Способ ведения доменной плавки

 

Изобретение относится к доменному производству и может применяться при управлении технологическим процессом выплавки чугуна со шлюзованием шихты в печь через промежуточные бункера загрузочного устройства. Способ ведения доменной плавки выключает загрузку шихты, состоящей из кокса и рудной части, подачу в шихтовые бункера загрузочного устройства, выгрузку шихты из бункеров в доменную печь, подачу в бункера газа, перепускание газа из опорожненного бункера в бункер, заполненный коксом до выравнивания в них давления, измерение давления в опорожненном бункере до и после перепускания газа в заполненный коксом бункер, при этом по падению давления в опорожненном бункере определяют текущую истинную плотность кокса (ρ) и при отклонении текущей истинной плотности кокса от усредненного значения (ρ_ср) изменяют массу кокса в подаче на величину ΔK, которую определяют из соотношения ΔK = 1,02·K_ср·(ρ_ср-ρ), где K_ср - величина массы кокса в подаче при принятой усредненной его истираемости по показателю M₁₀.

Технический результат заключается в более точном и оперативном определении истираемости кокса, а за счет этого - обеспечение стабилизации хода плавки. 1 ил.

Изобретение относится к доменному производству и может быть использовано при управлении технологическим процессом выплавки чугуна со шлюзованием шихты в печь через промежуточные бункера загрузочного устройства.

Известно регулирование технологического процесса выплавки чугуна изменением массы кокса в подаче при изменении его истираемости по показателю M₁₀, определяемому испытанием по ГОСТ 5953-81 (соответствующему международному стандарту ИСО 556-80) пробы кокса массой 50 кг в малом барабане.

Недостаток этого способа в том, что объем малого барабана заполняется коксом на 10% и вращается барабан быстро (25 мин^-1), поэтому кокс в нем подвергается в большей степени дроблению, чем истиранию (Полтавец В.В. Доменное производство. - М.: Металлургия, 1972, с.26).

Также известно регулирование технологического процесса выплавки чугуна изменением массы кокса в подаче при изменении его истираемости по показателю M₁₀, определяемому испытанием в барабане Сундгрена (Волков Ю.П., Шпарбер Л. Я. , Гусаров А.К. Технолог - доменщик.- М.: Металлургия, 1986, с.41). Этот способ частично устраняет недостаток предыдущего аналога, так как объем барабана Сундгрена заполняется коксом на треть и вращается барабан медленно (10 мин^-1), поэтому определенный испытанием в нем критерий истираемости кокса M₁₀ более показателен, что подтвердила многолетняя практика оценки качества кокса обоими способами.

Однако влияние не показатель истираемости M₁₀ некоторого дробления кокса и в барабане Сундгрена является недостатком второго аналога. Но главным недостатком этого способа остается то, что показатель M₁₀ устанавливается испытанием пробы, представительность которой предопределяет отклонения истираемости в отдельных порциях характеризуемой партии кокса. Величина этих отклонений такова, что способность доменной печи гасить колебания качественных характеристик сырья не обеспечивает высоких стабильности ее теплового состояния и степени использования химического и теплового потенциалов газового потока. На практике выборочно контрольному опробованию подвергают только 15% поступающего кокса (Типовая технологическая инструкция по доменному производству. Днепропетровск, 1990, с.2).

При существующей технологии камерного коксования угольной шихты в непостоянном температурном пространстве в коксохимическом производстве изготавливается кокс в виде смеси разнокрупных и разнопрочных отдельностей. Образовавшийся в отдаленных от греющих стенок зонах кокс крупнее, более пористый при наименьшей толщине стенок пор, т.е. наиболее склонен к истиранию. Причем анизотропность истираемости наблюдается даже по длине отдельных кусков, а такого кокса 30 мас.% от всего производимого. Естественно предположить, что внутри партии (1 тыс. и более тонн кокса) возможны значительные отклонения показателя M₁₀ от сертификатного, определенного испытанием усредненной по ГОСТ 5954-81 пробы.

Кроме того, поступившую партию кокса выгружают в приемные бункера шихтоподачи, которые из технологических соображений не опорожняют и в них оставляют значительную долю кокса предыдущих партий, так что точно установить начало загрузки в печь вновь поступившего кокса нельзя. Т.е. даже зная изменение склонности к истиранию кокса новой партии не удается определить момент начала регулирования доменной плавки по показателю M₁₀.

По указанным причинам при использовании известных способов вынуждены назначать регулирующее воздействие на эти неконтролируемые колебания показателя M₁₀ у кокса лишь после того, как они отразятся на ходе доменной плавки. Запаздывание такого регулирования очевидно, так как время пребывания кокса в печи весьма продолжительно, анализ продуктов плавки, характеризующий тепловое состояние печи, поступает еще через некоторое время, и сама доменная печь (особенно большого объема) является объектом со значительной инерционностью процессов плавки. Да и корректировка массы кокса в подаче предполагает, что склонность к истиранию у кокса в печи и у подлежащего загрузке кокса характеризуется установленным показателем M₁₀, что не всегда оправдано.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническому результату является способ ведения доменной плавки, известный из авторского свидетельства N1836430 C 21 B 5/00 - прототип, который устраняет недостаток аналогов изменением массы кокса в подаче не на основании испытания выборочной пробы, а по отклонению содержания железа в рудной порции шихты, непосредственно подлежащей выгрузке в печь. Недостатком прототипа остается неучтенное возможное изменение склонности подлежащего загрузке кокса к истираемости.

Увеличение истираемости кокса по показателю M₁₀ на каждый 1% приводит к увеличению расхода кокса на выплавку чугуна на 2.8% и снижению производительности печи также на 2.8% (Доменные печи. Нормативы расхода кокса. - М., 1987, с. 10). Учитывая это, даже при нормальном ходе плавки технологический персонал всегда создает и поддерживает в печи некоторый резерв тепла, перерасходуя 100-300 кг кокса на 1 т чугуна на случай возможных неконтролируемых отклонений в режиме плавки. Величина этого резерва колеблется в зависимости от конкретного уровня технологии, поэтому более точный и, главное, оперативный контроль склонности кокса к истиранию позволит существенно снизить этот резерв и улучшить показатели работы печи в целом.

Задача, решаемая изобретением состоит в том, что регулирование технологического процесса выплавки чугуна изменением массы кокса в подаче по изменению истираемости кокса по показателю M₁₀ усовершенствуется путем более точного и оперативного определения истираемости кокса. При этом стабилизация хода процессов плавки обеспечивает снижение удельного расхода кокса и повышение производительности доменной печи при улучшении качества чугуна.

Показанный технический результат достигается за счет того, что в способе ведения доменной плавки, включающем загрузку шихты, состоящей из кокса и рудной части, подачами в шихтовые бункера загрузочного устройства, выгрузку шихты из бункеров в доменную печь, подачу в бункера газа, перепускание газа из опорожненного бункера в бункер заполненный шихтой до выравнивания в них давления, измерение давления в опорожненном бункере до и после перепускания газа в заполненный шихтой бункер, газ из опорожненного бункера перепускают в бункер с коксом до выравнивания в них давления и по падению давления в опорожненном бункере определяют текущую истинную плотность кокса (ρ) и при отклонении текущей истинной плотности кокса от усредненного значения (ρ_ср), изменяют массу кокса в подаче на величину ΔK, которую определяют из соотношения ΔK = 1,02·K_ср·(ρ_ср-ρ), где K_ср - величина массы кокса в подаче при принятой усредненной его истираемости по показателю M₁₀.

Оперативный и возможно более точный контроль неизбежной колеблемости склонности кокса к истиранию повышает эффективность работы доменной печи. Существующий контроль истираемости кокса по показателю M₁₀, как показано, весьма выборочен и периодичен, а точность его снижается из-за дробления кокса при испытании на прочность как в малом барабане, так и в барабане Сундгрена (хотя и в меньшей степени в последнем).

По существующей технологии доменной плавки, после выгрузки в печь материала из шихтового бункера в него подается азот с давлением, превышающим равное печному давление в бункере. Это позволяет стабилизировать поток материала в печь при изменяющейся в ходе выгрузки массе его в бункере, уменьшает износ контактных поверхностей газоуплотнительных клапанов и шихтового затвора, снижает вредные выбросы в атмосферу. По окончании шлюзования материала, шихтовый бункер отсекается от печи нижним газоуплотнительным клапаном и в этот период бункер, внутренний объем которого известен, заполнен чистым азотом, и давление в нем регистрируется имеющимся датчиком. После соединения опорожненного бункера в заполненным коксом вторым бункером через перепускной клапан, часть чистого азота из опорожненного бункера перетекает в бункер с коксом, и давление в порожнем бункере падает вплоть до выравнивания давлений в сообщающихся бункерах.

При этом зафиксированное падение давления в порожнем бункере прямо пропорционально объему газа, перешедшего в бункер с коксом (согласно PxV=const), и этот объем газа где V_б - объем бункера (м³);
P₁ и P₂ - давление в опорожненном бункере до и после перепускания части газа в бункер с коксом соответственно, (кПа);
100 - атмосферное давление, (кПа).

В свою очередь, объем перешедшего газа надежно характеризует истинную плотность кокса, так как у кокса 90-96% открытых пор (Волков Ю.П., Шпарбер Л. Я. , Гусаров А.К. Технолог-доменщик. - М.: Металлургия. 1986, с.40). Заметим, что объем перешедшего газа характеризует именно истинную плотность, а не насыпную и не кажущуюся.

Естественно, менее плотный кокс более склонен к истиранию (доля фракции 10-0 мм после испытания в барабане больше и показатель M₁₀ увеличивается). Проанализировав (фиг. 1) зависимость истираемости по показателю M₁₀ от истинной плотности коксов 27 заводов Теплофизические свойства топлив и шихтовых материалов черной металлургии. Справочник. - М.: Металлургия, 1982, с. 40-44), установили M₁₀= 78,08-36,42·ρ_и %, с коэффициентом корреляции r_k= 0.74.

При изменении истинной плотности кокса на (ρ_ср-ρ), показатель M₁₀ изменится на 36,42·(ρ_ср-ρ)% и, учитывая показанное выше влияние изменения M₁₀ на расход кокса, коррекция массы кокса в подаче будет
ΔK = 0,028·K_ср·36,42·(ρ_ср-ρ) = 1,02·K_ср·(ρ_ср-ρ),
где
K_ср, ρ_ср - масса кокса в подаче и истинная плотность кокса при принятой усредненной истираемости его по показателю M₁₀.

ρ - текущая истинная плотность кокса.

Пример применения предлагаемого технического решения.

Объем каждого из шихтовых бункеров бесконусного загрузочного устройства доменной печи V_б= 75 м³, установленная масса кокса в подаче K_ср=15 т и его истираемость = 7.0%, т.е. истинная плотность кокса ρ_ср = 1.952 т/м³.

После выгрузки в печь рудной части шихты из одного из шихтовых бункеров загрузочного устройства и закрытия нижнего газоуплотнительного клапана, датчик давления в бункере показал P₁=310 КПа. По окончании загрузки 15 т кокса во второй бункер и отсечении его от атмосферы верхним газоуплотнительным клапаном, открыли перепускной клапан и перепустили часть газа из порожнего бункера в загруженный коксом и давление в обоих бункерах установилось P₂= 210.7 КПа. Определим объем газа, перешедшего в бункер с коксом ΔV и затем истинную плотность кокса загруженной порции ρ

По текущей истинной плотности кокса рассчитаем величину коррекции массы его в подаче ΔK = 1.02·15·(1.952-1.940)=0.184 (т) и задание на набор следующей порции кокса, с учетом точности взвешивания, установим 15.2 т.

Давление в обоих бункерах при перепускании части газа выравнивается за 2-3 с и, зафиксировав установившееся давление, перепускной клапан между бункерами закрывается и далее (по обычной технологии) опорожненный бункер соединяется с атмосферой через выхлопной клапан и он готов для приема новой порции материала, а у бункера с коксом открывается уравнительный клапан для выравнивания давления с печным и он готов к выгрузке кокса при достижении заданного уровня засыпи шихты в печи.

Оперативная корректировка массы кокса в подаче по показателю его истираемости M₁₀ при использовании предлагаемого способа повышает стабильность хода плавки и теплового состояния печи, что позволяет уверенно рекомендовать снижение резерва тепла в печи и уменьшение содержания кремния в чугуне по меньшей мере на 0.1 абс.%, что обеспечит снижение удельного расхода кокса на 6 кг. При стоимости кокса 94 USD за тонну (с учетом уменьшения выхода доменного газа при снижении расхода кокса) и годовой производительности печи 3 млн. т чугуна, ожидаемый экономический эффект только от снижения расхода кокса составит
Э=94·0.006·3·10⁶=1,7 (млн. USD).

Следует рассчитывать на дополнительный эффект от увеличения производительности, стабилизации качества чугуна и хода процессов плавки.

Формула изобретения

Способ ведения доменной плавки, включающий загрузку шихты состоящей из кокса и рудной части, подачей в шихтовые бункера загрузочного устройства, выгрузку шихты из бункеров а доменную печь, подачу в бункеры газа, перепускание газа из опорожненного бункера в бункер, заполненный шихтой, до выравнивания в них давления, измерение давления в опорожненном бункере до и после перепускания газа в заполненный шихтой бункер, отличающийся тем, что газ из опорожненного бункера перепускают в бункер с коксом до выравнивания в них давления и по падению давления в опорожненном бункере определяют текущую истинную плотность кокса ρ и при отклонении текущей истинной плотности кокса от усредненного значения ρ_ср, изменяют массу кокса в подаче на величину ΔK, которую определяют из соотношения
ΔK = 1,02·K_ср·(ρ_ср-ρ),
где K_ср - величина массы кокса в подаче при принятой усредненной его истираемости по показателю M₁₀.

РИСУНКИ

Рисунок 1