Способ выплавки чугуна в доменной печи

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах с использованием в качестве дополнительного топлива специально подготовленного жидкого топлива. Сущность изобретения: жидкое топливо готовят из углеродсодержащего материала, содержащего не менее 45% свободного углерода, и жидкости, содержание которой в топливе поддерживают в пределах 30 - 70%, в том числе не менее 10% воды. В качестве жидкости используют воду или смеси ее с углеводородными продуктами или промышленные сточные воды, загрязненные углеводородами. В качестве углеродсодержащего материала используют различные угли, промышленные отходы пластмасс и другие углеродсодержащие вещества. При вдувании подготовленного жидкого топлива в горн доменной печи дополнительно подают кислород, обогащая им дутье и/или вдувая его в воздушные фурмы вместе с жидким топливом в количестве 0,7 - 2,2 м³ на каждый кг воды жидкого топлива, при этом при вдувании жидкого топлива температуру дутья повышают на 4 - 5^oC на каждый кг воды, поступающей в печь с топливом, в расчете на 1 тонну чугуна. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для уменьшения расхода кокса при выплавке чугуна в доменных печах.

Известен способ выплавки чугуна в доменных печах, включающий загрузку шихтовых материалов и кокса в печь, вдувание в горн печи горячего дутья, обогащенного кислородом, подготовку пылеугольного топлива и его вдувание в горн с целью уменьшения расхода кокса на выплавку чугуна.

Недостатком известного способа является сложная схема подготовки пылеугольного топлива, реализация которой требует высоких капитальных и эксплуатационных затрат, а также принятия специальных дорогостоящих мер для поддержания системы подготовки пылеугольного топлива во взрыво- и пожаробезопасном состоянии.

Указанные недостатки устраняются в известном способе выплавки чугуна в доменной печи, включающем загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, вдувании в горн кислородсодержащего дутья, подготовку жидкого топлива из углеродсодержащего материала и воды и вдувание в горн подготовленного жидкого топлива.

Данный способ предусматривает вдувание жидкого топлива через специальные фурмы, что сильно усложняет систему подачи жидкого топлива в горн печи и не обеспечивает полноты сгорания топлива в горне. Этот способ не предусматривает какой-либо регламентации температурных условий в горне печи, что является необходимым в случае вдувания в горн реагентов, содержащих воду.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемым результатам к изобретению является известный способ выплавки чугуна в доменной печи, включающий загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, вдувание в горн кислородсодержащего горячего дутья, подготовку жидкого топлива углеродсодержащего материала и жидкости, использование в качестве углеродсодержащего материала различных углей и других углеродсодержащих веществ, использование в качестве жидкости воды или ее смеси с углеводородными продуктами, вдувание подготовительного жидкого топлива в горн доменной печи через воздушные фурмы, регулирование температуры фурменных газов при вдувании жидкого топлива подачей в горн дополнительного кислорода и/или повышения температуры горячего дутья. Недостатком данного известного способа, взятого за прототип, является то, что он не регламентирует содержание углерода в жидком топливе, ограничиваясь лишь указанием максимального содержания твердой фазы в нем. Рекомендации по регулированию температуры фурменных газов в этом способе не учитывают восстановительной работы водорода, образующегося из воды вдуваемого топлива. Указанные недостатки снижают эффективность применения жидкого топлива по данному способу и могут даже привести к негативным эффектам. Известно, что содержание свободного углерода в различных углях варьирует в широких пределах (от 40 до 90%). Известно, также, что углерод в углях присутствует как и свободном состоянии, так и в виде оксидов (CO и CO2). При сгорании в фурменной зоне угля выделяет тепло только свободный углерод, а углерод оксидов не окисляется и тепла не выделяет.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков известных способов выплавки чугуна в доменной печи и уменьшение расхода кокса на выплавку чугуна за счет частичной замены его вдуваемым топливом.

Указанная цель достигается тем, что в способе выплавки чугуна в доменной печи, включающем загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, вдувание горячего кислородсодержащего дутья, подготовку жидкого топлива из углеродсодержащего материала и жидкости, использован в качестве углеродсодержащего материала различных углей и других углеродсодержащих веществ, вдувание подготовленного жидкого топлива в горн доменной печи через воздушные фурмы, регулирование температуры фурменных газов при вдувании жидкого топлива подачей в горн дополнительного кислорода и/или повышением температуры дутья, для подготовки жидкого топлива используют углеродсодержащий материал, содержащий не менее 45% свободного углерода, а содержание жидкости в жидком топливе поддерживают в пределах 30 70% в том числе не менее 10% воды.

Указанная цепь достигается тем, что при подготовке жидкого топлива в качестве жидкости используют промышленные сточные воды, загрязненные нефтепродуктами, высокомолекулярными спиртами и другими углеводородами.

Указанная цель достигается также тем, что в качестве углеродсодержащего материала при подготовке жидкого топлива используются промышленные отходы пластмасс.

Указанная цель достигается тем, что при регулировании температуры фурменных газов дополнительный кислород подают в горн, обогащая им дутье, и/или вдувая его в воздушные фурмы вместе с жидким топливом, причем на каждый 1 кг воды жидкого топлива в горн подают 0,7 2 м³ дополнительного кислорода.

Регулировать температуру фурменных газов при вдувании жидкого топлива согласно изобретения можно также увеличением температуры дутья на 4 5^oC на каждый 1 кг воды жидкого топлива, поступающего в печь.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для приготовления жидкого топлива используют ископаемые угли (антрациты, каменные угли, бурые угли), твердые промышленные отходы (сажу, спель, пластмассовые отходы и др.) или смеси этих материалов, выбирая их по условиям экономической эффективности замены кокса данными материалами. При этом содержание свободного углерода в выбранном материале или в смеси материалов должно быть не менее 45% что требуется для обеспечения положительного эквивалента замены кокса вдуваемым жидким топливом, которое готовится из данного материала. Это требование может удовлетворяться либо выбором соответствующего угля, либо обогащением угля перед приготовлением из него жидкого топлива, либо путем приготовления топлива из смеси углеродсодержащих материалов, в которую могут входить также промышленные отходы с целью их утилизации, удешевления получаемого топлива и решения экологических проблем. При содержании свободного углерода в материале для приготовления жидкого топлива менее 45% коэффициент замены кокса этим топливом может быть отрицательным и цель изобретения не будет достигаться.

Содержание жидкости в жидком топливе менее 30% недопустимо из-за ухудшения реологических свойств получаемого топлива. Превышение содержания жидкости в жидком топливе 70% возможно только при использовании в качестве жидкости не менее 40 50% нефтепродуктов. Однако применение такого топлива в доменной печи целью частичной замены им кокса становится экономически нецелесообразным из-за увеличения стоимости такого топлива. При этом для обеспечения стабильности жидкого топлива необходимо иметь в его составе не менее 10% воды.

Применение в качестве жидкой среды при приготовлении жидкого топлива для доменной плавки кроме воды и дешевых нефтепродуктов, промышленных отходов, содержащих нефтепродукты, высокомолекулярные спирты и другие углеводороды повышает энергетический потенциал получаемого жидкого топлива и решает проблему утилизации таких отходов без дополнительных затрат.

Подача дополнительного кислорода в количестве 0,7 2,2 м³ на каждый килограмм воды, поступающей в доменную печь с вдуваемым топливом обеспечивает поддержание температуры фурменных газов на заданном стабильном уровне. Приведенные количества дополнительного кислорода получены путем компьютерного моделирования доменной плавки согласно изобретения при различных составах вдуваемого топлива при температуре дутья от 800 до 1350^oC.

Дополнительный кислород согласно изобретению может подаваться для обогащения дутья на всас воздуходувной машины, что возможно до концентрации кислорода в дутье нежелательно из-за высокой вероятности аварий в системе нагрева и подачи дутья в печь. Подача дополнительного кислорода в воздушные фурмы вместе с вдуваемым жидким топливом, например через устройства типа "труба в трубе", позволяет вдувать любое количество дополнительного кислорода без какой-либо опасности аварий.

Поддержание стабильного температурного режима в горне доменной печи при вдувании жидкого топлива можно осуществлять согласно изобретения путем повышения температуры дутья на 4 5^oC на каждый килограмм воды, вдуваемого топлива. Этот прием может осуществляться при наличии резервов повышения температуры дутья, либо путем применения специальной технике нагрева дутья, например плазмотронов.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Доменная печь объемом 1513 м³ работает с вдуванием в фурмы жидкого топлива, приготовленного из антрацита (90% свободного углерода) и смеси воды с мазутом (60% воды и 40% мазута), содержание которой в жидком топливе составляет 55% Расход жидкого топлива составляет 140 кг/т чугуна. Для поддержания теоретической температуры горения на заданном уровне (2050^oС) дутье дополнительно обогащают кислородом, расход которого составляет 50 м³/т чугуна или 1,1 м³/кг воды, поступающей в горн с вдуваемым топливом. По сравнению с базовым вариантом расход кокса уменьшился с 566 до 503 кг/т. Эквивалент замены кокса вдуваемым топливом составил 0,45% кг/кг.

Пример 2. Доменная печь объемом 1513 м³ работает с вдуванием жидкости топлива в количестве 256 кг/т чугуна. Топливо приготовлено из воды и бурого угля Тюльганского угольного разреза после его частичной деминерализации с целью обогащения. Содержание свободного углерода в угле после деминерализации составляет 56% Содержание воды в жидком топливе равно 43% Для поддержания заданной теоретической температуры горения дутье обогащают кислородом, подавая его на всас воздуходувной машины в количестве 110 м³/т, и вдувая через воздушные фурмы вместе с топливом в количестве 60 м³/т. Общее количество дополнительно подаваемого в печь кислорода составляет 1,55 м³/кг воды топлива. Расход кокса по сравнению с базовым вариантом уменьшился с 566 до 522 кг/т. Эквивалент замены кокса вдуваемым топливом 0,17 кг/кг.

Пример 3. Доменная печь объемом 1513 м³ работает с вдуванием жидкого топлива в количестве 214 кг/т чугуна. Топливо приготовлено из каменного угля марки Т Краснобродского угольного разреза. Содержание свободного углерода вы угле составляет 86% Содержание воды в жидком топливе 31% Для поддержания заданной температуры в горне дутья обогащают кислородом, подавая его на всас воздуходувной машины в количестве 80 м³/т чугуна или 1,2 м³/кг воды, поступающей в горн с вдуваемым топливом. Расход кокса по сравнению с базовым вариантом уменьшился с 566 до 465 кг/т. Эквивалент замены кокса вдуваемым топливом составил 0,47 кг/кг.

Пример 4. Доменная печь объемом 1513 м³ работает с вдуванием жидкого топлива, приготовленного из смеси деминерализованного Тюльганского бурого угля, антрацита и спели. Содержание свободного углерода в смеси равно 67% В качестве жидкой среды для приготовления топлива используют загрязненную нефтепродуктами воду (содержание тяжелых углеводородов в загрязненной воде составляет 14% ). Содержание жидкости в приготовленном топливе равно 41% в том числе 35% воды. Расход вдуваемого топлива равен 280 кг/т чугуна. Для поддержания заданного температурного уровня в горне доменной печи при вдувании жидкого топлива температуру дутья повысили на 180^oC и одновременно для обогащения дутья дополнительно стали подавать 50 м³ кислорода (в расчете на 1 тонну чугуна). При этом поступление в горн печи части воды вдуваемого топлива (40 кг) компенсируется нагревом дутья из расчета 4,5^oC на 1 кг воды топлива, а другой части (58 кг воды) подачей дополнительного кислорода в количестве 0,86 м³/кг воды. По сравнению с базовым вариантом расход кокса при вдувании жидкого топлива снизился с 566 до 473 кг/т чугуна. При этом за счет повышения температуры дутья снижение расхода кокса составило 20 кг/т, а за счет замены кокса вдуванием топлива 73 кг/т. Эквивалент замены кокса вдуваемым топливом составил 0,26 кг/кг.

Таким образом, применение изобретения позволяет использовать для вдувания в доменную печь с целью замены кокса различные виды углей и углеродсодержащих материалов и поддерживать при вдувании приготовленного из них жидкого топлива температурные условия плавки на заданном стабильном уровне.

Формула изобретения

1. Способ выплавки чугуна в доменной печи, включающий загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, вдувание горячего кислородсодержащего дутья, подготовку жидкого топлива из углеродсодержащего материала и жидкости с использованием в качестве углеродсодержащего материала различных углей и углеродсодержащих веществ и в качестве жидкости воды или смеси ее с углеводородными продуктами, вдувание подготовленного жидкого топлива в горн доменной печи через воздушные фурмы, регулирование температуры фурменных газов при вдувании жидкого топлива подачей в горн дополнительного кислорода и/или повышением температуры горячего дутья, отличающийся тем, что для подготовки жидкого топлива используют углеродсодержащий материал с содержанием не менее 45% свободного углерода, а содержание жидкости в жидком топливе поддерживают в пределах 30 70% в том числе не менее 10% воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подготовке жидкого топлива в качестве жидкости используют промышленные сточные воды, загрязненные нефтепродуктами, высокомолекулярными спиртами и другими углеводородами.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при подготовке жидкого топлива в качестве углеродсодержащих веществ используют промышленные отходы пластмасс.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что дополнительный кислород подают в горн, обогащая им дутье и/или вдувая его в воздушные фурмы вместе с жидким топливом, причем на каждый килограмм воды жидкого топлива в печь подают 0,7 2,2 м³ дополнительного кислорода.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что при вдувании жидкого топлива температуру дутья повышают на 4 5^oС на каждый килограмм воды жидкого топлива.