СПОСОБ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
METHOD FOR OPERATION OF THE BLAST FURNACE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к способу работы доменной печи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Обычно в доменной печи расплавленный чугун получают путем: попеременной загрузки слоями кокса и железорудного сырья (железной руды, спеченной железной руды, окатышей и т.п.) с верхней части печи; и введения пылевидного угля вместе с горячим воздухом (воздухом, кислородом) из фурмы для восстановления и плавления железорудного сырья. Для проведения стабильных операций в такой доменной печи, имеющей слой противоточной передачи твердое/газ, важно поддерживать благоприятную газопроницаемость внутри печи, поскольку снижение газопроницаемости препятствует стабильной работе.
[0003] Например, кокс играет роль дистанцирующего  элемента, который обеспечивает газопроницаемость внутри печи; таким образом, следует использовать определенное количество кокса. Однако, если использование кокса может быть уменьшено и газопроницаемость внутри печи может снижаться, дорогой кокс можно заменять недорогим пылевидным углем, в результате чего количество используемого кокса (расход кокса) может быть уменьшено.
В последние годы стало обычным проводить операции в доменной печи, при которых пылевидный уголь вводят из фурмы доменной печи, при этом пылевидный уголь используется в качестве топлива для замены части кокса (восстановителя). В последнее время стали постоянно выполняться операции по введению сильно измельченного угля, при этом используемое количество пылевидного угля составляет до 150 кг/т чугуна и более.
2
2
3
2
3
[0004] В настоящем документе пылевидный уголь, подлежащий вдуванию в доменную печь, содержит золу при содержании примерно 10 мас.% (в дальнейшем просто обозначено как "%"), золу, состоящую из 50-60% SiO, 20-30% AlO, а также FeO, CaO и т.п., причем в основном состоящую из кислотных компонентов.
Таким образом, если расход при введении пылевидного угля растет, то кислотный шлак, полученный из золы в пылевидном угле, увеличивается, тем самым увеличивая вязкость и/или температуру плавления слоя шлака (обычно называемого "шлак птичьего гнезда"), который накапливается в области «птичьего гнезда» внутри зоны циркуляции. Соответственно, увеличивается количество шлака птичьего гнезда (зависание), в результате чего снижается газопроницаемость в нижней части доменной печи (см. фиг.15).
2
[0005] Что касается вышеупомянутого снижения газопроницаемости в нижней части доменной печи, патентный документ 1 раскрывает способ, в котором производительность доменной печи увеличивается и расход кокса уменьшается за счет использования железной руды, имеющей содержание связанной воды большее или равное 2,0 мас.%, в качестве сырья для способа доменной плавки. В частности, способ в соответствии с патентным документом 1 включает в себя: восстановление железной руды, имеющей содержание связанной воды большее или равное 2,0 мас.%, чтобы иметь процент восстановления больший или равный 30%, с последующей загрузкой и/или введением железной руды в доменную печь в качестве сырья для способа доменной плавки. Восстановление железной руды проводят в восстановительной атмосфере, содержащей CO и/или H, при высокой температуре, большей или равной 400°C.
[0006] Кроме того, патентный документ 2 раскрывает способ, относящийся к способу работы доменной печи, способ, в частности, касающийся замедления роста Si в расплавленном чугуне, который произвели. В частности, способ, описанный в патентном документе 2, включает в себя: одновременное введение пылевидной руды и пылевидного угля из каждой фурмы, обеспечивая расход пылевидной руды и пылевидного угля эквивалентным расходу руды и кокса, загруженным из верхней части доменной печи. В способе, патентного документа 2, считается, что за счет введения пылевидной руды в дополнение к пылевидному углю замедляется рост Si, и, кроме того, за счет того, что расход пылевидной руды и пылевидного угля при введении эквивалентен расходу руды и кокса, загруженных из верхней части доменной печи, распределение загруженного материала в печи не изменяется, тем самым облегчая управление распределением загруженного материала. Более того, сообщается, что из-за введения путем разделения в отдельные фурмы, количество, вводимое из каждой фурмы, невелико, при этом может быть достигнут эффект, приводящий к тому, что проблемы с оборудованием вряд ли возникнут.
ДОКУМЕНТЫ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0007] Патентный документ 1: Не прошедшая экспертизу японская патентная заявка, заявка №H09-165607
Патентный документ 2: Не прошедшая экспертизу японская патентная заявка, заявка № H04-002708
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0008] В способе согласно патентному документу 1 расход при введении не дегидратированной железной руды достигает 100 кг/т чугуна, при этом имеет место существенная потеря температуры; таким образом, количество накапливающегося шлака птичьего гнезда (зависание) не может уменьшиться.
К тому же, что касается способа раскрытого в патентном документе 2, расход при введении пылевидного угля составляет уже от 0 до 40 кг/т чугуна, в результате чего количество шлака птичьего гнезда (зависание) не может уменьшиться. Более того, характерные особенности руды не раскрыты в патентном документе 2; таким образом, во время введения существует вероятность того, что температура расплавленного чугуна в доменной печи будет снижаться из-за недостаточного восстановления руды, в результате чего потребуется дополнительное увеличение расхода кокса. К тому же, способ цитируемой публикации 2 представляет собой способ, относящийся к уменьшению Si в расплавленном чугуне; таким образом, в отличие от настоящего изобретения, в патентном документе 2 нет цели улучшения газопроницаемости в нижней части доменной печи.
[0009] Настоящее изобретение было создано исходя из вышеуказанных проблем, и цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ работы доменной печи, который позволяет улучшить газопроницаемость в нижней части доменной печи путем введения пылевидной железной руды из фурмы.
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
[0010] Для решения вышеупомянутых проблем способ работы доменной печи настоящего изобретения включает в себя следующие технические мероприятия.
В частности, способ работы доменной печи по настоящему изобретению включает в себя: пульверизацию угля для получения пылевидного угля и пульверизацию железной руды для получения пылевидной железной руды; и введение пылевидного угля и пылевидной железной руды из фурмы, отличающийся тем, что потери при прокаливании железной руды больше или равны 9 мас.% и меньше или равны 12 мас.%, расход при введении пылевидного угля больше или равен 150 кг/т чугуна, а расход при введении пылевидной железной руды больше или равен 2,5 кг/т чугуна и меньше или равен 50,0 кг/т чугуна.
[0011] Следует отметить, что железную руду и уголь пульверизируют предпочтительно совместно.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] В соответствии со способом работы доменной печи по настоящему изобретения обеспечивается возможность улучшения газопроницаемости в нижней части доменной печи путем введения пылевидной железной руды из фурмы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Фиг.1 представляет собой чертеж, схематически иллюстрирующий обработку, проводимую фурмой в способе работы доменной печи по настоящему изобретению.
2
3
Фиг.2 представляет собой график, показывающий, каким образом вязкостные характеристики шлака, содержащего 15% AlO и 5% MgO и имеющего основность 1,2, изменяются в соответствии с процентным содержанием FeO.
2
2
3
Фиг.3 представляет собой график, показывающий, каким образом изменяются вязкостные характеристики шлака, содержащего 40 мол.% SiO, в соответствии с концентрацией FeO мол.%.
Фиг.4 представляет собой график, показывающий зависимость между потерями при прокаливании угля, используемого для пылевидного угля, и индексом Хардгроува (Hardgrove).
Фиг.5 представляет собой график, показывающий зависимость между удельной площадью поверхности и потерями при прокаливании угля, используемого для пылевидного угля.
Фиг.6 представляет собой график, показывающий зависимость между расходом при введении пылевидной железной руды и величиной изменения потери давления в доменной печи.
Фиг.7 представляет собой график, показывающий результат использования реальной доменной печи для исследования зависимости между расхода при введении пылевидной железной руды и величиной изменения потери давления в доменной печи.
Фиг.8 представляет собой структурную схему, показывающую процедуру способа работы по настоящему изобретению.
Фиг.9 представляет собой структурную схему, показывающую процедуру расчета величины изменения потери давления в доменной печи.
Фиг.10A-10H представляют собой графики, показывающие каждое значение физической характеристики, полученное на этапе расчета величины изменения потерь давления в доменной печи.
Фиг.11 представляет собой чертеж, показывающий измеритель вращательного момента, используемый в измерении вязкости шлака.
Фиг.12 представляет собой график, показывающий температурную зависимость вязкости в шлаке с основностью 0,6.
Фиг.13 представляет собой график, показывающий температурную зависимость вязкости в шлаке с основностью 1,0.
Фиг.14 представляет собой график, показывающий зависимость между основностью и вязкостью шлака в случае, когда расход флюса составляет 20 кг/т чугуна.
Фиг.15 представляет собой чертеж, схематически иллюстрирующий обработку, проводимую фурмой при обычном способе работы доменной печи.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0014] В дальнейшем в этом документе подробно описаны на основе чертежей варианты осуществления способа работы доменной печи 1 в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на рис. 1, способ работы доменной печи 1 включает в себя: пульверизацию угля для получения пылевидного угля и пульверизацию железной руды для получения пылевидной железной руды; и введение пылевидного угля и пылевидной железной руды из фурмы 2, характеризующийся тем, что потери при прокаливании железной руды больше или равны 9 мас.% и меньше или равны 12 мас.%, расход при введении пылевидного угля больше или равен 150 кг/т чугуна, а расход при введении пылевидной железной руды больше или равен 2,5 кг/т чугуна и меньше или равен 50,0 кг/т чугуна ("кг/т чугуна", как указано выше, означает массу (кг) на тонну расплавленного чугуна; то же самое применяется далее).
[0015] В частности, в отношении доменной печи 1, для которой осуществляют способ работы по настоящему изобретению, кокс и железорудное сырье (железная руда, спеченная железная руда, окатыши и т.п.) попеременно загружают слоями с верхней части печи, пылевидный уголь вводят вместе с горячим воздухом (воздухом, кислородом) из фурмы 2, и расплавленный чугун получают восстановлением и плавлением железорудного сырья. Для проведения стабильных операций с использованием доменной печи 1, имеющей слой противоточного переноса твердое/газ, важно благоприятно поддерживать газопроницаемость внутри печи, поскольку снижение газопроницаемости препятствует стабильным операциям. Кокс играет роль дистанцирующего элемента, которая обеспечивает газопроницаемость внутри печи; однако, если газопроницаемость внутри печи может быть обеспечена благоприятной, дорогой кокс может быть заменен недорогим пылевидным углем, в результате чего количество используемого кокса (расход кокса) может быть уменьшено.
[0016] В способе работы по настоящему изобретению, как описано выше, пылевидный уголь, являющийся углем, который размололи, и пылевидная железная руда, являющаяся железной рудой, которую размололи, вводят из фурмы 2.
Например, пылевидный уголь имеет максимальный размер частиц менее или равный 1000 мкм и средний размер частиц 50 мкм, и его вводят в доменную печь 1 с расходом, большим или равным 150 кг/т чугуна. Другими словами, способ работы по настоящему изобретению направлен на операции с высоким расходом пылевидного угля и представляет собой метод, целью которого является улучшение газопроницаемости внутри печи при операциях с высокой расходом пылевидного угля и снижение расхода кокса в операциях доменной печи 1 (масса (кг) кокса, необходимая для производства 1 тонны расплавленного железа).
2
2
3
2
3
[0017] Кроме того, пылевидный уголь содержит золу с содержанием примерно 10 мас.% (далее просто обозначается как "%"), причем зола состоит из 50-60% SiO, 20-30% AlO, а также FeO, CaO и т.п., в основном состоит из кислых компонентов.
Таким образом, когда расход при введении пылевидного угля становится высоким, кислотный шлак, полученный из пылевидного угля, увеличивается, тем самым повышая вязкость и/или температуру плавления слоя шлака (обычно называемого "шлак 4 птичьего гнезда "), который накапливается во внутренней части зоны циркуляции (являющейся областью 3 птичьего гнезда), как показано на фиг.1, в результате чего газопроницаемость снижается (увеличивается потеря давления). В результате снижается газопроницаемость в нижней части доменной печи 1.
2
3
3
4
[0018] К тому же, способ работы по настоящему изобретению включает в себя введение железной руды из фурмы 2 в дополнение к пылевидному углю. О таком введении железной руды уже известно из непрошедшей экспертизу японской патентной заявки, заявка №05-214414 и т.п. Например, как показано на фиг.2 и т.п., сообщается, что при введении железной руды (FeO) из фурмы, например во время достижения области птичьего гнезда, от 10% до 40% приходится на FeO до FeO, в то время как часть железной руды восстанавливается до металлического железа, и что, когда железную руду и уголь пульверизируют одновременно, уголь и железная руда располагаются близко друг к другу и процент восстановления увеличивается. К тому же, фиг.2 и 3 показывают, что, как правило, вязкость снижается, когда железоксидный(ые) компонент(ы) (FeO, Fe2O3) добавляется/добавляются в кислотный шлак.
[0019] Другими словами, как видно из вышеупомянутой фиг.2 и т.п., когда уголь и железную руду вместе вводят из фурмы, часть железной руды восстанавливается в зоне циркуляции, в результате чего восстановленная и пылевидная железная руда попадает в шлак птичьего гнезда внутри зоны циркуляции. В результате вязкость шлака снижается из-за железооксидного(ых) компонента(ов) восстановленной и пылевидной железной руды, и шлак птичьего гнезда становится склонным к стеканию каплями. Соответственно, считается, что может быть получен эффект, в котором количество шлака, которое накапливается в птичьем гнезде, уменьшается, приводя к уменьшению задержки шлака, в результате чего улучшается газопроницаемость в нижней части печи (уменьшается потеря давления в нижней части печи).
[0020] Однако, в случае, в котором оксид железа, содержавшийся в пылевидной железной руде, вступает в реакцию с коксом в печи, это приведет к реакции прямого восстановления (например, FeO+C→Fe+CO). Из-за того, что эта реакция сопровождается значительным поглощением тепла, существует возможность снижения температуры расплавленного железа, что становится причиной охлаждения расплавленного железа. Другими словами, пылевидная железная руда не может быть чрезмерно введена с простым намерением сделать газопроницаемость благоприятной.
Таким образом, в способе работы доменной печи 1 по настоящему изобретению характеристики железной руды и расход при введении регулируют до соответствующих условий, чтобы обеспечить как улучшение газопроницаемости, так и предотвращение охлаждения.
[0021] Далее описываются характеристики железной руды, являющейся сырьем для пылевидной железной руды в способе работы по настоящему изобретению, а также расход при введении пылевидной железной руды.
Пылевидную железную руду получают путем размалывания железной руды. Железная руда, являющаяся сырьем для пылевидной железной руды, имеет потери при прокаливании, большую или равную 9% мас.% и менее или равную 12% мас.%. Потери при прокаливании (ППП, loss on ignition,) в железной руде является показателем, измеряемым в соответствии с JIS M8850; в случае железной руды ППП указывает главным образом на содержание связанной воды.
[0022] Таким образом, регулирование потерь при прокаливании (ППП) железной руды имеет целью придание характеристики размалывания пылевидной железной руды эквивалентной характеристике измельчения угля для пылевидного угля, тем самым делая железную руду легко измельчаемой (легко тонко измельчаемой), в результате чего размер частиц и железной руды и угля в случае размалывания совпадает. HGI (Hardgrove Index, Индекс измельчаемости Хардгроува) является показателем, выражающим характеристику измельчаемости, показанным в испытании на прочность угля на измельчаемость(JIS M8801). Характеристики измельчения разнообразных видов железной руды определяют в соответствии с процедурой испытания угля на измельчаемость по методу Хардгроува; определение взаимосвязи между характеристикой размалывания и потерями при прокаливании  (ППП) приводит к такой зависимости, как соотношение, показанное на фиг.4.
[0023] Как показано на фиг.4, когда потери при прокаливании (ППП) железной руды высоки, HGI железной руды также становится высоким, в результате чего железную руду легче измельчить (легче сделать тонкодисперсной).
В данном документе HGI угля, использованного в качестве пылевидного угля для доменной печи 1, обычно составляет от 40 до 90. HGI угля устанавливают большим или равным 40, потому что, когда HGI падает ниже 40, характеристика измельчения ухудшается, и размер частиц увеличивается, в результате чего может произойти износ оборудования и т.п. К тому же, HGI угля устанавливают меньшим или равным 90, потому что, когда HGI превышает 90, уголь, слишком тонко измельченной, может быть причиной закупорки трубы.
[0024] В случае, когда потери при прокаливании больше или равны 9% мас.% и меньше или равны 12% мас.%, HGI железной руды становится 40-90, аналогично HGI угля для пылевидного угля, а размер частиц пылевидной железной руды, когда железную руду измельчили, становится аналогичным размеру частиц пылевидного угля (максимальный размер частиц меньше или равен 1000 мкм, средний размер частиц 50 мкм), что позволяет предотвратить износ оборудования и разрыв транспортных труб.
Кроме того, как показано на фиг.5, потери при прокаливании (ППП) железной руды и удельная площадь поверхности (по методу BET (Brunauer-Emmett-Teller, Брунауэра-Эммета-Теллера, БЭТ) положительно коррелируются: когда потери при прокаливании увеличивается, удельная площадь поверхности также увеличивается. Пылевидная железная руда (железная руда), имеющая высокую удельную площадь поверхности, легче реагирует в зоне циркуляции, тем самым также позволяя улучшить процент восстановления пылевидной железной руды.
[0025] В связи с вышеизложенным, в то время, когда пылевидная железная руда попадает в шлак 4 птичьего гнезда во внутренней части зоны циркуляции, накопление шлака 4 птичьего гнезда может быть уменьшено за счет снижения вязкости шлака 4 птичьего гнезда. В результате снижается потеря давления в доменной печи 1, в результате чего газопроницаемость в нижней части доменной печи 1 может быть обеспечена благоприятной.
Следует отметить, что в случае, когда потери при прокаливании (ППП) железной руды составляет менее 9 мас.%, пульверизация затруднено из-за использования в качестве сырья железной руды с низким HGI. В результате размер частиц пылевидной железной руды увеличивается, и может иметь место существенный износ оборудования, приводя возможно к сбоям в работе, таким как разрыв транспортных труб, что приведет к прекращению использования. Более того, железная руда, в которой потери при прокаливании (ППП) невелики, имеет низкую удельную площадь поверхности, в результате чего процент восстановления в зоне циркуляции уменьшается во время введения из фурмы 2. Таким образом, происходит повышенное поглощение тепла за счет реакции прямого восстановления с коксом в сердцевине печи во внутренней части зоны циркуляции, что способствует снижению температуры расплавленного железа (уменьшению тепла в печи). В результате потеря давления, наоборот, увеличивается, в результате чего может оказаться невозможным получить эффект за счет введения пылевидной железной руды.
[0026] Кроме того, что касается случая, в котором потери при прокаливании (ППП) железной руды превышают 12 мас.%, железной руды, имеющей такие потери при прокаливании, не существует; таким образом, исключается случай, когда ППП превышают 12 мас.%.
Далее описывается расход при введении пылевидной железной руды.
Используя методику расчета из фиг. 9, описанную ниже, была рассчитана зависимость между расходом при введении пылевидной железной руды и величиной снижения потери давления. Результаты расчета показаны на фиг.6. При увеличении расхода при введении пылевидной железной руды вязкость шлака 4 птичьего гнезда уменьшается, а линейная скорость стекания капель увеличивается, в результате чего уменьшается зависание шлака (уменьшается величина накопления шлака). В результате увеличивается величина снижения потери давления. Однако, когда расход при введении пылевидной железной руды становится больше или равен 20 кг/т чугуна, количество шлака в области птичьего гнезда увеличивается, в результате чего уменьшается величина снижения потери давления из-за влияния снижения температуры шлака. Следует отметить, что когда расход при введении пылевидной железной руды увеличивается до более чем 50 кг/т чугуна, потеря давления превысит условие, в котором расход при введении пылевидной железной руды составляет 0 кг/т чугуна (базовая), в результате чего эффект будет потерян.
[0027] Следует отметить, что результаты на фиг.6, описанные выше, были рассчитаны в соответствии с методикой расчета, раскрытой на фиг.9, но, когда испытания проводят с использованием реальной доменной печи, получаются результаты, подобные показанным на фиг.7.
Как показано на фиг.7, когда операции проводили в соответствии с методикой, описанной на фиг.8, при использовании реальной доменной печи потеря давления не уменьшилась, когда расход при введении пылевидной железной руды составлял 1,3 кг/т чугуна, в то время как потеря давления уменьшилась до той, которая показана на фиг.6, когда расход при введении составлял 2,5 кг/т чугуна. Считается, что это произошло из-за расхода при введении, являющегося низким, когда введение проводили при 1,3 кг/т чугуна, при том пылевидная железная руда не могла быть распределена в равном количестве по фурмам 2, число которых составляло 25 в окружном направлении, что приводило к нарушению окружного баланса и, таким образом, препятствовало получению эффекта улучшения газопроницаемости. Соответственно, в способе работы по настоящему изобретению нижний предел расхода при введении пылевидной железной руды, в котором проявляется эффект настоящего изобретения, был установлен большим или равным 2,5 кг/т чугуна.
[0028] Кроме того, в случае, когда расход при введении пылевидной железной руды превышает 50 кг/т чугуна, физическая теплота введения (величина поглощения тепла) увеличивается, в результате чего температура (T) шлака птичьего гнезда снижается. Кроме того, количество (W) втекающего шлака также увеличивается, в результате чего потеря давления увеличивается сверх базового перед введением.
Следует отметить, что пылевидная железная руда, как описано выше, означает железную руду, подвергнутую обработке пульверизацией (измельчению) с помощью валковой дробилки, шаровой мельницы или т.п., и означает, что железная руда была размолота до равной или менее чем 1000 мкм. Более того, пылевидный уголь означает уголь, подвергнутый обработке пульверизацией (измельчению) одной и той же валковой дробилкой, шаровой мельницей или т.п., и означает, что уголь был размолот до равного или менее чем 1000 мкм.
ПРИМЕРЫ
[0029] В дальнейшем в этом документе эффекты способа работы доменной печи 1 по настоящему изобретению подробно описаны в виде сравнительных примеров и примеров.
Во-первых, изменения величины снижения потери давления по отношению к расходу при введении пылевидной железной руды были определены в соответствии с методикой расчета, раскрытой на фиг.9. Следует отметить, что "величина снижения потери давления" означает степень, до которой потеря давления уменьшилась по сравнению с той, что была до введения; например, "увеличение величины снижения потери давления" означает уменьшение потери давления и "уменьшение величины снижения потери давления" означает увеличение потери давления. С другой стороны, "величина изменения потери давления" означает степень, до которой потеря давления увеличилась или уменьшилась по сравнению с той, которая была до введения. "Увеличение величины изменения потери давления" означает увеличение потери давления, тогда как "уменьшение величины изменения потери давления" означает, как написано, что потеря давления уменьшилась.
[0030] Кроме того, далее в этом документе результаты способа работы по настоящему изобретению описаны с использованием символов, определенных, как показано в таблице 1.
[0031] Таблица 1
Наименование показателя
Единица
Описание
Формула(ы)
µ
мПа·с
Вязкость шлака птичьего гнезда
(1)
u
м/с
Линейная скорость стекания каплями шлака птичьего гнезда
(1), (2)
h
-
Зависание (Фиг.10G)
(2), (3)
S
м<sup>2</sup>
Площадь поперечного сечения уплотненного слоя
(2)
W
кг/т чугуна
Количество шлака птичьего гнезда (фиг.10C), являющегося шлаком в заплечиках+пылевидный угольный шлак+пылевидная железная руда
(2)
ΔP
кПа
Потеря давления
(3)
L
м
Высота птичьего гнезда
(3)
k1
-
Коэффициент (150)
(3)
k2
-
Коэффициент (1,75)
(3)
Ɛ
-
Доля пустот
(3)
d<sub>W</sub>
м
Средний размер уплотненного слоя
(3)
V
Нм<sup>3</sup>/мин
Объем газа
(3)
µ<sub>g</sub>
Па·с
Вязкость газа
(3)
ρ<sub>g</sub>
кг/м<sup>3</sup>
Плотность газа
(3)
[0032] Во-первых, будет описан верхний предел расхода при введении (верхний предел введения) пылевидной железной руды из фурмы 2. Во-первых, рассчитывают изменения степени измельчения и процента плавления в зоне циркуляции, а также температуры на границе зоны циркуляции (температура шлака 4 птичьего гнезда) в зависимости от расхода при введении пылевидной железной руды. Этот способ расчета был выполнен на основе математической модели, раскрытой в "Iron and Steel, Xiao et al., Vol. 78, 1992, page 1,230.". Результаты расчета показаны на фиг.10А, а коэффициенты для расчета показаны в таблице 2.
[0033] Таблица 2
Наименование показателя
Единица
Численное значение
Расход дутья
Нм<sup>3</sup>/мин
7600
Объем кислорода
Нм<sup>3</sup>/мин
550
Температура дутья
°C
1180
Влажность дутья
г/Нм<sup>3</sup>
10
Число фурм
число
40
Расход при введении пылевидного угля
кг/т чугуна
215
Средний размер частиц пылевидного угля
мкм
50
Расход при введении пылевидной железной руды
кг/т чугуна
0-50
Средний размер частиц пылевидного угля
мкм
50
[0034] В это время, исходя из предпосылки, что только расплавленная железная руда способствует снижению вязкости шлака 4 птичьего гнезда, соотношение между расплавленной железной рудой (флюсом) и нерасплавленной железной рудой определяли по расходу при введении и проценту расплавления пылевидной железной руды. Определенное таким образом соотношение между расплавленной железной рудой и нерасплавленной железной рудой показано на фиг. 10B.
2
Кроме того, исходя из предпосылки, что все количество введенной пылевидной железной руды должно быть добавлено к выходу шлака от шлака 4 птичьего гнезда, была определена зависимость между расходом при введении пылевидной железной руды и количеством шлака 4 птичьего гнезда (w). Определенная таким образом зависимость показана на фиг.10С. Следует отметить, что в отношении компонентов шлака 4 птичьего гнезда, на основании исследования образцов, было рассчитано, что отношение компонентов шлака заплечиков к компонентам шлака в пылевидном угле пыли составило 0,18:1,00. Более того, в отношении компонентов и количества шлака 4 птичьего гнезда в состоянии, в котором расход при введении составлял 0, расчеты проводили на основе предположения, что основность (C/S) была постоянной на уровне 0,75, а количество шлака птичьего гнезда составляло 64 кг/т чугуна. Следует отметить, что основность (C/S) представляет собой отношение CaO (мас.%) к SiO (мас.%), содержащихся в шлаке.
[0035] Более того, исходя из предпосылки, что введенная пылевидная железная руда непосредственно восстанавливается всем количеством кокса, величина поглощения тепла (часть поглощенного тепла) реакции восстановления вычитали из температуры границы зоны циркуляции (температура птичьего гнезда 3), и определяли зависимость между расходом при введении пылевидной железной руды и температурой шлака 4 птичьего гнезда. Определенная таким образом зависимость показана на фиг.10D.
Далее определяли вязкость (µ) шлака 4 птичьего гнезда. Температурная зависимость вязкости шлака 4 птичьего гнезда при каждом расходе шлака определяли путем экспериментов.
[0036] Используя изменение температуры 3 птичьего гнезда (температура 4 шлака птичьего гнезда) на фиг.10D, вязкость (µ) шлака 4 птичьего гнезда была определена из экспериментальных значений (подробно описано ниже). Следует отметить, что значение, при котором расход при введении пылевидной железной руды составлял 0, рассчитали с использованием формулы оценки вязкости, описанной в "Iron and Steel, Sugiyama et al., Vol. 73, 1987, page 2,044".
Зависимость между расходом при введении пылевидной железной руды и вязкостью (µ) шлака 4 птичьего гнезда, определенная описанной выше процедурой, показана на фиг.10Е.
[0037] Более того, в отношении линейной скорости стекания каплями шлака (µ) на основе реляционного выражения, описанного в "Materials and Processes, Kato et al., Vol. 28, 2015, S25", была определена зависимость между расходом при введении пылевидной железной руды и линейной скоростью стекания каплями. Определенная таким образом зависимость показана на фиг.10F.
Кроме того, что касается задержки (h), на основе реляционного выражения, описанного в "Materials and Processes, Kato et al., Vol. 28, 2015, S25", была определена зависимость между расходом при введении пылевидной железной руды и задержкой (h). Определенная таким образом зависимость показана на фиг.10G.
2
[0038] В это время, исходя из предпосылки, что площадь поперечного сечения уплотненного слоя составляет 6,67 м (постоянная), значения на фиг.10C использовали для количества шлака (W).
Наконец, была определена зависимость между расходом при введении пылевидной железной руды и величиной снижения потери давления (величиной изменения потери давления). Потеря давления была рассчитана на основе расчетной формулы, описанной в "Iron and Steel, Fukutake et al., Vol. 66, 1980, page 1,974". Следует отметить, что коэффициенты расчета являются такими, как показаны в таблице 3. Определенная таким образом зависимость между расходом при введении пылевидной железной руды и величиной изменения потери давления показана на фиг.10H.
[0039] Таблица 3
Наименование показателя
Единица
Значение
Расход при введении пылевидного угля
кг/т чугуна
215
Расход при введении пылевидной железной руды
кг/т чугуна
0-50
V: Объем газа в заплечиках
Нм<sup>3</sup>/мин
11340
Печная температура
°C
1180
Печное давление
кПа
420
S: Площадь поперечного сечения уплотненного слоя
м<sup>2</sup>
6,67
L: Высота птичьего гнезда
м
7,5
ρ<sub>g</sub>: Плотность газа
кг/м<sup>3</sup>
0,641
µ<sub>g</sub>: Вязкость газа
Па·с
0,00000627
Ɛ: Доля пустот уплотненного слоя
-
0,29
d<sub>W</sub>: Средний размер кокса
м
0,023
3
[0040] Следует отметить, что "объем газа в заплечиках" в таблице 3 представляет собой расчетное значение общего объема газа, образующегося перед фурмой из-за, например, сгорания кокса перед фурмой из-за дутья: воздуха, выдуваемого из фурмы, кислорода для обогащения дутья кислородом, содержания влажности в дутье и т.п.; и сжигания дополнительного топлива, такого как пылевидный уголь, и указано в Нм/мин. Способ расчета этого объема газа в заплечиках, например, описан в "Iron and Steel, Vol. 48 (1962), No. 12, page 1,606".
[0041] Как показано на фиг.10H, когда увеличивают введение пылевидной железной руды, вязкость шлака 4 птичьего гнезда уменьшается, а величина снижения потери давления увеличивается (потеря давления уменьшается). Однако, если расход при введении пылевидной железной руды устанавливают большим или равным 20 кг/т чугуна из-за эффекта уменьшения количества шлака в области птичьего гнезда и снижения температуры шлака 4 птичьего гнезда, величина снижения потери давления уменьшается (потеря давления увеличивается). Если расход при введении пылевидной железной руды увеличивают до более чем 50 кг/т чугуна, то потеря давления увеличивается при избытке этого, когда расход при введении пылевидной железной руды составляет 0 кг/т чугуна, в результате чего эффект введения пылевидной железной руды теряется.
[0042] Кстати, для того, чтобы вывести вязкость шлака 4 птичьего гнезда из температуры 3 птичьего гнезда, описанной выше, предпочтительно провести предварительный эксперимент, чтобы уяснить, как расход смеси расплавленной железной руды (флюса), температура шлака и/или т.п. влияют на вязкость шлака.
В отношении предварительного эксперимента, описанного выше, в качестве предварительной подготовки готовят измеритель 5 вращательного момента, такой, как показано на фиг.11, и керамическую пасту антиокисления наносят на тигель 7 из чистого железа и ротор 6 из чистого железа измерителя 5 вращательного момента. Кроме того, ротор 6 из чистого железа измерителя 5 вращательного момента регулируют с использованием корректирующей жидкости JS1000, при этом определяют зависимость между скоростью вращения и крутящим моментом. Когда проводят такую коррекцию, получают первичное уравнение регрессии, в котором получают y=ax+b, позволяющее определить коэффициент ротора (K0). Следует отметить, что определение может быть проведено следующим образом:
коэффициент ротора: K0=[стандартная вязкость (мПа·с)]/[коэффициент регрессии b].
[0043] Когда коэффициент вращения получают таким образом, реагент (шлакосодержащий флюс), смешанный в заданной рецептуре (рецептура показана в следующей таблице 4), загружают в тигель 7 из чистого железа. Содержащий реагент тигель 7 из чистого железа затем нагревают до заданной температуры с использованием электропечи для расплавления реагента. Температура нагрева составляет 1300°C, 1350°C, 1400°C, 1450°C и 1500°C. Ротор (ротор 6 из чистого железа), прикрепленный к измерителю 5 вращательного момента, вставляют в центр расплавленного шлака, и начинается вращение ротора. Когда изменение определяемого вращательного момента становится 0,1%/мин, считается, что вязкость стабилизировалась, измерение продолжают в течение 1 минуты после стабилизации вязкости, и значения, полученные в течение 1-минутного интервала, считаются значениями измерения крутящего момента. После измерения вращение прекращают и эксперимент завершают. Следует отметить, что случаи, в которых вязкость не стабилизировалась, были исключены из данных.
[0044] Значения измерения за 1 минуту, в котором стабилизировался вращательный момент, как описано выше, принимают в качестве значений измерения вращательного момента (вращательный момент (%)). Полученный вращательный момент (%) подставляют в следующее уравнение:
вязкость ƞ (мПа·с)=вращательный момент (%)xK0÷скорость вращения (об/мин), и
определяют вязкости шлака ƞ (мПа·с), для которых расходы флюса различаются. Определенные таким образом вязкости флюса ƞ (мПа·с) показаны в таблице 4.
[0045] Таблица 4
-
Расход флюса
SiO<sub>2</sub>
CaO
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>
Total
C/S
кг/т чугуна
%
%
%
%
%
%
-
1
5,0
46,9
28,1
15,0
5,0
5,0
100
0,60
2
10,0
43,7
26,3
15,0
5,0
10,0
100
0,60
3
20,0
37,5
22,5
15,0
5,0
20,0
100
0,60
4
30,0
31,2
18,8
15,0
5,0
30,0
100
0,60
5
5,0
37,5
37,5
15,0
5,0
5,0
100
1,00
6
10,0
35,0
35,0
15,0
5,0
10,0
100
1,00
7
20,0
30,0
30,0
15,0
5,0
20,0
100
1,00
8
30,0
25,0
25,0
15,0
5,0
30,0
100
1,00
[0046] Таким образом, изменение вязкости шлака 4 птичьего гнезда (µ) по отношению к расходу при введении пылевидной железной руды было определено в случае, в котором основность шлака C/S составляла 0,6, и в случае, в котором основность C/S составляла 1,0 в температурно-зависимом способе. В совокупности полученные результаты температурной зависимости каждой из полученных таким образом вязкостей шлака (µ) показаны на фиг.12 и 13.
Каждую вязкость определяли из реляционного выражения на фиг.10D, при этом зависимость между основностью и вязкостью шлака определяли как экспоненциальную функцию. В качестве одного примера зависимость между основностью и вязкостью шлака, организованная на основе случая, в котором расход флюса составлял 20 кг/т чугуна, показана на фиг.14. Из реляционного выражения на фиг.14 возможно определить вязкость при основности 0,75.
[0047] В соответствии с описанной выше методикой расчета вязкости, когда построена зависимость между расходом при введении и вязкостью пылевидной железной руды, получена зависимость, показанная на фиг.10E.
Согласно зависимости, показанной на фиг.10E, полученной из описанной выше процедуры, или, другими словами, зависимости, показанной на фиг.6, потеря давления уменьшается по сравнению с той, что была до введения (величина снижения потери давления увеличивается или величина изменения потери давления отрицательна), когда расход при введении пылевидной железной руды больше или равен 0 кг/т чугуна и менее или равен 50 кг/т чугуна; таким образом, можно определить верхний предел расхода при введении пылевидной железной руды.
[0048] Следует отметить, что подробности о вышеописанной методике расчета могут быть сведены в таблицу 5.
[0049] Таблица 5
Наименование показателя
Содержание
Примечания
(A) Способ расчета степени расплавления пылевидной железной руды
В соответствии с этой моделью были рассчитаны процент восстановления, процент расплавления и температура на границе зоны циркуляции (температура птичьего гнезда) (фиг.10А).Расплавленная железная руда способствует снижению вязкости птичьего гнезда в качестве флюсового материала.Нерасплавленная железная руда не способствует снижению вязкости шлака (фиг.10Б)
Iron and Steel, Xiao et al., Vol. 78, 1992, page 1,230
(B) Способ расчета вязкости шлака
Компоненты шлака рассчитывают из процента расплавления, рассчитанного на основе математической модели зоны циркуляции.Компоненты представляют собой среднюю загрузку шлака птичьего гнезда и расплавленной железной руды (флюса). Следует отметить, что в отношении компонентов шлака птичьего гнезда на основании исследования образцов, было рассчитано, что отношение компонентов шлака в заплечиках к компонентам шлака в пылевидном угле накопилось к 0,17 : 1,00. Исходя из этого, считали, что количество шлака птичьего гнезда составляло 64 кг/т чугуна.Что касается температуры шлака, температуру, при которой поглощение тепла за счет прямой реакции восстановления с коксом, происходящее в результате введения железной руды, вычитали из температуры границы зоны циркуляции (область птичьего гнезда), определенной с помощью математической модели зоны циркуляции, считали температурой шлака (фиг.10D). Эксперимент был построен по уравнению Аррениуса, и вязкость шлака рассчитывали исходя из температуры, при которой учитывалось поглощение тепла шлака из произвольных компонентов (фиг.10Е).
Фиг.11-14
(C) Способ расчета линейной скорости стекания по каплям
Использовано на фиг.10F.
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="24" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Materials and Processes, Kato et al., Vol. 28, 2015, S25
(D) Способ расчета величины задержки
Использовано на фиг.10G.
<img file="00000002.jpg" he="8" wi="21" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Materials and Processes, Kato et al., Vol. 28, 2015, S25
(E) Способ расчета потери давления
Использовано на фиг.10H.
<img file="00000003.jpg" he="10" wi="74" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Iron and Steel, Fukutake et al., Vol. 66, 1980, page 1,974
[0050] С другой стороны, нижний предел расхода при введении пылевидной железной руды может быть получен из эксперимента с использованием реальной доменной печи (испытание реального устройства).
3
3
Доменная печь 1, использованная при реальном испытании устройства, представляла собой реальную печь объемом 2112 м с производительностью 1,8 т/м/сутки. Испытательную операцию проводили в течение периода в пять дней при изменении количества железной руды в пылевидной железной руде, введенной в доменную печь 1, в следующем порядке: 0,0 кг/т чугуна-1,3 кг/т чугуна, 2,5 кг/т чугуна-5,0 кг/т чугуна.
[0051] Следует отметить, что пылевидная железная руда, вводившаяся в реальную печь, имеет состав, как показан в таблице 6.
[0052] Таблица 6
-
Feобщ
SiO<sub>2</sub>
CaO
ППП
HGI
мас.%
мас.%
мас.%
мас.%
-
Пылевидная железная руда
58,5
5,0
0,03
11,1
42,9
[0053] Следует отметить, что описанная выше пылевидная железная руда была размолота путем проведения обработки, такой как та, которая показана на фиг.8.
Результаты испытания реального устройства приведены ниже в таблице7.
[0054] Таблица 7
Эксперимент №
Вводная часть
Составляющие признаки, условия выполнения
Объяснение
A1
B1
C1
Восстановитель
Оценка
Расход пылевидного угля (PC rate)Диапазон в пункте: больше или равный 150 кг/т чугуна
ПППДиапазон в пункте: 9,0-12,0 мас.%
Расход при введении пылевидной железной рудыДиапазон в пункте: 2,5-50,0 кг/т чугуна
Расход пылевидного угля (PC)
Расход кокса(CR)
Расход восстановителя (RAR)
Величина потери давления
(кг/т чугуна)
Пригодность
(% by mass)
Пригодность
(кг/т чугуна)
Пригодность
(кг/т чугуна)
(кг/т чугуна)
(кг/т чугуна)
(кПа)
RAR=PC+CR "хорошая" была выбрана для показателей, в которых потеря давления была ниже, чем базовая.
ПРИМЕРЫ
1
208
хорошая
11,1
хорошая
2,5
M
208
316
524
-1,72
хорошая
Сопротивление проницаемости нижней части уменьшилось сверх базовой
2
208
хорошая
11,1
хорошая
5,0
M
208
316
524
-3,33
хорошая
“
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ
3
208
хорошая
-
-
0,0
L
208
316
524
0,00
-
основа
4
208
хорошая
11,1
хорошая
1,3
L
208
316
524
0,73
Плохая
Потеря давления, увеличенная из-за нарушения окружного баланса.
[0055] Глядя на таблицу 7, расход пылевидного угля (расход при введении пылевидного угля) и в примерах и сравнительных примерах составляет 208 кг/т чугуна (удовлетворяет условию больший или равный 150 кг/т чугуна), а потери при прокаливании (ППП) угля, являющегося сырьем для пылевидного угля, составляют 11,1 мас.% (удовлетворяет условию 9,0 мас.%-12,0 мас.%). Более того, расход восстановителя (сумма расхода пылевидного угля и расхода кокса) составляет 524 кг/т чугуна как для примеров, так и для сравнительных примеров.
[0056] Операции проводили при выполнении введения пылевидной железной руды в таких условиях для расхода пылевидного угля, потерях при прокаливании и расходом восстановителя, а определение проводили относительно способа, каким потеря давления изменялась по сравнению с тем, что было до введения. Результаты измерений показаны в таблице 7.
Как показано в таблице 7, в примерах расход при введении пылевидной железной руды составляет 2,5 кг/т чугуна и 5,0 кг/т чугуна, а расход при введении пылевидного угля в сравнительных примерах составлял 0,0 кг/т чугуна и 1,3 кг/т чугуна.
[0057] Что касается описанных выше примеров и сравнительных примеров, то в отношении примеров величины изменения потери давления составляли -1,72 кПа и -3,33 кПа; таким образом, может быть понятно, что потери давления были ниже по сравнению с тем, что было до введения, и газопроницаемость была благоприятной. В отличие от этого, что касается сравнительных примеров, величины изменения потери давления составляли 0,00 кПа и 0,73 кПа; таким образом, потеря давления была такой же, как и до введения, или была больше той, чем до введения, при этом газопроницаемость не улучшилась.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что эффект улучшения газопроницаемости может быть получен в случае, в котором расход при введении пылевидной железной руды больше или равен 2,5 кг/т чугуна.
[0058] Всесторонне делая заключение из результатов вышеописанных примеров и сравнительных примеров, можно сделать вывод, что путем измельчения угля для получения пылевидного угля и измельения железной руды для получения пылевидной железной руды; и введения пылевидного угля и пылевидной железной руды из фурмы 2, при том потери при прокаливании железной руды были больше или равны 9 мас.% и меньше или равны 12 мас.%, расход при введении пылевидного угля больше или равен 150 кг/т чугуна, и расход при введении пылевидной железной руды больше или равен 2,5 кг/т чугуна и менее или равен 50,0 кг/т чугуна, возможно улучшение газопроницаемости в нижней части доменной печи 1 при введении пылевидной железной руды из фурмы 2.
[0059] Следует отметить, что варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, следует считать примерами во всех отношениях и не следует толковать как ограниченные. В частности, в вариантах осуществления, раскрытых в настоящем документе, показатели, которые четко не раскрыты, например, условия эксплуатации, условия работы, различные параметры, а также размеры, вес и объемы конструкций, не выходят за пределы диапазонов, относящихся к общему исполнению специалистом в данной области, и были использованы значения, которые могут быть легко оценены специалистом в данной области.
ОБЪЯСНЕНИЕ ССЫЛОЧНЫХ СИМВОЛОВ
[0060]
1 Домна
2 Фурма
3 Область птичьего гнезда
4 Шлак птичьего гнезда
5 Измеритель вращательного момента
6 Ротор из чистого железа
7 Тигель из чистого железа