СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ "РОМЕЛТ"

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству жидкого железоуглеродистого полупродукта процессом жидкофазного восстановления железа "Ромелт".

Известен способ управления доменной печью АСУ ТП в черной металлургии (Глинков Г.М., Маковский В.А., Металлургия, 1999 г., 310 с) заключающийся в стабилизации теплового состояния доменной печи путем изменения "рудной нагрузки" и параметров дутья.

Однако указанный способ не применим для управления процессом жидкофазного восстановления "Ромелт" из-за существенных отличий между ними, главными из которых являются: отсутствие столба шихты и низкая инерционность процесса "Ромелт" по сравнению с доменным процессом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ управления процессом "Ромелт", включающий непрерывную подачу железосодержащего сырья, углеродистого топлива, кислородсодержащего дутья ниже и выше уровня шлака, вывод образующихся металла и шлака, отвод дымовых газов, контроль и регулирование параметров процесса. (Сталь, 1996, 12, с. 62-64).

Недостатком известного способа является невозможность его использования в случаях, когда увеличение содержания оксидов железа в шлаке сопровождается уменьшением температуры шлака и увеличением соотношения СО/СО₂ в дымовых газах.

Технической задачей изобретения является управление процессом "Ромелт", при увеличении содержания оксидов железа в шлаке, сопровождающемся уменьшением температуры шлака и увеличением соотношения СО/СО₂ в дымовых газах.

Эта задача решается тем, что в известном способе управления процессом "Ромелт" с непрерывной подачей железосодержащего сырья, углеродистого топлива, кислородсодержащего дутья ниже и выше уровня шлака, выводом образующихся металла и шлака, отводом дымовых газов, контролем температуры шлака и состава дымовых газов, контролем содержания оксидов железа в шлаке, заключающемся в поддержании на заданном уровне содержания в шлаке оксидов железа путем изменения расхода железосодержащего сырья, углеродистого топлива, кислородсодержащего дутья ниже и выше уровня шлака, согласно предлагаемому изобретению при увеличении содержания оксидов железа в шлаке, сопровождающемся уменьшением температуры шлака и увеличением соотношения СО/СО₂ в дымовых газах, уменьшают количество загружаемого углеродистого топлива в печь, и/или увеличивают подачу кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака, и/или увеличивают подачу кислородсодержащего дутья выше уровня шлака.

При увеличении содержания оксидов железа в шлаке выше заданного уровня увеличиваются потери железа со шлаком. Кроме того, при росте содержания оксидов железа в шлаке возможно окисление образовавшегося металла, сопровождающееся вспениванием шлака и печи и его неконтролируемым выбросом, что приводит к аварийной остановке процесса.

Непрерывно подаваемое в шлаковую ванну железосодержащее сырье растворяется в ней. Частицы углеродистого топлива замешиваются в нее за счет перемешивания ванны, создаваемого кислородсодержащим дутьем, подаваемым ниже уровня шлака и восстанавливают оксиды железа из шлака Кислородсодержащее дутье, подаваемое ниже уровня шлака, окисляет частицы углеродистого топлива. За счет кислородсодержащего дутья, подаваемого ниже уровня шлака, образуется большое количество брызг шлака над его поверхностью. Выделяющиеся из шлаковой ванны газы взаимодействуют с кислородсодержащим дутьем, подаваемым выше уровня шлака. При этом осуществляется дожигание горючих компонентов газов (СО и Н₂), тепло выделяющееся при этом частично передается шлаковой ванне. Теплопередача шлаковой ванне осуществляется как за счет теплообмена с ее поверхностью, так и за счет нагрева брызг шлака.

При недостатке частиц углеродистого топлива в шлаке происходит увеличение содержания в нем оксидов железа из-за уменьшения поверхности частиц углеродистого топлива и снижения скорости восстановления железа из шлака. При этом, для поддержания заданного содержания оксидов железа в шлаке, увеличивают расход углеродистого топлива, обеспечивая требуемую скорость восстановления. Кроме увеличения расхода углеродистого топлива можно уменьшить количество кислородсодержащего дутья, подаваемого ниже или выше уровня шлака При этом снижается скорость расходования угля, возрастает содержание частиц углеродистого топлива в шлаке, увеличивается скорость восстановления железа из шлака, снижается содержание в нем оксидов железа.

Экспериментально было установлено, что рост содержания оксидов железа в шлаке может быть связан не только с недостатком углеродистого топлива, но и с его избытком
При избытке частиц углеродистого топлива в шлаке они скапливаются в его поверхностном слое (плотность частиц углеродистого топлива ниже плотности шлака). Начиная с некоторой концентрации частиц углеродистого топлива в поверхностном слое, они частично или полностью покрывают ее поверхность. При этом уменьшается количество брызг шлака, что приводит к ухудшению теплопередачи шлаковой ванне от дожигания горючих газов над ее поверхностью. Из-за этого снижается температура шлаковой ванны. Снижение температуры шлаковой ванны приводит к уменьшению скорости восстановления железа из шлака и увеличению содержания в нем оксидов железа. Одновременно кислород дутья, подаваемого выше уровня шлака, начинает взаимодействовать с накопившимися на поверхности шлаковой ванны частицами углеродистого топлива с образованием СО. Количество СО в дымовых газах растет.

Таким образом, в печи происходит увеличение содержания оксидов железа в шлаке, уменьшение температуры шлака и увеличение соотношения СО/СО₂ в дымовых газах.

Если при наличии этих признаков действовать согласно известному способу, то есть увеличить расход углеродистого топлива для поддержания на заданном уровне содержания в шлаковой ванне оксидов железа и/или уменьшить расход кислородсодержащего дутья ниже и/или выше уровня шлака, процесс накопления частиц углеродистого топлива в шлаковой ванне ускорится. Еще более ухудшится теплопередача шлаковой ванне от дожигания горючих газов над ее поверхностью. Количество тепла, выделяющееся в шлаковой ванне, не увеличится, так как оно определяется количеством подаваемого ниже уровня шлаковой ванны кислородсодержащего дутья. Затраты же тепла в шлаковой ванне возрастут на величину, необходимую на нагрев дополнительного количества углеродистого топлива. При уменьшения расхода кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака количество тепла, выделяющееся в шлаковой ванне, уменьшится. Если уменьшить количество кислородсодержащего дутья, подаваемого выше уровня шлаковой ванны, тепловыделение над ней уменьшится, уменьшится количество тепла, передаваемого шлаковой ванне от дожигания горючих газов. Все это приведет к дальнейшему уменьшению температуры шлака, снижению скорости восстановления оксидов железа и росту их содержания в шлаковой ванне.

Как было сказано выше, это может привести к увеличению потерь железа со шлаком, окислению образующегося металла, вспениванию шлака в печи и его неконтролируемым выбросам, аварийной остановке печи.

Уменьшение расхода углеродистого топлива, согласно предлагаемому изобретению, приведет к снижению затрат тепла в шлаковой ванне на его нагрев, уменьшению концентрации частиц углеродистого топлива в поверхностном слое шлаковой ванны, увеличению количества брызг шлака над ванной, улучшению теплопередачи от дожигания горючих газов над ее поверхностью. Это приводит к увеличению температуры шлака, увеличению скорости восстановления оксидов железа и к снижению содержания оксидов железа в шлаке до заданного уровня.

Аналогичного эффекта можно добиться, если при увеличении содержания оксидов железа в шлаке, уменьшении температуры шлака и увеличении соотношения CO/CО₂ в дымовых газах увеличить подачу кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака.

При увеличении подачи кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака увеличивается количество окисляемого в шлаковой ванне углеродистого топлива. При этом увеличивается тепловыделение в шлаковой ванне. Количество частиц углеродистого топлива в поверхностном слое шлаковой ванны уменьшается, увеличивается количество брызг шлака над ванной, улучшается теплопередача от дожигания горючих газов над ее поверхностью. Это приводит к увеличению температуры шлака, увеличению скорости восстановления оксидов железа и к снижению содержания оксидов железа в шлаке до заданного уровня.

Целесообразно также при увеличении содержания оксидов железа в шлаке, уменьшении температуры шлака и увеличении соотношения СО/СО₂ в дымовых газах увеличить подачу кислородсодержащего дутья выше уровня шлака.

При увеличении подачи кислородсодержащего дутья выше уровня шлака увеличится тепловыделение над шлаковой ванной и количество тепла, передаваемого ей от дожигания горючих газов. При этом возрастет температура шлака, увеличится скорость восстановления оксидов железа из шлака, содержание оксидов железа в шлаке снизится до заданного уровня.

Ниже приводятся примеры практической реализации заявляемого способа управления процессом "Ромелт".

В шлаковую ванну подают железную руду в количестве 20 т/ч и уголь в количестве 8 т/ч. Ниже уровня шлака подают кислородсодержащее дутье в количестве 8000 нм³/ч с содержанием кислорода 50%. Выше уровня шлака подают кислородсодержащее дутье в количестве 5000 нм³/ч с содержанием кислорода 95 %. Образующийся металл и шлак выводятся из печи. Дымовые газы отводятся из печи. Температура в печи составляет 1500^oС и контролируется термометром сопротивления. Содержание оксидов железа в шлаке должно поддерживаться на уровне 3% и контролируется путем периодического проведения химического анализа шлака. Соотношение СО/СО₂ в дымовых газах составляет 1,0 и измеряется путем контроля состава дымовых газов с помощью газоанализатора.

Из-за сбоя в работе дозирующих устройств произошло увеличение содержания оксидов железа в шлаке до 6%, которое было обнаружено через 30 минут после сбоя по результатам химического анализа шлака. Одновременно понизилась температура в печи до 1450^oС и увеличилось соотношение СО/СО₂ в дымовых газах до 1,1.

Если никаких управляющих воздействий не предпринимается, то еще через 1 час содержание оксидов железа в шлаке увеличится до 9%. При этом произойдет окисление образовавшегося металла, вспенивание шлаковой ванны, неконтролируемый выброс шлака и аварийная остановка печи.

Пример 1 (прототип). Для снижения содержания оксидов железа в шлаке до заданного уровня 3% увеличивают расход угля до 9 т/ч. Через 30 минут после увеличения расхода угля содержание оксидов железа в шлаке увеличится до 9%. При этом произойдет окисление образовавшегося металла, вспенивание шлаковой ванны, неконтролируемый выброс шлака и аварийная остановка печи.

Пример 2. Для снижения содержания оксидов железа в шлаке до заданного уровня 3% снижают расход угля до 7 т/ч. Через 30 минут после снижения расхода угля параметры возвращаются к исходному состоянию, то есть температура в печи увеличилась до 1500^oС, соотношение СО/СО₂ в дымовых газах уменьшилось до 1,0, концентрация оксидов железа в шлаке составила 3,0%.

Пример 3. Для снижения содержания оксидов железа в шлаке до заданного уровня 3% увеличивают подачу кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака до 9000 нм³/ч. Через 30 минут после увеличения подачи кислородсодержащего дутья параметры возвращаются к исходному состоянию.

Пример 4. Для снижения содержания оксидов железа в шлаке до заданного уровня 3% увеличивают подачу кислородсодержащего дутья выше уровня шлака до 6000 нм³/ч. Через 30 минут после увеличения подачи кислородсодержащего дутья выше уровня шлака параметры возвращаются к исходному состоянию.

Пример 5. Для снижения содержания оксидов железа в шлаке до заданного уровня 3% снижают расход угля до 7 т/ч и увеличивают подачу кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака до 9000 нм³/ч. Через 20 минут после снижения расхода угля и увеличения подачи кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака параметры возвращаются к исходному состоянию.

Пример 6. Для снижения содержания оксидов железа в шлаке до заданного уровня 3% снижают расход угля до 7 т/ч и увеличивают подачу кислородсодержащего дутья выше уровня шлака до 6000 нм³/ч. Через 20 минут после снижения расхода угля и увеличения подачи кислородсодержащего дутья выше уровня шлака параметры возвращаются к исходному состоянию.

Пример 7. Для снижения содержания оксидов железа в шлаке до заданного уровня 3% увеличивают подачу кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака до 9000 нм³/ч и увеличивают подачу кислородсодержащего дутья выше уровня шлака до 6000 нм³/ч. Через 20 минут после увеличения подачи кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака и увеличения подачи кислородсодержащего дутья выше уровня шлака параметры возвращаются к исходному состоянию.

Пример 8. Для содержания оксидов железа в шлаке до заданного уровня 3% снижают расход угля до 7 т/ч, и увеличивают подачу кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака до 9000 нм³/ч и выше уровня шлака до 6000 нм³/ч. Через 15 минут после снижения расхода угля и увеличения подачи кислородсодержащего дутья ниже уровня шлака и выше уровня шлака параметры возвращаются к исходному состоянию.

Использование предлагаемого изобретения позволяет управлять процессом "Ромелт" при увеличении содержания оксидов железа в шлаке, сопровождающемся уменьшением температуры в печи и увеличением соотношения СО/CO₂ в дымовых газах.