Основные пути снижения расхода кокса в современных условиях

      В настоящее время широкое применение нашли бесконусные загрузочные  устройства (БЗУ) лоткового типа. При этом лоток вращается не только по окружности печи, но может перемещаться и в радиальном направлении. Вращением лотка по окружности колошника на  определенном расстоянии от стен и соответствующим регулированием количества ссыпаемых материалов можно загружать шихту, примерно с таким же распределением, которое - дает конусный засыпной агрегат. Шихту можно также перемещать ближе к стенкам, в промежуточную или осевую зоны. Лотковый БЗУ представляет идеальные условия для работы по станциям, в том числе для исправления не только окружного, но и радиального потоков газа. Возможен также режим загрузки с одновременным поворотом и наклоном лотка. В этом случае получается достаточно равномерный слой материалов по радиусу печи. 

4. Использование высокого температурно-кислородного потенциала дутья.

     Впервые нагрев дутья в доменной плавке применили  в 1829 г. Первоначально дутье подогревали  лишь до 150°С. По мере развития конструкций  воздухонагревателей температура  дутья постепенно повышалась и в  настоящее время достигла 1350 °С. Повышение температуры дутья является одним из самых действенных факторов по снижению расхода кокса. С горячим дутьем в доменную печь поступает большое количество физического тепла. Это заменяет тепло, которое получают от сжигания кокса. Причем для создания такого количества тепла в горне доменной печи, которое вносится с воздухом, необходимо было бы получить тепла от сжигания топлива больше, чем вносится с дутьем, так как при сжигании топлива образуются газы, которые, уходя из доменной печи, уносят часть тепла. В то же время тепло дутья практически полностью используется на прямое восстановление элементов, перевод серы в шлак и нагрев чугуна и шлака. В свою очередь уменьшение расхода кокса снижает количество образующегося шлака благодаря уменьшению количества золы кокса и расхода флюса на ее ошлакование. Чем меньше количество шлака, тем меньше расход тепла на его образование и нагрев, на испарение влаги и ошлакование серы, так как их меньше вносится коксом.

     Ставится задача повысить температуру дутья до 1250— 1400°С, что потребует разработки новых конструкций воздухонагревателей и более стойких огнеупоров.

     С повышением содержания кислорода в  дутье увеличивается количество сжигаемого кокса и материалов, проплавляемых  в единицу времени, вместе с тем уменьшается количество тепла, выносимого с балластным азотом из горна печи. Температура в горне значительно повышается, улучшается отдача тепла от горновых газов шихте и газы приходят к колошнику печи более холодными. При обогащении дутья кислородом можно увеличить общее количество дутья, подаваемого в печь в единицу времени, что будет способствовать повышению производительности печи. Однако только обогащение дутья кислородом эффективно лишь при выплавке доменных ферросплавов, так как высокая температура в горне печи обеспечивает преимущественное развитие процессов прямого восстановления трудновосстановимых оксидов, что ограничивает повышение температуры в горне. Высокая газопроницаемость шихты благодаря более высокому расходу кокса при выплавке ферросплавов позволяет значительно форсировать ход печи.

     При выплавке передельных чугунов в  результате резкого повышения температуры  в горне проходимость газов через  слои шихты снижается. Кроме того, при температуре ~2000°С происходит интенсивная  возгонка монооксида кремния 510. Он конденсируется в зонах с более низкой температурой в виде тонкодисперсных частиц, уменьшающих газопроницаемость шихты. При повышении содержания кислорода в дутье на 2—3 % печь работает хуже. Повышение концентрации кислорода в дутье >23—24 % при выплавке передельного чугуна сопровождается замедлением плавки и подвисанием шихты. Для устранения этих нежелательных явлений и повышения производительности печи необходимо с дутьем вдувать добавки, понижающие температуру в горне. При этом возможно довести содержание кислорода в дутье до 35%- Такими добавками являются природный газ и мазут. 

5. Вдувание  дополнительных видов  топлива.

     Эффективным методом снижения расхода кокса является применение природного газа. Вдувание его в горн через фурмы вместе с нагретым дутьем получило наибольшее распространение. Природный газ состоит в основном из метана СН4 (>90 %). При попадании в зону высокой температуры метан разлагается по реакции СН4=С+ +2Н2. Углерод сгорает: 2С + 02=2СО и суммарная реакция сгорания природного газа может быть выражена уравнением 2СН4+02 = 2СО+4Н2. В результате этой реакции горновой газ обогащается восстановительными газами. При сжигании природного газа возрастает количество доменных газов.

     Наибольшая  доля в экономии кокса получается от увеличения косвенного восстановления благодаря повышению содержания водорода в горновых газах. Если при обычном дутье участие водорода в косвенном восстановлении составляет 7—9 %, то при вдувании природного газа оно возрастает до 25—30 %. Применение комбинированного дутья, состоящего из воздуха, обогащенного кислородом, и природного газа, решает проблемы, возникающие при использовании природного газа и кислорода по отдельности. Так, применение природного газа сопровождается увеличением количества горнового газа с понижением температуры в горне, а обогащение дутья кислородом ограничивается, наоборот, чрезмерным повышением температуры в горне. При этом объем горнового газа уменьшается. Совместное же применение этих двух интенсификаторов позволяет усилить положительный эффект каждого из них и взаимно компенсировать их недостатки. Однако необходимо строго регламентировать расход природного газа и кислорода с учетом других условий работы печи (качество сырья, нагрев и влажность дутья и т. п.). Для сохранения ровного форсированного хода печи на каждый кубический метр вдуваемого природного газа повышают расход кислорода на 1,6—2,0 м3< при этом расход дутья уменьшают на 1,5—1,8 %• Расход природного газа на дутье обогащенным кислородом до 30% составляет —150—200 м3/т чугуна.

     На  многих доменных печах через воздушные  фурмы при помощи форсунок с успехом  вдувают в печь мазут. Расход мазута составляет 60 кг/т чугуна. Это топливо  вызывает в доменном процессе те же изменения, что и природный газ. При горении мазута в печь вносится больше тепла, чем при горении природного газа, углерод мазута заменяет часть углерода кокса, водород усиливает косвенное восстановление оксидов. Использование мазута повышает производительность доменных печей на 2 % и снижает расход кокса на 10—12 %•

     Более перспективным методом является вдувание в печь каменноугольной пыли. Количество пыли, вводимой в печь, составляет 60—80 кг/т чугуна, что понижает расход кокса примерно на такое же количество. Вдувание угольной пыли требует разработки процессов ее подготовки: измельчения, осушения, транспортировки. Еще более эффективным средством снижения расхода кокса является совместное применение природного газа и угольной пыли. 

6. Повышение давления газов под  колошником.

     Для повышения давления газа в доменной печи используется специальное дроссельное устройство на газопроводе очищенного колошникового газа. Это позволяет увеличить количество воздуха, подаваемого в печь. Как известно, увеличение расхода дутья означает более форсированный ход доменной печи, более быстрое проплавление материалов, увеличение суточной выплавки чугуна. Расход кокса снижается потому, что улучшается использование газов в печи. При повышении давления объем газов уменьшается, снижается скорость их движения, что приводит к увеличению длительности пребывания газов в печи и уменьшению потерь напора — перепада давления при прохождении газа через столб шихты. До перехода на повышенное давление печи работали форсированно, скорость газов в печи была настолько велика, что при дальнейшем ее увеличении нарушалось плавное опускание столба сырых материалов, возникали расстройства хода печи.

     Повышение давления в печи можно иллюстрировать следующим примером: без повышенного  давления на колошнике давление газа составляло 11О кПа, при этом давление дутья у фурм составляло 230 кПа, т. е. перепад давления Др=120 кПа.

     При повышении давления газа под колошником печи до 250 кПа стало возможным  повысить давление дутья у фурм до 350 кПа, т. е. на 40 %, при этом перепад  давления даже уменьшился: Др= 350—250=100 кПа.

     Кроме повышения производительности печи и снижения расхода кокса, повышение давления способствует уменьшению выноса пыли вследствие снижения скорости газов на колошнике. В настоящее время новые печи работают с давлением газа на колошнике >250 кПа, что позволило повысить их производительность на 4—15 % и снизить расход кокса на 3—7 %, при этом вынос пыли уменьшился на 20—50 %• 
 

2.7.Автоматизация  доменного процесса. 

     Современная доменная печь является высокомеханизированным агрегатом. Управление многими процессами автоматизировано и осуществляется без вмешательства

     Для дальнейшей интенсификации процесса перспективным  методом является автоматизация  управления распределения материалов на колошнике. Вычислительная машина управляет  по программе работой вращающегося распределителя шихты.

     Дутье и природный газ автоматически  распределяются по фурмам, регулируется соотношение дутье — природный  газ. При совершенствовании распределения  дутья по окружности печи производительность печей увеличивается на 2—4 % и  расход кокса снижается на 1— 3 %•

     Недостатком систем распределения дутья по фурмам является низкая стойкость дроссельных  клапанов, которые при температуре  дутья 1200 °С требует замены через  два—три месяца работы. Необходимо изыскивать более жаропрочные материалы  для конструкции клапанов. В настоящее время можно ставить задачу комплексной автоматизации всего доменного процесса; применение ЭВМ позволит управлять также и тепловым режимом печей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Литература 

1. Ефименко  Г.Г., Гиммельфарб  А.А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна.: - К: Вища шк., 1988.- 351 с.
2. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса: 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Металлургия, 1990.- 216 с.
3. Тарасов В.П. Изменение порозности слоя шихтовых материалов при их загрузке с конуса // Сталь.- 1979.- № 7.- С. 486-489.
4. Тайхерт Э., Гупта В., Герман В. Работа доменной печи на сортированном агломерате // Черные металлы.- 1974.- № 25, 26.- С. 44-48.
5. Пути получения окатышей, не разрушающихся в процессе восстановительно-тепловой обработки / Некрасов З.И., Дроздов Г.М., Гладков Н.А. и др. // Сталь.- 1975.- № 10,- С, 876-881.
6. Похвиснев А.Н., Клемперт В.М. О минимальном расходе кокса в доменной печи по условиям газодинамики процесса // Сталь.- 1969.- № 12.- С. 1077-1079.
7. Довгаль А.М, Шумилов К.А. Исследование структуры среды в прифурменной зоне доменной печи // Автоматизация доменного производства.- Киев, 1971.- С. 23-26.
8. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса.- М.: Металлургия.- 1982.- 224 с.
9. Бабарыкин Н.Н. Влияние восстановительных процессов на теплообмен в доменной печи. // Сталь.- 1981.-  3.- С. 5-9.
10. Дунаев Н.Е., Кудрявцева 3.M, Кузнецов Ю.М. Вдувание пылевидных материалов в доменные печи.- М.: Металлургия, 1977.- 208 с.
11. Логинов В.И., Глущенко И.М., Бехтер Е.И. /Повышение эффективности использования кокса в народном хозяйстве// Логинов В.И.-М.: Металлургия.-1986.-160с.
12. Тарасов В.П. К вопросу радиального распределения материалов и газов в доменной печи // Сталь. – 2003. – № 6 – с. 31-35.
13. Теория и технология доменной плавки/Тарасов В.П., Тарасов П.В. – М.: «Интернет инжиниринг», 2006.