Влияние нарушения режима выпусков на показатели доменной плавки

МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА

УДК 669.162.26

Баева О.В., Милохин В.А.

ВЛИЯНИЕ НАРУШЕНИЯ РЕЖИМА ВЫПУСКОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Аннтотация. Изучено влияние нарушений режима выпусков на показатели доменной плавки в условиях ОАО «Уральская Сталь». Установлено количественное влияние нарушения ритмичности отработки жидких продуктов плавки на ход доменной печи и показатели плавки: скорость схода шихты, расход дутья, температура шахты и колошникового газа, состав чугуна. Так, при задержке выпуска снижается скорость схода шихты из-за всплывания коксовой насадки, что вызывает уплотнение шихты и ухудшает газодинамические условия работы печи. Это ведет к развитию периферийного газового потока (повышение температуры шахты и колошникового газа) и вынуждает снижатьрасход дутья на 5-10 %. Происходит потеря производительности, повышается расход кокса и ухудшается десульфурация чугуна. Таким образом, соблюдение графика выпусков является одним из существенных факторов поддержания ровного хода доменной плавки и получения высоких технико-экономических показателейработы печи.

Ключевые слова: выпуск чугуна, производительность доменной печи, расход дутья, расход кокса, качество чугуна.

Важнейшим условием успешной реализации основных требований к доменному процессу - получению высококачественных продуктов плавки при минимально затратах кокса и высокой стойкости агрегата - является ровный ход доменной печи (ДП). Основными условиями ровной работы доменных печей является постоянство химического состава и свойств шихтовых материалов, режимов загрузки шихты и выпуска продуктов плавки, параметров дутья, а также стабильность работы оборудования.

С целью изучения влияния периодичности выпусков был выполнен анализ показателей работы ДП №1 за 2013 год (табл. 1).

Как следует из табл. 1, среднемесячное количество выпусков изменяется от 10 до 13, в среднем со-

Показатели работы ДП №1

ставляя 12 выпусков в сутки, что соответствует продолжительности цикла «накопление-выпуск» -120 мин. Указанный режим выпусков обеспечивает достаточно высокие показатели доменной плавки, однако его нарушения, выражающиеся, обычно, в задержке выпусков, приводят к изменениям в противотоке шихты и газа, что отражается на показателях плавки. Эти изменения достаточно сложно оценить по усредненным среднемесячным данным, колеблемость которых незначительна. Поэтому в работе проведен анализ работы ДП №1 за сутки (12.03.2014г.), в течение которых наблюдались нарушения режима выпусков (табл. 2).

Таблица 1

ОАО «Уральская Сталь»

Показатель Значение показателя за период

максимальное минимальное среднее

Производство чугуна, т/сут 1874 1547 1736

Расход кокса (сухого), кг/т чугуна 493,3 475 485

Выход шлака кг/т чугуна 450 326,5 370

Содержание железа в металлошихте с известью, % 56,2 53,9 55

Доля агломерата в железорудной части,% 78,1 62,2 72,9

Расход дутья, м3/т 1942 1773,9 1877,8

Давление дутья, ати 2,29 1,53 2,1

Температура дутья, °С 1090 1029,3 1063,7

Содержание кислорода в дутье, % 25 21 23,3

Колошниковый газ: давление, ати 1,07 0,8 1

температура, °С 197 253 220

Содержание в чугуне, %: Si 0,8 0,57 0,6

S 0,016 0,012 0,014

Основность шлака, ед. 1,1 1,04 1,07

Количество выпусков, штУсут 13 10 12

Время цикла «накопления-выпуск», мин 110 144 120

Таблица 2

Усредненные данные работы ДП №1 за 12 марта 2013 года

Показатель Значение Относительное изменение от среднего, %

минимальное максимальное среднее

Количество подач, шт./ч 6 10 8 -25/+25

Количество дутья, м3/мин 1830 2076 1990 -8/+4

Р дутья, ати 2,04 2,25 2,13 -4/+6

Р на колошнике, ати 1,1 1,1 1,1 -0/+0

Перепад общ, атм 0,94 1,15 1,03 -9/+12

Температура колошника, °С 118 267 158 -25/+69

Температура шахты, °С 199 307 253 -21/+21

Время выпуска, мин 45 75 60 -25/+25

Время между выпусками, мин 55 75 60 -8/+25

Объем выпуска, т 70,1 206,95 150,4 -53/+38

[31], % 0,38 0,79 0,53 -28/+49

[Б], % 0,01 0,027 0,018 -44/+50

Основность, ед. 1,01 1,06 1,03 -2/+3

Периодическая отработка жидких продуктов плавки приводит к тому, что даже при постоянном качестве шихты практически все параметры доменной плавки, характеризующие ровный ход, претерпевают более или менее значительные изменения в цикле «накопление-выпуск». Однако эти изменения не превышают 10 % от номинальных значений, тогда как отклонения от регламентированного режима выпусков приводят к более существенным последствиям, выражающимся в нарушении схода шихты, изменении распределения газов по сечению печи и эффективности их использования, химического состава чугуна. Указанное влияние иллюстрируется данными о работе доменной печи №1 ОАО «Уральская Сталь» за 12.03.14 г. (по данным суточного рапорта).

Влияние выпуска чугуна и шлака на скорость схода материалов на колошнике хорошо заметно на шомпольных диаграммах - периоду перед открытием летки соответствует замедление, а периоду второй половины опорожнения горна - учащение забора подач. Динамика количества подач за исследуемые сутки приведены на рис. 1.

220 - 12

X £

Т

200

190

160

(5 X

140

120

100

рта

я

10

я: о с: о

со &

Рис.

0 2 4 6 0 10 12 14 16 13 Время, ч

Налив чугуна ^—Количество подач по диаграмме

1. Динамика количества подач наДП№1 за 12.03.14 г. по данным суточногорапорта

Выпуск чугуна и шлака приводит к ускорению схода шихты. Вызвано это уменьшением архимедовой силы, действующей на погруженный в расплавы кокс, при опорожнении горна. Этот фактор в определенных условиях [1] может приводить к опусканию коксовой насадки и во всех случаях приводит к уменьшению количества кокса, поступающего в фурменные очаги снизу с соответствующим увеличением прихода его сверху из зоны потока. Дополнительными причинами ускорения схода шихты могут являться увеличение принимаемого печью в этот период дутья и рост степени прямого восстановления из-за прихода в горн плохо прогретых и восстановленных материалов.

Существенное различие скорости схода шихтовых материалов во время выпуска и в межвыпускной период является основным фактором, вызывающим нестационарность процессов в цикле «накопление-выпуск» [2].

Всплывание коксовой насадки в период накопления продуктов плавки ведет не только к снижению скорости схода шихты, но и уплотнению шихты, что ухудшает газодинамику работы печи [3] и вынуждает снижать расход дутья. Периодическая отработка жидких продуктов плавки вызывает циклические колебания давления горячего дутья из-за роста перед выпуском как верхнего, так и нижнего перепадов давления газов по высоте печи. Это вынуждает технологов уменьшать количество дутья во избежание подвиса-ний шихты и продувов перед открытием летки [4, 5]. Указанная ситуация проявляется в тем большей степени, чем длительнее период накопления. Динамика перепада давления и расхода дутья за исследуемые сутки приведена на рис. 2 и 3.

Из представленных на рис. 2 и 3 данных следует, что периодическая отработка продуктов плавки и особенно задержки выпуска оказывают существенное влияние на газодинамику доменного процесса. Так, задержка выпуска до 70-75 мин приводит к росту перепада давлений (до 1,15 ат) и снижению расхода дутья на 150-200 м3/мин.

1,16

1,12

08

ч: го

с

ф

ф

1,04

Ч

ю О

96

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Время,ч

.....Налив чугуна ^—Перепад общ

Рис. 2. Динамика перепада давления за 12.03.14 г. по суточным рапортам

10 12

Время,ч

.....Налив чугуна ^—Количество дутья м3/мин

Рис. 3. Динамикарасхода дутья за 12.03.14 г. по данным суточногорапорта

Рост газодинамической напряженности перед выпуском с задержкой связано с увеличением объема газов из-за повышения его температуры и уменьшением порозности материалов из-за замедления их схода к фурмам перед выпуском. Дополнительным фактором роста нижнего перепада перед открытием летки служит непосредственное влияние зеркала шлака на струю дутья, истекающего из фурм. Кроме того, росту сопротивления шихты проходу газа в нижней части печи способствует увеличение количества жидкой фазы, аккумулируемой коксовой насадкой в ходе накопления чугуна и шлака [6].

Последствием более напряженных газодинамических условий и снижения расхода дутья при задержке выпуска является перераспределение газового потока к периферии и ухудшение использование его тепловой и химической энергии [7]. Это проявляется в увеличении температуры колошникового газа и шахты (рис. 4).

8 10 12 14 16 18 Время, ч

.....Налив чугуна —'Температура КГ

• • • Температура шахты

Рис. 4. Динамика температуры шахты и колошниковых газов за 12.03.14 г. по данным суточногорапорта

Всплывание коксовой насадки в период накопления продуктов плавки ведет не только к снижению скорости схода шихты, но и уплотнению шихты, за счет этого увеличивается продолжительность контакта между чугуном и коксом, что может приводить к переходу серы из кокса в чугун. Кроме того, увеличение продолжительности накопления продуктов плавки ведет, как известно, к уменьшению количества совместно выпускаемого со шлаком чугуна, что также ухудшает результаты десульфурации. Таким образом, при нарушении режима выпусков (задержке), вследствие увеличения длительности контакта чугуна с погруженным коксом, а также уменьшения доли чугуна, выходящего через чугунную летку совместно со шлаком, эффективность удаления серы снижается [8-10], что подтверждается производственными данными.

Влияние нарушения режима выпусков на показатели работы доменной печи №1 ОАО «Уральская Сталь» сведено в табл. 3.

Таблица 3

Влияние выполнения графика выпусков на показатели работы ДП №1

Показатели Параметры выпуска Относительное изменение работы,%

12 выпусков в сутки Задержка выпуска на 10 мин

Количество подач, шт./ч 8 6 - 25

Количество дутья, м3/мин 2005 1870 - 5-10

Перепад общ, атм 1,02 1,15 + 10-15

Температура колошника, °С 156 191 + 20-25

Температура шахты, °С 294 305 + 5-10

Время выпуска, мин 55 60 + 10

Время между выпусками, мин 65 75 + 15

Объем выпуска, т 140,85 176,3 + 25

И, % 0,47 0,56 + 20

га, % 0,017 0,022 + 30

При задержке выпуска происходит уменьшение количества подач на 25%, основной причиной является замедление скорости схода шихты из-за всплыва-ния коксовой насадки в период накопления продуктов плавки, из-за чего происходит уплотнение шихты. Это ухудшает газодинамику работы печи и вынуждает снижать расход дутья на 7%. Из-за увеличения газодинамической напряженности происходит развитие периферийного газового потока, что вызывает рост температуры шахты и колошникового газа. В конечном счете это ведет к потере производительности и повышению расхода кокса. Кроме того, за счет увеличения продолжительности контакта жидкого чугуна с коксом в горне перед выпуском увеличивается содержание серы в чугуне. Ухудшению десульфурации также способствует снижение доли чугуна, выпускаемого совместно со шлаком [11].

Таким образом, соблюдение графика выпусков является одним из существенных факторов поддержания ровного хода доменной плавки и получения высоких технико-экономических показателей работы печи.

Список литературы

1. Кропотов В.К. Механизм и скорость обновления кокса в горне доменной печи // Сталь. 1986. №12. С.11-15.

2. Прохоров И.В. Особенности движения жидких фаз в период выпуска вблизи чугунной летки // Изв. вузов. Черная металлургия. 2004. №7 С. 11-12.

3. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса. М.: Металлургия, 1982. 224 с.

4. Половченко И.Г. Причины подвисания шихты в доменных печах // Сталь. 1990. №11. С. 973-981.

5. Половченко И.Г. Движение шихтовых материалов и газов в доменной печи. Харьков: Металлургиздат, 1958. 318 с.

6. Борисов А.Ф. Советы начальнику доменного цеха. М.: Прогресс, 1996. 256 с.

7. Овчинникова Е.В., Шаповалов А.Н. Влияние параметров дутьевого режима на эффективность доменной плавки в условиях ОАО «Уральская Сталь» // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2013. Т. 13. № 1. С.61-67.

8. Шаповалов А.Н. Повышение эффективности десульфурации чугуна (на примере Магнитогорского металлургического комбината): дис. ... канд. техн. наук. Магнитогорск, 2001. 137 с.

9. Шаповалов А.Н., Залозная Л.А. Разработка рациональной технологии получения чугуна с содержанием серы 0,010% в условиях доменного цеха ООО «Уральская сталь» (ОХМК) // Наука и производство Урала. 2005. №1. С.119-126.

10. Шаповалов А.Н., Дружков В.Г. Повышение эффективности десульфурации чугуна: монография. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. 148 с.

11. Дружков В.Г., Прохоров И.Е. Выбор режима выпуска чугуна и шлака из горна доменных печей в современных условиях // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова. 2011. №4 (36). С. 10-13.

Сведения об авторах

Баева Ольга Васильевна - магистрант, каф. экстракции и рециклинга, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва, Российская Федерация. E-mail: bava1991@mail.ru

Милохин Вадим Александрович - горновой, ОАО «Уральская Сталь», г. Новотроицк, Российская Федерация.

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

THE INFLUENCE OF VIOLATIONS OF IRON TAPPING MODE ON THE INDICATORS OF BLAST FURNACE SMELTING

Baeva Olga Vasilevna - undergraduate student, National University of Science and Technology «MISIS», Moscow, Russian Federation, E-mail: bava1991@mail.ru

Milokhin Vadim Aleksandrovich - blast-furnace keeper, JSC "Ural Steel", Novotroitsk, Russian Federation.

Abstracts. The influence of violations of iron tapping mode on the indicators of blastfurnace smelting at JSC «Ural Steel» was investigated. The quantitative influence of violation of the tapping liquid products of melting on the blastfurnace operation and blast furnace indicators (rate of burden yield, blast consumption, the temperature of the blast-furnace shaft and blast furnace gas, iron composition) was determined. This delay of tapping reduces the rate of burden yield because offloating up of coke packing, which leads to compaction of the blast-furnace burden and deterioration of gas-dynamic conditions of the furnace. This leads to development of the peripheral gas flow (temperature rise shaft and furnace gas) and makes it necessary to reduce the blast consumption at 5-10%. As a result, it leads to loss of productivity, increased of coke consumption and deterioration of hot metal desulphurization. Thus, compliance with tapping schedule is one of the most important factors in maintaining a regular blast-furnace performance and receiving high technical and economic indicators of furnace.

Keywords: Iron tapping, pig iron output, blast consumption, coke consumption, iron quality.

♦ ♦ ♦