Материал: Система загрузки доменной печи шихтовыми материалами – агломератом в смеси с коксом

Основным недостатком в проведении опытных плавок при загрузке печей смесью рудных материалов с коксом является чрезмерная загруженность работы вагон-весов. Этот недостаток можно устранить путем переоборудования рудных течек (рис. 7). Каждая течка 1 выполняется размером не менее объема скипа и должна иметь вертикальную перегородку 2, разделяющую ее на две равные части.

Рис. 7. Схема рудного желоба: 1 - желоб; 2 - перегородка; 3 - механихированые затворы

Обе части рудной течки снизу закрываются механизированными затворами 3. Такая конструкция рудной течки с отдельными затворами позволит разгружать вагон-весы, не дожидаясь подхода скипов, а перегородка обеспечит механическое разделение рудных материалов каждого кармана вагон-весов на две примерно равные порции. При этом выгрузка рудных материалов и кокса в каждый скип осуществляется одновременно или поочередно порциями, обеспечивая получение смеси. При необходимости переход на обычную систему загрузки осуществляется путем изменения программы работы затворов.

.2 Распространение опыта загрузки доменной печи смесью агломерата и кокса на других заводах

В Днепродзержинском индустриальном институте разработана и на доменных печах металлургических заводов (им. Дзержинского и Криворожского) применена новая система загрузки доменной печи железорудными материалами в смеси с коксом Смесь агломерата с коксом получали путем одновременной их загрузки в скип [2].

При загрузке смеси агломерата и кокса плотность шихты возрастает. Объем смеси на 8-12% меньше, чем при загрузке двумя слоями. Несмотря на более плотную укладку материалов в смеси при одинаковой высоте столба, газопроницаемость смешанной шихты лучше, чем при послойной загрузке. Объясняется это тем, что мелкие фракции агломерата, попадая в локальные пустоты между крупными кусками кокса, в незначительной степени участвуют в создании сопротивления проходу газа. С уменьшением содержания мелкой фракции агломерата разница в сопротивлении смешанной и послойной шихты сокращается.

Опытные плавки на заводе им. Дзержинского проводили на доменных печах полезным объемом 1386 м³. В течение всего периода исследований работа печи сопровождалась увеличением нагрева горна, в результате чего рудная нагрузка повысилась на 5-10%. Центральная часть печи подгружалась, готовый поток перераспределялся, его использование по радиусу становилось более равномерным. Благодаря лучшему использованию газового потока содержание СО2 в колошниковом газе возросло на 1,2-2,0% (рис. 8).

При выплавке бессемеровского чугуна применение новой системы загрузки позволило на четвертые сутки уменьшить расход кокса на 800 кг/подачу и увеличить рудную нагрузку. В этот период температура периферийных газов повысилась на 50-100°С, ход печи стал более форсированным, в результате чего суточная производительность возросла на 1,5-2%, расход кокса снизился на 3-5%.

Рис.8. Изменение содержания СО2 в газе по радиусу колошника доменных печей А (а) и Б (б) в базовый (1) и опытный (2) периоды

Технико-экономические показатели работы печей завода им. Дзержинского в базовый (в числителе) и опытный (в знаменателе) периоды приведены в табл.1.2.

Таблица 1.2.

Показатели работы доменной печи № А полезным объемом 2000 м3 Криворожского металлургического завода

Следующий этап исследований был продолжен на доменной печи №А объемом 2000 м³ Криворожского металлургического завода, где применяется транспортерная подача материалов к скипам.

Всего на доменной печи №А в течение периода исследований было проведено пять опытных плавок продолжительностью от 1 до 4 сут. Во всех случаях через 6-8 ч после перехода на загрузку смеси агломерата и кокса, так же как на заводе им. Дзержинского, наблюдался повышенный разогрев горна, повышалось содержание кремния в чугуне и несколько возрастал нижний перепад давления. При исходной коксовой колоше 7,7 т расход кокса в подаче при новой системе загрузки в отдельные сутки снижался на 600 кг, т.е. на 8%.

Газ по сечению печи распределялся более равномерно, содержание углекислоты в колошниковом газе возросло с 16,5 до 18,7% (в среднем на 1,6%) (рис. 9).

Рис. 9. Изменение содержания СО2 по радиусу печи: 1 - при системе загрузки 3ААКК 2КААК; 2 - после 10 подач при системе загрузки КККК/АААА; 3 - после 80 подач при системе загрузки КККК/АААА; 4 - после 78 подач при системе загрузки АААА/КККК

Полученные опытные данные о влиянии способа загрузки материалов в смеси на параметры процесса доменной плавки позволили в сентябре 1972 г. перед остановкой печи на капитальный ремонт провести более длительный опытный период.

В период исследований печь работала на агломерате НКГОКа (75%) и окатышах КЦГОКа (25%).

Данные о химическом составе шихтовых материалов приведены ниже:

Кокс поступал с Криворожского коксохимического завода следующего состава, %:

В печи выплавляли передельный чугун с содержанием кремния 0,7-0,8%.

В опытный период при переходе на систему загрузки доменной печи смесью шихтовых материалов вскоре после первых подач по системе А/К А/К А/К А/К подача кокса была уменьшена на 200 кг, через некоторый период (на 18-й и на 53-й подачах) - еще на 200 кг. Рудная нагрузка возросла с 3,7 до 4,0 т/т кокса. Ход печи при этом был ровный, а общий перепад давления практически не изменился.

На вторые сутки рудная нагрузка возросла до 4,11 т/т кокса, вследствие чего газопроницаемость столба шихты несколько ухудшилась. Несмотря на некоторое снижение интенсивности горения кокса (на 4,5%), производительность печи не только не уменьшилась, а, наоборот возросла, что объясняется увеличением (на 10%) рудных нагрузок. Интенсивность плавки по руде при этом повысилась на 4%.

Второй период исследований на доменной печи № А длился 9 сут; при этом расход кокса снизился с 495-492 до 451 кг/т чугуна, т. е. на 43 кг/т чугуна (или на 8,7%), производительность возросла с 3696-3820 до 3904 т/сут, т. е. на 146 т/сут (или на 3,9%). Технико-экономические показатели работы печи в этот период исследования представлены в таблице 1.2.

Содержание СО2 в газе, отобранном по радиусу колошника, в опытный период возросло с 16,5 до 18,0%. На каждый процент увеличения углекислоты расход кокса снизился примерно на 30 кг/т чугуна. Степень использования окиси углерода при этом возросла с 39,4 до 42,3%.

.3 Совершенствование системы загрузки железорудных материалов в смеси с коксом

Дальнейшее повышение эффективности доменного производства тесно связано с улучшением использования энергии газов в процессе плавки. На использование газа существенно влияют качество шихтовых материалов и загрузка их в печь.

Многочисленные исследования показывают, что при существующем качестве шихтовых материалов резервы совершенствования загрузки далеко не исчерпаны. Имеется еще значительный резерв улучшения использования газа на периферии и в центре. В целом состав газа в печи еще далек от равновесного.

По данным исследований [2], в условиях комбината им. Ф.Э. Дзержинского увеличение содержания углекислоты в колошниковом газе на 1% приводит к снижению расхода кокса примерно на 30 кг/т чугуна (улучшению использования окиси углерода на 3%). Результаты опытных плавок [1, 2, 4] показывают, что при загрузке железорудных материалов, смешанных с коксом, в различных условиях плавки достигаются значительное снижение удельного расхода кокса (на 2-8%) и повышение производительности доменных печей (на 1-4%).

В настоящее время еще распространено убеждение, что столб шихты из смешанных материалов различной крупности имеет худшую газопроницаемость, чем расположенных послойно. И только в некоторых работах [5-7] указывается, что такая шихта может иметь более высокую газопроницаемость. Различные мнения о газопроницаемости слоя материалов, загруженных в смеси и послойно, могут быть одинаково справедливы, но только для конкретных условий при определенных количественных значениях.

Результаты исследований газопроницаемости слоя материалов, загруженных послойно и в смеси, показали, что при смешивании материалов существенное уменьшение сопротивления столба шихты наблюдается при определенных соотношениях мелких и крупных материалов. В частности, при смешивании производственных агломератов, содержащих 20-30% мелкой фракции (0-5 мм), с коксом потеря напора в слое одинакова. При большем количестве мелочи газопроницаемость смеси значительно выше, чем при послойном расположении кокса и агломерата. В этом случае слой мелкого агломерата являлся определяющим в создании сопротивления проходу газа. При количестве мелочи менее 20% газопроницаемость смеси была хуже, но незначительно (рис. 10).

Насыпная масса смеси в зависимости от количества мелкой фракции в агломерате была на 7-25% больше насыпной массы столба шихты с послойной укладкой. Вследствие этого в одном и том же объеме помещается на 4-13% больше агломерата с незначительно худшей газопроницаемостью, если фракции 0-5 мм меньше 20%, и лучшей, если содержание этой фракции больше 30%.

Рис.10. Зависимость параметров слоя шихты при раздельной загрузке агломерата и кокса (- - - -) и смесью (-----) от содержания мелкой фракции в агломерате

Увеличение насыпной массы шихты на 10% (с 1,05 до 1,15 т/м3) эквивалентно улучшению использования объема печи на 5% и соответственно такому же сокращению удельного расхода кокса. В результате увеличения активного веса смешанной шихты возникает возможность вести доменную плавку при более высоких значениях перепада давления. При увеличении насыпной массы шихты с 1 до 1,15 т/м³ критическая скорость газа в слое, при которой шихта переходит во взвешенное состояние, возрастает с 7,5 до 8,25 м/с, а критический перепад давления газа в столбе шихты высотой 1 м увеличивается на 2250 Па [8].

Результаты восьми опытных плавок, проведенных на комбинатах им. Ф.Э. Дзержинского, "Криворожсталь" и заводе им. Г.И. Петровского в различные периоды (1971-1982 гг.), показали, что в зависимости от исходного режима плавки при обычной системе загрузки влияние на газодинамику процесса при переходе на загрузку материалов в смеси неодинаково.

В случае исходного периферийного или центрального хода печи переход на загрузку смесью вызывал некоторое увеличение перепада давления. Количество дутья при этом несколько снижалось до уровня, обеспечивающего ровный сход шихты. Несмотря на некоторое уменьшение количества дутья, эффект от загрузки смесью был значительным, производительность возросла, расход кокса снизился за счет лучшего использования газа и полезного объема печи.

Некоторый рост перепада давления при загрузке агломерата с содержанием мелочи около 25% в смеси с коксом объясняется более равномерным распределением агломерата по сечению и значительным увеличением рудных нагрузок (на 6-14%). При увеличении рудной нагрузки на 10% интенсивность горения кокса в среднем понижалась на 5%, интенсивность же плавки по руде возрастала на 4-5%. В этих условиях производительность увеличивалась на 4, расход кокса снижался на 8%. Некоторое увеличение перепада давления может наблюдаться в переходный период перевода с обычной системы загрузки на загрузку смешанными материалами из-за недостаточного и несвоевременного уменьшения количества кокса в подаче, в результате чего возникает горячий ход, нарушающий ровность схода шихты.

Опыт показал, что при переходе на загрузку смесью расход кокса в подаче после 2 ч работы на новом режиме следует уменьшать на 2 %, после 4-х - еще на 2, а затем уже корректировать по содержанию кремния в чугуне.

Увеличение рудной составляющей в объеме печи при загрузке смесью и более рациональное ее распределение по сечению вызывало улучшение использования газа, а соответственно и снижение расхода кокса. Последнее, в свою очередь, приводило к дополнительному повышению рудных нагрузок. Как правило, содержание СО2 по радиусу печи перераспределялось таким образом, что общее количество его в газе возрастало. Чаще всего количество СО2 на периферии изменялось незначительно, а к центру печи увеличивалось (рис. 11). Смешивание материалов, которое обеспечивалось в опытных плавках путем загрузки в один скип железорудных материалов и кокса, было несовершенным. Если принять степень смешения агломерата и кокса при равномерном распределении рудной нагрузки во всем объеме кокса за 1, то в случае опытных плавок она достигала значения не более 0,5.