СПОСОБ ЗАГРУЗКИ АГЛОМЕРАТА В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ
PROCEDURE FOR CHARGING AGGLOMERATE INTO BLAST FURNACE

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве железорудного агломерата для доменного передела.
Известен способ производства агломерата со средней температурой на сходе с агломерационной ленты 600°С, включающий загрузку на агломашину слоя шихты, состоящей из железорудных материалов, флюсов, добавок, возврата и твердого топлива, зажигание, спекание, охлаждение и механическую обработку спека с последующим охлаждением на специальных охладителях (Е.Ф.Вегман, Б.Н.Жеребин, А.Н.Похвиснев, Ю.С.Юсфин и др. Производство чугуна. - М.: ИКЦ "Академкнига", 2004, стр.174).
Недостатком известного способа является отсутствие режима управления температурой агломерата, загружаемого в доменную печь, что не обеспечивает работу ее с повышенной производительностью и пониженным удельным расходом кокса.
3
Известен способ производства агломерата, включающий загрузку на агломашину слоя шихты, состоящей из железорудных материалов, флюсов, добавок, возврата и твердого топлива, зажигание, спекание, охлаждение и механическую обработку спека с последующим охлаждением при удельном расходе воздуха на охлаждение 1 т агломерата 2000-6000 м (В.И.Коротич. Основы теории и технологии подготовки сырья к доменной плавке. - М.: Металлургия, 1978, стр.191).
Недостатками известного способа также является отсутствие регламентированного режима охлаждения агломерата в зависимости от состояния доменного процесса, что не позволяет производить агломерат, соответствующий требованиям доменного производства. В связи с этим не удается обеспечить работу доменной печи с повышенной производительностью и пониженным удельным расходом кокса.
Известен способ производства агломерата, включающий загрузку на агломашину слоя шихты, состоящей из железорудных материалов, флюсов, добавок, возврата и твердого топлива, зажигание, спекание с охлаждением в бункерах доменного цеха до 30-60°С, контролируя температуру (А.М.Банных, В.М.Зудин, А.Г.Неясов, И.И.Сагайдак. Сборник научных трудов "Металлургия черных металлов", выпуск 28. - Магнитогорск.: МГМИ им. Г.И.Носова, 1963, стр.3).
Недостатком известного способа также является отсутствие режима управления температурой агломерата в зависимости от состояния доменного процесса, что также не обеспечивает применение агломерата с температурой, наиболее полно соответствующей требованиям доменного производства. Кроме того, такое охлаждение является длительным, составляющим 9-17 суток, в связи с чем не удается обеспечить постоянную работу доменной печи на таком агломерате - возможна лишь работа печи на охлажденном агломерате после предварительного его накопления. В результате этого производительность доменной печи снижается, а удельный расход кокса повышается.
Известен способ производства агломерата, включающий загрузку на агломашину слоя шихты, состоящей из железорудных материалов, флюсов, добавок, возврата и твердого топлива, зажигание, спекание и механическую обработку с последующим охлаждением до 40-260°С на охладителе с горизонтальным принудительным перемещением, через слой которого в направлении, перпендикулярном перемещению, продувают или просасывают холодный воздух (Н.М.Бабушкин, С.Г.Братчиков, Г.Н.Намятов и др. Охлаждение агломерата и окатышей. - М.: "Металлургия", 1975, стр.78, 79, 144).
Недостатком известного способа также является исключение возможности проведения охлаждения агломерата с учетом состояния доменного процесса, что также не позволяет производить агломерат, соответствующий требованиям доменного производства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является известный способ производства агломерата, включающий загрузку на агломашину слоя шихты, состоящей из железорудных материалов, флюсов, добавок, возврата и твердого топлива, зажигание, спекание, охлаждение и механическую обработку спека, контроль содержания FeO в готовом агломерате и его коррекцию по фактическим показателям работы агломашины в зависимости от высоты слоя и основности агломерата (Патент РФ №2246545, кл. C22B 1/20, опубл. 20.02.2005).
Недостатком известного способа является отсутствие регулирования температуры агломерата и режима его охлаждения. Поэтому невозможно производство агломерата, наиболее полно удовлетворяющего требованиям доменного производства по температуре.
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение агломерата, обладающего высокими физическими свойствами, наиболее полно удовлетворяющего требованиям доменного производства по температуре, увеличение производительности доменной печи, снижение удельного расхода кокса на выплавку чугуна.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в способе загрузки агломерата в доменную печь, включающем контроль и регулирование температуры агломерата, в отличие от ближайшего аналога задают оптимальную температуру агломерата ta и осуществляют ее регулирование в зависимости от соотношения удельных потерь напора h газа ниже и выше середины шахты доменной печи, причем при изменении отношения удельных потерь напора h газа от середины шахты до горизонта фурм к удельным потерям напора h газа от середины шахты до колошника на 0,1 ед. изменяют оптимальную заданную температуру ta агломерата в том же направлении на 20°С.
При использовании агломерата в доменных печах существует такая его температура при загрузке, которая обеспечивает одновременно благоприятные условия для газодинамики печи, хода восстановления и теплообмена. Для ускоренного нагрева и восстановления агломерата по высоте печи целесообразно увеличение температуры, а для обеспечения процесса большим массовым количеством газа-восстановителя и газа-теплоносителя в противоточном режиме движения материалов и газов целесообразны пониженные температуры. Поэтому имеется оптимальная температура агломерата, которую можно задавать, руководствуясь работой доменных печей.
∂
Температура агломерата влияет на динамический напор h газа, поднимающегося через слой шихты в доменной печи, и соответственно на его сопротивление опусканию шихты, с одной стороны, и влияет на процессы нагрева и восстановления, с другой стороны.
∂
Динамический напор h потока газа определяется температурой в соответствии с зависимостью
,
0
где W - скорость газового потока в печи при отсутствии шихтовых материалов и нормальных условиях по температуре и давлению, м/с;
0
3
ρ - массовая плотность газового потока при нормальных условиях, кг/м;
o
T, T - температура соответственно в рабочих и нормальных условиях, К;
o
P, P - давление соответственно в рабочих и нормальных условиях, абс.ед.
∂
Динамический напор h потока газа определяет удельные потери напора h газа согласно зависимости
общ
∂
h=λ·h,
общ
где λ - общий коэффициент сопротивления шихты движению газа, учитывающий все параметры шихты.
Удельные потери напора h газа определяют степень ν уравновешивания шихты подъемной силой газового потока согласно зависимости
ш
ν=h/γ,
ш
3
где γ - насыпной вес шихты, кгс/м.
Для устойчивого схода шихты в доменной печи степень ν уравновешивания ее газовым потоком не должна превышать предельно допустимую величину. В современных условиях она обычно составляет 0,6-0,65. При более высоких значениях степени ν уравновешивания сначала появляются временные остановки шихты и каналы в слое материалов, а затем полная остановка - подвисание.
∂
С увеличением температуры загружаемого агломерата повышается температура газового потока в верхней части доменной печи. От этого увеличивается его динамический напор h и соответственно удельные потери напора h газа и степень ν уравновешивания шихты подъемной силой газового потока согласно вышеупомянутым зависимостям. Величина степени ν уравновешивания подъемной силой газового потока вверху печи приближается к предельно допустимой величине. Возникают верхние подвисания, приводящие к увеличению удельного расхода кокса и снижению производительности.
При излишне низкой температуре загружаемого агломерата задерживается восстановление железорудных материалов после их загрузки в печь, так как температура начала восстановления находится в пределах 150-450°С. Наиболее высокую температуру начала восстановления имеют магнетитовая руда и неофлюсованный агломерат. В таких условиях железорудные материалы после загрузки в печь часть времени и на части высоты печи опускаются без восстановления. Поступление их в нижнюю зону печи с пониженной степенью восстановления ведет к росту степени прямого восстановления по реакции
FeO+C=Fe+CO,
протекающей с поглощением большого количества тепла, что сопровождается ростом удельного расхода кокса.
Кроме того, смещение процесса восстановления к низу доменной печи ведет к интенсификации восстановления из шлаков, что сопровождается их вспениванием и ухудшением текучести.
Вспенивание шлака происходит вследствие выделения из него газа по вышеупомянутой реакции восстановления. Ухудшение текучести происходит, во-первых, вследствие указанного вспенивания, во-вторых, вследствие того, что температура плавления железа, образующегося по вышеупомянутой реакции восстановления, составляет 1539°С и превышает фактическую температуру высокозакисного первичного шлака, составляющую 1100-1200°С, и в третьих, вследствие того, что восстановление части FeO из шлака ведет к росту его температуры плавления.
общ
Вспенивание и ухудшение текучести шлаков приводят к росту общего коэффициента λ сопротивления шихты движению газа, удельных потерь напора h газа в соответствии с вышеупомянутой зависимостью и степени ν уравновешивания шихты подъемной силой газового потока в соответствии с вышеупомянутой зависимостью. Величина степени ν уравновешивания подъемной силой газового потока внизу печи приближается к предельно допустимой величине. Затрудняется доступ восстановителей к поверхности восстанавливаемых оксидов. Возникают нижние подвисания, приводящие к увеличению удельного расхода кокса и снижению производительности.
Таким образом, совместное действие температуры загружаемого в доменную печь агломерата на ход восстановления, плавления и газодинамические условия в верхней и нижней части ее, характеризуемые удельными потерями напора h газа и степенью v уравновешивания шихты подъемной силой газового потока, приводит к существованию такой оптимальной величины температуры, которая наиболее полно соответствует требованиям доменной плавки. Ее целесообразно задавать и обеспечивать достижение при производстве агломерата.
Оптимальную заданную температуру агломерата целесообразно регулировать в зависимости от изменения отношения удельных потерь напора h газа от середины шахты до горизонта фурм к удельным потерям напора h газа от середины шахты до колошника. Это отношение находится в пределах 1,0-5,0. На 0,1 ед. изменения этого отношения целесообразно изменять заданную температуру агломерата в том же направлении на 20°С.
При изменении задаваемой температуры агломерата менее чем на 20°С на каждые 0,1 изменения отношения удельных потерь напора h газа от середины шахты до горизонта фурм к удельным потерям напора h газа от середины шахты до колошника ухудшаются результаты плавки по удельному расходу кокса и производительности в связи со снижением газопроницаемости шихты в нижней части доменной печи, приводящей к ее подвисаниям и канальному движению газового потока в этой зоне.
Превышение указанной величины изменения задаваемой температуры агломерата увеличивает удельный расход кокса и снижает производительность доменной печи в связи с повышением степени v уравновешивания шихты подъемной силой газового потока в верхней части печи до величины, превышающей предельно допустимый уровень, которое приводит к подвисаниям шихты в этой верхней зоне.
Таким образом, согласно заявке на изобретение, изменяют оптимальную заданную температуру агломерата в зависимости от изменения отношения удельных потерь напора h газа от середины шахты до горизонта фурм к удельным потерям напора h газа от середины шахты до колошника. На каждые 0,1 ед. изменения этого отношения изменяют заданную температуру агломерата в том же направлении на 20°С. В условиях, когда нарушения в работе доменной печи связаны с ростом верхнего перепада давления газов, то есть с ухудшением газодинамических условий в верхней части печи, приводящим к подвисаниям шихты и канальному движению газового потока, температуру загружаемого агломерата уменьшают. В условиях, когда нарушения в работе доменной печи связаны с ростом нижнего перепада давления газов, то есть когда необходимо увеличить восстановленность железорудных материалов к зоне плавления и шлакообразования, температуру загружаемого агломерата увеличивают.
3
a
В таблице приведены данные по производительности доменной печи полезным объемом 1370 м и удельному расходу кокса при изменении Δt температуры агломерата в условиях ОАО "ММК" по прототипу (вариант 1) и заявляемому изобретению (варианты 2-12).
Пример конкретного выполнения способа
a
3
Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению со способом, взятым за прототип, в лаборатории ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова" провели лабораторные исследования влияния температуры t агломерата при загрузке в печь и расхода восстановителя на скорость восстановления в интервале температур, соответствующих тем, которые имеются в доменной печи. Газодинамические условия оценивали по отношению удельных потерь напора газа от середины шахты до горизонта фурм к удельным потерям напора h газа от середины шахты до колошника, по степени ν уравновешивания материалов подъемной силой газового потока. Они были подобны современным в доменной печи. По полученным результатам рассчитали ход восстановления по высоте доменной печи применительно к ОАО "ММК" с использованием закономерностей теплообмена Б.И.Китаева (Б.И.Китаев, Ю.Г.Ярошенко, Б.Л.Лазорев. Теплообмен в доменной печи. - М: Металлургия, 1966, 355 с). Таким путем определили влияние увеличения задаваемой температуры ta агломерата в пределах 10-30°С на каждые 0,1 ед. роста отношения удельных потерь напора h газа от середины шахты до горизонта фурм к удельным потерям напора h газа от середины шахты до колошника на производительность доменной печи полезным объемом 1370 м и удельный расход кокса. Полученные результаты представлены в таблице.
Из рассмотрения таблицы видно, что переход от режима прототипа к заявляемому способу обеспечивает повышение производительности доменной печи и снижение удельного расхода кокса. Максимальной производительности и минимальному удельному расходу кокса соответствовало увеличение задаваемой температуры ta агломерата на 20°С на каждые 0,1 ед. роста отношения удельных потерь напора h газа от середины шахты до горизонта фурм доменной печи к удельным потерям напора h газа от середины шахты до колошника.
Пример 2.
3
На доменной печи полезным объемом 1370 м по результатам контроля верхнего и нижнего перепадов давления газа определяли отношение удельных потерь напора h газа от середины шахты до горизонта фурм к удельным потерям напора h газа от середины шахты до колошника. При отклонении этого отношения от заданного уровня (в пределах 3-4) изменяли температуру ta агломерата в том же направлении на 20°С на каждые на 0,1 ед. изменения этого отношения. В результате такого регулирования температуры ta агломерата в течение двух месяцев производительность печи увеличилась на 0,92%, а удельный расход кокса снизился на 2,1 кг/т чугуна.
Таким образом, использование изобретения позволяет решить его техническую задачу - применять агломерат с оптимальной температурой, наиболее полно удовлетворяющей требованиям доменного производства, обеспечить возможность поддержания высокой и стабильной газопроницаемости столба шихты в доменной печи и за счет этого увеличить производительность доменной печи и снизить удельный расход кокса на выплавку чугуна.
Таблица
Производительность доменной печи полезным объемом 1370 м<sup>3</sup> и удельный расход кокса при использовании агломерата с различным приращением Δt<sub>a</sub> температур агломерата в условиях ОАО "ММК"
№ варианта
Приращение Δt<sub>a</sub> температуры агломерата, °С
Производительность, т/сутки
Удельный расход кокса, кг/т чугуна
По прототипу
1
Без регулирования температуры
3306
446,7
По заявляемому изобретению
2
10
3336
442,7
3
12
3344
441,6
4
14
3351
440,7
5
16
3357
439,9
6
18
3362
439,2
7
20
3367
438,5
8
22
3363
439,1
9
24
3358
439,8
10
26
3352
440,6
11
28
3345
441,5
12
30
3353
442,5