улучшением подготовки и ка – г чества сырых материалов; 2) повышением температуры дутья; 3) увлажнением дутья или поддержанием влаж­ности дутья на одном уровне; 4) вдуванием природного газа одновременно с повышением температуры дутья и обогащением дутья кислородом; 5) обогащением дутья кислородом; 6) вдуванием угольной пыли и мазута; 7) повышением давления газов под колошником домен­ной печи.

Улучшение подготовки и качества сырых материалов

Основные мероприятия в области подготовки сырья должны быть направлены на повышение прочности агло­мерата, отсев мелких фракций, улучшение однородности гранулометрического состава, обеспечение постоянного среднего химического состава сырья. Повышение содер­жания железа в сырье на 1 % сопровождается повыше­нием производительности печи на 2,5 % и снижением расхода кокса на 1,5—2,0 %. Замена обычного агломе­рата офлюсованным позволяет исключить из шихты до­менной печи известняк. Снижение расхода известняка на 100 кг/т чугуна приводит к снижению расхода кокса на 3 %• Понижение содержания мелочи в шихте улучша­ет газопроницаемость столба шихтовых материалов и обеспечивает более равномерный ход газов в шахте печи. Уменьшение содержания мелочи в агломерате на 10 % приводит к увеличению производительности доменной печи на 10 %• Немаловажное значение имеет и улучше­ние качества кокса. Чем прочнее кокс, тем лучше рабо­тает печь. Необходимо принимать меры к снижению со­держания в коксе золы и серы. Каждый килограмм се­ры, выведенный из состава шихты, дает экономию

17—20 кг кокса, а снижение содержания серы в кок­се на 1 % приводит к уменьшению его расхода на 2,5 % и на столько же повышает производительность печи.

Применение высоконагретого дутья

Впервые нагрев дутья в доменной плавке применили в 1829 г. Первоначально дутье подогревали лишь до 1500C. По мере развития конструкций воздухонагрева­телей температура дутья постепенно повышалась и в на­стоящее время достигла 1350 °С. Повышение температу­ры дутья является одним из самых действенных факто­ров по снижению расхода кокса. С горячим дутьем в доменную печь поступает большое количество физичес­кого тепла. Это заменяет тепло, которое получают от сжигания кокса. Причем для создания такого количества тепла в горне доменной печи, которое вносится с возду­хом, необходимо было бы получить тепла от сжигания топлива больше, чем вносится с дутьем, так как при сжигании топлива образуются газы, которые, уходя из доменной печи, уносят часть тепла. В то же время тепло дутья практически полностью используется на прямое восстановление элементов, перевод серы в шлак и нагрев чугуна и шлака.

В свою очередь уменьшение расхода кокса снижает количество образующегося шлака благодаря уменьше­нию количества золы кокса и расхода флюса на ее ошла – кование. Чем меньше количество шлака, тем меньше расход тепла на его образование и нагрев, на испарение влаги и ошлакование серы, так как их меньше вносится коксом.

При повышении температуры дутья от 1000 до 1200 0C расход кокса снижается на 4,5 %. В ближайшее время ставится задача повысить температуру дутья до 1250— 14000C, что потребует разработки новых конструкций воздухонагревателей и более стойких огнеупоров.

Обогащение дутья кислородом

Первые работы в мире по обогащению доменного дутья кислородом были проведены в СССР под руководством акад. И. П, Бардина.

С повышением содержания кислорода в дутье увели­чивается количество сжигаемого кокса и материалов, проплавляемых в единицу времени, вместе с тем умень­шается количество тепла, выносимого с балластным азо­том из горна печи. Температура в горне значительно повышается, улучшается отдача тепла от горновых газов шихте и газы приходят к колошнику печи более холод­ными. При обогащении дутья кислородом можно увели­чить общее количество дутья, подаваемого в печь в единицу времени, что будет способствовать повышению производительности печи. Однако только обогащение дутья кислородом эффективно лишь при выплавке до­менных ферросплавов, так как высокая температура в горне печи обеспечивает преимущественное развитие процессов прямого восстановления трудновосстановимых оксидов, что ограничивает повышение температуры н горне. Высокая газопроницаемость шихты благодаря бо­лее высокому расходу кокса при выплавке ферроспла­вов позволяет значительно форсировать ход печи.

При выплавке передельных чугунов в результате рез­кого повышения температуры в горне проходимость га­зов через слои шихты снижается. Кроме того, при темпе­ратуре

20000C происходит интенсивная возгонка монооксида кремния SiO. Он конденсируется в зонах с более низкой температурой в виде тонкодисперсных час­тиц, уменьшающих газопроницаемость шихты. При по­вышении содержания кислорода в дутье на 2—3 % печь работает хуже. Повышение концентрации кислорода в дутье >23—24 % при выплавке передельного чугуна со­провождается замедлением плавки и подвисанием ших­ты. Для устранения этих нежелательных явлений и по­вышения производительности печи необходимо с дутьем вдувать добавки, понижающие температуру в горне. При этом возможно довести содержание кислорода в дутье до 35%. Такими добавками являются природный газ и мазут. При увеличении содержания кислорода в дутье до 30% производительность печи повышается на 10%, а расход кокса уменьшается на 9 %.

На Новолипецком металлургическом комбинате со­держание кислорода в дутье доведено до 35 % (209м3/т), расход природного газа составляет 150 м3/’т.

Вдувание в печь природного газа

Самой дорогой составляющей шихты доменного про­цесса является кокс. На долю кокса приходится 40— 50 % себестоимости передельного чугуна. Наиболее эф­фективным методом снижения расхода кокса является применение природного газа. Вдувание его в горн через фурмы вместе с нагретым дутьем получило наибольшее распространение. Природный газ состоит в основном из метана CH4 (>90 %). При попадании в зону высокой температуры метан разлагается по реакции CH4=C+ +2Н2. Углерод сгорает: 2С + 02=2С0 и суммарная ре­акция сгорания природного газа может быть выражена уравнением 2СН4+02 = 2С0+4Н2. В результате этой реакции горновой газ обогащается восстановительными газами. При сжигании природного газа возрастает коли­чество доменных газов, если сравнивать в пересчете на 1 кг углерода, что затрудняет опускание шихты в домен­ной печи. Использование природного газа приводит к понижению температуры горения у фурм. Само по себе использование природного газа в доменной печи не при­водит к заметному повышению производительности до­менной печи. Для получения необходимого эффекта вду­вание природного газа должно сопровождаться либо повышением температуры дутья, либо обогащением дутья кислородом. Эффективность использования при­родного газа в доменной печи заключается в увеличении содержания восстановителей в доменном газе, повыше­нии доли реакций косвенного восстановления оксидов, что обеспечивает снижение расхода кокса.

Наибольшая доля в экономии кокса получается от увеличения косвенного восстановления благодаря повы­шению содержания водорода в горновых газах. Если при обычном дутье участие водорода в косвенном восста­новлении составляет 7—9 %, то при вдувании природно­го газа оно возрастает до 25—30 %. Применение комби­нированного дутья, состоящего из воздуха, обогащенного кислородом, и природного газа, решает проблемы, воз­никающие при использовании природного газа и кислоро­да по отдельности. Так, применение природного газа со­провождается увеличением количества горнового газа с понижением температуры в горне, а обогащение дутья кислородом ограничивается, наоборот, чрезмерным по­вышением температуры в горне. При этом объем горно­вого газа уменьшается. Совместное же применение этих двух интенсификаторов позволяет усилить положитель­ный эффект каждого из них и взаимно компенсировать их недостатки. Однако необходимо строго регламентиро­вать расход природного газа и кислорода с учетом дру­гих условий работы печи (качество сырья, нагрев и влажность дутья и т. п.). Для сохранения ровного фор­сированного хода печи на каждый кубический метр вду­ваемого природного газа повышают расход кислорода на 1,6—2,0 M3j при этом расход дутья уменьшают на 1,5—1,8 %• Расход природного газа на дутье обогащен­ным кислородом до 30% составляет —150—200 м3/т чугуна.

Использование мазута и каменноугольной пыли

На многих доменных печах через воздушные фурмы при помощи форсунок с успехом вдувают в печь мазут. Расход мазута составляет 60 кг/т чугуна. Это топливо вызывает в доменном процессе те же изменения, что и природный газ. При горении мазута в печь вносится больше тепла, чем при горении природного газа, углерод мазута заменяет часть углерода кокса, водород усилива­ет косвенное восстановление оксидов. Использование мазута повышает производительность доменных печей на 2 % и снижает расход кокса на 10—12 %•

Более перспективным методом является вдувание в печь каменноугольной пыли. Количество пыли, вводимой в печь, составляет 60—80 кг/т чугуна, что понижает рас­ход кокса примерно на такое же количество. Вдувание угольной пыли требует разработки процессов ее подго­товки: измельчения, осушения, транспортировки. Еще более эффективным средством снижения расхода кокса является совместное применение природного газа и угольной пыли.

Повышение давления газов в печи

Этот способ интенсификации был впервые предложен инженером П. М. Есманским в 1915 г., но долгое время он не использовался, а только в 1941 г. по инициативе И. И. Коробова (директора завода им. Петровского) были начаты промышленные опыты. В настоящее время этот способ широко используется на заводах СССР. По­вышение давления газа в печи значительно увеличивает производительность печи и несколько снижает расход кокса.

Для повышения давления газа в доменной печи ис­пользуется специальное дроссельное устройство на газо­проводе очищенного колошникового газа. Это позволяет увеличить количество воздуха, подаваемого в печь. Как известно, увеличение расхода дутья означает более фор­сированный ход доменной печи, более быстрое проплав – ление материалов, увеличение суточной выплавки чугу­на. Расход кокса снижается потому, что улучшается ис­пользование газов в печи. При повышении давления объем газов уменьшается, снижается скорость их движе­ния, что приводит к увеличению длительности пребыва­ния газов в печи и уменьшению потерь напора — пере­пада давления при прохождении газа через столб ших­ты. До перехода на повышенное давление печи работали форсированно, скорость газов в печи была настолько ве­лика, что при дальнейшем ее увеличении нарушалось плавное опускание столба сырых материалов, возникали расстройства хода печи.

Повышение давления в печи можно иллюстрировать следующим примером: без повышенного давления на ко­лошнике давление газа составляло 110 кПа, при этом давление дутья у фурм составляло 230 кПа, т. е. пере­пад давления Др=р0Р—рк = 230—110=120 кПа.

При повышении давления газа под колошником печи до 250 кПа стало возможным повысить давление дутья у фурм до 350 кПа, т. е. на 40 %, при этом перепад дав­ления даже уменьшился: Др = 350—250=100 кПа.

Кроме повышения производительности печи и сниже­ния расхода кокса, повышение давления способствует уменьшению выноса пыли вследствие снижения скоро­сти газов на колошнике. В настоящее время новые печи работают с давлением газа на колошнике >250 кПа, что позволило повысить их производительность на 4—15 % и снизить расход кокса на 3—7 %, при этом вынос пыли уменьшился на 20—50 %•

Совершенствование методов управления процессом

Современная доменная печь является высокомехани­зированным агрегатом. Управление многими процессами автоматизировано и осуществляется без вмешательства человека. Так, работой доменной печи № 9 объемом 5000 м3 Криворожского завода управляет вычислитель­ная машина.

Для дальнейшей интенсификации процесса перспек­тивным методом является автоматизация управления распределения материалов на колошнике. Вычислитель­ная машина управляет по программе работой вращаю­щегося распределителя шихты.

Дутье и природный газ автоматически распределяют­ся по фурмам, регулируется соотношение дутье — при­родный газ. При совершенствовании распределения дутья по окружности печи производительность печей уве­личивается на 2—4 % и расход кокса снижается на 1— 3 %•

Недостатком систем распределения дутья по фурмам является низкая стойкость дроссельных клапанов, кото­рые при температуре дутья 12000C требует замены че­рез два—три месяца работы. Необходимо изыскивать более жаропрочные материалы для конструкции клапа­нов. В настоящее время можно ставить задачу комп­лексной автоматизации всего доменного процесса; при­менение ЭВМ позволит управлять также и тепловым режимом печей.

Источник