Способ производства восстановительного газа для доменной плавки

 

Способ производства восстановительного газа относится к области черной металлургии. Сущность изобретения: способ восстановительного газа из твердого топлива включает подачу в шлаковый расплав кислородсодержащего дутья, загрузку в качестве топлива кускового угля, а в качестве флюса - извести или известняка. Над шлаковым расплавом производится частичное дожигание восстановительного газа кислородсодержащим дутьем до достижения содержания в нем (CO₂+H₂O) 6-15 об.%.

Изобретение относится к черной металлургии, точнее к способам получения восстановительных газов для доменной плавки.

Известен способ получения восстановительного газа для доменной плавки путем конверсии природного газа диоксидом углерода и водяным паром, содержащимися в доменном газе. (Воскобойников В.Г. Жураковский Б.Л. Михалевич А.Г. и др. Опытная доменная плавка с применением горячих восстановительных газов и технологического кислорода. // Сталь, 1970, N 4, с. 290-293).

Известен способ получения восстановительного газа методом каталитической конверсии природного газа (метана) водяным паром в конвертерах-газонагревателях насадочного типа (Козуб В.Н. Андронов В.Н. Попов Н.Н. и др. Доменная плавка с вдуванием горячих восстановительных газов на заводе "Азовсталь". // Сталь, 1971, N 1, с 12-15).

Недостатком известных способов восстановительных газов для доменной плавки путем конверсии природного газа является высокая себестоимость получаемых газов, обусловленная высокой стоимостью и дефицитностью природного газа.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения восстановительного газа из твердого топлива в барботируемом газифицирующим дутьем шлаковом расплаве при использовании в качестве топлива кускового угля, в качестве газифицирующего дутья кислорода, воздуха или их смеси, в качестве флюса извести или известняка. (Романец В.А. Гребенников В.Г. Усачев А.Б. Газификация угля в шлаковом расплаве и использование восстановительных газов. В кн. "Научно-техническая конференция "Новые и усовершенствованные технологии для окускования сырья и производства чугуна и ферросплавов", Болгария, Варна, 12-14 июня 1990 г. Ред. Б.М. с. 15-46).

Недостатком известного технического решения является чрезвычайное низкое содержание в восстановительных газах компонентов окислителей (H₂O и CO₂) не более 5 При применении таких восстановительных газов с низким содержанием окислителей чрезмерно возрастает температура фурменных очагов доменной печи, в результате чего сокращается площадь фурменных очагов. Вследствие этого доменные печи работают неустойчиво, ухудшается дренажная способность горна, снижается стойкость оборудования доменной печи.

Задачей изобретения является повышение устойчивости работы доменных печей, улучшение дренажной способности горна, а также повышение стойкости оборудования доменной печи при применении восстановительного газа.

Поставленная задача решается следующим образом. В способе получения восстановительного газа из твердого топлива в барботируемом газифицирующим дутьем шлаковом расплаве при использовании в качестве топлива кускового угля, в качестве газифицирующего дутья кислорода, воздуха или их смеси, в качестве флюса извести или известняка над шлаковым расплавом производится частичное дожигание восстановительного газа кислородсодержащим дутьем до достижения содержания в нем (CO₂+H₂O) 6.15% Сущность изобретения состоит в следующем. Восстановительный газ получают в шлаковом расплаве, барботируемом газифицирующим дутьем кислородом, воздухом или их смесью. В качестве флюса используется известняк или известь, в качестве твердого топлива кусковой уголь. В результате сжигания кускового угля образуется восстановительный газ, содержащий, об. H₂+SO 50-95; (CO₂+H₂O) 0,5-5; N₂ остальное. Полученный восстановительный газ частично дожигается над шлаковым расплавом кислородсодержащим дутьем, в результате чего образуется восстановительный газ, содержащий, об. CO₂+H₂O 6-15; H₂+CO+N₂ остальное.

Пример. Способ реализуется в газогенераторе с жидким шлаковым расплавом. Процесс газификации твердого топлива осуществляется в шлаковом расплаве. В газогенераторе имеются нижний и верхний ряд фурм. В нижний ряд фурм подается технологический кислород, являющийся газифицирующим дутьем. Дутье подается непосредственно в шлаковый расплав, поскольку фурмы расположены ниже уровня расплава, одновременно осуществляя его барботаж. Непосредственно в шлаковый расплав загружается твердое топливо (кусковой уголь) и флюс (известняк или известь). В шлаковом расплаве происходят следующие химические реакции: горение углерода: C+1/20₂ CO диссоциация карбоната кальция с последующей газификацией углерода: диссоциация гидрооксида кальция с последующей газификацией углерода: В результате химических процессов, произошедших в шлаковом слое, образуется газ, содержащий по расчетам следующие компоненты, об. H₂ 10,0-30,0; CO 51-76; CO₂ 0,3-2,5; H₂O 0,2-2,5; N₂ - остальное.

Через верхний ряд фурм, расположенный над шлаковым расплавом, подается кислородсодержащий газ (технологический кислород) для частичного дожигания CO и H₂ до CO₂ и H₂O.

CO+1/2 O₂ CO₂ H₂+1/2 O₂ H₂O.

В результате частичного дожигания содержание CO₂ и H₂O в восстановительном газе повышается с 0,5-5 об. до 6-15 об. Соответственно, на эту величину снижается содержание восстановителя CO и H₂. Производительность процесса по выходу восстановительного газа зависит от расхода газифицирующего дутья и составляет по расчетам в час 1000-1500 м³ с 1 м² площади печи.

Повышение содержания CO₂ и H₂O в восстановительном газе на каждые 0,57 об. (что достигается при повышении степени дожигания на 1) приводит к снижению теоретической температуры горения на 10^oC. Ниже приведены расчетные данные о влиянии содержания окислителей на теоретическую температуру горения:
Содержание окислителей в восстановительном газе (СО₂+H₂O), об. Теоретическая температура горения, ^oC
5 2300
6 2265
10 2212
12 2177
15 2124
17 2089
Снижение теоретической температуры горения и, следовательно, температуры фурменных очагов доменной печи обусловлено протеканием в них эндотермических реакций между CO₂ и H₂O восстановительного газа и углеродом кокса:
C_ф+CO₂ 2 CO
C_ф+H₂O CO+H₂
Как видно из данных, приведенных выше, частичное дожигание восстановительного газа до содержания (СО₂+H₂O) 5-15 об. позволяет снизить теоретическую температуру горения с 2300^oC до 2124-2265^oC, что приводит к увеличению площади фурменных очагов. В свою очередь, это имеет своим следствием повышение устойчивости работы доменных печей, улучшение дренажной способности горна, повышение стойкости оборудования доменной печи. Повышение содержания (CO₂+H₂O) в восстановительном газе свыше 15 об. приводит к снижению теоретической температуры горения ниже 2100^oC, что уже мало влияет на устойчивость работы доменных печей, однако имеет следствием перерасход кокса из-за чрезмерного развития эндотермических реакций между CO₂ и H₂O восстановительного газа и углеродом кокса.

Использование восстановительного газа, полученного заявляемым способом, позволит повысить устойчивость работы доменных печей, улучшить дренажную способность горна, повысить стойкость оборудования доменной печи при применении восстановительного газа.

Формула изобретения

Способ производства восстановительного газа для доменной плавки, включающий подачу в шлаковый расплав кислородсодержащего дутья, загрузку в него кускового угля, а также извести или известняка, получение восстановительного газа, отличающийся тем, что дополнительно над шлаковым расплавом подают кислородсодержащее дутье для дожигания восстановительного газа до достижения в нем содержания (CO₂ + H₂O), равном 6 15%