Технические науки/1. Металлургия

Семакова В. Б., Гаврилоглу Д. И., Подгорный М. А.

ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», Украина

Аналитическое исследование влияния интенсивности плавки на показатели восстановления в доменной печи

Обобщение опыта работы печей [1] показало, что вопреки расширению применения интенсификаторов доменного процесса интенсивность плавки по сожженному углероду кокса I_k не повысилась, а показатели интенсивности по дутью I_д и сожженному коксу изменялись в широких пределах и составили, например, в условиях комбината «Криворожсталь» 1,0-1,6 м³ / (м³ ∙ мин) и 0,5-1,0 т / (м³ ∙ сут) соответственно, хотя в середине прошлого столетия I_д для печей завода «Запорожсталь», работающих на атмосферном дутье и нормальном давлении под колошником, составляла 2,6-2,9 м³ / (м³ ∙ мин). Кроме показателей I_k и I_д, интенсивность плавки также оценивается длительностью пребывания шихты в печи τ, количеством проходящего через печь в единицу времени газа, отнесенным к 1 м³ объема печи, и др. [2]. В производственных условиях, как правило, определяющим показателем работы печи является количество выплавленного чугуна.

При помощи математической модели спрогнозировано изменение показателей интенсивности плавки в доменной печи ММК им. Ильича при обычной системе загрузки (сплошные линии) и загрузке утяжеленными подачами (пунктирные линии) по мере улучшения использования восстановительного потенциала печных газов при постоянной производительности печи (рис. 1), а также изменение степени прямого восстановления по М. А. Павлову r_d (рис. 1а, кривые 1) и удельного расхода кокса K (кривые 2). Повышение степени использования газа по реакциям косвенного восстановления FeO η_FeO до максимальной теоретически возможной приводит к снижению r_d и K до минимальных теоретически возможных значений 24,4 и 22,5 %, 464 и 454 кг/т чугуна соответственно.

Рис. 1 – Изменение показателей доменной плавки при улучшении использования восстановительного потенциала газа и сохранении производительности печи (пояснения в тексте)

Сокращением удельного расхода кокса и обусловленного им выхода горновых газов объясняется непрерывное снижение показателей интенсивности плавки (рис. 1б) по коксу (кривые 4), по углероду (кривые 5), по дутью (кривые 6) и по колошниковому газу (кривые 7). При этом длительность пребывания материалов в печи τ непрерывно растет (рис. 1а, кривые 3).

Переход на загрузку доменной печи раздельными увеличенными порциями кокса и агломерата АККК↓ ААА↓ способствовал улучшению газопроницаемости столба шихтовых материалов и более равномерному их распределению по сечению печи [3, 4] за счет утолщения прослоек кокса, состоящих из прочных крупных кусков. Формирование в доменной печи прослоек кокса высотой более 20 d_к, где d_к – средний размер куска кокса, способствовало сохранению сплошности коксовой линзы, которая нарушается в процессе движения столба шихты, образованного при использовании обычной системы загрузки, так как кокс вытесняется в центральную зону [5]. Приведенная производительность доменной печи при переходе на утяжеленные подачи повысилась на 13,3 %, а интенсивность плавки по колошниковому газу возросла на 11,6 %.

Таким образом, мероприятия, направленные на повышение газопроницаемости столба шихты, обеспечивают форсированную работу доменной печи. Прогнозные изменения показателей интенсивности при загрузке печи раздельными увеличенными порциями материалов показаны на рис. 1б пунктирными линиями, расположенными выше сплошных, что свидетельствует о росте интенсивности плавки по коксу, углероду, дутью и колошниковому газу (кривые 4-7) в сравнении с обычной загрузкой печи. Длительность пребывания материалов в печи при загрузке утяжеленными подачами, наоборот, сокращается (рис. 1а, кривые 3).

Согласно закономерности, принципиально установленной А.Н. Раммом [2], при постоянных условиях повышение интенсивности плавки I_k путем увеличения расхода дутья в единицу времени вызывает изменение удельного расхода кокса K по кривой с минимумом, а производительности печи P по кривой с максимумом. При этом минимальный расход кокса K_min и максимальная производительность P_max достигаются при разной интенсивности плавки. Считается, что наилучшее газораспределение и использование тепловой и восстановительной энергии газового потока происходит при интенсивности, близкой к области оптимальных значений K_min и P_max. В зонах низкой и высокой форсировки хода печи наблюдается неравномерное распределение газового потока. При помощи математической модели спрогнозировано изменение показателей работы доменной печи при увеличении интенсивности доменной плавки. Степень восстановления железорудных материалов в «сухой» зоне печи рассчитывалась на основе кинетических характеристик железорудной шихты. Степень использования газа определялась исходя из условия равенства потребности в коксе-источнике тепла и коксе-восстановителе, а также на основе предварительно рассчитанной степени косвенного восстановления. Потери тепла для печи в единицу времени принимались постоянными.

Изменение показателей работы доменной печи при повышении интенсивности плавки приведено на рис. 2.

Рис. 2 – Изменение показателей работы доменной печи при повышении интенсивности плавки (пояснения в тексте)

Удельный расход кокса изменяется по кривой с минимумом (рис. 2а, кривая 1), который расположен в области относительно слабой форсировки печи и для заданных технологических условий составлял K_min=492 кг/т чугуна при интенсивности по дутью I_д=1,21 м³/(м³∙мин). Повышение форсировки печи дутьем способствует росту степени прямого восстановления r_d (кривая 2). Характер изменения удельного расхода газа-восстановителя V_s на единицу атомарного кислорода монооксида железа шихты, в том числе FeO, образующегося при восстановлении его высших оксидов, подобен кривой изменения расхода кокса (кривая 3) с минимальным значением 2,48 моль/моль. При росте интенсивности по дутью до 1,05 м³/(м³∙мин) степень использования газа по FeO η_FeO была практически постоянной и максимальной, так как газ достигал равновесного состава, а затем снижалась (кривая 4). Форсировка печи дутьем в рассмотренном интервале интенсивности сопровождалась непрерывным повышением удельной производительности печи (рис. 2б, кривая 5). С повышением интенсивности плавки по дутью непрерывно снижается длительность пребывания шихты в печи (кривая 7) и растет интенсивность по коксу (кривая 6) и газу (кривая 8). Область высокой интенсивности плавки, в которой ухудшается газораспределение и нарушается сход шихтовых материалов, что приводит к снижению производительности печи, не рассматривалась и требует дальнейших исследований с учетом газодинамического режима доменной плавки.

Литература:

1. Эффективность использования интенсификаторов доменной плавки в предшествующие годы и на современном этапе / Е. Г. Донсков [и др.] // Вісник Криворізького національного університету. – 2013. – Вип. 33. – С. 100-105.

2. Рамм А. Н. Современный доменный процесс / А. Н. Рамм. – М.: Металлургия, 1980. – 304 с.

3. Управление радиальным распределением шихты и газов в доменных печах ОАО «ММК им. Ильича» при раздельной загрузке увеличенных масс кокса и агломерата / А. А. Томаш [и др.] // Металлургические процессы и оборудование. – 2005. – № 2. – С. 35-38.

4. Economic analysis of reduction processes in blast furnaces / V. В. Semakovа, V. V. Semakov, D. I. Gavriloglu // Steel in Translation. – 2012. – Volume 42. – Number 4. – Pages 319-323.

5. Русских В. П. Исследование влияния систем загрузки шихтовых материалов на распределение газового потока в доменной печи / В. П. Русских, М. А. Аленгос, Д. К. Степнов // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту : зб. наук. праць / ПДТУ. – Маріуполь, 2009. – Вип. 19. – С. 21-24.