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

* В скобках - значения, приведенные к условиям периода обычной работы II.

На опытных плавках удельный расход кокса снизился при приведении к одинаковым условиям на 12 кг/т чугуна, или на 2,0%, а производительность печи возросла на 3,8%.

Рис. 18. Распределение содержания двуокиси углерода в газе по радиусу колошника доменной печи объемом 1033м3 при обычной послойной загрузке рудного сырья и кокса (1) и при их загрузке в смеси одним скипом

Можно считать, что смешивание рудного сырья с коксом при загрузке доменной печи, обеспечивая увеличение газопроницаемости шихты и более равномерное распределение материалов, способствует улучшению условий плавки и повышению ее технико-экономических показателей.

Кратковременность опытного периода была обусловлена значительными трудностями при подаче рудной сыпи и кокса в один скип.

Можно усилить смешивание материалов и без такой загрузки. В частности, это достигается путем набора на малый конус двух скипов материалов: коксового и рудного с расположением кокса под слоем рудной сыпи.

Влияние такой загрузки на показатели доменной плавки исследовали на печи полезным объемом 700 м³, выплавлявшей передельный чугун. В обычных условиях на печи применяется система загрузки Р2К2. При этом подача состоит из 13 т рудных материалов и 3,7-4,1 т кокса.

Соотношение размеров загрузочного устройства на этой печи таково, что во вращающейся воронке размещается только один скип материалов. При наборе двух скипов на малый конус значительная часть материала второго скипа размещается в неподвижной приемной воронке. В связи с этим электросхему работы распределителя шихты изменили таким образом, чтобы он вращался только после загрузки на малый конус первого скипа каждой пары.

В течение опытного периода продолжительностью 30 суток применяли различные системы загрузки в сочетании с набором двух скипов на малый конус.

Наиболее эффективной в смысле смешивания была загрузка по системе КРКР↓, при которой расположение каждой пары рудного и коксового скипов на малом конусе благоприятствует смешиванию. Однако ввиду особенностей электросхемы работы распределителя рудный материал при этом грузится в печь без вращения воронки.

Чтобы обеспечить равномерность кругового распределения материалов, эту систему загрузки чаще использовали в комбинации с системой Р2К2↓ или РКРК↓, что попутно позволяло подгрузить периферию рудным материалом.

По тем же соображениям использовали систему загрузки РК2Р↓ и КР2К↓. По эффективности смешивания обе эти системы уступают системе КРКР↓, так как из двух пар скипов только одна имеет благоприятное для смешивания расположение рудного материала и кокса. Однако они более удобны для машинистов вагон-весов.

На рис. 19 приведены кривые радиального распределения двуокиси углерода при различных системах загрузки.

Наиболее приемлемой по равномерности кругового и радиального распределения газа, а также по удобству для машинистов вагон-весов оказалась система загрузки РК2Р↓.

Переход на новый режим загрузки способствовал улучшению использования газа и повышению газопроницаемости шихты, что позволило увеличить интенсивность плавки. Это обеспечило повышение производительности печи на 7,0% при снижении удельного расхода кокса на 2,5% (после приведения к одинаковым условиям).

В настоящее время на заводе им. Петровского выполнен проект устройства для загрузки рудного сырья и кокса в один скип. При этом наряду с последовательной подачей этих материалов в скип предусмотрено и их одновременное ссыпание.

Показатели работы печи в исследуемый период приведены в табл.1.4. Для сравнения взяли близкий по условиям доопытный период продолжительностью 9 суток.

Таблица 1.4.

*1 В скобках - после приведения к условиям периода II.

Выводы

. Разработана новая система загрузки доменной печи шихтовыми материалами - агломератом в смеси с коксом. В результате применения новой системы загрузки производительность печей возросла до 4%, а удельный расход кокса сократился до 9%.

. Исследованиями установлено, что смешивание железорудных материалов с топливом путем совместной подачи их в скип несколько изменяет газодинамические условия доменной плавки, активизирует процессы, уменьшает сопротивление зоны пластического состояния.

. Распределение материалов и газов при такой загрузке регулируется изменением очередности подачи железорудных материалов и топлива в скип.

. Результаты опытных плавок на комбинатах им. Ф.Э. Дзержинского, "Криворожсталь" и работы доменных печей завода им. Г.И. Петровского показали, что на печах различного объема в зависимости от условий плавки достигается снижение расхода кокса на 2-8 и повышение производительности на 2-4%.

. Отработка технологии плавки в новых условиях и повышение надежности работы механизмов для подачи материалов в скип по различным программам позволит получить высокие технико-экономические показатели процесса.

. Изменение условий загрузки фракций разной крупности оказывает различное влияние на газопроницаемость агломерата в зависимости от наличия в нем мелочи 5-0 мм. При отсутствии мелочи повышение газопроницаемости слоя обеспечивается раздельной загрузкой фракций разной крупности, тогда как при ее наличии улучшение газопроницаемости достигается путем загрузки этой фракции в смеси с другими.

. Степень изменения газопроницаемости агломерата при переходе с послойной загрузки разных фракций на одновременную при наличии мелочи в агломерате значительно больше, чем при ее отсутствии. В частности, относительное изменение перепада давлений на 1 м высоты слоя для агломерата, содержащего 5-30% мелочи, в 2-3 раза выше, чем без мелочи, а по абсолютной величине перепад при наличии мелочи в 14-20 раз выше, чем при ее отсутствии.

. Смешивание кокса крупностью 80-40 мм с агломератом, содержащим 5-40% фракций 5-0 мм, уменьшает газодинамическое сопротивление шихты на 12-25%по сравнению с получаемым при послойной укладке тех же материалов. При смешивании кокса с окатышами, содержащими 10% мелочи, газодинамическое сопротивление слоя, наоборот, повышается.

. На печи объемом 1033 м³ завода им. Петровского применение новой системы загрузки способствовало увеличению газопроницаемости шихты, более равномерному распределению материалов, повышению производительности и снижению расхода кокса.

. На печи объемом 700 м³ того же завода смешивание агломерата и кокса путем набора этих материалов на малый конус двумя скипами обеспечило улучшение газопроницаемости шихты и позволило форсировать ход.

. В дипломной работе предусматривается исследование работы доменной печи при совместной загрузке железорудных материалов и кокса в скип.

2. Основная часть

.1 Исследование работы доменной печи при совместной загрузке железорудных материалов и кокса в скип

Одним из наиболее эффективных путей снижения расхода топлива в доменной плавке является совершенствование загрузки материалов и распределения их на колошнике для формирования рациональной структуры столба шихтовых материалов и улучшения использования тепловой и восстановительной энергии газа [10].

В течении ряда лет Днепродзержинским индустриальным институтом испытан и внедрен на доменных печах завода им. Г.И. Петровского и Днепровского металлургического комбината (ДМК) принципиально новый способ загрузки материалов, обеспечивающих смешивание железорудного сырья с коксом [4, 3].

Для смешивания компонентов доменной шихты, в отличие от обычно применяемого способа загрузки, производится выдача в один скип железорудного материала и кокса.

В зависимости от системы подачи материалов к скипам могут выбираться различные конструктивные решения устройств для осуществления такого способа загрузки. При транспортерной подаче на колошник требуется соответствующее обеспечение доз материалов на конвейере. При подаче железорудного материала по схеме вагон - весы - скип осуществление режима выдачи в один скип обоих материалов требует переоборудования рудных течек в бункера с затворами, имеющими привод и работающими в заданном режиме.

Установки с электрическим приводом управления затворами применяются на трех доменных печах металлургического завода им. Г.И. Петровского полезным объемом 700 и 1033 м³.

На доменной печи №10 Днепровского металлургического комбината полезным объемом 1386 м³ введена в промышленную эксплуатацию установка с гидравлическим приводом управления затворами рудных бункеров. На этой печи проверена и подтверждена возможность применения способа загрузки со смешиванием при работе на горячем агломерате - при подаче его в один скип с коксом дымообразования или возгорания кокса не происходило.

Условия для смешивания агломерата с коксом создаются не только при выдаче материалов в скип, но и при последующих совместных перезагрузках (ссыпаниях), реализуемых обычным двухконусным засыпным аппаратом. Перемешивание компонентов доменной шихты в процессе загрузки обеспечивает более равномерное их распределение по сечению колошника, причем, чем выше достигаемая степень смешивания рудных материалов с коксом, тем равномернее распределяются они по радиусу колошника. При определенной степени смешивания рудная нагрузка по радиусу колошника отличается мало.

Степень смешивания материалов в значительной мере зависит от режима и порядка подачи их в скип. Железорудные материалы и кокс могут загружаться в скип одновременно, раздельно (каждый первым или последним) или по различным программам выдачи одного материала относительно другого для достижения различной степени смешивания. При высокой степени смешивания материалов на первых стадиях загрузки (в скипе) дальнейшие перезагрузки могут вызвать выклинивание более мелкого и тяжелого материала из смеси, что приведет к изменению распределения материалов на колошнике.

На доменной печи №10 ДМК проведена промышленная проверка и исследование хода плавки при различных режимах, включая поочередную выдачу в скип кокса и агломерата с определенными задержками времени. Разработанная схема управления загрузкой работала надежно и без затруднений обеспечивала изменение режима и переход от одной системы к другой.

Печь выплавляла передельный чугун с содержанием кремния от 0,64 до 1,07% (по среднемесячным данным), в течении суток колебания были значительными - от 0,6 до 1,7%. В шихте применялся офлюсованный агломерат из Криворожских руд (50-52% Fe, 8,6-10,3% FeO, основность CaO/SiO2 = 1,24ч1,27) при содержании его в шихте от 85 до 100%. Количество мелочи в агломерате составляло 10,5-14,2%.

Вследствие значительных колебаний состава и прочности кокса, тепловой и шлаковый режимы плавки были неустойчивыми, приходилось вести плавку с повышенным нагревом (резервом тепла) , что приводило к перерасходу кокса и потере производительности. Среднемесячный выход шлака составлял 480-590 кг/т чугуна, что эквивалентно колебаниям расхода кокса на 50 кг/т чугуна и производительности на 5 %. Основность шлака изменялась в пределах: CaO/SiO2 = 1,24ч1,29 (CaO+MgO)/SiO2 = 1,38ч1,43, а коэффициент распределения серы LS составлял 45-56.

Доменная печь работала на дутье, обогащенном кислородом до 25-27% с вдуванием природного газа в количестве от 80 до 120 м³/т чугуна. Отношение количества кислорода к природному газу было около 0,4-0,5. Среднемесячная температура изменялась от 960 до 1150°С, давление колошникового газа - от 1,3 до 1,5 кПа.

До перехода на загрузку с подачей железорудных материалов и кокса в один скип на печи применяли системы загрузки 5ААКК 2КААК и 4КААК 3ААКК при уровне засыпи 1,5-1,75 м. при рудной нагрузке 3,5-3,6 т/т (масса агломерата в подаче 20 т, кокса 5,5-5,6 т) объем этих материалов был примерно одинаков (по 50%) и насыпная масса шихты составляла 1,09 т/м³. Содержание СО2 в газе по радиусу колошника изменялось на периферии и в центре от 11 до 14%, достигая в гребне 21%. Степень использования СО составляло около 40%, температура колошникового газа изменялась от 315 до 350°С.

Первые опытные плавки при переходе на новую систему загрузки с одновременной подачей агломерата и кокса в скип показали, что как и в ранее проведенных исследованиях [1-3] повышается температурно-тепловой уровень процесса (происходит разогрев печи), вызывая соответствующие изменения содержания кремния в чугуне. В зависимости от исходных условий начало роста содержания кремния отмечалось через 4-6 часов. В случае непринятия мер для предотвращения разогрева ход становился горячим, наблюдалась забивка центральной части печи. Снижение газопроницаемости центральной части усугублялось плохим качеством железорудных материалов и кокса, поэтому приходилось переходить на обычный режим загрузки или уменьшать степень смешивания материалов. На рис. 1 показано характерное изменение показателей в периоды, когда работа на новых режимах загрузки была непродолжительной.

Рис. 1. Изменение рудной нагрузки (Рн), содержания кремния в чугуне(Siч), перепада давления (∆Р), температуры колошника (Тк) и количества дутья (Vд) в переходные периоды работы печи на обычной (периоды 1, 3) и совместной (период 2) системах загрузки: К0 - удельный расход кокса;П - производительность; продолжительность периодов - 1 деление соответствует 8 ч