Способ управления доменной плавкой

 

Целью изобретения является повышение эффективности сжигания вдуваемого топлива, стабилизация теплового состояния и хода доменной печи, сокращение расхода кокса на выплавку чугуна. Для достижения цели при вдувании в доменную печь обогащенного кислородом дутья и газовой смеси, содержащей окислительные и восстановительные компоненты, и регулировании состава и температуры чугуна изменением параметров газовой смеси в качестве такой смеси применяют смесь природного газа, кислорода, а также коксового газа, и/или водяного пара, и/или отходящих газов металлургических печей при следующем соотношении компонентовя, %: природный газ 5 - 95, кислород 5 - 40, коксовый газ 0 - 90, водяной пар 0 - 20, отходящие газы металлургических печей 0 - 50. Для регулирования температуры чугуна и содержания кремния в нем, при этом изменяют расход вдуваемой газовой смеси, а для изменения расхода газовой смеси изменяют расход природного газа и/или коксового газа, либо расход водяного пара и/или отходящих газов металлургических печей. В первом случае для повышения содержания кремния в чугуне расход газовой смеси увеличивают, а для понижения - уменьшают, а во втором случае - наоборот. При выплавке ванадийсодержащих чугунов из титаномагнетитового железорудного сырья контролируют содержание титана в чугуне и изменяют расход газовой смеси на 0,5 - 1,2% на каждые 0,01 % отклонения содержания титана от оптимальных пределов, определенных опытным путем. 3 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна с вдуванием в воздушные фурмы газообразных реагентов.

Известен способ доменной плавки с подачей в воздушные фурмы смеси природного газа и кислорода, концентрация кислорода в которой регламентируется в зависимости от скорости истечения газокислородной смеси в поток дутья. Способ не предусматривает возможности вдувания в печь других газовых топлив, а также использования для их окисления других окислителей, кроме кислорода, которые также позволяют обеспечить полноту сжигания вдуваемого топлива. Не предусмотрено в этом способе и регулирование состава чугуна с использованием вдуваемой смеси.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ управления доменной плавкой, включающий загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, вдувание обогащенного кислородом дутья и газовой смеси, содержащей восстановительные и окислительные компоненты, выплавку чугуна с содержанием кремния до 2%, регулирование температуры и состава чугуна изменением параметров газовой смеси, в частности ее состава. Недостатком способа является то, что в качестве газовой смеси используется продукт неполного сжигания топлива - горячий восстановительный газ, содержащий СО, Н₂, СО₂ и Н₂О. Получение такой смеси требует применения специальных агрегатов. Способ не учитывает также особенностей регулирования нагрева горна при выплавке ванадийсодержащих чугунов из титаномагнетитовых железорудных материалов.

Целью изобретения является повышение качества чугуна, производительности доменной печи и снижение расхода кокса. Указанная цель достигается тем, что в известном способе управления доменной плавкой, включающем загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, вдувание обогащенного кислородом дутья и газовой смеси, содержащей восстановительные и окислительные компоненты, выплавку чугуна с содержанием кремния до 2%, регулирование температуры и состава чугуна изменением параметров газовой смеси, в качестве газовой смеси вдувают смесь природного газа, кислорода, а также коксового газа, и/или водяного пара, и/или отходящих газов металлургических агрегатов при следующем соотношении компонентов, %: природный газ 5-95, кислород 5-40, коксовый газ 0-90, водяной пар 0-20, отходящие газы металлургических агрегатов 0-50, а регулирование температуры чугуна и содержания кремния в чугуне производят изменением расхода газовой смеси.

Указанная цель достигается также тем, что для изменения расхода газовой смеси изменяют либо расход природного газа и/или коксового газа, либо расход водяного пара и/или отходящих газов металлургических агрегатов, причем в первом случае для увеличения содержания кремния в чугуне расход газовой смеси увеличивают, а во втором случае - уменьшают, а для уменьшения содержания кремния в чугуне - наоборот.

При выплавке ванадийсодержащего чугуна из титано-магнетитовых железорудных материалов цель изобретения достигается также тем, что контролируют содержание титана в чугуне, определяют пределы этого содержания, отвечающие при данных условиях работы печи требуемому качеству чугуна и максимальным технико-экономическим показателям работы печи, и изменяют расход газовой смеси на 0,6-1,2% на каждые 0,01% отклонения содержания титана от определенных пределов.

Нижние пределы содержания компонентов в газовой смеси определены условиями дозирования и эффективного участия компонентов в смеси, либо отвечают случаям их отсутствия в смеси.

Верхний предел содержания кислорода (40%) в смеси определен по условию обеспечения полного окисления природного газа с повышенным содержанием тяжелых углеводородов, а также из условия взрывобезопасности смеси.

Предельная концентрация водяного пара (30%) определена из условия обеспечения положительного теплового эффекта от сгорания газовой смеси в доменной печи. Превышение этой концентрации будет увеличивать расход кокса с увеличением расхода вдуваемой смеси.

Предельная концентрация отходящих газов металлургических агрегатов в смеси определена для случая отходящих газов агломерационных машин. Данные газы имеют минимальную концентрацию СО₂ по сравнению с отходящими газами других металлургических агрегатов (доменные печи, нагревательные печи). Превышение концентрации отходящих газов в газовой смеси более 50% сопровождается ростом расхода кокса при сжигании данной смеси в печи.

Использование для регулирования температуры чугуна и содержания в нем кремния и других трудновосстановимых элементов расхода вдуваемой газовой смеси позволяет гибко и быстро реагировать на высокочастотные изменения нагрева и состава чугуна при сохранении полноты сжигания вдуваемого топлива. Изменение расхода газовой смеси путем изменения либо расхода природного газа и/или коксового газа, либо расхода водяного пара и/или отходящих газов металлургических печей и агрегатов существенно упрощает реализацию системы регулирования и повышает ее надежность.

При выплавке ванадийсодержащего чугуна из титаномагнетитовых железорудных материалов содержание титана является более информативным критерием для регулирования нагрева горна по сравнению с другими. Повышение содержания титана в чугуне выше определенного предела, зависящего от условий работы печи (состав и выход шлака, температура дутья и содержание кислорода в нем, давление газа на колошнике и др.), приводит к образованию карбидов и карбонитридов титана и образованию "гренали" в шлаке, затрудняющей отработку продуктов плавки. Это вызывает перерасход кокса и снижение производительности печи. При снижении нагрева горна и содержания титана в чугуне ниже оптимального наблюдается снижение содержания ванадия в чугуне, что ухудшает его потребительские свойства.

Пределы изменения расхода газовой смеси на каждые 0,01% отклонения содержания титана от определенных для конкретных условий плавки оптимальных пределов содержания титана в чугуне найдены путем математической обработки результатов работы доменных печей, выплавляющих ванадийсодержащий чугун из титаномагнетитовых железорудных материалов.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами, полученными в результате компьютерного эксперимента, а также на работающей печи.

П р и м е р 1. Доменная печь выплавляла предельный чугун с содержанием кремния в пределах 0,5-0,8%. Железорудная шихта состояла из 40% окатышей и 60% агломерата. В печь вдували дутья, содержащее 25% кислорода, при температуре 1150^оС, а также природный газ. Затем вместо природного газа стали вдувать газовую смесь, содержащую, %: 82 природного газа, 15 кислорода и 3 водяного пара. При отклонении содержания кремния в чугуне от указанных пределов расход газовой смеси изменяли на 3,5-5% на каждые 0,1% изменения содержания кремния в чугуне. Расход газовой смеси изменяли либо путем изменения расхода природного газа, либо путем изменения расхода пара. В первом случае для повышения содержания кремния в чугуне расход природного газа увеличивали, во втором - уменьшали расход пара, а для снижения содержания кремния в чугуне выполняли обратные действия.

По сравнению с вдуванием природного газа вдувание газовой смеси привело к снижению расхода кокса на 2 кг/т чугуна за счет более полного использования природного газа в печи. Регулирование содержания кремния изменением расхода газовой смеси привело к снижению среднеквадратичного отклонения содержания кремния в чугуне на 0,02-0,05% и позволило уменьшить расход кокса дополнительно еще на 2,5 кг/т за счет снижения среднего содержания кремния в чугуне.

П р и м е р 2. При выплавке передельного чугуна из шихты, содержащей 65% агломерата и 35% окатышей, с применением донецкого кокса в печь вдували дутье, обогащенное кислородом до 26% , и газовую смесь, содержащую, %: природного газа 15, коксового газа 75, кислорода 10. При отклонении содержания кремния в чугуне от заданных пределов (0,7-0,9%) расход вдуваемой смеси изменяли на 3,5-5,0% на каждые 0,1% отклонения кремния, причем для повышения содержания кремния расход смеси увеличивали, а для снижения - уменьшали. Изменения расхода газовой смеси производили путем изменения расхода коксового газа.

За счет снижения колебаний содержания кремния в чугуне при регулировании и за счет увеличения полноты сжигания коксового и природного газов при их вдувании в смеси с кислородом расхода кокса уменьшился на 4 кг/т чугуна.

П р и м е р 3. При выплавке передельного чугуна из агломерата с применением донецкого кокса в печь вдували обогащенное кислородом до 27% дутье и газовую смесь, содержащую, %: 60 природного газа, 8 кислорода и 32 доменного газа. Содержание кремния в чугуне регулировали, изменяя расход вдуваемой газовой смеси на 3,5-5,0% на каждые 0,1% отклонения содержания кремния в чугуне от заданных пределов (0,6-0,8%). Расход газовой смеси изменяли путем изменения расхода доменного газа, который для повышения содержания кремния в чугуне уменьшали и наоборот.

Применение газовой смеси и регулирование содержания кремния в чугуне изменением ее расхода привело к снижению расхода кокса на 18 кг/т чугуна за счет стабилизации нагрева печи и увеличения расхода природного газа на 20 м³/т чугуна. Производительность печи увеличилась на 1,7%.

П р и м е р 4. При выплавке ванадиевого чугуна из титаномагнетитового железорудного материала (агломерат и окатыши) вдували дутье с температурой 1160^оС, содержащее 23,5% кислорода, а газовую смесь, содержащую, %: 85 природного газа и 15 кислорода. Основность шлака составляла 1,09-1,12 при содержании железа в шихте 57-58%. Для данных условий плавки оптимальным содержанием титана в чугуне определено содержание его в пределах 0,26-0,28%. При отклонении содержания титана от указанных пределов расход газовой смеси изменяли на 0,5-1,2% на каждые 0,01% отклонения содержания титана.

При вдувании газовой смеси расход природного газа в печь увеличили на 25 м³/т (по сравнению с вдуванием только природного газа). Содержание ванадия в чугуне увеличилось на 0,02%, среднеквадратичное отклонение содержания титана уменьшилось на 0,0035%, расход кокса снизился на 21 кг/т чугуна, производительность печи выросла на 1,4%.

Таким образом, применение изобретения позволяет повысить эффективность использования дополнительного топлива, вдуваемого в воздушные фурмы доменной печи, за счет его смешивания с окислительными компонентами, увеличить его расход на 1 т чугуна и снизить расход кокса. Применение газовой смеси для регулирования нагрева горна стабилизирует состав чугуна и позволяет уменьшить тепловой резерв в печи, снизить расход кокса и увеличить производительность печи при повышении качества выплавляемого чугуна.

Формула изобретения

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКОЙ, включающий загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, вдувание обогащенного кислородом дутья и газовой смеси, содержащей восстановительные и окислительные компоненты, выплавку чугуна с содержанием кремния до 2,0%, регулирование температуры и состава чугуна изменением параметров газовой смеси, отличающийся тем, что в качестве газовой смеси вдувают смесь природного газа, кислорода, а также коксового газа, и/или водяного пара, и/или отходящих газов металлургических агрегатов при следующем соотношении компонентов,%: природный газ 5 - 95, кислород 5 - 40, коксовый газ 0 - 90, водяной пар 0 - 20, отходящие газы металлургических агрегатов 0 - 50, а регулирование температуры чугуна и содержания кремния в нем производят изменением расхода газовой смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение расхода газовой смеси производят изменением расхода природного газа и/или коксового газа, причем для повышения содержания кремния в чугуне и его температуры расход газовой смеси увеличивают, а для понижения уменьшают.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение расхода газовой смеси производят изменением расхода водяного пара и/или отходящих газов металлургических агрегатов, причем для повышения содержания кремния в чугуне и его температуры расход газовой смеси уменьшают, а для понижения увеличивают.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что при выплавке ванадиевого чугуна из титаномагнетитовых железорудных материалов контролируют содержание титана в чугуне, определяют пределы этого содержания, отвечающие максимальным технико-экономическим показателям работы доменной печи и требуемому качеству чугуна, и изменяют расход газовой смеси на 0,5 - 1,2% на каждые 0,01% отклонения содержания титана в чугуне от определенных пределов.