Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для регулирования хода доменной плавки.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому способу является способ [RU 827545, С 21 В 5/00, 07.05.81. Бюл. 17] , суть которого заключается в том, что давление газа под колошником и параметры дутья (расхода дутья, содержания кислорода в дутье, влажность дутья и расход дополнительного топлива) изменяют по соотношению

где P_к- давление газа под колошником, ата; q - расход дутья, м³/мин на 1 м² сечения колошника; ω - содержание кислорода в дутье, в долях единицы; 48-50 - норма выхода колошникового газа, м³/мин на 1м² сечения колошника;
N₂ - содержание азота в колошниковом газе, в долях единицы.

Недостатки данного способа заключаются в том, что данное соотношение по сути устанавливает взаимосвязь между параметрами дутья и общим перепадом давлений газового потока. Однако на величину общего перепада давлений или, как принято говорить, на величину потерь напора газового потока оказывают влияние не только параметры дутья, но газодинамические характеристики столба шихты. Давление под колошником при заданном количестве газа определяется давлением горячего дутья и параметрами столба шихты. В предложенном соотношении эти параметры отсутствуют, поэтому данный способ ведения доменной плавки не является эффективным для достижения высоких технико-экономических показателей.

Технический эффект при использовании заявляемого изобретения заключается в увеличении производительности доменной печи, в снижении расхода кокса, в повышении качества чугуна по химическому составу и физическому нагреву за счет повышения стабильности хода печи и в уменьшении выноса из печи колошниковой пыли.

Технический результат достигают тем, что способ ведения доменной плавки (вариант 1), включает загрузку шихты, подачу подогретого, обогащенного кислородом и увлажненного дутья, вдувание через фурмы в горн печи дополнительного топлива, контроль и регулирование параметров дутья и колошникового газа. Сущность способа заключается в том, что нижний перепад давления газового потока по высоте печи регулируют путем изменения влажности дутья по соотношению:

где Δϕ - величина приращения (уменьшения) влажности дутья, % к сухому дутью;
ΔP_o, ΔP₁ - нижний перепад давления газов по высоте доменной печи соответственно в исходном состоянии и в данный момент времени, кПа;
k - коэффициент, равный 4,4-6,5.

Влияние влажности дутья на нижний перепад давления газового потока обусловливается ее влиянием на температуру газов в горне печи и на количество горновых газов, образующихся в фурменной зоне печи. Количественно это влияние выражается следующими соотношениями:
b_т = -(71,5-0,2•Δω-1,2ξ)ϕ, ^°C; (3)
b_v = +(0,0075-0,0001•Δω)ϕ, м³/м³ дутья, (4)
где b_т - коэффициент, отражающий влияние влажности дутья на изменение теоретической температуры горения, ^oС;
b_v - коэффициент, отражающий влияние влажности дутья на изменение количества горновых газов, м³/м³ дутья;
ϕ - влажность дутья, % к сухому дутью;
ξ - расход дополнительного топлива, % к сухому дутью;
Δω = ω_i-21, %;
ω_i - содержание кислорода в дутье в данный момент времени, % к сухому дутью;
21 - содержание кислорода в атмосферном воздухе, %.

Анализ соотношений (3) и (4) показывает, что повышение влажности дутья понижает теоретическую температуру горения и увеличивает количество горновых газов на 1 м³ сухого дутья. Численно коэффициент b_т зависит от степени обогащения дутья кислородом (Δω) и расхода дополнительного топлива (ξ): с повышением содержания кислорода в дутье и увеличением расхода дополнительного топлива коэффициент b_т уменьшается.

Обогащение дутья кислородом снижает эффективность влияния влажности на количество горновых газов: коэффициент b_v уменьшается с ростом степени обогащения дутья кислородом. Влияние дополнительного топлива в данной связи оценивается ниже достоверного уровня и поэтому в соотношении (4) этот фактор не присутствует. Коэффициент k отражает суммарное влияние содержания кислорода в дутье и количества дополнительного топлива на соотношение между нижним перепадом давления газов в доменной печи и влажностью дутья. Его численные значения равны 4,4-6,5.

При работе доменной печи на дутье с низкой влажностью, когда возможности по снижению ее количества отсутствуют, нижний перепад давления газов в печи регулируют путем изменения содержания кислорода в дутье исходя из соотношения

где Δω_i - величина, на которую увеличивают (+) или уменьшают (-) содержание кислорода в дутье, % к сухому дутью;
z - коэффициент, равный 5,4-6,2.

Влияние содержания кислорода в дутье на нижний перепад давления газового потока по высоте печи обусловливается ее влиянием на температуру газов в горне печи и на количество горновых газов. Количественно это влияние выражается следующими соотношениями:
c_t = +(49,08-0,20•ϕ)ω, ^°C; (6)

где c_т - коэффициент, отражающий влияние содержания кислорода в дутье на изменение теоретической температуры горения, ^oС;
c_v - коэффициент, отражающий влияние содержания кислорода в дутье на изменение количества горновых газов, м³/м³ дутья.

В отличие от влаги увеличение содержания кислорода в дутье повышает и теоретическую температуру горения, и количество горновых газов, образующихся в фурменной зоне печи. Коэффициент z отражает суммарное влияние содержания влаги в дутье и количества дополнительного топлива на соотношение между нижним перепадом давления газов в доменной печи и содержанием кислорода в дутье. Его численные значения равны 5,4-6,2.

Повышение производительности доменной печи, снижение удельного расхода кокса, повышение качества чугуна по химическому составу, нагреву и стабильности этих параметров, а также уменьшение количества колошниковой пыли будет происходить вследствие того, что заявляемый способ обеспечивает оперативное регулирование нижнего перепада давления газов. Влажность дутья и содержание кислорода в дутье непосредственно воздействуют на параметры горновых газов, а именно на их количество и температуру. Оперативное управление нижним перепадом давления газов в печи позволяет целенаправленно регулировать интенсивность доменной плавки, сообразуясь с ситуацией на рынке сбыта чугуна.

Регулирование нижнего перепада давления газов в печи с помощью влажности дутья или содержания кислорода в дутье отличается четкой обратной связью при минимальной инерционности и способности к быстрому восстановлению исходных параметров газового потока. Это обеспечивает более полное использование химической и физической энергий газового потока.

Ведение доменной плавки по заявляемому способу обеспечит стабильный режим движения газового потока, что будет способствовать росту производительности печи, снижению удельного расхода кокса, повышению качества чугуна по химическому составу, физическому нагреву и стабильности этих параметров, а также снижению количества колошниковой пыли.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа ведения доменной плавки с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

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

ПРИМЕР
Способ ведения доменной плавки осуществляют на доменной печи полезным объемом 3200 м³ следующим образом.

В доменную печь загружают шихту и подают подогретое обогащенное кислородом дутье и природный газ. Контролируют и регулируют параметры дутья и колошникового газа. За исходные данные приняты технологические параметры работы д.п. 6 ОАО "НЛМК". Рудная часть шихты состоит из офлюсованного агломерата (Fe_p= 58,11 %), содержание углерода в коксе 87,5 %, расход дутья - 1000 м³/т чугуна. В качестве дополнительного топлива используют природный газ в количестве ξ=11,5 % к сухому дутью. Температура дутья t_д=1170^oС; влажность дутья ϕ= 2,0 % к сухому дутью, содержание кислорода в дутье ω=28,0 % к сухому дутью.

В процессе ведения доменной плавки нижний перепад давления газового потока по высоте печи регулируют путем изменения влажности дутья по соотношению

где Δϕ - величина приращения (уменьшения) влажности дутья, % к сухому дутью; ΔP_o, ΔP_i - соответственно нижний перепад давления газов в исходном состоянии и в данный момент времени, кПа; k - коэффициент, равный 4,4-6,5.

В табл. 1 приведены примеры осуществления способа при различных значениях коэффициента k.

В примерах 1-5 иллюстрируется отклонение нижнего перепада давления газового потока по отношению базового варианта в сторону увеличения на 5 кПА, в примере 6 - в сторону снижения на 5 кПа. В первом случае для выравнивания нижнего перепада давления газового потока влажность дутья увеличивали в пределах Δϕ=1,21-0,55 %, во втором уменьшали на 0,75 %. Наилучшие технико-экономические показатели достигнуты в примерах 2, 3, 4 и 6, когда поправку на влажность дутья рассчитывали при значении коэффициента k=4,4-6,5. В этих примерах достигнута наибольшая производительность печи, минимальный удельный расход кокса, минимальное содержание серы и кремния в чугуне, минимальный вынос колошниковой пыли и максимальная стабильность химического состава и нагрева чугуна. Стандартные характеристики стабильности химического состава и температуры чугуна указывают на повышение ровности хода доменной плавки.

Примеры 1 и 5 иллюстрируют варианты технологии, когда для выравнивания хода доменной плавки поправку на влажность дутья рассчитывали при значениях коэффициента k меньше (k=3,4) и больше (k=7,5) граничных величин. Это выразилось в снижении производительности печи, в увеличении удельного расхода кокса, в ухудшении качества чугуна по всем контролируемым параметрам и в увеличении выноса колошниковой пыли.

При ведении доменной плавки по варианту 2 нижний перепад давления газового потока по высоте печи регулируют путем изменения содержания кислорода в дутье по соотношению

где Δω_i - величина приращения (уменьшения) содержания кислорода в дутье, % к сухому дутью; z - коэффициент, равный 5,4-6,2.

В табл. 2 приведены примеры осуществления этого способа при различных технологических параметрах. В примерах 1 и 5 размеры изменения содержания кислорода в дутье не соответствовали оптимальным параметрам газового потока не по температуре, не по количеству горновых газов. Это привело к неустойчивому и неравномерному распределению газового потока по объему печи, что явилось причиной ухудшения всех показателей доменной плавки: увеличился удельный расход кокса, снизилась производительность печи, ухудшилось качество чугуна по содержанию серы, кремния, возросли показатели нестабильности и, как следствие, увеличился вынос колошниковой пыли.

В оптимальных примерах 2, 3, 4 и 6 вследствие соответствия предельных норм изменения содержания кислорода в дутье к изменившимся газодинамическим условиям доменной плавки достигается повышение производительности доменной печи, снижение удельного расхода кокса, повышение качества чугуна по содержанию серы, кремния, по температуре нагрева, стабильности химического состава и нагрева и уменьшение выноса колошниковой пыли.