Реферат: Вугільне паливо в доменній печі

Згідно даним Череповецького металургійного комбінату і Донецького металургійного комбінату при скороченні виходу газів-відновників від 1350 до 750-800 м3/т чавуну відмічено зниження rd , від 0,4-0,5 до 0,3-0,4. При цьому ступінь використання оксиду вуглецю в печі підвищується від 0,25-0,30 до 0,37-0,40. При подальшому зниженні виходу газів-відновників наголошується збільшення rd до 0,40-0,45, що можна пояснити недостатньою кількістю газів-відновників для проходження реакції відновлення вюстіта

Проте вихід газу-відновника є лише одним з показників, що визначає хід реакцій відновлення вюстіта оксидом вуглецю і воднем, нарівні з такими як висота зони сповільненого теплообміну, інтенсивність плавки, тиск газів в робочому просторі печі, частка коксу в шихті, частка оксидів заліза в агломераті та ін.

Мірою, що узагальнює ці та інші показники є час контакту газу-відновника з оксидами заліза в зоні сповільненого теплообміну доменної печі.

Час контакту газів-відновників з оксидами заліза найповніше відображає вплив технологічних умов на розвиток відновних процесів в шахті печі, ступінь використання газів і ступінь непрямого відновлення оксиду заліза.Одним з основних наслідків, що визначила ця зміна є зниження виходу газів-відновників на одиницю шихти, що виразилося в зниженні надлишку газу-відновника для реакції відновлення вюстіта оксидом вуглецю і воднем з 1,3- 1,5 до 0,7-0,8.

Збільшення τ до 0,7ссупроводжується збільшенням відносного ступеня використання газу для реакції відновлення оксиду заліза оксидом вуглецю від 0,3 до 0,7-0,9. За одиницю приймаєм рівноважний вміст СО2 в горновому газі. Подальше збільшення τ не викликає істотної зміни ступеню використання газу. Мабуть, при надлишку газу-відновника, рівному 0,8-0,9 і величині часу контакту τ= 0,7сфактичний склад газу в шахті печі наближається до рівноважного для реакції непрямого відновлення оксиду заліза.

Тільки вдування високо вуглецевого пиловугільного палива супроводжується збільшенням часу контакту τ завдяки збереженню або зниженню виходу фурмових газів і значному зниженню витрати коксу.

1.3 Норми компенсації при вдуванні в фурму пило ву г і льного палива

Для кожного виду додаткового палива може бути визначений номінальний рівень сумарного коефіцієнта заміни ΣK3, при якому в міру збільшення витрати палива не відбувається збільшення виходу фурмових газів, зниження теоретичної температури горіння і відповідного погіршення технологічних умов плавки.

При величині K3> 1,0-1,2 вдування пиловугільного палива поліпшує комплекс технологічних умов плавки, що визначають розмір збільшення витрати палива на зростання продуктивності, підвищення ступеня використання відновної енергії сурмових газів, скорочення часу згоряння додаткового палива при підвищенні рівня необхідних теоретичних температур горіння. Теоретично при величині К3= 1,0-1,2 і більше при збільшенні витрати палива не відбувається негативних змін в стані технологічного режиму, які обмежували б ефективність застосування пиловугільного палива і величину його оптимальної витрати.

Разом з підвищенням температури дуття і зниженням його вологості компенсуючими заходами можуть бути вивід з шихти вапняку, зниження виходу шлаку, часткова металізація шихти.

Розрахунковим шляхом і промисловими експериментами було встановлено, що при зниженні зольності пиловугільного палива до 70-80 % від зольності вживаного коксу величина К може наближатися або перевищувати номінальний рівень, що забезпечує збереження або поліпшення технологічних умов і величини К при збільшенні витрати палива.

Розрахунки показали, що при будь-якому початковому вмісті кисню в дутті, використанні природного газу і коксу, вдування нізкозольногопиловугільного палива при деякому зниженні витрати природного газу (на 0,1-0,3 м3/кг) може забезпечити отримання технологічних режимів, що відповідають основним вимогам по виходу сурмових газів і рівню теоретичних температур горіння.

1.4 Особливості теплового режиму доменної печі при вдуванні в сурму додаткового палива

Вдування у фурму природного газу, в меншій мірі пиловугільного палива, супроводжується інтенсифікацією процесу непрямого відновлення оксиду заліза ( rd ), а також зниженням окислювального потенціалу фурмених зон, слідством чого є зменшення численія елементів чавуну, в першу чергу заліза.

В результаті вказаних змін відбувається істотнє зменьшення приходу у фурму оксиду заліза, відновлення якого йде прямим шляхом, тобто із значним споживанням тепла.

На практиці, при вдуванні природного газу і пиловугільного палива, відновлення оптимального нагріву фурми і якості продуктів плавки досягається збільшенням рудного навантаження і відповідним зниженням витрати коксу.

Проте відновлення теплової рівноваги фурми доменної печі по кінцевому складу і температурі продуктів плавки не свідчило про те, що і в фурмі доменної печі відновлюються колишні температурні умови: очевидно, істотнє зниження приходу в фурму оксиду заліза, визначуване вдуванням додаткового палива, частково розвантажує його від відновлюваної роботи і витрат тепла, що зумовлює можливість ведення процесу на нижчому температурному рівні.

Оскільки при вдуванні в фурму природного газу зниження приходу в горн оксиду заліза орієнтовно удвічі більше, ніж при вдуванні пиловугільного палива, то і ефект дії цього заходу на температурний режим горна відповідно більший. При вдуванні у фурму природного газу і пиловугільного палива вказані ефекти підсумовуються, забезпечуючи відповідне поліпшення умов нагріву продуктів плавки, десульфурації чавуну.

1.5 Зміна окислювальної здатності фурмених зон

Переважаюче горіння пиловугільного палива і природного газу у фурмі доменної печі і на периферії окислювальної зони визначає витратуна ці реакції до 50 % кисню дуття. Подальше зниження витрати коксу і збільшення витрати пиловугільного палива до 150 кг/т чавуну можуть сприяти подальшому зниженню вмісту кисню в горновому газі в основному об'ємі фурмених зон.

Відмічене зниження окислювальної здатності газової фази фурмених зон може сприяти також обмеженню процесу вторинного окислення основних елементів чавуну Fe, Si, Mn.

Для оцінки впливу пиловугільного палива на температуру продуктів плавки полечені рівняння теплового балансу для нижньої зони теплообміну для початкових (індекс 0) і нових (індекс 1) умов плавки. Приймаючи для цих умов t0=t1, tH0=tH1=tH маємо(1.5.1):

З цього рівняння (1.5.1) виходить, що температура продуктів плавки при роботі доменної печі з вдуванням пиловугільного палива може зрости орієнтовно на 2-3% внаслідок зниження ступеня прямого відновлення і зменшення окислювальної здатності газової фази фурмених зон, що визначають зниження приходу в горн оксиду заліза і підвищення відношення Wш0/Wш1

Наслідком повного згоряння пиловугільного палива і зменшення окислювальногопотенціалу фурмених зон можуть бути наступні сприятливі зміни:

· повне згоряння палива в межах фурмених зон виключає абоускладнює можливість попадання порошкоподібного вуглецю в шлак, пори коксу і так далі, що виключає можливість порушення дренажної здатності сурми і створює об'єктивні передумови для подальшого ефективного збільшення витрати додаткового палива;

· значне зниження окислювального потенціалу фурмених зон. посилене зниженням показника прямого відновлення закису заліза, також визначуваним вдуванням пиловугільного палива, сприяють зменшенню приходу в нижню високотемпературну зону сурми інтенсивного охолоджувача - оксиду заліза, що може сприяти поліпшенню нагріву продуктів плавки, відновлення кремнію і марганцю, десульфурації чавуну.

В той же час, підвищення вмісту сірки в сурмовому газі, визначене відповідним збільшенням її приходу за рахунок згоряння пиловугільного палива, сприяє підвищенню її вмісту в чавуні.

Зменшення окислювального потенціалу фурмених зон, деяке зниження дійсної температури сурмових газів і приходу до сурми оксиду заліза можуть сприяти розширенню протяжності фурмених зон за вмістом діоксиду вуглецю.

За інших рівних умов перераховані зміни можуть сприяти поліпшенню сходу шихти, зниженню потреби тепла в сурмі і, таким чином, отриманню додаткової економії коксу, зростанню продуктивності печі, тобто у результаті -підвищенню ефективності застосування пиловугільного палива.

1.6 Особливості процесу десульфурації чавуну

При роботі доменної печі з вдуванням до сурми пиловугільного палива маютьмісце наступні принципові особливості процесу десульфурації чавуну: кокс, що містить спочатку 1,2 - 1,6 % S і витрата якого при вдуванні пиловугільного палива складає 400-450кг на т чавуну, поступає у фурмені зони, втративши 50% сірки. У той час пиловугільне паливо, витрата якого в сприятливих шихтових умовах може скласти 100 кг/т чавуну і більш, містить в середньому до 1%S, яка повністю переходить в газову фазу фурмених зон. Отже, кількість сірки, перехідної в газову фазу фурменої зони при вдуванні в сурму пиловугільного палива, може збільшуватися, що, в першу чергу, може сприяти підвищенню вмісту сіркі в чавуні.

Розрахунки, виконані по методиці В.І. Явойського і Н.М. Чуйко, показали, що між чавуном і шлаком у фурмених зонах практично досягається рівновага, причому величина коефіцієнта розподілу сірки напорядок нижче (4-8 одиниць), ніж в кінцевому шлаку (рис.5). Це визначається окислювальним середовищем фурмених зон і високим вмістом оксиду заліза в шлаках (рис. 4, 5).

Несприятлива зміна при вдуванні в сурму пиловугільного палива балансу приходу сіркі у фурмені зони до певної міри компенсується зниженням вмісту в шлаках фурмених зон оксиду заліза, поліпшенням умов нагріву продуктів плавки і можливим підвищенням їх температури. Ці обставини і визначають збереження якості чавуну за вмістом сіркі при вдуванні в сурму на 1 т чавуну до 100кг пиловугільного палива при рівному її приході до печі з шихтою.

1.7 Регулювання теплового режиму доменної плавки за допомогою ПВП