Способ отопления мартеновской печи

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при выплавке стали в мартеновских печах. С целью снижения затрат топлива на единицу продукции, а та1кже уменьшения количества вредных примесей, выбрасываемых в атмосферу, предложено регулировать соотношение топлива и окислителя в разные периоды плавки. В периоды заправки, завалки и прогрева коэффициент расхода окислителя поддерживают в пределах 0,8-0,98, в остальные периоды 0,95- 1,05. Сочетание указанных приемов с дожиганием оставшегося СО дымового газа при / 1,05-1,2 и Т 1800- 2200 К в вертикальном канале значительно снижает энергоемкость процесса , препятствует выбросу СО в атмосферу. Ф (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4016012/23-02 (22) 13.12.85 (46) 07.01.88. Вюл. У 1 (72) В.С.Авдуевский, Н.А.Гуров, Г.З.Гизатулин, Э.Я.Исмаилов и А.И.Папуша (53) 669.184.23 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1062475, кл. Р 23 Ы 1/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

9 918690, кл. F 23 N 1/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1229521, кл. F 23 N 1/02, 1984. (54) СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ МАРТЕНОВСК013

ПЕЧИ (57) Изобретение относится к области черной металлургии и может быть ис„„SU„„1364639 А1 (51)4 С 21 С 5/04 F 23 N 1 02 пользовано при выплавке стали в мартеновских печах. С целью снижения затрат топлива на .единицу продукции, а также уменьшения количества вредных примесей, выбрасываемых в атмосферу, предложено регулировать соотношение топлива и окислителя в разные периоды плавки. В периоды заправки, завалки и прогрева коэффициент расхода окислителя поддерживают в пределах

0,8-0,98, в остальные периоды 0,951,05. Сочетание указанных приемов с дожиганием оставшегося CO дымового газа при с(= 1,05-1,2 и Т = 18002200 К в вертикальном канале значительно снижает энергоемкость процесса, препятствует выбросу СО в атмосферу.

1364639 2

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к оптимизации теплотехнического режима мартеновской печи.

Цель изобретения — снижение затрат топлива на единицу продукции и уменьшение вредных выбросов.

При современном уровне производства и темпах его развития режимы ведения выплавки стали в мартеновской печи должны удовлетворять также требованиям минимальных выбросов вредных веществ в окружающую среду. А поскольку в настоящее время отсутствуют промышленные методы и средства улавливания газовых выбросов мартеновского производства и разработка этих средств связана с большими трудностями, уменьшения вредных выбросов можно достичь пока единственно их подавлением в ходе технологического процесса.

Мартеновское производство стали является циклическим с повторяющейся последовательностью периодов, которые можно условно подразделить на периоды теплотехнические и технологические. Каждый период характеризуется своими особенностями, выполняемьп и задачами и, соответственно, своей совокупностью технологических приемов, контролируемых и регулируемых параметров и управляющих воздействий.

Плавка делится на следующие основные периоды: заправку, завалку, прогрев, заливку чугуна, плавление, доводку и выпуск плавки.

Периоды заправки и выпуска плавки характеризуются сравнительно высокой тепловой нагрузкой печи и относительно небольшим теплоотводом от факела, т.е. теплотехнические условия в печи близки к адиабатическим. В эти периоды наблюдаются максимальные концентрации NO в дымовых газах. В эти периоды технологические воздействия направлены на сокращение времени и сведение тепловой нагрузки до минимума.

В периоды завалки и прогрева теплоотвод от факела резко увеличивается, тепловая нагрузка в печи максимальная. В эти периоды дутье обогащается кислородом, что повышает температуру горения и, соответственно, увеличивает образование, окислов азота. Управление теплотехническим процессом в период завалки и прогрева

55 состоит в обеспечении интенсивного нагрева и теплоусвоения шихты, т.е. добиваются таких условий, чтобы при максимальной тепловой нагрузке наибольшая часть тепла переходила в шихту, что способствует сокращению длительности этих периодов.

Период заливки чугуна характеризуется бурным газовыделением из ванны и перемешиванием масс металла. В атмосферу печи поступает значительное количество СО, сжиганием которого можно обеспечить дополнительный, н II побочный приход тепла и исключить создание взрывоопасных смесей в газоходах печи.

Задача периода плавления состоит в дальнейшем нагреве шихты, а также получении по расплавлении шихты металла с необходимыми для осуществления технологических задач доводки составом и степенью нагрева. Период характеризуется фазовыми превращениями, комплексом сложных термохимических реакций, большими возмущениями, нестационарностью протекаемых во всем объеме печи процессов, Управление в этот период плавки состоит в интенсивном нагреве ванны, удалении примесей, в обеспечении полного сжигания в пределах рабочего пространства печи топлива и выделяющейся из ванны окиси углерода. В этот период кислород подается в расплавленный металл, влияя на.горение топлива в факеле косвенным образом, в основном за счет выделения СО из ванны.

Период доводки является самым ответственным в плавке, поскольку его правильным режимом определяется качество готовой стали. Технологическая задача в этот период заключается в синхронизации удаления избытка примесей из металла и его нагрев до температуры, обеспечивающей нормальную разливку стали.

Таким образом, на всем протяжении мартеновской плавки необходимо поддерживать оптимальный тепловой и окислительный режим с учетом множества физико-химических факторов существенно нестационарного характера..

При мартеновском производстве стали основными факторами являются нагрев ванны от факела и окисление углерода, так как они оказывают исключительно важное влияние на развитие технологического процесса плавки, протекание

1364639 сопутствующих нагреву и окислению углерода процессов — расплавление, выгорание углерода из железа, выравни— вание по ходу плавки состава металла

5 и его дегазацию, удаление неметалли— ческих включений, нагрев металла и другие, а также на свойства готового металла.

Способ реализуется следующим обра- 10 зом.

В допродувочные периоды плавки, которые включают заправку печи, завалку шихты и ее прогрев, соотношение горючее — окислитель поддерживают 15 в диапазоне с = 0,8 — 0,98, причем чем выше температура вентиляторного воздуха или чем больше подается кислорода в факел, тем меньше значение с( поддерживается . При с < О, 8 и a > О, 98 температура факела существенно уменьшается и, следовательно, резко понижается лучистый поток от факела. Для существующих 900- и 650-.тонных мартеновских печей, работающих на природ- 25 ном газе, оптимальное значение коэффициента избытка окислителя c(близко к 0,9. Сжигание горючего в предлагаемом диапазоне коэффициента избытка окислителя с = 0,8-0,98 позволяет под-30 держивать максимальную равновесную температуру в факеле, которая находится в пределах 2550-2650 К, с учетом же отвода тепла от факела Т вЂ” 2200-2400 К а так как около 90

Э

35 тепла в ванне передается лучистым теплообменом, с увеличением температуры факела существеино увеличивается подвод тепла к ванне, т.е. создаются такие условия, когда наибольшая часть 4<> тепла переходит в шихту. При этом за счет поддержания в указанных пределах коэффициента избытка окислителя повышается в среднем на 80 С температура о греющего факела, что увеличивает теп- 45 ловой поток к ванне íà 100150 ккал/м .ч. Такое увеличение теплового потока убыстряет нагрев шихты и, следовательно, сокрацает период прогрева в среднем на 15-20 мин, что позволяет сократить расход природного газа на 1500-2000 нм за одну плавку. Кроме температуры, на лучистую способность факела влияет его состав.

Лучистая способность факела увеличивается за счет увеличения концентрации трех атомных молекул и сажи, так как с увеличением их концентрации увеличивается степень черноты факела.

В выбранном диапазоне с этих составляюцих в факеле на 5-20 больше, чем при (= l.

Помимо улучшения энергетических характеристик, сжигание горючего в рабочем пространстве печи при с =

0,8-0,98 обеспечивает снижение содержания NO в дымовом газе примерно в 2 раза по сравнению с ее содержанием при сжигании горючего с Ы = l 22,2, при котором ведут сжигание в мартеновской печи.

Дополнительно к улучшению тепловых характеристик и сокращению выбросов

NO x çà счет сжигания топлива при

n c 1 и, следовательно, создания в рабочем пространстве печи восстановительной атмосферы резко сокращается окисление шихты, особенно при использовании мелкого металлолома, что позволяет сократить потери металла до

1-2 т за одну плавку и снизить выбросы пыли, В продувочные периоды плавки, которые включают заливку чугуна, плавление, доводку и выпуск стали, соотношение горючее — окислитель поддерживает в диапазоне = 0,95-1,05 с учетом выделяющееся из ванны окиси углерода. Увеличение суммарного a в продувочные периоды по сравнению с допродувочными необходимо, чтобы предотвратить образование водорода в атмосфере печи, который, как известно, снижает качество стали. При

o(< 0,95 в атмосфере содержится значительное количество водорода (г +я

) 1 об. ), а при d 1,05 заметно снижается температура греющего факела. Для суцествуюцих 900- и 650-тонных мартеновских печей, работающих на природном газе, оптимальное значение коэффициента избытка окислителя в продувочные периоды близко к

0,96. Сжигание топлива в укаэанном диапазоне избытка окислителя позволяет сократить длительность продувочных периодов (плавление и доводку ) по сравнению с существующей технологией в среднем на 30-60 мин, что должно обеспечить экономию природного газа на 1500-3000 нм за период одной плавки.

Продукты неполного сгорания, образующегося в факеле при сжигании горючего с a(i 1, дожигают в вертикальном канале печи при = 1,05-1,2 и Т =

4639

136

Зо !

1800-2200 К, дпя чего вводят окислитель и воду. Указанный температурный диапазон выбран с целью создания условий, при которых окислы азота не образуются ° Дожигание обеспечивает предотвращение выброса таких вредных веществ, как СО, сажа и других продуктов неполного сгорания.

Пример. Процесс выплавки стали в 650-тонной мартеновской печи. В предлагаемой технологии в продувочные периоды, как и при известной технологии, тепловую нагрузку в печи поддерживают на уровне 50-60 млн ккал/ч, однако коэффициент избытка окислителя поддерживают Ы = 0,9. Для этого сжигается 6000 нм /ч природного газа и 1500 кг/ч мазута, а чтобы обеспечить ь = О, 9 подают

2000 нм /ч кислорода в факеле и

65 тыс. нм /ч вентиляторного воздуха, нагретого до 1100-1400 К.

В этом случае теоретическая температура в факеле достигает 2650 К, что позволяет сократить период прогрева на 20 мин, а расход природного ra— за на :2000 нм за одну плавку. 3

При поддержании той же тепловой нагрузки в печи и обеспечении

= 0,8 расходуется то же количество топлива; 1780 нм ° ч кислорода и 3 э 58 тыс. нм /ч вентиляторного возду- ха, а при обеспечении d= 0,98 расходуется 2180 нм /ч кислорода и

3 / 70 тыс. нм /ч вентиляторного воздух ха. В этих случаях теоретическая температура в факеле достигает 2610 К,, что позволяет сократить период прогрева на 15 мин, а расход природного газа на 1500 им /ч за одну плавку.

Осуществление процесса сжигания с

Ы < 0,8 и а 7 0,98 приводит к существенному уменьшению температуры греющего факела и, следовательно, к увеличению длительности периода прогрева..Кроме того, при e((0,8 в продуктах сгорания содержится повышенное количество продуктов сгорания, что осложняет их дожигание за рабочим пространством печи, Помимо того, при с() 0,98 в дымовом газе резко увеличивается содержание окислов азота (в . 2 раза).

В продувочные периоды тепловую нагрузку, как и при известной технологии, снижают до 30-40 млн ккал/ч, однако коэффициент избытка окислителя поддерживают Ы= 0,96. Для этого

6 сжигают в среднем 3000 им /ч природного газа и 600 кг/ч мазута, а чтобы обеспечить a = =О, 96 подают 80009000 нм /ч кислорода в ванну и от

30 до 80 тыс. нм /ч вентиляторного воздуха. Необходимо отметить, что д = — 0,96 определяется с учетом выделяющейся из ванны окиси углерода, поэтому дан более широкий диапазон расходов вентиляторного воздуха и кислорода в ванну. В этом случае теоретическая температура в факеле достигает

2620 К, что позволяет сократить продувочные периоды на 30-60 мин, а расход природного газа на 1500-3000 нм за одну плавку.

При поддержании той же тепловой нагрузки в печи и обеспечении

0,95 расходуется то же количество топлива, кислорода и 25-70 тыс. нм /ч 3 вентиляторного воздуха, а при — 1,05 расходуется 35-90 тыс. нм /ч вентиляторного воздуха. В этих случаях теоретическая температура в факеле достигает 2630-2580 К соответственно.

Сокращение длительности продувочных периодов лежит примерно в том же диапазоне, что и при с = 0,96.

Осуществление пр оцес са сжигания с

М < 0,95 приводит к недопустимому в продувочные периоды содержанию водорода в атмосфере печи, а сжигание с

a > 1,05 к существенному снижению температуры факела и существенному увеличению содержания NO в дымовом факеле.

Таким образом, выбраны диапазоны коэффициентов избытка окислителя Ы, существенно отличающиеся от а(в известном способе и обеспечивающие сокращение расхода топлива с одновременным сокращением выбросов вредных веществ.

Остановимся более подробно на том, как обеспечивается d = 0,9 в допродувочные и Ы = 0,96 в продувочные периоды. В связи с тем, что в любой период плавки в мартеновской печи могут быть неуправляемые возмущения, которые изменяют в ту или иную сторону, наиболее рационально поддержание соотношения топлива — окислитель измерением продуктов неполного сгорания на выходе из рабочего пространства печи, например, прибором ГИАМ-5 и корректировкой соотношения топливо окислитель по замеренной величине.

1364639

1

ВНИИПИ Заказ 6541/20 Тираж 544 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Забор пробы наиболее рационально осуществлять на расстоянии 1 м от горелочного устройства по ходу горячего газа в вертикальном канале. К

5 числу неуправляемых возмущений относятся подсос воздуха через смотровое окна и другие негерметичности печи, выделение СО из ванны и т.п. При бурном выделении СО из ванны может про- 10 исходить резкое уменьшение коэффициента избытка окислителя ниже <. 0,8, поэтому для автоматического поддержания заданного коэффициента избытка окислителя необходимо задействовать сигнал от прибора IMAM-5 на управление подачей топлива и подачей вентиляторного воздуха в рабочее пространство печи. Кроме того, от прибора

ГИАИ-5 должен поступать сигнал на уп- 20 равление подачей окислителя (воздух или кислород ) в вертикальный канал печи для дожигания продуктов неполного сгорания. Дожигание осуществляет при Ы = 1,05-1,2, причем для под- 25 держания Т =- 2000 К до 3000 кг/ч воды и 10-30 тыс. нм /ч воздуха.

При дожигании с d <1,05 в дымовом газе содержится значительное количество продуктов неполного сгорания, а З0 при о ) 1,2 существенно снижается температура дожигания, что также не обеспечивает требуемого снижения продуктов неполного сгорания.

Дожигание при Т > 2200 вызывает за35 метное образование окислов азота, а при Т (1800 К не обеспечивает требуемого теплового режима печи.

Для обоснования основных технологических параметров, предлагаемых в техническом решении, проведены теоретические исследования процессов сжигания природного газа и мазута в нагретом воздухе и промьппленные исследования на 650-тонной мартеновской печи. На печи Р 3 осуществлялось ручное управление тепловым и окислительным режимом плавки, при этом полученные результаты подтвердили рациональность предлагаемых режимов, Чтобы осуществить способ на действующих мартеновских печах в автоматическом режиме необходима несущественная доработка системы автоматического регулирования тепловым режимом печи, установка узлов ввода воздуха и воды в вертикальном канале. Для автоматического поддержания соотношения. горючее — окислитель с учетом возмущений в рабочем пространстве печи, например, при произвольном выделении СО иэ ванны в продувочные периоды необходимо установить датчик продуктов неполного сгорания и задействовать сигнал от него на управление подачей топлива. В качестве датчика может быть использован прибор ГИАМ-5. Таким образом, предлагаемый способ можно внедрить на действующих мартеновских печах при незначительных доработках систем управления и вертикального канала.

Реализация технического решения дает следующие преимущества по сравнению с известными: значительно снизится расход топлива на единицу продукции за счет сжигания его в оптимальном диапазоне коэффициента избытка окислителя; одновременно уменьшится содержание в дымовом газе таких вредных веществ как БО и СО.

Формула изобретения

Способ отопления мартеновской печи, включающий подачу топлива и окислителя в факел в периоды заправки, завалки и прогрева, измерение их расходов и регулирование соотношения топлива и окислителя, продувку ванны кислородом, измерение содержания продуктов неполного сгорания и дожигание отходящих газов введением окислителя и воды за рабочим пространством печи, отличающий с я reM, что, с целью снижения затрат топлива на единицу продукции и уменьшения вредных выбросов, топливо и окислитель подают в периоды заправки и завалки и прогрева с коэффициентом расхода окислителя Ы= 0,8-0,98, а в осталь-. ные периоды плавки — при = 0 951,05, а дожигание продуктов неполного сгорания производят в вертикальном . канале при. о = 1,05-1,2 и температуре

1800-2200К.