Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор существующих технологий и методов расчета доменной плавки .
1.1. Экологические проблемы отрасли. 12
1.2 Обзор традиционных технологий доменной плавки 14
1.2.1.Вдувание в горн природного газа 14
1.2.2.Использование частично металлизованного сырья в доменных печах 17
1.3. Дефицит газообразного восстановителя как теоретическая база развития новых технологий доменной плавки 21
1.3.1. Дефицит восстановительных газов в доменной печи для реализации идеального хода плавки по Грюнеру 21
1.3.2. Пути преодоления или использования дефицита газообразного восстановителя в новых технологиях плавки 26
І.З.З.Опьіт вдувания в горн доменных печей железосодержащих добавок. 27
1.3.4. Возможность реалгоации технологии с использованием в металлошихте до 100 % окатышей 28
1.4. Обзор нетрадиционных технологий, направленных на даль нейшее сокращение расхода кокса 33
1.4.1 Использование реакционной способности кокса 33
1.4.2. Регулирование распределения дутья и природного газа по фурмам 36
1.5. Обзор способов прогнозных расчетов основных показателей доменной плавки. 38
1.5.1.Расчет основных показателей доменной плавки, основанный на общем тепловом балансе 38
1.5.2.Расчет основных показателей доменной плавки, основанный на зональном тепловом балансе 41
1.5.3.Современные способы расчета плавки (методы РПД и ПДК) 46
Глава 2. Метод расчета.
2.1. Развитие и уточнение метода ПДК для прогноза расхода кокса в проектируемой плавке 52
2.1.1. Расчет основных показателей плавки с учетом количества водорода, вносимого влагой дутья, а также состава природного газа 54
2.1.2. Учет реакций косвенного восстановления железа из вюсти- та монооксидом углерода и водородом 59
2.2. Усовершенствование расчетного метода ПДК с учетом центральной коксовой отдушины. Метод ПДК2 65
2.2.1. Необходимость учета центральной коксовой отдушины 65
2.2.2. Учет количества восстановительных газов, не участвующих в восстановлении железа, а также части тепла, уносимой этими газами 67
2.2.3.Расчет основных показателей плавки по усовершенство ванному, с учетом центральной коксовой отдушины, методу ПДК(ПДК2) 75
Глава 3. Разработка новых и усовершенствование существующих технологий
3,1 доменной плавки, а также оценка их эффективности по методу ІТДК2.
3.1. Оценка влияния различных факторов на относительный расход кокса. 88
3.2. Вдувание в горн доменных печей железосодержащих отходов 92
З.З.Технологая доменной плавки, предполагающая использование в металлошихте до 100% окатышей 111
3.4.Скрытые резервы технологии доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топлива 117
3.5. Эффективность равномерного распределения расходов дутья и природного газа по фурмам 119
3.6. Влияние реакционной способности кокса на его расход в доменной печи. 124
Глава 4. Контроль условий теплообмена между газом и шихтой по высоте печи .
4.1. Общие положения 127
4.2. Методика расчета условий теплообмена между газом и шихтой по высоте печи для различных вариантов плавки с учетом газов, уходящих через центральную коксовую отдушину 128
4.2.1. Численный пример расчета отношения водяных чисел шихты и газа для случая вдувания в горн природного газа 136
4.2.2. Численный пример расчета отношения водяных чисел бшихты и газа для случая вдувания в горн природного газа и железосодержащих отходов 145
Заключение 158
Список литературы. 160
- Обзор традиционных технологий доменной плавки
- Усовершенствование расчетного метода ПДК с учетом центральной коксовой отдушины. Метод ПДК2
- Вдувание в горн доменных печей железосодержащих отходов
- Методика расчета условий теплообмена между газом и шихтой по высоте печи для различных вариантов плавки с учетом газов, уходящих через центральную коксовую отдушину
Введение к работе
В настоящее время все более отчетливо встает проблема зашиты окружающей среды. Жизнедеятельность человека, а именно, работа заводов и фабрик, электростанций, автомобильного транспорта и т.п. существенно загрязняют биосферу Земли, превышая предельно допустимые концентрации веществ в десятки и даже сотни раз.
Одними из основных загрязнителей воздушного и водного бассейнов нашей планеты являются предприятия металлургической отрасли. Среди них особо выделяются коксохимическое производство и аглофабрик, на которых приходится львиная доля вредных выбросов.
С каждым годом экологическая ситуации ухудшается. По сути человечество поставлено перед выбором: найти пути решения указанной проблемы или бесследно исчезнуть с лица Земли. Применительно к металлургической отрасли заманчивыми являются любые предложения по снижению расхода кокса в доменной плавке (при этом также произойдет снижение себестоимости 1 т чугуна, другими словами, экономическая выгода от внедрения указанных технологий налицо), что в свою очередь приведет к снижешь уровня производства на коксохимическом заводе, а значит, и к снижению количества вредных выбросов в окружающую среду. Что же касается аглофабрик, то эту проблему можно решить кардинально путем полного закрытия агломерационного производства (закрытие аглофабрик) и использования в металлошихте до 100% окатышей.
Принимая во внимание все вышесказанное, представляется необходимым внести предложения по реализации новых или усовершенствованных технологий со сниженным расходом кокса в доменной плавке, а также, уникальной безотходной технологии, предполагающей закрытие аглофабрик и утилизацию железосодержащих отходов металлургического производства путем их вдувания в горн печи. В связи с этим требуется с максимальной точностью произвести прогнозный расчет основных показателей для указанных технологий доменной плавки.
Цель работы заключается в анализе и усовершенствовании существующих методик прогнозного расчета основных параметров плавки и использовании их для оценки эффективности новых или усовершенствованных технологий.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - Усовершенствовать метод расчета основных показателей доменной плавки (ПДК) с учетом количества газов, уходящих через центральную коксовую отдушину (ЦДК2).
- Произвести расчет влияния различных факторов доменной плавки на относительный расход кокса по усовершенствованному методу (ПДК2).
- Дать уточненный прогноз изменения основных параметров доменной плавки при реализации новых технологий, предусматривающих равномерное перераспределение расходов дутья и природного газа (возможно также пылеугольного топлива или мазута) по фурмам, а также повышение реакционной способности кокса.
- Используя усовершенствованный метод расчета, дать прогнозную оценку изменения основных показателей доменной плавки для варианта работы печей на шихте, содержащей до 100 % окатышей (случай ликвидации аглофабрики) с утилизацией железосодержащих отходов металлургического производства методом вдувания их в горн.
Обзор традиционных технологий доменной плавки
Технология с вдуванием в горн печей природного газа (или иного газообразного восстановителя) не была спрогнозирована теорией, а явилась результатом изысканий практиков. Поводом для проведения промышленного эксперимента послужила нитка магистрального газопровода, проложенная рядом с заводом. Это случилось в 1957 г. на заводе им. Петровского (г. Днепропетровск, Украина). Успешное промышленное испытание новой технологии способствовало быстрому ее распространению практически по всем печам отрасли. Однако, судя по режимам плавки и публикациям в первом десятилетии освоения этой технологии, доменщики еще не имели четких представлений о теоретических основах технологии, и как следствие этого, допускали грубые ошибки [4]. Четко наблюдалась тенденция высоких удельных расходов газа на печах с высоким удельным расходом кокса. Между тем, как это будет ясно из изложенного ниже, потребность плавки в восстановителе извне минимальна или отсутствует вообще именно на печах с высоким удельным расходом кокса.
Внешнему успеху новой технологии сопутствовал ряд благоприятных обстоятельств. Во - первых, использование газа позволило доменщикам повысить до пределов, ограниченных мощностью воздухонагревателей, температуру дутья с одновременным отказом от его искусственного увлажнения. Этот, хотя и косвенный, эффект был реализован главным образом на заводах с отсталой технологией и несомненно способствовал снижению расхода кокса. Во - вторых, в эти же годы осуществлялись мероприятия по улучшению сырьевых условий доменной плавки, переход на полностью окускованное и офлюсованное сырье. И, в - третьих, все печи после капремонтов переоборудовались на работу с повышенным и высоким давлением газов под колошником. Все эти мероприятия резко повышали технико - экономические показатели плавки и, главное способствовали повышению эффективности технологии с вдуванием в горн печей природного газа.
Однако необходимо отметить, что природный газ (холодный - т.е с температурой ниже 440 С) в доменной печи не следует рассматривать как топливо (источник тепла), поскольку теплосодержание продуктов его воздушной конверсии, покидающих нижнюю ступень теплообмена, выше, чем тепло, развиваемое конверсией холодного газа в горячем дутье. Для доказательства этого покажем, что теоретическая (адиабатическая) температура горения холодного (предварительно не нагретого) СИ, ниже 900С(1173К).
Напишем реакцию горения (воздушной конверсии) метана Таким образом, вдуваемый в горн печи холодный природный газ, конвертируясь в кислороде горячего дутья, не только не нагревает горн печи, но неизбежно охлаждает его, сбрасывая часть высокотемпературного тепла нижней ступени в верхнюю.
Если говорить о причинах экономии кокса, то единственной причиной уменьшения расхода кокса при вдувании в горн печи природного газа является снижение гаи связанное с ним уменьшение теплопотребности нижней зоны печи. Это четко видно из графика на рис. 1.1. [4]. Из гафика видно, что по мере увеличения расхода восстановительного газа (например, СН) (на рис. 1.1 максимальному расходу газа отвечает линия 4, линия 1 соответствует нулевому расходу, линии 2 и 3 имеют промежуточное значение) происходит снижение га и, естественно, расход углерода кокса при этом также будет снижаться.
Скрытые резервы доменной плавки (теоретический предел расхода природного газа) в данном случае определяются достижением идеального хода печи по Грюнеру (га- 0)[4]. Но это не означает, что этого следует добиваться или что это можно сделать на печах, работающих в самых различных условиях. При низкой культуре технологии (высокий удельный расход кокса) эта задача не только неблагодарна, но и недостижима. Высокая степень прямого восстановления железа на таких печах является не причиной высокого расхода кокса, а его следствием.
При вдувании больших количеств природного газа технолог вынужден предпринимать меры по предотвращению резкого (недопустимого по условиям теплообмена) снижения уровня теоретических температур горения, например повышая t„ или о. Сочетания расходов природного газа и технологического кислорода может обеспечить широкий диапазон значений теоретических температур горения.
Минимально возможное значение tT должно быть достаточно близким к необходимой для плавки температуре шлака (t„). Превышение tT над t„ зависит от условий плавки. Например, чем выше температура плавления шлака и больше колебания теплового режима плавки (нестабильность входных параметров плавки), тем выше должна быть разность At = tTn. Известны случаи устойчивой работы печи при тт 1700С.
Перейдем теперь к рассмотрению попыток реализации технологии с использованием частично металлизованного сырья в доменных печах.
Внедрение данной технологии в отличие от рассмотренной выше технологии вдувания природного газа в горн доменных печей сулит снижение потребности плавки в не только в углероде кокса, но и в восстановителе вообще (т.е. можно ожидать снижения потребности и в СО и в Н2).
За последние 35 лет были проведены в экспериментальных и промышленных доменных печах некоторых стран опытные плавки частично восстановленных (металлизованных) окатышей и агломерата.
Первые плавки с использованием металлизованных окатышей, проведенные на экспериментальной доменной печи обьемом 8,63 м3 в США, позволили установить, что удельный расход расход кокса снижается на 5 % , а производительность печи повышается 6 % на каждые 10 % степени металлизации шихты [S, 6].
Замена 30 % обычных окисленных окатышей предварительно восстановленными (со степенью металлизации 90,6 %) в шихте доменной печи обьемом 587 м3 завода Хилтон в Канаде позволила повысить производительность печи более чем на 20 % при снижении расхода кокса примерно на 25 %. При этом на каждые 10 % степени металлизации шихты производительность возросла на 7 - 9, а расход кокса снизился на 8,2 % [7].
В Японии на доменной печи обьемом 648 м3 были проведены плавки с заменой части обычного агломерата металлизованным. При этом расход кокса снизился на 5 - 6% при увеличении производительности на 6 % на каждые 10 % металлизации шихты [8].
На заводе Монклова фирмы Альтос Орнос де Мехико закончилась в 1978 году трехмесячная опытная компания доменной печи, работавшей на губчатом железе. За время испытаний в доменную печь N 2 было загружено в общей сложности 43 тыс. т губчатого железа ХиЛ. Диаметр горна печи 7,2 м , производительность около 1250 т/сут. Температура дутья составляла около 850 С, расход кокса - 670 кг / т чугуна. Губчатое железо добавляли в шихту в количестве 18, 29, 35 и 39 %. При доле губчатого железа в шихте 39 % производительность доменной печи возросла на 31 %, а расход кокса снизился при этом на 28 % или на 7 % па каждые 10 % металлизации шихты . При повышении степени металлизации шихты на 1 % расход доломита снижался на 2,3 кг. Температура чугуна повысилась на 50-77 град., а содержание серы в нем заметно снизилось [9].
Усовершенствование расчетного метода ПДК с учетом центральной коксовой отдушины. Метод ПДК2
Произведем расчет основных показателей доменной плавки для двух, рассмотренных ранее (в п. 2.1.1 и п. 2.1.2) схем расчета. В качестве исходных (базовых) данных используем данные работы доменных печей ЧерМК в декабре 2000 года. Кроме указанных параметров плавки (степень прямого восстановления железа и относительный расход кокса) произведем также расчет коэффициента замены кокса природным газом. Последний рассчитывается по формуле: где ПГ - расход природного газа в базовом варианте, мґУт чугуна; ПГ2 - увеличенный на определенную величину (например, на 20 MVT чугунаХ по сравнению с базовым значением ( ПГ ), расход природного газа, м т чугуна; К -минимально возможный расход кокса в базовом варианте, кг/т чугуна; КШІП2 -расход кокса, соответствующий увеличенному расходу природного газа ( ПГ2 ), кг/т чугуна; Из табл. 2.2 видно, что прогнозное значение относительного расхода кокса заметно отличается от его реального показателя. Разница между прогнозным и реальным значением относительного расхода кокса составляет: 59-83 кг/т чугуна - в первом варианте, и 41-55 кг/т чугуна во втором варианте расчета. В зависимости от схемы расчета получены следующие значения коэффициентов замены кокса природным газом: 0,82 кг/м3 (по 1-й схеме) и 0,76-0,77 кг/м3 (по П-й схеме). Таким образом, расчеты, выполненные по второй схеме хотя и дают более близкие к реальным значения относительного расхода кокса и коэффициента замены кокса природным газом, все же заметно отличаются от них. Как показывает расчет, учет указанных выше изменений в исходных положениях расчета (П-я расчетная схема) по методу ПДК позволил уточнить К приблизив его к Кь т.е. несколько приблизив коэффициент идеальности плавки С,= K /Kj к единице. При этом, мы не тешили себя надеждой на большой эффект уточнения, т.к. заранее знали, что IQ К,, , главным образом из-за "органического недостатка" всех печей - периферийного подвода дутья и связанной с этим необходимостью формирования в столбе шахты центральной коксовой отдушины [4]. При этом мы не стремились повторить все константы, принятые в расчете по методу РПД (t„, КР, КЛ, КЛ, АН{ ), так как заранее знали, что авторы метода РПД вольно или невольно "загнали себя в угол", приблизив расчетное значение относительного расхода кокса (Крмч) к фактическому (К ) вплотную (ДК = 0..15 кг/т чугуна !) [79, табл. 16], т.к. полное совпадение Кр с Кфшт возможно лишь при адаптации метода расчета к реальным условиям плавки, учитывающей наличие в столбе шихты центральной коксовой отдушины и сброс через нее части не участвующих в восстановлении оксидов железа газов, а также в значительно меньшей степени по сравнению с основным потоком участвующих и в теплообменных процессах. Для устранения указанного противоречия между теорией и практикой рассмотрим далее метод ПДК2, учитывающий кроме всего прочего (т.е. помимо поправок к базовому методу ПДК, составляющих суть П-й расчетной схемы) тот факт, что часть восстановительных газов (5 ) "бесполезно" уходит из печи через центральную коксовую отдушину вместе с теплом горновых газов, не участвуя в восстановлении железа. восстановлении железа, а также части тепла, уносимой этими газами.
В данном параграфе учтем тот факт, что часть восстановительных газов (5) "бесполезно" уходит из печи через центральную коксовую отдушину, не участвуя в восстановлении железа. Кроме того, наличие указанной отдушины способствует дополнительной потере тепла, которую следует учитывать при расчетах основных показателей доменной плавки, основанных на тепловом балансе нижней зоны.
Предельно идеализированные условия расчета расхода кокса предполагают, естественно, заметное преуменьшение Kmh против реального К;. Расчеты показывают, что К = (0,85...0,95)К.. (см. например, [4]).
Если проведенное авторами [79, табл. 16] сравнение расчетных ( К ,) и фактических (Кф«г) значений расхода кокса для ряда печей, показывающее близкие и даже совпадающие их значения (К - KpM = 0...15 кг/т чугуна) могут произвести обманчивое впечатление о высокой точности расчетов по методу РПД лишь на неискушенного читателя, то приведенные в той же таблице данные о превышении, иногда весьма значительном, минимально возможных температур колошниковых газов t"ra, рассчитанных по условию завершенного теплообмена между газами и шихтой на границе зон, над фактическими (AtK = -1 = 10...210 С !) является досадным их промахом (неравенство tm t выглядит так же абсурдно, как и неравенство Kmin Kj). Неравенство tm tKi получено не из-за ошибок в определении t ., как это полагают авторы расчета [79,стр. 106], а из-за ошибок расчета tjj"".
Основной причиной заметного превышения К4 над Kmn по мнению [4] является органически присущий всем доменным печам недостаток - периферийный подвод дутья, обуславливающий необходимость формирования в осевой зоне столба шихты центральной коксовой отдушины (ЦКО), позволяющей фурменным газам проникать к оси горна, предотвращая образование там "мертвой зоны, названной немецкими доменщиками "тотерманом".
Естественно, что через ЦКО сбрасывается часть горячих горновых газов, в существенно меньшей степени участвующих в массо- и теплообменных процессах, чем основной поток газов.
По сравнению с основным потоком, газы ЦКО имеют более высокую температуру по всей высоте шахты: при выходе из столба шихты их температура составляет обычно 500...700 С при средней температуре колошниковых газов (t,) 200...250 С. Исходя из самых общих представлений об аэродинамическом режиме плавки, можно сделать следующие выводы: 1. на печах с широкими горнами роль ЦКО повышается и сброс восстановительных газов и тепла через нее возрастает; 2. величина (диаметр) коксовой отдушины зависит от многих факторов, в том числе и от шлакового режима плавки: чем более тугоплавкие и менее текучие шлаки, тем больше должна быть ЦКО; 3. при одинаковой величине коксовой отдушины сброс через нее горячих восстановительных газов будет зависеть от меняющихся условий плавки, например, сброс возрастает при повышении рудных нагрузок (т.е. при сокращении расхода кокса) или при ухудшении качества агломерата по его гранулометрическому составу, холодной и горячей прочности; 4. при ухудшении механической прочности кокса ЦКО должна быть заметно увеличена с целью предотвращения потери емкости металлоприемника и облегчения освобождения горна от коксового мусора, эвакуируемого обычно прогретыми жидкоподвижными шлаками; 5. при стабильном качестве загружаемых в печь шихтовых материалов величина ЦКО выбирается индивидуально для различных печей чисто практически, т.е. путем подбора того или иного режима загрузки шихты с учетом количества и диаметра воздушных фурм, а также конструкции подвода к ним топливных добавок; 6. при отклонении показателя идеальности хода плавки в худшую сторону без видимых причин следует убедиться в повышении температур газов ЦКО на колошнике и после этого изменить режим загрузки шихты, уменьшив ЦКО.
Вдувание в горн доменных печей железосодержащих отходов
.Два звена доменного производства- аглофабрика и коксохимический завод (КХЗ) -являются своеобразными источниками экологической опасности металлургических комбинатов (по данным [2] именно на аглофабрики приходится львиная доля от всех вредных выбросов в окружающую среду со стороны металлургических предприятий). Резко сократить вредные выбросы комбинатов позволит лишь ликвидация агломерационного производства и резкое сокращение потребления металлургического кокса при производстве чугуна.
Строительство аглофабрик непосредственно на металлургических комбинатах было обусловлено стремлением не допускать разрушения агломерата в процессе его транспорта и перегрузки, а также удобством утилизации в аглошихте железосодержащих отходов собственного производства.
Во второй половине прошлого века началось производство окатышей -калиброванного по размерам и однородного по химсоставу железорудного компонента доменной шихты. Производство окатышей сосредоточено на ГОКах, вдали от поселков горняков и, тем более, от густонаселенных городов. Кроме того, производство окатышей менее токсично, чем агломерата, т.к. для обжига окатышей используют обычно газообразное топливо (природный газ), не содержащее серы, а сам обжиг ведут при более низких температурах, чем максимальные температуры по высоте спекаемого слоя агломерата. В связи с этим резко сокращаются выбросы в атмосферу оксидов азота и практически отсутствуют выбросы оксидов серы. Окатыши легко флюсуются до заданной основности, если содержание кремнезема в комкуемых концентратах менее 4 %. Содержание Si02 в окатышах можно снизить и не меняя схемы обогащения железорудных концентратов, но смешав их предварительно с концентратами с основной пустой породой (для ЧерМК - это смесь оленегорских и ковдорских концентратов). Тогда офлюсованные (самоплавкие) окатыши будут обладать высокой прочностью и хорошо (без разрушения) переносить транспортировку на большие расстояния и неизбежные перегрузки (из ж/д вагонов в бункера печей или на промежуточный склад окатышей).
Высокая пористость окатышей и наличие в их структуре ферритов кальция и свободной окиси железа делают их легковосстановимым сырьем: связанная в ферриты кальция окись железа ведет себя в процессах восстановления как свободная окись железа [71, стр. 99 ].
Таким образом, офлюсованные окатыши являются идеальным сырьем для доменной плавки.
При сносе существующих аглофабрик необходимо решить проблему утилизации железосодержащих отходов текущего производства комбината (безотходное производство). Кардинальным решением является вдувание в горн доменной печи железосодержащих отходов и доведение содержания окатышей в рудной части шихты до 100 Идея вдувания в горн доменных печей железосодержащих отходов (пылей) отпугивала металлургов неизбежным повышением расхода кокса из-за повышения степени прямого восстановления железа, тем более, если учесть простоту и несомненные преимущества традиционного способа их утилизации в аглопроцессе.
Совсем по-другому выглядит проблема утилизации железосодержащих отходов в свете предложений по ликвидации аглофабрик наряду с возможностью вдувания пыли непосредственно в горн печей, работающих с дефицитом газообразного восстановителя. Связка: дефицит восстановителя - вдувание в горн железосодержащих отходов -ликвидация аглофабрик, - логически обоснованная В.Н. Андроновым [4], позволяет более оптимистично оценить результаты реализации среднего звена связки. Рассматривая довольно высокую, вызванную существующим дефицитом газообразного восстановителя для реализации идеального хода печи по Грюнеру, степень прямого восстановления железа, В.Н. Андронов не ограничился предложениями по ликвидации дефицита восстановителя (внешний источник восстановителя, предварительная металлизация шихты). "Однако это не единственный способ выхода из создавшейся ситуации. Можно, например, использовать дефицит восстановителя для реализации технологии доменной плавки с вдуванием в горн оксидов железа, содержащихся в многочисленных отходах металлургического производства, или просто вдувать в горн печей концентраты обогащения руд без предварительного их окомкования."
Дефицит газообразного восстановителя для реализации идеального хода печи по Грюнеру оценивается величиной г, . " При высоких значениях г становятся весьма заманчивыми технологии плавки с вдуванием в горн железосодержащих отходов металлургического производства с целью их утилизации (например, вдувание в горн колошниковой пыли). Тогда в доменной печи окатыши будут восстанавливаться исключительно косвенным путем, а прямое восстановление оксидов железа реализуется непосредственно в горне. Потребность в аглофабриках отпадает..." [4, стр. 8 ].
Для реализации новой технологии предполагается использовать систему оборудования для приготовления и вдувания пылеугольного топлива фирмы «Армко Стил». Разработка и совершенствование даішого оборудования начаты еще в 1963 году (рис. 3.2.).
Сырой уголь поступает в шаровую барабанную мельницу 3, из которой готовое топливо выносите горячим воздухом в бункер запаса 6. Отделение пылеугольного топлива от возпроисходит в циклоне 4 и фильтрах 5. Из бункера запаса топливо поступает в один из питающих резервуаров 7. В работе участвуют 2 резервуара: по одному на наполнении и выдувке, третий - резервный.
Выдача пылеугольного топлива в печь производится инертным газом по общему пылепроводу, который в дальнейшем с помощью специального устройства 10 делится по числу воздушных фурм. Промышленная установка по указанной схеме успешно работает на двух доменных печах металлургического завода в Ашленде (США).
Узел приготовления топлива рассматриваемой системы выполнен в соответствии с многолетней практикой энергетической промышленности : до настоящего времени шаровые барабанные мельницы остаются надежными и автоматизированными агрегатами, обеспечивающими приготовление пылеугольного топлива из углей любых марок.
Польза для экологии от закрытия аглофабрики бесспорна. С другой стороны, встает вопрос о том как эта мера отразится на расходе кокса, приведет к его увеличению, или наоборот, произойдет сокращение расхода кокса (в этом случае данная мера повлечет за собой, кроме улучшения экологической обстановки, еще и снижение себестоимости чугуна).
Далее, для существующей в настоящее время на ЧерМК технологии с использованием в железорудной части шихты около 40 % окатышей и 60 % агломерата (использование в шихте 100 % окатышей рассматривается в следующем параграфе), приведем расчет основных показателей доменной плавки по методу ПДК2. В результате расчета определим на сколько изменится расход кокса в каждом из следующих 4-х вариантов вдувания железосодержащих добавок в горн доменной печи:
Методика расчета условий теплообмена между газом и шихтой по высоте печи для различных вариантов плавки с учетом газов, уходящих через центральную коксовую отдушину
Рассмотрим последовательность расчета (основные расчетные формулы) отношения водяных чисел шихты и газа для различных вариантов доменной плавки: - Вдувание в горн печи природного газа (Ш); - Вдувание в горн печи холодных железосодержащих отходов совместно с ПГ; - Вдувание в горн печи нагретых до t" железосодержащих отходов совместно с ПГ; - Вдувание в горн печи холодных железосодержащих отходов совместно с ПУТ; - Вдувание в горн печи нагретых до t" железосодержащих отходов совместно с ПУТ; Итак, перейдем к самой методике. Расчет I —— (нижняя зона). Водяное число шихты: Химическая теплоемкость шихтовых материалов (кДж/кг С). (Множители при концентрациях элементов ([Si], [Мп], [Р] и т.п.) представляют собой численные значения тепловых эффектов восстановления, растворения и ошлакований соответствующих элементов). Энтальпия реакций косвенного восстановления вюстита монооксидом углерода и водородом (Дж/моль Fe): температур, Дж/ кг чугуна; і - теплосодержание углерода кокса в интервале температур te(u)...t", кДж/кг С (определяем по данным [87]); Теоретическая температура горения для случая вдувания в горн железосодержащих отходов металлургического производства рассчитывается точно также, как и для случая без вдувания в горн железосодержащих отходов. В данном случае особый интерес представляет расчет температуры горна. Данная температура рассчитывается по методике приведенной в одной из предыдущих глав. Температура горна представляет собой температуру, которая устанавливается в горне доменной печи в соответствии с теплоємкостями образующихся газов и продуктов плавки по разности тепла вьщеляющегося в реакциях горения углерода и тепла поглощаемого в эндотермических реакциях прямого восстановления железа из оксидов поступающих в горн через шахту или вдуваемых с железосодержащими отходами. Количество монооксида углерода (о"), выделившегося в результате восстановления (прямого) железа из оксидов, входящих в состав вдуваемых железосодержащих отходов. при вдувании природного газа: при вдувании пылеугольного топлива: Для более точной оценки ак необходимо учесть плотность (pptot) и порозность (єр4к) материалов в столбе шихты, а также плотность (рк ) и порозность (ек) кокса в центральной коксовой отдушине: Однако, использование формулы (4.33) для оценки величины ак не внесет серьезных погрешностей в расчет соотношения водяных чисел шихты и газа. При этом необходимо задаться Щ) значением рк = 0,05 (хотя на больших печах, например, на ДП Na 5 ОАО "Северсталь", это значение составляет 0,10 - 0,15).
Таким образом, отсутствие в формуле (4.33) соответствующих множителей (содержащих рк, РрАг sn и 6р ж ) завышает (по сравнению с фактическим) значение ак, а использование в указанной формуле заниженного значения Рк позволяет в значительной степени компенсировать указанную погрешность. Количества СО, Н2 иN2 в фурменном газе (и0, о , \ % - м кг чугуна), уходящем через центральную коксовую отдушину, определяются по следующим формулам Теплосодержание (ijjo,,., кДж/ кг чугуна) колошникового газа определим по формуле: Суммарное количество кислорода (0 , м кг чуг.), отнимаемого в реакциях косвенного восстановления железа, определяется следующим образом: 134 Количества загружаемых в печь с металлошихтой оксидов БегО» и FeO для случая вдувания в горн железосодержащих отходов (G H G , кг/кг чугуна) определяются по следующим формулам: Рассчитаем W (верхняя зона): 011 - (і 0790 - 0,6485 12051Д42 ) = 1632 Численный пример расчета отношения водяных чисел шихты и газа для случая вдувания в горн природного газа и железосодержащих отходов. Произведем расчет отношения водяных чисел шихты и газа для случая совместного вдувания в горн природного газа и холодных (не нагретых до 900 С) железосодержащих отходов (колошниковой пыли). В качестве исходных данных используем: содержание кислорода в дутье со = 0,231 (м3 02 / м3 дутья); расход вдуваемого природного газа ПГ = 90 (м т чугуна); количество вдуваемых железосодержащих отходов тдо6 = 40 (кг/ т чугуна). Остальные показатели работы доменной печи аналогичны показателям работы доменной печи N2 5 ОАО "Северсталь" в 2000 г, приведенным в табл. 2.4. Произведем расчет отношения "водяных" чисел шихты и газа в верхней и нижней зонах теплообмена.
