Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАДУВКИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при задувке новой доменной печи или после капитальных ремонтов 1-го и 2-го разрядов.

Наиболее близким по технической сущности является способ задувки доменной печи, включающий загрузку задувочной шихты с размещением в нижней части печи на высоту 10-11 м выше оси воздушных фурм коксовой насадки и прогрев ее путем продува горновых газов, выводимых из печи через трубы диаметром 100-150 мм, вставленные в чугунные летки (Чернобривец Б.Ф., Капорулин В. В., Завидонский В.А. Практика доменного производства. - М.: Металлургия. 1992. - 111 с.: ил.).

Недостатки данного способа заключаются в следующем:
1. Нагрев футеровки печи и шихты заполнения осуществляют за счет тепла горения кокса.

2. Сушку огнеупорной футеровки печи и нагрев ее до высоких температур осуществляют путем последовательной смены технологических операций: сушка, охлаждение и нагрев. Это увеличивает предзадувочный период до нескольких суток (5-7 суток) и требует дополнительных энергетических ресурсов.

3. Газ, выходящий из газовыводящих труб, по санитарным и противопожарным нормам требует обязательного сжигания при выходе из труб. Это накладывает определенные требования к скорости истечения струи газа, с тем чтобы не происходило отрыва пламени. Опыт показывает, что это обстоятельство существенно ограничивает количество газов, направляемых на прогрев нижней части печи. Поэтому нижняя часть печи, как и нижняя коксовая насадка, остаются не прогретыми до необходимых температур (>800^oС). Об этом свидетельствует низкая температура газа на выходе из чугунных леток - около 100^oС (с.36-37).

4. Продолжительность прогрева массива лещади и стен горна ограничивается образованием первых порций шлака, который зашлаковывает газовыводящие трубы и этим самым прекращает поступление горячих фурменных газов в нижнюю часть печи. Как показывает опыт задувки печей по этому способу, движение нисходящего газового потока прекращается через 8-10 часов от начала продувки, когда температура выходящих газов едва достигает 100^oС.

5. Высокий удельный расход кокса и низкая рудная нагрузка задувочной шихты, равные соответственно 2000-2500 кг/т чугуна и 0,7-0,9 т/т.

Технический эффект при использовании заявляемого изобретения заключается в снижении удельного расхода кокса в задувочный период, повышении ресурса надежности и продолжительности работы огнеупорной кладки лещади и горна доменной печи и уменьшении продолжительности пускового периода за счет совмещения операций сушки и охлаждения доменной печи перед задувкой.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ задувки доменной печи включает загрузку в печь задувочной шихты, контроль высоты расположения в печи первых порций шлакообразующих и железорудных материалов, дутьевой режим, обеспечивающий ход доменного процесса задувочного периода. Сушку и нагрев огнеупорной кладки и загруженной шихты осуществляют путем продувки через столб шихты горячего инертного газа, например азота, нагретого до температуры не более 1300^oС и вдуваемого в печь через воздушные фурмы. Часть объема этого газа в количестве 20-30% (0,20-0,30) от объема вдуваемого газа выпускают через газовыводящие трубы, вставленные в чугунные летки, или через проемы в кладке горна для чугунных леток (нисходящий поток). Остальную часть нагретого инертного газа в количестве менее ≤0,80 выпускают через газоотводы колошникового устройства (восходящий поток). Распределение вдуваемого горячего инертного газа на нисходящий (0,20-0,30) и восходящий (≤0,80) газовые потоки регулируют путем изменения расхода инертного газа и соотношением выпускных отверстий внизу печи (количеством и диаметром газовыводящих труб или отверстий в кладке горна) и на колошнике путем регулирования открытия атмосферных клапанов. По достижению температуры газа на колошнике печи 250-300^oС (безопасной для работы засыпного аппарата) вдувание инертного газа в печь прекращают и начинают подавать дутье. Об окончании прогрева горна судят по температуре газов на выходе из газовыводящих труб или из проемов в стене горна: при достижении газами температуры ≤0,95 температуры вдуваемого газа (Т) эффективный нагрев прекращается.

Режим прогрева огнеупорной кладки и загруженной шихты задают объемным соотношением нисходящего и восходящего газовых потоков. На основании теплотехнических расчетов установлено, что при рекомендуемом соотношении нисходящего (0,20-0,30) и восходящего (≤0,80) газовых потоков время достижения газами граничной температуры на колошнике печи (τ₂) и время достижения газами на выходе из газовыводящих труб (τ₁) температуры ≤0,95 Т соотносятся как
τ₂/τ₁ = -0,1475+5,75V_н.п,
где V_н.п. - объем нисходящего потока, доли от общего расхода вдуваемого инертного газа.

При соотношении τ₂/τ₁= 1,0-1,73 достигается более рациональное использование тепла горячего инертного газа. С увеличением объема нисходящего газового потока больше 0,30 время достижения газами температуры ≤0,95 Т (τ₁) сокращается, а время достижения температуры 250-300^oС на колошнике печи (τ₂) увеличивается. Это приводит к снижению коэффициента полезного действия тепла.

Преимущества заявляемого способа задувки доменной печи заключаются в следующем:
1. Сокращение продолжительности пускового периода доменной печи за счет непрерывного и последовательного осуществления двух технологических операций: сушки огнеупорной кладки и нагрева ее до высоких температур (операция охлаждения печи отпадает за ненадобностью).

2. Скорость истечения газов из газовыводящих труб не лимитируется скоростью горения, а продолжительность продувки не ограничивается зашлаковыванием труб. Благодаря этому практически неограниченно расширяются возможности регулирования скорости прогрева массива лещади и величины максимальных температур нагрева. Это позволяет избегать больших температурных градиентов в массиве лещади при задувке печи.

3. Прогрев огнеупорной футеровки доменной печи и шихты заполнения горячим инертным газом исключает горение кокса и поэтому при замене инертного газа обычным дутьем в горн печи поступают материалы, прогретые до более высоких температур и с более высокой степенью восстановления железа.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков предлагаемого способа с признаками известных технических решений, на основании чего делается вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже приводится пример осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Пример.

1. Характеристика доменной печи:
1. Полезный объем - 2000 м³.

2. Количество чугунных леток - 2 шт.

2. Шихта заполнения:
1. Объем печи на высоту до уровня 7-8 м выше оси воздушных фурм заполняют коксом.

2. На кокс, начиная с высоты 7-8 м выше оси воздушных фурм, загружают задувочную шихту, состоящую из кокса, шлакообразующих и железорудных материалов. Задувочную шихту загружают до уровня засыпи 2,5 м.

3. Режим нагрева печи:
1. Вид вдуваемого через воздушные фурмы газа - технологический азот с содержанием кислорода до 3%.

2. Температура вдуваемого газа - 900^oС.

3. Количество вдуваемого газа - 2000 м³/мин (1,0 м³/мин на 1 м³ объема печи).

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами, а также параметры задувки доменной печи по прототипу. В прототипе средняя температура газов на выходе из чугунных леток после 10 часов продувки не превышает 100^oС. Это связано с малым количеством горновых газов, направляемых для прогрева нижней коксовой насадки: объем нисходящего потока не превышает 150 м³/мин или около 5% объема горновых газов. При увеличении этой величины скорость истечения струи газа из трубы превышает скорость горения и происходит отрыв пламени. Продолжительность прогрева ограничивается по причине зашлаковывания газовыводящих труб.

Примеры 2, 3 и 4 иллюстрируют регламентируемые параметры технологии задувки доменной печи. Как видно из таблицы, при соблюдении количественного соотношения объемов нисходящих и восходящих потоков в пределах соответственно 0,20 и 0,80 ( 2), 0,25 и 0,75 ( 3) и 0,30 и 0,70 ( 4) достигаются наиболее высокие значения КПД тепла вдуваемого горячего инертного газа, %: 97,64; 91,63 и 85,82. Время прогрева нижней коксовой насадки до ≥0,95 Т(τ₁) составляет 17, 14 и 11 часов; время прогрева верхней части столба шихты (τ₂)-17, 18 и 19 часов. Отношение τ₂/τ₁=1,0-1,73.

В примере 1 объем нисходящего потока меньше 0,20 (0,10 от всего объема или 200 м³/мин), а в примере 5, наоборот, больше 0,30 (0,40 от всего объема или 800 м³/мин). В примере 1 вследствие недостаточного количества газов, продуваемых через нижнюю коксовую насадку, время достижения необходимой температуры газа на выходе из газовыводящих труб увеличивается до 33 час. Это более чем в два раза превышает общее время вдувания горячего инертного газа, поскольку температура газа на колошнике печи достигает предельного уровня 250^oС за 15 часов. При этих параметрах газового режима заявляемый способ не реализуется, так как нагрев горна и нижней коксовой насадки до температуры ≥0,95 Т не достигается.

Если доля нисходящего потока превышает 30% общего объема вдуваемого газа, как это имеет место в примере 5, то чрезмерно увеличивается время достижения требуемой температуры на колошнике печи: соответственно 22 и 7 часов. Тепловой КПД вдуваемого азота снижается до 72,4%.

Внедрение заявляемого способа задувки доменной печи обеспечивает снижение удельного расхода кокса за счет замены тепла кокса теплом горячего инертного газа и создания благоприятных температурных условий для более полного восстановления железа в первых рудных подачах до подхода их в зону плавления.

Повышение ресурса надежности и продолжительности работы футерованных конструкций доменной печи достигается в результате того, что снижается опасность возникновения больших температурных градиентов в массиве кладки горна.