Способ определения полноты газификации одного из видов дополнительного углеродсодержащего топлива в доменной плавке

 

Изобретение относится к металлургии. Сущность изобретения: способ включает отбор проб кокса, дополнительного топлива, колошниковой пыли, чугуна и шлака, определение содержания в пробах углерода и соотношения стабильных изотопов углерода C¹² и C¹³ удельного расхода дополнительного топлива, выхода шлака, выноса колошниковой пыли и расчет по полученным данным коэффициента полноты газификации дополнительного топлива.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к выплавке чугуна в доменных печах, работающих с применением кроме кокса различных видов дополнительных углеродсодержащих топлив: газообразных жидких и измельченных твердых, вдуваемых в рабочее пространство печи.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ определения полноты газификации одного из видов дополнительного углеродсодержащего топлива в доменной плавке, включающий отбор проб, определение содержания в пробах углерода и стабильных изотопов углерода С¹² и С¹³, удельного расхода загружаемого в печь кокса, вдуваемого в горн дополнительного топлива, выносимой из печи колошниковой пыли, и расчет по полученным данным коэффициента полноты газификации топлива (К,) по формуле: K 100 где С_дт расход углерода дополнительного топлива, кг/т чугуна; С_кп вынос из доменной печи углерода колошниковой пыли, кг/т чугуна; С_тт¹³, С_дт¹³, С_кп¹³ величины, определяющие соотношение стабильных изотопов углерода С¹² и С¹³ соответственно в коксе, дополнительном топливе и колошниковой пыли, Согласно этому способу первоначально производят отбор проб исходных углеродсодержащих топлив (кокс, жидкое или газообразное топливо и др.) и пробы колошниковой пыли после каждого агрегата газоочистки доменной печи и в соответствии с удельным выносом составляют общую пробу колошниковой пыли, после чего на масс-спектрометре по известной методике определяют величины С¹³. По результатам определения изотопного состава углерода кокса, дополнительного топлива и колошниковой пыли расчетным путем оценивают долю участия дополнительного топлива в пробах, а затем полноту его сгорания.

Недостаток этого способа состоит в том, что не учитывается относительное участие дополнительного топлива в науглероживании чугуна и потерях со шлаком в виде углеродистого мусора.

Цель изобретения снижение удельного расхода кокса и повышение производительности доменной печи.

Это достигается тем, что по предлагаемому способу дополнительно отбирают и подвергают анализу на содержание углерода и стабильных изотопов углерода С¹² и С¹³ пробы чугуна и шлака, определяют удельный выход шлака и по полученным данным корректируют коэффициент газификации дополнительного топлива на величину ( К,), рассчитываемую по формуле: K где С_дт расход углерода дополнительного топлива, кг/т чугуна; С_ш, С_ч выход из доменной печи углерода соответственно со шлаком и чугуном, кг/т чугуна; С_тт¹³, С_дт¹³, С_ш¹³, С_ч¹³ величины, определяющие соотношение стабильных изотопов углерода С¹² и С¹³ соответственно в коксе, дополнительном топливе, шлаке и чугуне, Способ исследования полноты сгорания дополнительного углеродсодержащего топлива осуществляют следующим образом.

Первоначально производят отбор проб исходных углеродсодержащих топлив (кокс, жидкое или газообразное топливо и др.), проб колошниковой пыли после каждого агрегата газоочистки доменной печи, чугуна и шлака при выпуске их из доменной печи. После агрегатов сухой очистки доменного газа колошниковую пыль отбирают в виде твердых частиц доменной шихты и топливе, а после агрегатов мокрой очистки в виде шламовых вод, из которых выделяют взвесь в виде порошка, после чего в соответствии с удельным выносом на единицу выплавляемого чугуна составляют общую пробу колошниковой пыли. Пробы чугуна и шлака отбирают на каждом выпуске их из доменной печи за период времени между смежными выпусками пыли из пылеуловителей. Затем в соответствии с количеством налитого за каждый выпуск чугуна составляют общую пробу чугуна, а с количеством налитых за выпуск ковшей шлака общую пробу шлака.

После этого пробы переводят в вид, удобный для массспектрометра и измеряют величину в С¹³, после чего расчетным путем определяют полноту сгорания дополнительного топлива.

Скорректированный коэффициент полноты сгорания дополнительного топлива (К¹,) может быть представлен выражением: K 100 + 100
(1) где С_дт^кп, С_дт^ш количество несгораемого углерода дополнительного топлива, вынесенного из доменной печи с колошниковой пылью и со шлаком и растворенного в чугуне соответственно.

Первое слагаемое правой части выражения коэффициент полноты сгорания дополнительного топлива (К,), рассчитываемый по прототипу, второе доля участия углерода дополнительного топлива в углероде проб шлака и чугуна и является поправкой ( К,) к нему.

Количество углерода дополнительного топлива в пробах шлака и чугуна определяется исходя из долевого участия твердого топлива (кокса) и дополнительного топлива, т.е.

С_дт^ш С_ш С_тт^ш (2)
С_дт^ч С_ч С_тт^ч (3) где С_дт^ш, С_дт^ч количество углерода дополнительного топлива, вынесенного из печи со шлаком и растворенного в чугуне;
С_тт^ш, С_тт^ч количество углерода твердого топлива в пробах соответственно шлака и чугуна.

Величины С_ш¹³ и С_ч¹³ определяющие соотношения количества углерода твердого и дополнительного топлива в пробах шлака и чугуна, могут быть найдена из следующих выражений:
C_ш¹³ С_{ш =} С_тт¹³ С_тт^ш + C_дт¹³ С_дт^ш (4)
С_ч^{13 .} С_ч С_тт¹³ С_тт^ч + C_дт¹³ С_дт^ч (5)
после преобразования которых получают
C^ш_тт= C_ш C^ш_дт
(6)
C^ч_тт= C_ч C^ч_дт
(7)
После подстановки (6) в (2) и (7) в (3) и соответствующих преобразований
C^ш_дт= C_ш;
(8)
C^ч_дт= C_ч (9)
Тогда окончательное выражение величины поправки коэффициента полноты сгорания дополнительного топлива (К,) примет следующий вид:
K 100
Для примера определялась полнота сгорания дополнительного топлива (природного газа) в доменных печах N 5 и 6 Нижнетагильского меткомбината, выплавляющих соответственно ванадиевый и передельный чугуны.

С этой целью отобраны пробы твердого топлива (кокса), дополнительного топлива (природного газа), колошниковой пыли, чугуна и шлака. Пробы кокса, природного газа, колошниковой пыли, оседающей в сухом пылеуловителе, чугуна и шлака отбирают обычным путем, пробы колошниковой пыли, оседающей в мокрой газоочистке, получают при фильтрации проб шламовых вод.

Содержание углерода в твердом и дополнительном топливе, колошниковой пыли, чугуне и шлаке определяют анализом проб в химлаборатории.

Удельный расход дополнительного топлива и удельный выход шлака определяют по данным учета доменного цеха.

Общий вынос колошниковой пыли определяют суммой весов пыли, осевшей в сухом пылеуловителе и мокрой газоочистке. Вес колошниковой пыли, осевшей в сухом пылеуловителе, определяют по данным учета доменного цеха, вес колошниковой пыли, осевшей в мокрой газоочистке, -путем отбора проб шламовых вод, определения весовой концентрации твердых частиц в пробах и последующим расчетом, исходя из известного расхода воды на орошение агрегатов мокрой газоочистки.

Определение отношений стабильных изотопов углерода С¹² и С¹³ в пробах твердого топлива, дополнительного топлива, колошниковой пыли, чугуне и шлаке производят на масс-спектрометре.

В результате указанных операций установили (в числителе доменная печь N 5, в знаменателе доменная печь N 6). Расход природного газа, м³/т чуг. 91/119 Общий вынос колошниковой пыли, кг /т чуг. 31/37 Выход шлака, кг/т чуг. 365/451 Содержание углерода, природный газ 74,86 колошниковая пыль 16,15/10,12 чугун 4,51/4,45 шлак 0,9/0,2 Величина С¹³, природный газ 43,58 колошниковая пыль -28,14/-29,12 чугун -35,09/-37,51 шлак -86,57/-57,62 кокс -25,12
По полученным данным определяют С_дт, С_кп, С_ч и С_ш (кг/т чуг.): для доменной печи N 5
С_дт 91 х 74,86:1 68,1
С_кп 31 х 16,15:100 5,0
С_ч 1000 х 4,51 100 45,1
С_ш 365 х 0,9 100 3,3
для доменной печи N 6
С_дт 119 х 74,86 100 89,1
С_кп 37 х 10,12 100 3,7
С_ч 1000 х 4,45: 100 44,5
С_ш 454 х 0,2 100 0,9
После подстановки полученных данных в формулы коэффициента полноты сгорания дополнительного топлива (прототип) и корректировочной величины, получают скорректированный коэффициент полноты газификации дополнительного топлива в доменной плавке:
для доменной печи N 5
K 100 98,8
K 100 -51
К' 98,8 51,9 46,9%
для доменной печи N 6
K 99,1
K
K' 99,1 35,3 63,8%
Таким образом, предлагаемая корректировочная поправка существенно изменила коэффициент полноты газификации дополнительного топлива, определяемого по способу, предложенному в прототипе, и позволяет более объективно произвести количественную оценку эффективности мероприятий по использованию в доменной плавке дополнительных углеродосодержащих топлив.

Внедрение предлагаемого способа на Нижнетагильском металлургическом комбинате при вдувании природного газа (в перспективе пылеугольного топлива) в качестве дополнительного топлива позволяет более эффективно его использовать за счет оптимизации условий для обеспечения максимальной полноты его газификации в доменной печи и увеличения коэффициента замены им кокса, повысить качество чугуна и соответственно снизить расход кокса.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛНОТЫ ГАЗИФИКАЦИИ ОДНОГО ИЗ ВИДОВ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА В ДОМЕННОЙ ПЛАВКЕ, включающий отбор проб кокса, дополнительного топлива и проб колошниковой пыли, определение содержания в этих пробах углерода и стабильных изотопов углерода С¹² и С¹³, определение удельных расходов загружаемого в печь кокса, вдуваемого в горн дополнительного топлива, выносимой из печи колошниковой пыли и расчет коэффициента K полноты газификации топлива, отличающийся тем, что дополнительно отбирают пробы чугуна и шлака и определяют в этих пробах содержание углерода и стабильных изотопов углерода С¹² и С¹³, определяют удельный выход шлака и по полученным данным корректируют коэффициент K газификации дополнительного топлива на величину, рассчитываемую по формуле

где С_дт расход углерода дополнительного топлива, кг/т чугуна;
С_шС_ч выход из доменной печи углерода соответственно со шлаком и чугуном, кг/т чугуна;
C¹³_тт, C¹³_дт, C¹_ш³, C¹_ч³ величины, определяющие соотношение стабильных изотопов углерода С¹² и С¹³ соответственно в твердом топливе (кокс), дополнительном топливе, шлаке и чугуне.