Способ доменной плавки

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна с применением природного газа и кислорода. Сущность изобретения: в доменную печь загружают шихтовые материалы, подают нагретое обогащенное кислородом дутье, вдувают в воздушные фурмы смесь природного газа с кислородом, контролируют степень использования газа (СО + Н₂) в печи и дополнительно в воздушные фурмы вдувают технологический кислород, регулируя его расход по зависимости где V_д - расход дутья, м³/мин; V_гс - расход газокислородной смеси, м³/мин; V_тк - расход технологического кислорода в воздушные фурмы, м³/мин; j - суммарная степень использования газа, доли ед.; W - содержание кислорода в нагретом дутье, доли ед.; N - заданное отношение (СО + H₂)/N₂ в колошниковом газе. Для получения из колошникового газа химического сырья отношение (СО + H₂)/N₂ в колошниковом газе поддерживают равным 3,1-3,2. Использование изобретения обеспечивает сокращение расхода кокса, повышение потребительских свойств колошникового газа. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку в доменную печь шихтовых материалов и кокса, подачу в печь через воздушные фурмы нагретого обогащенного кислородом дутья и вдувание в воздушные фурмы природного газа, регулирование соотношения между расходом вдуваемого природного газа и поступающего в печь с дутьем кислорода, выпуск продуктов плавки из печи.

Недостатком известного способа является то, что природный газ, вдуваемый в воздушные фурмы, ограниченное время находится в контакте с кислородом дутья, в результате чего часть его не сгорает, а подвергается термическому пиролизу, разлагаясь на H₂ и атомарный углерод. При этом эффективность использования природного газа снижается и уменьшается коэффициент замены им кокса. Указанный недостаток проявляется в тем большей мере, чем выше расход вдуваемого природного газа. Повышение температуры нагретого дутья и повышение концентрации в нем кислорода способствуют увеличению полноты сжигания природного газа в фурменной зоне. Однако эти два параметра нагретого доменного дутья имеют уже достигнутые на практике пределы. Концентрацию кислорода в дутье выше 35-40% увеличивать при высокой температуре дутья небезопасно. Нагрев дутья выше 1250-1300^oC значительно повышает стоимость нагретого дутья, что уменьшает экономическую эффективность этого мероприятия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный способ доменной плавки, включающий загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, подачу в печь через воздушные фурмы нагретого обогащенного кислородом дутья, вдувание в воздушные фурмы смеси природного газа с кислородом, контроль степени использования газа в печи, регулирование соотношения между поступающим в печь кислородом и природным газом для поддержания необходимой теоретической температуры горения, выпуск продуктов плавки. Данный способ устраняет существенный недостаток известного способа-аналога, а именно он обеспечивает полноту сжигания вдуваемого природного газа за счет увеличения времени контакта природного газа с кислородом и окисления природного газа во всем объеме поступающей в поток дутья струи газокислородной смеси. Недостатком этого известного способа, взятого нами за прототип, является то, что концентрацию кислорода в газокислородной смеси для обеспечения взрывобезопасности нельзя повышать выше 25%. Это ограничивает возможности увеличения расхода вдуваемого природного газа и снижения за счет этого расхода кокса. Способ-прототип не устраняет также недостатки способа-аналога, связанные с ограниченными возможностями по расходу вдуваемого в печь кислорода.

Технической задачей изобретения является: увеличение расхода вдуваемого природного газа, снижение расхода кокса, увеличение производительности печи, повышение и диверсификация потребительских свойств колошникового газа. Решение данной технической задачи достигается тем, что в известном способе доменной плавки, включающем загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, подачу в печь через воздушные фурмы нагретого обогащенного кислородом дутья, вдувание в воздушные фурмы смеси природного газа с кислородом, контроль степени использования газа (CO + H₂) в печи, регулирование соотношения между поступающим в печь кислородом и природным газом для поддержания необходимой теоретической температуры горения, выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что через воздушные фурмы в печь дополнительно подают технический кислород и регулируют его расход, используя зависимость: (1) где V_д - расход дутья, м³/мин, V_гс - расход газокислородной смеси, м³/мин, V_тк - расход технического кислорода, м³/мин, j - степень использования газа в печи, доли единицы, W - содержание кислорода в дутье, м³/м³, N - заданное соотношение (CO+N₂)N₂ в колошниковом газе.

Задача изобретения решается также тем, что заданное соотношение (CO+H₂)/N₂ в колошниковом газе поддерживают в пределах 3,1-3,3.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для увеличения расхода вдуваемого в печь природного газа и сохранения необходимого уровня теоретической температуры горения нужно одновременной увеличивать концентрацию кислорода в дутье. Подача технического кислорода через воздушные фурмы с помощью сопел специальной конструкции позволяет увеличивать суммарную концентрацию кислорода в комбинированном дутье (нагретое дутье + газокислородная смесь + технический кислород) до любого необходимого уровня без риска аварий на тракте подачи горячего дутья, которые возрастают при повышении содержания кислорода в нем выше 30-35%. Контролируя степень использования газа (CO+H₂) и регулируя расход подаваемого через фурмы технического кислорода, можно поддерживать необходимые потребительские свойства колошникового газа, например калорийность. Отношение (CO+H₂)/N₂ в колошниковом газе характеризует его калорийность, а также потребительские свойства колошникового газа при применении его в качестве исходного химического сырья, например для производства азотоводородной смеси, используемой при отжиге горячекатаного листа или при производстве аммиака. В последнем случае поддержание указанного отношения в пределах 3,1-3,3 позволяет затем путем конверсии CO в реакции водяного газа и последующей отмывки CO₂ получить азотоводородную смесь для синтеза аммиака. Все это значительно повышает и диверсифицирует потребительские свойства колошникового газа. Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 При работе доменной печи с применением известного способа-прототипа доменной плавки расход вдуваемого в виде газокислородной смеси природного газа составлял 114 м³/т, а расход технологического кислорода (с дутьем и в составе газокислородной смеси) составлял 85 м³/т. При суточной производительности печи 4199 т/сутки и расходе кокса 426 кг/т выход колошникового газа составлял 1876 м³/т при его калорийности 3,88 МДж/м³ и отношении (CO+H₂)/N₂= 0,86. Колошниковый газ использовался для отопления воздухонагревателей совместно с природным газом.

Пример 2 При работе доменной печи по способу доменной плавки в соответствии с изобретением расход природного газа в виде газокислородной смеси составлял 240 м³/т, а суммарный расход технологического кислорода (с дутьем, с газокислородной смесью и через сопла) составлял 205 м³/т). При этом контролировали степень использования газа (CO+H₂) в печи и расход технологического кислорода через сопла регулировали, используя приведенную выше зависимость (1) и добиваясь получения в колошниковом газе отношения (CO+H₂)/N₂=2,2. Производительность печи при этом составляла 4780 т/сутки, расход кокса - 385 кг/т, выход колошникового газа 1905 м³/т, а его калорийность - 5,6 МДж/м³. Колошниковый газ использовали для отопления воздухонагревателей без добавки природного газа и в качестве топлива на ТЭЦ.

Пример 3
Доменная печь работала в соответствии с изобретением на обогащенном кислородом дутье (35%) с вдуванием в виде газокислородной смеси природного газа в количестве 355 м³/т и технологического кислорода через сопла. Суммарный расход технологического кислорода составлял 318 м³/т. Контролировали степень использования газа (CO+H₂), и расход технологического кислорода через сопла регулировали в соответствии с зависимостью (1), обеспечивая получение в колошниковом газе отношения (CO+H₂)/N₂, равного 3,1-3,2. Производительность доменной печи составляла 5290 т/сут, расход кокса 354 кг/т, выход колошникового газа - 1929 м³/т, а калорийность его - 7,39 МДж/м³. Колошниковый газ использовали в азотно-туковом производстве для получения из него аммиака.

Таким образом, использование изобретения позволяет увеличить расход вдуваемого в доменную печь природного газа без нарушения газодинамики процесса и его температурно-теплового потенциала и с обеспечением полноты сжигания природного газа. Это значительно сокращает расход кокса, повышает и диверсифицирует потребительские свойства колошникового газа.

Формула изобретения

1. Способ доменной плавки, включающий загрузку в печь шихтовых материалов, подачу в печь через воздушные фурмы горячего обогащенного кислородом дутья, вдувание в воздушные фурмы смеси природного газа с кислородом, отличающийся тем, что для увеличения расхода вдуваемого в печь природного газа и сохранения необходимого уровня теоретической температуры горения в воздушные фурмы дополнительно вдувают технический кислород, определяют суммарную степень использования газа (CO + H₂) и устанавливают расход дополнительно вдуваемого технического кислорода (V_тк) в зависимости от заданного отношения (CO + H₂)/N₂ в колошниковом газе, используя зависимость

где V_g - расход дутья, м³/мин;
V_гс - расход газокислородной смеси, м³/мин;
j - суммарная степень использования (CO + H₂), доли ед.;
W - содержание кислорода в горячем дутье, доли ед.;
N - заданное отношение (CO + H₂)/N₂ в колошниковом газе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданное отношение (CO + H₂)/N₂ в колошниковом газе поддерживают в пределах 3,1 - 3,3.