Совершенствование технологии задувки агрегатов для выплавки чугуна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Ростовский, Александр Владимирович

• Ростовский, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ростовский, Александр Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАДУВКИ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

1.1. Особенности задувочного периода и выбора задувочных шихт

1.2. Анализ технологий типовых задувок доменных печей

1.2.1. Технология с применением природного газа на ранней стадии раздувки

1.2.2. Задувка и раздувка доменной печи с применением азота

1.2.3. Задувка доменной печи с вдуванием кислорода в центральную часть горна 2

1.2.4. Применение пара при задувке 2

1.2.5. Задувка доменной печи с получением ферромарганца 2

1.2.6. Задувка с увеличенной нулевой шихтой и подачей природного газа и кислорода

1.3. Выводы к главе 1

2. ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАДУВКИ АГРЕГАТА ПЖВ 3

2.1. Конструктивные особенности агрегата

2.2. Выбор материалов для задувочной шихты 4

2.3. Режим газификации при задувке ПЖВ 4

2.4. Использование различных источников тепла

3. РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЗАДУВКИ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

3.1. Расчёт задувочной шихты и расхода кокса

3.2. Увлажнение дутья при задувке

3.3. Результаты математического моделирования задувки доменной печи

3.4. Восстановление кремния при задувке

3.5. Расчёт теоретической температуры горения в условиях задувки доменной печи 78 3.6'. Шлаковый режим в задувочный период

3.7. Задувка доменной печи с применением титансодержащей

задувочной шихты

4. ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО МЕТАЛЛА

5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЗАДУВКИ

5.1. Основные положения технологии запуска доменной

печи

5.2. Основные положения запуска агрегата ПЖВ

5.3. Основные положения задувки агрегатов для выплавки чугуна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 110 ПРИЛОЖЕНИЯ.

1. Пример расчёта времени наведения шлаковой ванны для агрегата ПЖВ

2. Определение высоты нижней ступени теплообмена

3. Расчёт показателей десульфурации 12

4. Расчёт показателей дефосфорации

5. Технологическая программа задувки доменной печи № 2 АО «ЧМЗ» после капитального ремонта 2 разряда 12

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии задувки агрегатов для выплавки чугуна»

ВВЕДЕНИЕ

По мере развития мощностей по производству металла всё более обостряются вопросы экономии ресурсов и энергии в металлургии. Несовершенство технологий порождает, в частности, проблемы по утилизации образующихся отходов (табл. 1).

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Ростовский, Александр Владимирович

108 ВЫВОДЫ.

1. Проанализированы различные технологии задувок доменных печей различного объёма, включая сверхмощные (ДП № 5 АО «Северсталь» и ДП № 9 комбината «Криворожсталь»). Разработана перспективная технология задувки доменных печей с применением увлажнённого дутья при использовании в задувочной шихте марга-нецсодержащих материалов, что обеспечивает плавный нагрев незащищённой огнеупорной футеровки с исключением теплового удара, ровность хода печи в задувочный и раздувочный периоды, облегчение отработки первых продуктов плавки, постоянство химического состава чугуна по содержанию кремния и способствует интенсификации задувки. Предложена технология задувки чугуноплавильных агрегатов с использованием материалов, содержащих карбидообразующие элементы (Т1, Сг и др.), что даёт возможность форсировать ход задувки за счёт быстрого наведения защитного гарнисажа.

2. Предложены новые расчётные формулы для определения теоретической температуры горения кокса у фурм при задувке и по ходу задувочного периода для условий доменной печи. Показано, что изменением влажности дутья можно в широких пределах регулировать теоретическую температуру горения и обеспечивать необходимый температурный уровень в печи. Это позволяет получать хорошо прогретые первые продукты плавки при низком химическом нагреве чугуна.

3. Изучены существующие технологии пуска ПЖВ по опыту работы в течение 3 9- и 4 0-ой кампаний в 1997 г. На основании опыта работы доменных печей предложен ряд мер по улучшению работы агрегата ПЖВ за счёт конструктивных изменений печи. Создана расчётная методика по определению времени наведения жидкой шлаковой ванны. Предложена технология утилизации металлургических и бытовых отходов при задувке агрегата ПЖВ и доменной печи.

4. Обоснован выбор технологических параметров при задувке чугуноплавильных агрегатов. При этом при задувке доменной печи большого объёма ставится задача создания устойчивого гарнисажа и форсирование печи с целью скорейшего вывода агрегата на плановые показатели по производству чугуна и расходу кокса. При запуске агрегата ПЖВ основной целью ставится максимально быстрое наведение и прогрева жидкую шлаковую ванну с целью формирования устойчивого гарнисажа и вывода печи на оптимальные параметры по содержанию кислорода в дутье,

5. Предложен новый критерий оценки хода задувки чугуноплавильных агрегатов, характеризующий шлаковый режим в заду-вочный период, - магнезиальный модуль (отношение глинозёма к магнезии А1203/Мд0) ; показана его взаимосвязь с содержанием кремния в чугуне, определяющим величину теплового удара на кладку.

6. Предложены основные положения единой технологии запуска шахтных и бесшахтных печей для выплавки чугуна, учитывкаю-щие преимущества технологий задувки доменных печей и технологий запуска агрегата ПЖВ и обеспечивающие сокращение задувоч-ного и раздувочного периодов, с использованием современных методов управления процессом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ростовский, Александр Владимирович, 1998 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Г.В.Гуденау, Ш.Випперман, В.П.Московчук. Исследования по вдуванию железорудной мелочи в доменную печь.//«Сталь», 1996, № 2.

2. К.-Х.Шуберт, Г.Б.Люнген, Р.Штеффен. Уровень развития прямого восстановления железных руд и плавильно-восстано-вительных процессов.//«Чёрные металлы», январь 1997.

3. Жеребин Б.Н. Практика ведения доменной печи. - М. : Металлургия, 1980.

4. Овчаренко Н.Л. Неполадки хода доменных печей. - М. : Металлургия, 1972.

5. Жеребин Б.Н. Подготовка руд к плавке и производство чугуна. Раздел: Ведение доменных печей. Курс лекций. - М. : Ротапринт МИСиС, 197 9.

6. Товаровский И»Г. Совершенствование и оптимизация параметров доменного процесса. М.: Металлургия, 1987.

7. Товаровский И.Г., Каменев Р.Д., Рабинович Г.Б. Доменная плавка в мощных печах. - М.: Металлургия, 1968.

8. Жеребин Б.Н., Жердев A.B., Клемперт В„М. и др. Способ задувки доменной печи. - Авт. св. СССР № 519474: опубл. в бюллетене «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 197 6, № 24.

9. Б.Н.Жеребин, И.И.Дышлевич, А.Е.Пареньков и др. Опыт задувок доменных печей.//«Металлургическая и горнорудная промышленность», 1979, № 1.

10. Кутнер С.М. Технология задувки доменных печей за рубежом. М., 1984 (Обзорная информация / ин-т «Черметинформация», сер. «Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна», вып. 1, 43 с.) .

11. В.И.Литвиненко, К.И.Котов, С.Б.Сингх и др. Реконструкция доменных печей Дургапурского металлургического завода и освоение современной технологии при работе на высокоглинозёмистых шлаках. //«Сталь», 1997, № 8, с. 11-18.

12. Результаты комплексных исследований ДП-5 АО «Северсталь» в период капитального ремонта 1 разряда после выдувки печи, при её загрузке шихтовыми материалами, задувке и раздувке. (Промежуточный отчёт 82НД-93/11У.381.93) . Днепропетровск, Череповец, 1995.

13. Улахович В.А. Выплавка чугуна в мощных доменных печах. М.: Металлургия, 1991.

14. Монаршук А.П. Автореф.дисс.канд.техн.наук.Днепропетровск, 1987 .

15. Вегман Е.Ф., Пареньков А.Е., Юсфин Ю.С. и др. Способ задувки доменной печи. - Авт. св. СССР № 9337 05: опубл. в бюллетене «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1982, № 21.

16. Мишин Ю.П. Автореф.дисс.канд.техн.наук, Москва, 1984.

17. Капитальный ремонт I разряда ДП № 5 в 1995-1996 гг.// Отчёт." Липецк: АО «НЛМК», Центральная лаборатория комбината, 1997 г.

18. Галиев Г.Г. Автореф.дисс.канд.техн.наук, Москва, 1976.

19. Готлиб A.B. Доменный процесс. - Киев: Гос. изд-во техн. литературы УССР, 1958.

20. Рамм А.Н. Современный доменный процесс. - М. : Металлургия, 1980.

21. Борисов А.Ф. Советы начальнику доменного цеха. - М. : Фирма «Прогресс», 1996.

22. Клемперт В.М. Оборудование доменных цехов. Учебное пособие. М.: МИСиС, 1994, № 473.

23. Ю.С.Юсфин, В.Л.Королёва, П.И.Черноусов. Расчёт теоретической температуры горения и её взаимосвязь с параметрами доменной плавки.//«Сталь», 1988, № 3.

24. Доменное производство: Справочное издание. В 2-х т. Т.1. Подготовка руд и доменный процесс/Под ред. Вегмана Е.Ф. -М.: Металлургия, 1989.

25. Физические свойства расплавов системы Ca0-Si02-Al203-Mg0-CaF2: Справочное издание/Акбердиев A.A., Куликов И.С., Ким В.А., Надырбеков А.К., Ким A.C. - М.: Металлургия, 1987.

26. Балон И.Д., Буклан И.З., Муравьёв В.Н., Никулин Ю.Ф. Фазовые превращения материалов при доменной плавке. - М. : Металлургия, 1984.

27. Жило H.J1. Формирование и свойства доменных шлаков. - М. : Металлургия, 197 4.

28. Чернобривец Б.Ф., Капорулин В.В., Завидонский В.А. Практика доменного производства. - М. : Металлургия, 1992..

29. В.И.Логинов, К.А.Мусиенко, А.Д.Гончаров, Д.В.Воронков. Формирование рациональной структуры столба шихтовых материалов доменной плавки./В сб.: Производство чугуна. Межвузовский сборник. Магнитогорск: МГМИ, 1992.

30. Волков Ю.П., Шпарбер Л.Я., Гусаров А.К. Технолог-доменщик. - М. : Металлургия, 1986.

31. Стефанович М.А. Анализ доменного процесса. - Свердловск: ГНТИ литературы по чёрной и цветной металлургии, Свердловское отделение, i960.

32. В.И.Логинов, Г.Ю.Крячко, О.А.Бабенко и др. Дутьевой режим доменной плавки.//«Сталь», 1982, № 6.

33. В.А.Роменец. Процесс жидкофазного восстановления железа: разработка и реализация.//«Сталь», № 8, 1990, с.20-27.

34. Металлургическая теплотехника. В 2-х томах. Т. 2. Конструкция и работа печей: Учебник для вузов/ Кривандин В.А., Неведомская И.Н., Кобахидзе В.В. и др. - М. : Металлургия, 1986.

35. В.А.Роменец, Е.Ф.Вегман. Сравнительная оценка эффективности использования топлива в доменных печах и установках жидкофазного восстановления железа.//«Сталь», № 1, 1993.

36. Ю.С.Юсфин, П.И.Черноусов. Ресурсо-экологические проблемы современного мира и металлургия.//«Металлург», 1998, № 2.

37. Е.Ф.Вегман, В.А.Роменец. Современное состояние и перспективы размития процессов жидкофазного восстановления железа .//«Сталь», 1993, № б.

38. В.А.Исаев. Об утилизации крупнотоннажных отходов металлургических производств.//«Сталь», № 1, 1993 г.

39. А.А.Минаев, В.И.Ростовский, Г.С.Клягин. Утилизация железосодержащих отходов в чёрной металлургии./В материалах семинара по вопросам металлургии и экологии, Объединённые нации, Экономическая комиссия для Европы, Рабочая группа по чёрной металлургии, Нанси (Франция), 1993.

40. Г.С.Клягин, А.А.Троянский, В.И.Ростовский. Новые схемы для организации малоотходного металлургического производства./В материалах семинара по вопросам металлургии и экологии, Объединённые нации, Экономическая комиссия для Европы, Рабочая группа по чёрной металлургии, Нанси (Франция), 1993.

41. А.А.Минаев, Н.И.Конищева, И.П.Навка, В.И.Ростовский. Организация региональных комплексов утилизации отходов металлургии Украины./В материалах семинара по чёрной металлургии и рециркуляции, Объединённые нации, Экономическая комиссия для Европы, Рабочая группа по чёрной металлургии, Дюссельдорф (Германия), 1995.

42. В.И.Ростовский, Г.С.Клягин, А.А.Троянский, М.М.Перистый. Использование жидких сталеплавильных шлаков для окускования и возгонки цинка из отходов./ В материалах семинара по чёрной металлургии и рециркуляции, Объединённые нации, Экономическая комиссия для Европы, Рабочая группа по чёрной металлургии, Дюссельдорф (Германия), 1995.

43. А.А.Минаев, Г.С.Клягин, В.И.Ростовский. Состояние и перспективы переработки железосодержащих отходов на металлургических предприятиях Украины./ В материалах семинара по переработке, утилизации и удалению отходов чёрной металлургии, Объединённые нации, Экономическая комиссия для Европы, Рабочая группа по чёрной металлургии, Балатонсеплак (Венгрия), 1996.

44. Карабасов Ю.С., Валавин B.C. Использование топлива в агломерации. М.: Металлургия, 1976.

45. Виллевальд P.C., Беньямовский Д.Н. Проектирование и эксплуатация мусоросжигательных заводов. - М. : Стройиздат, 1982 .

46. Теплотехнические расчёты металлургических печей. Учебное пособие для студентов вузов /Зобнин Б.Ф., Казяев М.Д., Кита-ев Б.И. и др. - М.: Металлургия, 1982.

47. Куликов И.С. Десульфурация чугуна. - М. : Гос. науч.-техн. изд-во лит-ры по чёрной и цветной металлургии, 1962.

48. Восстановление и рафинирование железа. Изд-во «Наука», 1968 .

49. Ю.С.Карабасов, О.А.Артыкбаев, А.И.Затонских. Расчётное определение показателей десульфурации чугуна в условиях доменной плавки. //В сб. «Подготовка доменного сырья к плавке» (МИСиС), LXIX. М.: Металлургия, 1971, с. 87.

50. Доменное производство. Справочник. В 2-х т. Т.2./Под ред. акад.И.П.Бардина. - М.: Гос. науч.-техн. изд-во лит-ры по чёрной и цветной металлургии, 1963.

51. Нгуен Ван Лок. Автореф.дисс.докт.техн„наук, Москва, 1981.

52. Винкельман Т. Автореф.дисс.канд.техн.наук, Москва, 1988.

53. Падерин С.Н., Серов Г.В., Пак В.М. Физико-химия металлов и неметаллических материалов. Раздел: Термодинамика металлургических шлаков. Учебное пособие для практических занятий. -М. : Типография ЭОЗ МИСиС, 1993.

54. Казачков А.Е. Расчёты по теории металлургических процессов. - М.: Металлургия, 1988.

55. А.Б.Усачёв, А.В.Баласанов, В.О.Чургель и др. Переработка комплексного железорудного сырья процессом жидкофазного восстановления . //Чёрная металлургия. Бюллетень НТИ, 1994, № 56.

56. Борнацкий И.И. Теория металлургических процессов. - Киев-Донецк: Издательское объединение «Вища школа», Головное изд-во, 1978.

57. Гольдштейн H.J1. Водород в доменном процессе. - М. : Металлургия, 1971.

58. Лингарт Е.Ф., Овсянников Н.И., Головакин П.А. и др. Раз-дувка доменной печи. - Пат. 2089616: опубл. в бюллетене «Изобретения (заявки и патенты)», № 25, 1997.

59. Васильев В.Е. Доменная плавка на устойчивых шлаках. - Киев: Гос. изд-во техн.лит-ры УССР, 1956.

60. Д.Папанастасиу, А.Зенд. Эксплуатационные и экологические преимущества использования боксита в доменной плавке. //«Чёрные металлы», перевод с нем., февраль, 1998, с. 22-27.

61. Елохин Ф.М., Довгопол В.И., Медведев A.A., Рябов А.К. Ти-таномагнетиты и металлургия Урала. - Свердловск: Средне-Уральское книжное изд-во, 1982.

62. Н.Ф.Якушевич, О.А.Коврова. Физико-химические взаимодействия в руднотермических печах при плавке кремния.// «Известия высших учебных заведений. Чёрная металлургия», 1997, № 8, с.3-8.

63..Чургель В.О. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук, Москва, 1983.

64. Китаев Б.И. Теплообмен в доменной печи. - М. : Металлургиз-дат, 1949.

65. Скуридин Ф.Л. Автореф.дисс.канд.техн.наук, Москва, 1995.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИМЕР РАСЧЁТА ВРЕМЕНИ НАВЕДЕНИЯ ШЛАКОВОЙ ВАННЫ

ДЛЯ АГРЕГАТА ПЖВ.

Площадь пода печи 20 м2. На подину загружается гранулированный шлак (теплосодержание шлака 1800 кДж/кг при температуре 1450 °С) с насыпной массой 1600 кг/м3 (плотность шлака 2000 кг/м3) . Теплосодержание чугуна 1300 кДж/кг. Теплота сгорания угля, добавляемого в ванну после прохождения шлаком нижних фурм, не учитывается. Тепловые потери в ходе задувки принимаются 15 %.

Для ошлакования подины необходимо 4 м3 шлака (4x2000/ /1600=5 м3 граншлака). В ванну нужно внести 5x1600x1800=14400 МДж (с учётом тепловых потерь 17000 МДж).

Затем необходимо расплавить 70 т чугуна для закрытия перетока. Для этого необходимо внести в ванну 70x1000x1300= =91000 МДж (107100 МДж).

После расплавления чугуна необходимо навести шлаковую ванну объёмом 50 м3 (необходимо 50x2000/1600=62,5 м3 граншлака). Для этого нужно внести тепла 62,5x1600x1800=180000 МДж (211800 МДж).

Всего для наведения ванны необходимо внести тепла 17000 + 107100 + 211800 = 355900 МДж (так как 1 Вт-ч = 3.6-103 Дж, должна быть совершена работа 93,3 МВт-ч) .

При использовании 12 плазмотронов при общей эффективности плазменной системы 75 % и времени наведения шлаковой ванны 2 часа мощность плазмотронов должна составлять 5,2 МВт, при времени наведения шлаковой ванны 3 часа - 3,5 МВт.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ НИЖНЕЙ СТУПЕНИ ТЕПЛООБМЕНА

Нижняя зона - это зона прямого восстановления. Температура газа на выходе из этой зоны принимается твых=925 °С. В верхней зоне протекают реакции косвенного восстановления. Граница нижней зоны прямого восстановления и верхней зоны косвенного восстановления находится в резервной зоне теплообмена. Температура шихты на входе в нижнюю зону принимается равной 900 °С.

Учитывая, что доля теплообмена, происходящего путём излучения и теплопроводности (в фурменной зоне и при стекании капель чугуна и шлака по коксовой насадке) , незначительна и составляет не более 5-7 %, в расчёте принимаем, что теплопередача осуществляется только конвекцией.

Для расчётов высоты нижней ступени теплообмена принимаются следующие исходные данные:

- объём печи 5500 м3;

- площадь распара 214 м2;

- площадь горна 17 9 м2;

- производительность печи 3717 т/сутки;

- среднесуточный расход дутья 6000 м3/мин;

- выход колошникового газа 314 4 м3/т чугуна;

- температура фурменных газов составляет от 1800 °С при влажности дутья 10 г/м3 до 1650 °С при влажности 50 г/м3;

- температура чугуна на выпуске составляет 1450 °С, температура шлака - 1500 °С.

Определим водяное число газов:

Ж = 3144хс = 3144х 1.485xq = 4669д[ 1

\гас* граду

где д - производительность доменной печи, т/час

Теплоёмкость шихты, приходящейся на 1 т чугуна по расчётам, приведенным ниже, равна 5608 кДж/град., следовательно,

водяное число шихты 1лГм=5608д кДж/час*град. Отношение водяных

чисел:

К 5608а

= —~- = 1201 Wг 4669ц

Расчётная таблица для вычисления теплоёмкости шихты в нижней ступени теплообмена

Статья расхода тепла Расход на 1 т Затраты на 1 т

чугуна, кДж чугуна, кДж/град

1. Нагрев железа и углерода, перешедших в чу-

гун, включая тепло на прямое восстановление

Мп, Эл., Р 1442000 2403

2. Нагрев пустой породы железорудной части,

образование и перегрев шлака из неё 275000 458

3. Нагрев золы кокса, образование и перегрев

шлака из нее 75335 126

4. Нагрев углерода кокса 721778 1203

5. Разложение влаги дутья 160356 267

6. Тепловые потери 690360 1151

Итого: ..........5608

Скорость движения газов в нижней зоне теплообмена на свободное сечение печи при температуре 0 °С будет равна:

3144x3717 ^ = 24 х 3600 х 196.5 069 М/С

При средней температуре газов 1350 С коэффициент внешней

теплопередачи составит сси =35980

кДж

\мг * гас*град)

Величина, обратная внутреннему тепловому сопротивлению куска рудных материалов, будет равна:

9Л 9x4.18 Я2 ~ (0.010)2

= 376560

кДж

чл*3 * гас * граду

Тогда суммарный коэффициент теплопередачи по объёмному коэффициенту теплопередачи ау, размеру куска И и по коэффициенту теплопроводности А, составит: а£У=35980 кДж/ (м3час*град) .

Для кокса: = ,А = 2430 3 " -

i? (0.0375) чл**?1?с* гряду

9Д 9x1.59 (

30l -

а2у=7530 кДж/(м3час*град) .

Среднее значение коэффициента теплопередачи (с учётом объёмного соотношения материалов):

1442 439

х 7530+ ~—х 35980 = 14170 кДж/ (м3час*град)

1881 1881

Определим напряжение сечения печи в нижней зоне теплооб-

3717x1,599 / ж3 л

мена: р= -—— = 1.26|

24x196.5 \мг • тс)

где 1.599 - объём шихты на 1 т

о

чугуна, м (с учётом восстановления и плавления шихтовых материалов) .

Теплоёмкость 1 м3 насыпного объёма шихты составит:

смум (1-f) =5608/1. 599=3507 кДж/ (м3град) Тогда высота нижней ступени теплообмена составит:

3 x1.26x3507 "14170 х (1.201-1)" 465 М

В зависимости от влажности дутья высота нижней ступени теплообмена изменяется в следующих пределах: 6.19 м (0 г/м3 дутья), 4.65 м (10 г/м3), 3.78 м (20 г/м3), 3.24 м (30 г/м3), 2.87 м (40 г/м3), 2.59 м (50 г/м3 дутья).