Кафедра руднотермических процессов и малоотходных материалов

Исследование влияния комбинированного дутья на технологические показатели доменной плавки

Реферат по теме выпускной работы

Введение

Доменные техники с момента эксплуатации первых печей уделяли серьезное внимание процессу горения различных видов топлива у фурм. Первые исследования горения кокса у фурм, как отмечает В.А. Сорокин, относятся к 1838 г. Одним из первых (1841 г.) характеристику процессов у фурм дал и Ж. Эбельман: ”кислород, содержащийся во вдуваемом воздухе, очень быстро превращается в углекислоту, затем в окись углерода; эти два превращения происходят последовательно на небольшом расстоянии от фурм…”.

Важнейшим направлением в политике энерго- и ресурсосбережения в технологиях выплавки чугуна является борьба за экономию кокса - наиболее дорогой и дефицитной составляющей доменной шихты. Эта политика отражает развитие перспективной технологии доменной плавки, обусловленной применением дополнительных видов топлива, как заменителей части кокса, и обогащением дутья кислородом. Эта технология, известная как применение комбинированного дутья для выплавки чугуна, находит подтверждение в результатах работы доменных печей на протяжении последних десятилетий.

Комбинированным принято называть дутье, включающее добавки как в виде окислителей (кислород, пар), так и восстановителей (природный газ, коксовый газ, мазут пылеугольное топливо и др.). Наибольшее распространение получило сочетание обогащения дутья кислородом с вдуванием природного газа или ПУТом.

1. Цель работы и задачи исследования

Целью работы является определение оценки эффективности технологии доменной плавки при использовании комбинированного дутья.

Задачи и методы исследования:

  1. Анализ литературных данных.
  2. Расчет показателей доменной плавки.
  3. Исследование факторов влияющих на комбинированное дутье.
  4. Составление программы, показывающей зависимость скорости комбинированного дутья от различных факторов.
  5. Проведение работ по исследованию поведения кокса в фурменной зоне доменной печи при разном соотношении количества дутья и размера куска кокса.

2. Особенности темы и краткий анализ состояния вопроса

2.1 Общие сведения о комбинированном дутье

Комбинированное дутье [combined blast] - горячее, обогащенное кислородом, применяемое с вдуваемыми в печь газообразными, жидкими или твердыми топливными добавками или горячими восстановительными газами. Термин «комбинированное дутье», предложенный А. Н. Раммом, получил распространение только в русской технической литературе. Обогащение доменного дутья кислородом запатентовано в 1876 г. Г. Бессемером. Широкое применение его при выплавке передельного чугуна стало возможным и целесообразным только при вдувании в доменные печи топливных добавок, в первую очередь природного газа (ПГ), который впервые применили в 1957 г. на доменной печи № 4 завода им. Петровского в Днепропетровске. Обогащение дутья кислородом интенсифицирует горение топлива в доменной печи и увеличивает ее производительность на 2,5-3,5 % на каждый дополнительный 1 % кислорода в дутье. Топливные добавки вдувают в доменную печь с целью замены ими кокса. Коэффициент замены кокса топливными добавками зависят от их химического состава и содержания углерода в коксе, а также от условий доменной плавки, при которых применяются топливные добавки, и от их расхода. Коэффициент замены кокса ПГ составляют 0,6-0,9 кг/ (при содержании метана в ПГ 93-96 % и углерода в коксе 85—88 %). Коэффициент замены кокса пылеугольным топливом сильно зависят от содержания золы и летучих вещ-в в угле: 0,5—1,2 кг/кг. Вдувание горячих восстановительных газов пока не нашло постоянного промышленного применения. Начиная с 70-х годов в странах, где применение в доменных печах угля экономически выгоднее применения природного газа, все более широко распространено вдувание пылеугольного топлива (ПУТ). Достигнутый расход ПУТ на доменных печах составляет 150-200 кг/т.

2.2 Концептуальные основы применения комбинированного дутья в доменной плавке.

В доменном производстве Украины комбинированное дутье применяется уже в течение 50 лет (с 1957 г.). Технологическая концепция его внедрения в экономических условиях бывшего СССР состояла в том, что данный режим рассматривается, как основной способ интенсификации процесса и экономии кокса; при этом особо не акцентировалось внимание на уровень цен кокса или компонентов комбинированного дутья – они были примерно одинаковыми на всей территории СССР. Степень обогащения дутья кислородом на конкретном отдельном предприятии определялась, в основном, существующими или планируемыми возможностями по балансам природного газа и технологического кислорода (далее «кислород»). При внедрении комбинированного дутья везде применялся единый технологический прием – обеспечивалось сохранение теоретической температуры горения путем соблюдения постоянного соотношения между дополнительными расходами природного газа и кислорода, равном 0,65–0,70 м3/м3

В существующих рыночных условиях при значительном увеличении стоимостей природного газа, кислорода и кокса, применение добавок к дутью в максимально возможных количествах не соответствует принципу получения рациональной прибыльности функционирования конкретного предприятия, при которой обеспечивается достаточная рентабельность и устойчивость производства. Во многих случаях применение комбинированного дутья высоких параметров приводит к отрицательному экономическому эффекту.

Суть новой концепции заключается в том, что применение природного газа и кислорода ограничивается, исходя из экономических соображений с целью получения вполне определенного, заданного наперед, уровня рентабельности работы данного предприятия, т.е. эффективность комбинированного дутья оптимизируется для достижения целесообразной прибыльности предприятия. Такой уровень экономического эффекта может быть обозначен, как «рациональный эффект комбинированного дутья» (РЭКД). Этот показатель фактически характеризует ту минимально возможную величину эффективности, которая может обеспечивать планируемую рентабельную работу данного предприятия. Исходя из показателя РЭКД, разрабатывается рациональный технологический режим доменных печей, прежде всего, устанавливаются экономически выгодные расходы природного газа и кислорода в доменных печах.

Следует подчеркнуть, что при наличии соответствующих технико-экономических и технологических условий и с учетом стратегического развития предприятия вполне возможно повышение уровня обогащения дутья кислорода сверх значения, определяемого РЭКД, при этом соответственно параметры комбинированного дутья возрастают.

3. Преимущества комбинированного дутья

Целесообразность вдувания в доменную печь углеродсодержащих веществ, в частности углеводородов, признавали еще в прошлом веке. В 1838 г. Барнетт предложил вдувать в доменные печи газы, содержащие углеводороды и смолы. Затем предлагали вдувать нефть и ее продукты, угольную пыль, каменноугольный пек, коксовый, попутный и природный (сырой и конвертированный) газы. Однако промышленное освоение плавки с использованием дополнительного топлива, вводимого через фурмы, началось в 40-х годах нашего столетия в Советском Союзе. Опыты с вдуванием в горн угольной пыли в конце 40-х годов были проведены на металлургическом комбинате им. Дзержинского. С этого времени начался новый вид доменного процесса - на комбинированном дутье.

Вдувание в горн природного газа явилось крупным технологическим мероприятием, которое принесло значительную пользу народному хозяйству СССР и позволило значительно интенсифицировать плавку. От вдувания природного газа только в период 1959-1966 гг. народное хозяйство СССР получило экономию 392 млн. руб. Производительность доменных печей выросла на 4 - 7%, расход кокса снизился на 7-14 %. На ряде металлургических предприятий достигли расхода природного газа 140 м 3 / т чугуна и выше. Природный газ, как составляющая комбинированного дутья, обладает преимуществами, которые определили его применение в технологиях доменной плавки. К этим преимуществам относятся:

  1. простота и дешевизна техники распределения природного газа по фурмам и его инжекции в каждую фурму;
  2. легкость регулирования расхода природного газа, благодаря чему осуществляется воздействие на тепловое состояние печи, на температуру горения и производительность доменной печи;
  3. способность повышать концентрацию водорода в горновых газах;
  4. чистота газа по взвешенным примесям, примесям серосодержащих газовых составляющих, что обеспечивает пониженный выход шлака и приход серы в доменную печь.

Вдувание природного газа существенно меняет характеристики отдельных явлений доменной плавки и прежде всего тепловые и газодинамические условия работы печи

Проблема применения технологического кислорода в отечественной черной металлургии стала одной из наиболее дискуссионных в последней четверти прошедшего столетия. Применение кислорода в отечественной металлургии было обусловлено общим курсом развития экономики, направленной на максимальную интенсификацию технологии доменного производства.

Одним из преимуществ применения кислорода является то, что он форсирует доменную плавку, увеличивает ее интенсивность, снижает выбросы вредных веществ в окружающую среду.

Основными недостатками применения кислорода в доменном производстве является:

  1. его применение дороже, чем применение горячего дутья;
  2. он уменьшает приход тепла с дутьем;
  3. выводит подогретый до температуры дутья азот, тем самым снижая теплосодержание.

На данный момент предприятия Европы пытаются уменьшить количество применяемого кислорода. Исключением из вышеупомянутого могут быть некоторые режимы производственных процессов, в которых использование технологического кислорода позволяет изменить их температурно-тепловые характеристики и получить значительную экономию дефицитного твердого топлива. Резкий рост энергозатрат на производство чугуна появляется при объемном содержании кислорода в доменном дутье свыше 30%.

Поэтому особое значение приобретает широкомасштабное внедрение технологии доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топлива (ПУТ), приготовленного из недефицитных и относительно недорогих некоксующихся марок углей с низким содержанием серы и золы. Преимуществами угля по сравнению с другими заменителями кокса является его низкая стоимость, большие запасы и высокая теплота сгорания у фурм доменной печи.

В настоящее время пылеугольное топливо как компонент комби-нированного дутья доменных печей занимает первое место, не только по распространенности, но и по объему применения. Так, доменные печи Японии используют 35 % пылеугольного топлива от мирового потребления, доменные печи Китая и Кореи - 25 %. Остальную часть ПУТ - около 40 %, потребляют доменные печи Европы, Америки и Австралии. Стабильные расходы ПУТ на уровне 150-200 кг/т чугуна обеспечили замену 40-45 % кокса.

Несмотря на определенные сложности процессов подготовки пылеугольного топлива, его транспорта к печам и распределения по фурмам, этот вид топливной добавки является наиболее перспективным. В большинстве случаев при строительстве новых доменных печей ориентируются на использование в качестве топливной добавки к дутью пылеугольного топлива.

Выводы

Можно с достаточной вероятностью утверждать, что комбинированное дутье в доменном производстве Украины даже в условиях резкого подорожания природного газа, кислорода и других энергоносителей будет применяться в практике как весомый способ улучшения показателей доменной плавки. Это заключается в том, что при вдувании природного газа наряду с развитием процессов, обеспечивающих прямую непосредственную замену углерода кокса углеродом газа, а также развитие в процессе восстановления FeO водородом существенное технологическое преимущество комбинированного дутья проявляется в повышении устойчивости хода печи и ее теплового состояния за счет значительного увеличения содержания водорода в газовой фазе доменной печи.

Увеличение цены кокса действует положительно на экономическую эффективность, тогда как такое же повышение стоимостей природного газа или технологического кислорода вызывает ее снижение, при этом в большей степени по сравнению с удорожанием кокса – примерно на 25–40%, т.е. для сохранения эффективности цену кокса следует существенно увеличивать по сравнению с приростом цен природного газа или технологического кислорода. Получены соотношения по определению предельных цен природного газа или кислорода, зависящие, главным образом, от значений цены кокса и коэффициента замены.

Проведено аналитическое изучение функции эффективности комбинированного дутья и определены основные тенденции ее изменения в существующих и ожидаемых условиях доменной плавки. Установлено, что оценку экономической эффективности комбинированно целесообразно проводить за календарный промежуток времени, что более объективно отражает его хозяйственную ценность по сравнению с удельной эффективностью (на 1 тонну чугуна).

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Источники: http://masters.donntu.org/2013/fmf/parakhini/diss/index.htm