Аннотация
Постановка задач (актуальность работы): для выплавки чугуна в доменной печи при минимальном удельном расходе дефицитного и дорогостоящего кокса целесообразно максимально заменять его природным газом. Поскольку изменение хода доменного процесса при повышении расхода газа создаёт угрозу подвисания шихты в пределах верхней ступени теплообмена, необходимо одновременно использовать мероприятия, исключающие нарушения в движении шихты. Цель: разработка режимов работы доменных печей, обеспечивающих снижение удельного расход кокса дополнительным увеличением расхода природного газа в условиях верхней лимитирующей зоны по силовому взаимодействию встречных потоков. Используемые методы (эксперименты): на доменных печах ОАО «ММК» № 2 и 10, работающих с верхней лимитирующей зоной по силовому взаимодействию встречных потоков шихты и газа, провели исследования по снижению удельного расхода кокса увеличением потребления природного газа. На доменной печи № 10 в базовом периоде наблюдали низкую дренажную способность горна печи. Поэтому для улучшения условий фильтрации жидких продуктов плавки через слой коксовой насадки в исследуемых периодах использовали марганцевую руду в количестве 650 кг/подачу. При проведении экспериментов увеличили расход природного газа на 800 м3/ч и дутья от 3328 до 3491 м3/мин. Ухудшение условий для движения шихты в верхней части печи компенсировали изменением ряда параметров плавки: повышением давления колошникового газа от 133 до 142 кПа, понижением уровня засыпи от 1,2 до 1,36 м и увеличением содержания окатышей в составе сырья от 31 до 34 %. На доменной печи № 2 возможности для роста расхода природного газа на 1900 м3/ч обеспечили совместно повышением давления колошникового газа на 4 кПа и заменой части окатышей ССГПО на окатыши Михайловского ГОКа. Увеличение горячей прочности окатышей по LTD+6,3 при этом составило 16,4% абс. Новизна: выявлены возможности совершенствования хода доменного процесса со снижением удельного расхода кокса путём повышения расхода природного газа в условиях определяющей роли силового взаимодействия встречных потоков в пределах верхней ступени теплообмена. Результаты: использованием мероприятий, компенсирующих негативное влияние повышения расхода природного газа на газодинамику доменной печи № 10, снизили коэффициент сопротивления шихты движению газа в верхней части печи, повысили степени использования H2 и CO. Коэффициент замены кокса природным газом составил 0,76 кг/м3. На доменной печи № 2 повысили степень использования водорода и монооксида углерода соответственно на 5,9 и 0,7 % отн. Приведенный расход кокса снизили на 7,0 кг/т чугуна. Коэффициент замены кокса природным газом составил 0,78 кг/м3. Дальнейшее увеличение расхода природного газа на 1000 м3/ч без компенсации его отрицательного действия на газодинамику верхней части печи сопровождалось ростом коэффициента сопротивления шихты в этой зоне на 7,3 % отн. Опускание шихты происходило с подстоями и обрывами. Для устранения неровного схода материалов расход дутья уменьшили с 3210 до 3138 м3/мин. Увеличение расхода природного газа без учёта особенностей его действия на ход доменного процесса сопровождалось увеличением удельного расхода кокса на 8,3 кг/т чугуна. Производительность печи сократилась на 88 т/сут. Практическая значимость: эффективным использованием увеличенного расхода природного газа на доменных печах № 2 и 10 ОАО «ММК» снизили в период исследований среднюю величину удельного расхода кокса, приведенного к условиям базовых периодов, на 4,5 кг/т чугуна.
Ключевые слова
Доменная печь, кокс, природный газ, окатыши, горячая прочность, показатель LTD, давление колошникового газа, коэффициент сопротивления шихты.
1. Bahgat, M., Abdel Halim, K.S., El-Kelesh, H.A., Nasr, M.I. Blast furnace operating conditions manipulation for reducing coke consumption and CO 2 emission // Steel Research International. 2012. № 83(7). P. 686–694.
2. Сибагатуллин С.К. Оптимальная степень прямого восстановления железа из оксидов // Сталь. 1997. № 4. С. 1–5.
3. Лялюк В.П., Товаровский И.Г. Выбор режимов доменной плавки на комбинированном дутье с оценкой параметров фурменных зон // Черные металлы. 2003. № 11. С. 13–16.
4. Анализ процессов доменной плавки при обогащении дутья кислородом / И.Г. Товаровский, В.П. Лялюк, А.Е. Меркулов и др. // Бюл. ин-та «Черная металлургия». 2011. № 5. С. 20–33.
5. Mansheng Chu, Zhenggen Liu. Mathematical modeling and exergy analysis of blast furnace operation with natural gas // Steel Research International. 2013. № 84 (4). P. 333–343.
6. Интенсификация работы доменных печей подбором оптимального соотношения расходов природного газа и кислорода / В.А. Гостенин, С.Н. Пишнограев, А.В. Чевычелов и др. // Сталь. 2012. № 2. С. 7–11.
7. Интенсификация работы доменных печей путем оптимального соотношения расходов природного газа и кислорода / В.А. Гостенин, С.Н. Пишнограев, Н.С. Штафиенко и др. // Бюл. ин-та «Черная металлургия». 2011. № 6. С. 16–22.
8. Товаровский И.Г., Меркулов А.Е. Анализ процессов доменной плавки при варьировании температуры дутья в широком диапазоне // Бюл. ин-та «Черная металлургия». 2011. № 4. С. 36–49.
9. Закономерности движения шихты и газа в доменной печи: монография / под ред. С.К. Сибагатуллина. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им Г.И. Носова, 2011. 161 с.
10. Khaled S Abdel-Halim, V. N. Andronov, M. I. Nasr. Blast furnace operation with natural gas injection and minimum theoretical flame temperature // Ironmaking & Steelmaking. 2009. № 36(1). P. 12–18.
11. Khaled S Abdel-Halim. Effective utilization of using natural gas injection in the production of pig iron // Materials Letters. 2007. № 61(14-15). P. 3281–3286.
12. Оптимизация распределения природного газа в доменном цехе при изменении параметров плавки / Н.А. Спирин, Л.Ю. Гилева, В.В. Лавров и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. 2014. № 6. С. 45–49.
13. Спирин Н.А., Федулов Ю.В., Овчинников Ю.Н. Распределение технологического кислорода между печами доменного цеха // Изв. вузов. Черная металлургия. 1993. № 11–12. С. 68–72.
14. Повышение эффективности доменной плавки с вдуванием природного газа за счет его подогрева / С.А. Фещенко, В.И. Плешков, Б.Н. Лизунов и др. // Металлург. 2007. № 11. С. 44–48.
15. Овчинников Ю.Н., Мойкин В.И., Спирин Н.А. Нестационарные процессы и повышение эффективности доменной плавки: монография. Челябинск, 1989. 120 с.
16. Улучшение работы доменной печи кратковременным уменьшением расхода природного газа / С.К. Сибагатуллин, А.С. Харченко, Е.О. Харченко, Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р. // Бюл. ин-та «Черная металлургия». 2017. № 2 (1406). С. 16–20.
17. Стабилизация соотношения расходов природного газа и дутья по фурмам доменной печи / С.К. Сибагатуллин, А.С. Харченко, А.А. Полинов и др. // Теория и технология металлургического производства. 2014. № 1 (14). C. 26–26.
18. Андронов В.Н., Белов Ю.А. Оценка эффективности распределения дутья и природного газа по фурмам // Сталь. 2002. № 9. С. 15–17.
19. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Бегинюк В.А. Технологические решения для организации доменного процесса // Металлург. 2014. № 4. С. 64–71.
20. Донсков Е.Г., Лялюк В.П. Расход дутья и роль повышенного давления на современных доменных печах // Сталь. 2012. № 12. С. 2–6.
21. Сибагатуллин С.К., Майорова Т.В. Увеличение работы газового потока в доменной печи с повышением общего перепада давления по высоте // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. № 1. С. 14–16.
22. Сибагатуллин С.К., Майорова Т.В. К расчету показателей хода доменного процесса при повышенном общем перепаде давления газов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2010. № 3. С. 16–18.
23. Тарасов В.П., Тарасов П.В. Теория и технология доменной плавки. М.: Интермет Инжиниринг, 2007. 384 c.