2.5 Методы интенсификации доменного процесса

 

Показатели работы доменных печей. Методы интенсификации процесса. Продукция доменного производства

Тепловой баланс плавки — характеризует количество тепла, затраченного на производство 1 кг чугуна. Тепловой баланс основан на материальном балансе плавки.

Существуют различные способы составления теплового баланса. Наиболее распространенный — способ диссоциаций, основанный на предположении, что реакции компонентов шихты с восстановителями (твердым углеродом, оксидом углерода, водородом) протекают в две стадии. На первой стадии происходит диссоциация оксида с переводом кислорода в газовую фазу; тепловой эффект реакции при этом отрицательный. На второй стадии взаимодействия имеет место окисление восстановителя, которое сопровождается положительным тепловым эффектом.

Короче, как-то так:

1) FeO = Fe + 1/2O2 — 270 МДж

2) С + 1/2O2 = CO + 118 МДж

Преимущество такого метода — упрощение расчетов, потому что все реакции первой стадии всегда связаны с расходными статьями баланса, а реакции второй — с приходными.

1) тепло от сгорания углерода у фурм (одна из больших);

2) тепло окисления углерода прямого восстановления;

3) тепло догорания монооксида углерода в диоксид углерода (самая большая);

4) тепло окисления водорода;

5) тепло сгорания природного газа;

6) физическое тепло дутья (одна из больших).

1) тепло на диссоциацию оксидов;

2) тепло на перевод серы в шлак;

3) тепло на разложение известняка;

4) тепло на разложение части CO2 флюса;

5) тепло на разложение влаги дутья;

6) тепло испарения гигроскопической влаги, выделения и испарения гидратной влаги;

7) унос тепла чугуном;

8) унос тепла шлаком;

9) унос тепла колошниковым газом;

10) тепловые потери (тепло, уносимое охлаждающей водой, и наружные тепловые потери лучеиспусканием, конвекцией, теплопроводностью).

При расчетах допускают, что величина тепловых потерь (вместе с невязкой баланса) должна составлять при выплавке передельного чугуна 4-10%, литейного — 8-13%. При выплавке ферросплавов величина тепловых потерь больше.

Как показывает практика, расход кокса для компенсации тепловых потерь интенсивно работающих ДП объемом около 1000 кубометров составляет кг/т чугуна: для передельного — 20-35; для литейного — 50-75; для ферромарганца — 200.

Второй способ составления теплового баланса включает действительный расход тепла на плавку и отличается статьями прихода-расхода (ряд статей прихода тепла по первому способу является фиктивным). На самом деле в печи не выделяется тепло от окисления углерода прямого восстановления, догорания монооксида углерода и пр. Подобное допущение оправдывается соответствующим увеличением расхода тепла. В расчете по второму способу такое допущение исключается и каждая химическая реакция, имеющая место в печи, рассчитывается отдельно.

Из теплового баланса видно, что физическое тепло газов используется в доменной печи очень хорошо, и в этом отношении доменная печь является весьма совершенным агрегатом. Химически связанное тепло углерода используется не полностью, так как в печи необходимо поддерживать восстановительную атмосферу (поскольку основное назначение доменной печи заключается в восстановлении железа из его оксидов).

Так как выделение и превращение тепла связано с количеством поступающих в доменную печь и выходящих из печи материалов, то расчету теплового баланса должен предшествовать расчет шихты, газа, дутья и материального баланса. Кроме того, необходимо знать сведения о температурах и теплоемкостях веществ и тепловых эффектах превращений.

Факторы, влияющие на расход топлива.

Из мероприятий, направленных на снижение удельного расхода кокса, максимальный эффект дают те, которые непосредственно воздействуют на нижнюю ступень теплообмена (повышение температуры дутья экономит кокс, а увеличение влажности дутья ведет к его перерасходу). Однако повышение температуры загружаемой в печь шихты (при использовании горячего агломерата) не приводит к экономии кокса, поскольку это дополнительное тепло не достигнет нижней ступени теплообмена, а будет вынесено из печи с колошниковым газом.

При высокой степени обогащения дутья кислородом (больше 35%) в результате значительного понижения температуры в шахте печи уменьшается скорость восстановления рудных материалов, что вызывает повышение степени прямого восстановления, и, следовательно, возрастание удельного расхода кокса.

N. B. Основной результат обогащения дутья кислородом — интенсификация горения углерода у фурм.

Снижение количества дутья на единицу углерода, а, следовательно, и чугуна, вызывает уменьшение прихода тепла с дутьем. Таким образом, доменная печь получит меньше тепла, что потребует роста температуры дутья или перерасхода кокса.

Также, согласно исследованиям, снижение расхода кокса возможно, например, за счет частичной его загрузки непосредственно в центр колошника и за счет увеличения степени использования восстановительной способности доменного газа.

И, кстати, расход кокса немало зависит от качества кокса. Так, каждый 1% увеличения зольности приводит к снижению производительности доменных печей на 1-2% и повышению расхода кокса на 1,2-2%; а при увеличении содержания серы в коксе на 0,1% удельный расход кокса в среднем возрастает на 1-1,4%. Такие дела.

По теоретическим расчетам и опытным данным, при степени металлизации доменной шихты до 50-60% каждые 10% металлизации обеспечивают снижение расхода кокса на 4-6% и прирост производительности на 5-7%.

Стоит отметить еще и то, что плавка железных руд без обогащения сопровождается низкими технико-экономическими показателями (низкая производительность, высокий расход кокса).

Итак, факторы, влияющие на расхода топлива (K) и производительность ДП (P):

Увеличение содержания железа в шихте

Снижение содержания в коксе:

количество флюса в шихте на 100 кг/т

содержания кислорода в дутье на 1%.

количества природного газа на

10 м 3 /т чугуна.

мазута на 10 кг/т чугуна.

угля на 10 кгД чугуна.

Увеличение давления колошникового газа

марганца в чугуне на 0,1%.

Увеличение содержания кремния в чугуне

-(7-Юкг/т) -(9-13 кг/т) —(7—9кг/т)

Основные технико-экономические показатели доменной плавки:

1) производительность печи;

Так как производительность печи зависит от ее размеров, для оценки работы используют отношение суточной производительности Рсут к полезному объему печи V0. В России распространен обратный показатель — коэффициент использования полезного объема печи: КИПО равен Vo/Pсут. Чем лучше работает печка, тем ниже КИПО. При плавке литейного и специальных видов чугуна производительность печи ниже, чем при плавке передельного чугуна, поэтому пользуются пересчетными коэффициентами.

Производительность печи зависит от интенсивности плавки, рудной нагрузки на кокс и от простоев печи. Чем выше первые два фактора и ниже третий, тем выше производительность.

Чаще всего интенсивность оценивают по формуле I = K/V0, где К — количество сожженного в печи кокса (т/сут).

КИПО = k/I, где k — удельный расход кокса (отношение сожженного в печи за сутки кокса к суточной производительности).

Удельный расход кокса показывает степень использования теплоты сгорания топлива, качество подготовки сырья к плавке и отражает мастерство ведения доменного процесса. На лучших доменных печах он составляет 360-400 кг на 1 тонну чугуна.

Интенсификация доменного процесса осуществляется двумя путями:

1) за счет непрерывного увеличения мощности доменных печей и совершенствования их конструкции;

2) за счет улучшения качества шихтовых материалов.

Повысить производительность доменной печи можно следующими методами:

1) улучшением подготовки и качества сырых материалов;

2) повышением температуры дутья;

3) увлажнением дутья или поддержанием влажности дутья на одном уровне;

4) вдуванием природного газа одновременно с повышением температуры дутья и обогащением дутья кислородом;

5) ну, обогащением дутья кислородом;

6) вдуванием угольной пыли и мазута;

7) повышением давления газов под колошником доменной печи.

Короче, выше уже есть табличка.

Для экономической оценки результатов работы коллективов доменных цехов пользуются такими показателями:

1) производительность труда;

2) себестоимость чугуна.

Производительность труда определяется объемом годовой выплавки чугуна, приходящимся на одного рабочего.

В себестоимости чугуна учитываются стоимость материалов, живого труда и амортизация основных фондов. Основную долю себестоимости чугуна составляет стоимость сырьевых материалов и топлива (более 92%). Поэтому основной путь снижения себестоимости чугуна — уменьшение расхода сырьевых материалов и кокса.

Продукция доменного производства.

Основной продукт доменного производства — и опять сюрприз! — это чугун. Исходя из химического состава и назначения различают: передельный, литейный и специальный чугуны. Около 80% выплавляемого чугуна приходится на передельный чугун, который отличается повышенной твердостью, хрупкостью и используется в основном для производства стали.

Литейный чугун характеризуется повышенным содержанием кремния, который способствует выделению углерода в виде графита. Он обладает хорошими литейными свойствами и применяется для изготовления различных деталей. Разновидностью литейных чугунов являются природнолегированные чугуны, получаемые из железных руд, содержащих ванадий, хром, никель. Эти элементы при плавке переходят в состав чугуна и улучшают его свойства. Эти чугуны являются хорошим конструкционным материалом.

Специальные чугуны или ферросплавы — это сплавы с высоким содержанием одного или двух неосновных их компонентов (железа и углерода). Например, ферросилиций, ферромарганец. Ферросплавы применяют в качестве добавок при производстве различных сортов высококачественных сталей.

В результате плавки, кроме чугуна, получаются побочные продукты:

3) колошниковая пыль.

Побочные продукты получаются в немалых количествах и при рациональном использовании представляют значительную ценность.

Доменный шлак используется в строительстве для изготовления шлакобетонных блоков и шлаковаты. Большая его часть гранулируется и служит сырьем для изготовления цемента.

Доменный газ после очистки его от пыли используется в основном непосредственно в доменных цехах в воздухонагревателях и для работы воздуходувных машин.

Колошниковая пыль улавливается и используется при производстве агломерата.

2.5 Методы интенсификации доменного процесса

Под интенсификацией доменного процесса понимают увеличение скорости его протекания. Мерой интенсивности хода доменной печи является количество чугуна, получаемое в единицу времени в расчете на единицу полезного объема доменной печи. В условиях производства принято пользоваться обратной величиной – полезным объемом печи, затрачиваемым в течении суток на выплавку 1 т чугуна. Этот показатель называется коэффициентом использования полезного объема доменной печи и определяется как частное от деления полезного объема печи Vпол (м3) на суточную производительность печи Т (т) чугуна/сутки. Чем меньше этот показатель, по абсолютному значению, тем интенсивнее протекает процесс, интенсивнее ход доменной печи.

Увеличить интенсивность хода доменной печи можно двумя путями:

создание условий, при которых в горн доменной печи в единицу времени можно подать большее количество дутья, расходуемого на сгорание углерода горючего;

создание условий, обеспечивающих снижение расхода кокса на единицу выплавляемого чугуна, если количество дутья, поступающее в горн в единицу времени, не снижается или снижается в меньшей мере, чем расход кокса.

При увеличении количества дутья, подаваемого в горн в единицу времени, соответственно увеличивается сгорающее в единицу времени количество углерода, а следовательно, увеличивается и производительность печи. При уменьшении относительного расхода горючего и неизменном количестве дутья производительность печи также возрастает вследствие увеличения рудной нагрузки на кокс. Наиболее высокая степень интенсификации процесса достигается, когда одновременно с увеличением количества дутья имеется возможность уменьшить и относительный расход горючего.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем увеличения расхода дутья в единицу времени предполагает улучшение газодинамики процесса. Это может быть достигнуто повышением прочности агломерата, отсевом мелких фракций и улучшением однородности гранулометрического состава шихтовых материалов, повышением давления газов в рабочем пространстве печи, снижением относительного выхода шлака и улучшением его физических свойств.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем снижения относительного расхода кокса предполагает уменьшение тепловых затрат на процесс и применение заменителей кокса в роли теплоносителя и восстановителя.

Основными методами интенсификации доменного процесса являются:

совершенствование способов подготовки и улучшение качества сырых материалов;

высокотемпературный нагрев дутья;

обогащение дутья кислородом;

вдувание в горн углеводород содержащих добавок;

повышение давления газов в рабочем пространстве доменной печи.

Наиболее важной по своему значению является подготовка сырья к плавке. Ни один из методов интенсификации доменного процесса, перечисленных в п. 2 – 7, не может дать максимального эффекта при плохом качестве сырья.

Впервые нагретое дутье в доменном производстве применили в 1829 г. Несмотря на сравнительно невысокий нагрев дутья (150 С), показатели работы печи значительно улучшились: относительный расход горючего уменьшился на 30 %, производительность печи возросла, появилась возможность увеличить количество дутья. При этом расход горючего на нагрев дутья был намного ниже полученной экономии. Впоследствии применение более нагретого дутья (350 – 400 С) на коксовых доменных печах позволило уменьшить относительный расход кокса на 25 – 35 %. В настоящее время дутье нагревают до1100 – 1200 0 С и выше.

За всю историю существования доменного производства ни одно мероприятие не дало такого снижения расхода горючего, как применение нагретого дутья.

Естественная влажность воздуха колеблется в значительных пределах как в течении суток, так и по временам года. Колебания влажности дутья вызывают изменения в тепловом и температурном режиме горна и в ходе восстановления, что нередко приводит к расстройствам хода печи, ухудшая технико-экономические показатели.

Устранить колебания естественной влажности можно двумя способами: осушением дутья и увлажнением дутья в таких пределах, чтобы влажность его была несколько выше естественной, но постоянной во времени.

Обогащение дутья кислородом

При обогащении дутья кислородом изменяются следующие показатели:

Уменьшается расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода.

Уменьшается количество горнового газа на единицу сжигаемого у фурм углерода.

Повышается концентрация оксида углерода в горновом газе.

Значительно возрастает температура в зоне горения.

При обогащении дутья кислородом снижается перепад давления газов между горном и колошником вследствие уменьшения выхода горнового газа на единицу сжигаемого углерода и скорости движения газов в столбе шихтовых материалов.

Вдувание в горн природного газа и других добавок к дутью

При вдувании природного газа в количестве 70 – 90 м3 на 1 т чугуна расход кокса уменьшается на 10 – 14 %. Экономия кокса при вдувании природного газа достигается за счет:

Увеличения непрямого и уменьшения прямого восстановления.

Замены части углерода кокса углерода природного газа.

Уменьшения прихода серы в печь, основности и выхода шлака вследствие уменьшения расхода кокса, вызываемого первыми двумя факторами.

Комбинированное дутье. Комбинированным принято называть дутье, включающее добавки как в виде окислителей (кислород, пар), так и восстановителей (природный газ, коксовый газ, мазут пылеугольное топливо и др.). Наибольшее распространение получило сочетание обогащения дутья кислородом с вдуванием природного газа.

Основной положительный эффект при вдувании природного газа состоит в значительном сокращении расхода кокса, а при обогащении дутья кислородом – в увеличении производительности печи. Но достижение возможного эффекта при вдувании природного газа ограничивается его отрицательными сторонами – увеличением количества горнового газа с понижением температуры в горне, а достижение возможного эффекта обогащенного кислородом дутья ограничивается, наоборот, чрезмерным повышением температуры в горне.

Повышение давления газа. Идея работы доменной печи на повышенном давлении газов была выдвинута с целью улучшения восстановительной способности газов. Однако положительное действие повышенного давления проявляется не в улучшении восстановительной способности газов, а в улучшении газодинамического режима доменной печи, при котором возможно значительное повышение производительности и снижение расхода кокса. Повышение давления газа внутри доменной печи достигается путем пережима струи газа при помощи специального дроссельного устройства, установленного в газопроводе очищенного от пыли газа. Положительное действие повышенного давления газа заключается в том, что с увеличением давления уменьшается объем газа и его скорость, вследствие чего уменьшаются подъемная сила газа и перепад давления газа между горном и колошником. Это позволяет увеличивать массовое количество дутья, не превышая его критического объема.

Методы интенсификации доменного процесса

Под интенсификацией доменного процесса понимают увеличение скорости его протекания. Мерой интенсивности хода доменной печи является количество чугуна, получаемое в единицу времени в расчете на единицу полезного объема доменной печи. В условиях производства принято пользоваться обратной величиной — полезным объемом печи, затрачиваемым в течении суток на выплавку 1 т чугуна. Этот показатель называется коэффициентом использования полезного объема доменной печи и определяется как частное от деления полезного объема печи V_пол (м 3 ) на суточную производительность печи Т (т) чугуна/сут. Чем меньше этот показатель, по абсолютному значению, тем интенсивнее протекает процесс, интенсивнее ход доменной печи.

Увеличить интенсивность хода доменной печи можно двумя путями:

• 1. создание условий, при которых в горн доменной печи в единицу времени можно подать большее количество дутья, расходуемого на сгорание углерода горючего;
• 2. создание условий, обеспечивающих снижение расхода кокса на единицу выплавляемого чугуна, если количество дутья, поступающее в горн в единицу времени, не снижается или снижается в меньшей мере, чем расход кокса.

При увеличении количества дутья, подаваемого в горн в единицу времени, соответственно увеличивается сгорающее в единицу времени количество углерода, а следовательно, увеличивается и производительность печи. При уменьшении относительного расхода горючего и неизменном количестве дутья производительность печи также возрастает вследствие увеличения рудной нагрузки на кокс. Наиболее высокая степень интенсификации процесса достигается, когда одновременно с увеличением количества дутья имеется возможность уменьшить и относительный расход горючего.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем увеличения расхода дутья в единицу времени предполагает улучшение газодинамики процесса. Это может быть достигнуто повышением прочности агломерата, отсевом мелких фракций и улучшением однородности гранулометрического состава шихтовых материалов, повышением давления газов в рабочем пространстве печи, снижением относительного выхода шлака и улучшением его физических свойств.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем снижения относительного расхода кокса предполагает уменьшение тепловых затрат на процесс и применение заменителей кокса в роли теплоносителя и восстановителя.

Основными методами интенсификации доменного процесса являются:

• 1. совершенствование способов подготовки и улучшение качества сырых материалов;
• 2. высокотемпературный нагрев дутья;
• 3. увлажнение дутья;
• 4. обогащение дутья кислородом;
• 5. вдувание в горн углеводородосодержащих добавок;
• 6. комбинирование дутья;
• 7. повышение давления газов в рабочем пространстве доменной печи.

Наиболее важной по своему значению является подготовка сырья к плавке. Ни один из методов интенсификации доменного процесса, перечисленных в п. 2 — 7, не может дать максимального эффекта при плохом качестве сырья.

Впервые нагретое дутье в доменном производстве применили в 1829 г. Несмотря на сравнительно невысокий нагрев дутья (150° С), показатели работы печи значительно улучшились: относительный расход горючего уменьшился на 30 %, производительность печи возросла, появилась возможность увеличить количество дутья. При этом расход горючего на нагрев дутья был намного ниже полученной экономии. Впоследствии применение более нагретого дутья (350 — 400° С) на коксовых доменных печах позволило уменьшить относительный расход кокса на 25 — 35 %. В настоящее время дутье нагревают до 1100 — 1200° С и выше.

За всю историю существования доменного производства ни одно мероприятие не дало такого снижения расхода горючего, как применение нагретого дутья.

Естественная влажность воздуха колеблется в значительных пределах как в течении суток, так и по временам года. Колебания влажности дутья вызывают изменения в тепловом и температурном режиме горна и в ходе восстановления, что нередко приводит к расстройствам хода печи, ухудшая технико-экономические показатели.

Устранить колебания естественной влажности можно двумя способами: осушением дутья и увлажнением дутья в таких пределах, чтобы влажность его была несколько выше естественной, но постоянной во времени.

Обогащение дутья кислородом

При обогащении дутья кислородом изменяются следующие показатели:

• 1. Уменьшается расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода.
• 2. Уменьшается количество горнового газа на единицу сжигаемого у фурм углерода.
• 3. Повышается концентрация оксида углерода в горновом газе.
• 4. Значительно возрастает температура в зоне горения.

При обогащении дутья кислородом снижается перепад давления газов между горном и колошником вследствие уменьшения выхода горнового газа на единицу сжигаемого углерода и скорости движения газов в столбе шихтовых материалов.

Вдувание в горн природного газа и других добавок к дутью

При вдувании природного газа в количестве 70 — 90 м 3 на 1 т чугуна расход кокса уменьшается на 10 — 14 %. Экономия кокса при вдувании природного газа достигается за счет:

• 1. Увеличения непрямого и уменьшения прямого восстановления.
• 2. Замены части углерода кокса углерода природного газа.
• 3. Уменьшения прихода серы в печь, выхода шлака вследствие уменьшения расхода кокса, вызываемого первыми двумя факторами.

Комбинированным принято называть дутье, включающее добавки как в виде окислителей (кислород, пар), так и восстановителей (природный газ, коксовый газ, мазут пылеугольное топливо и др.). Наибольшее распространение получило сочетание обогащения дутья кислородом с вдуванием природного газа.

Основной положительный эффект при вдувании природного газа состоит в значительном сокращении расхода кокса, а при обогащении дутья кислородом — в увеличении производительности печи. Но достижение возможного эффекта при вдувании природного газа ограничивается его отрицательными сторонами — увеличением количества горнового газа с понижением температуры в горне, а достижение возможного эффекта обогащенного кислородом дутья ограничивается, наоборот, чрезмерным повышением температуры в горне.

Повышение давления газа

Идея работы доменной печи на повышенном давлении газов была выдвинута с целью улучшения восстановительной способности газов. Однако положительное действие повышенного давления проявляется не в улучшении восстановительной способности газов, а в улучшении газодинамического режима доменной печи, при котором возможно значительное повышение производительности и снижение расхода кокса. Повышение давления газа внутри доменной печи достигается путем пережима струи газа при помощи специального дроссельного устройства, установленного в газопроводе очищенного от пыли газа. Положительное действие повышенного давления газа заключается в том, что с увеличением давления уменьшается объем газа и его скорость, вследствие чего уменьшаются подъемная сила газа и перепад давления газа между горном и колошником. Это позволяет увеличивать массовое количество дутья, не превышая его критического объема.

Источник https://studopedia.ru/2_10628_pokazateli-raboti-domennih-pechey-metodi-intensifikatsii-protsessa-produktsiya-domennogo-proizvodstva.html

Источник https://studfile.net/preview/4193964/page:9/

Источник https://vuzlit.com/690929/metody_intensifikatsii_domennogo_protsessa