2. Вэр и вмр конвертерного производства

К вторичным ресурсам конвертерного производства можно отнести

• химическую и физическую теплоту конвертерных газов;

• физическую теплоту металла и шлака;

• использование конвертерного шлака в качестве ВМР.

1. Конвертерные газы и их использование

Образующийся в процессе плавки конвертерный газ вы­ходит из рабочего пространства через горловину. В кон­вертерном газе в незначительном количестве (по 1 %) содержатся азот, водород и кислород. Основными составляю­щими являются оксид углерода (II) (до 90 %) и оксид угле­рода (IV) (до 10 %). Такой состав газа обусловливает вы­сокую теплоту его сгорания (8,5-9,2 МДж/м³) и токсич­ность. Газовая смесь, содержащая больше 12,5 % СО, становится взрывоопасной при концентрации кислорода бо­лее 5 % [3]. Выход газов и их состав переменны по ходу про­дувки. На рис. 1.2 представлен примерный график выхода газов во время продувки. Абсолютные значения объема газов зависят от конкретных условий: количества внесен­ного чугуна, руды, скрапа, вдуваемого кислорода, приса­док, конструкции фурмы и ее положения, типа перераба­тываемого чугуна (низко- или высокофосфористого), ме­тода ведения процесса продувки и др.

Рисунок 1.2 График выхода газа из кон­вертера

1 - в системе с дожиганием; 2 - в си­стеме без дожигания

Соответственно режиму работы конвертера в газоход, где происходит охлаждение газов, кон­вертерный газ поступает периодически лишь в периоды продувки.

Температура конвертерного газа колеблется в преде­лах 1400-1800 °С. Можно считать, что температура га­зов, выходящих из конвертера, близка к температуре ме­талла. Высокая температура газов на выходе из конвертера обусловливает значительные потери физической теплоты с газами, являю­щиеся существенной долей в тепловом балансе конвертер­ной плавки (10 %).

Конвертерный газ - высококачественное технологи­ческое и энергетическое топливо. Его технологическая ценность определяется большим содержанием СО и возмож­ностью использования газа в качестве восстановителя. Энергетическая ценность конвертерного газа определяется высокой теплотой сгорания и малым выходом продуктов сгорания на единицу получаемой теплоты, что обеспечива­ет высокий к.и.т.

Температура конвертерных газов перед газоочисткой не должна пре­вышать 200-300 °С. Поскольку температура газов на вы­ходе из конвертера в среднем составляет 1600 °С, перед газоочисткой их следует охлаждать (рис 1.3). Существуют следую­щие способы охлаждения: разбавление воздухом, впрыск воды, оборудование газохода водоохлаждаемыми камина­ми или экранами; выработка пара в КУ за счет физической теплоты конвертерных газов или продуктов их сгорания. Чаще всего эти способы комбинируются.

Рисунок 1.3 Схема газового тракта за конвертером

1 - конвертер; 2 - охладитель газов; 3 – газоочистка; 4 - газгольдер

Полное охлаждение газов только лишь подсасываемым воздухом значительно увеличивает объем газов и вызыва­ет необходимость установки чрезвычайно мощных дымосо­сов. Поэтому подачу воздуха ограничивают, дальнейшее охлаждение дымовых газов осуществляется в охладителях, а также впрыском воды в конце газового тракта перед га­зоочисткой.

Наиболее рационально охлаждение конвертерных газов производить в радиационно-конвективных котлах - охладителях конвертерных газов (ОКГ), при этом получая горячую воду и насыщенный пар, которые направляется для тех­нологических нужд предприятия, а пар после перегрева – и для энергетических целей в турбогенераторы..

Классификация ОКГ учитывает такие основные признаки, как коэффициент рас­хода воздуха при поступлении газов из конвертера в газоход и использование энергии конвертерного газа.

Газы отводят из конвертеров различными способами, при которых величина коэффициента расхода воздуха на входе в охладитель различна: при полном сжигании газа с доступом воздуха α > 1,0; с доступом воздуха и частич­ным сжиганием газа 0 <α< 1; без доступа воздуха и без сжигания газа α = 0.

Газы на выходе из конвертера содержат 0,95-1,05 МДж теплоты на 1 т стали (физической теплоты около 20 %, хи­мической энергии 80 %). Использование теплоты газов поз­воляет сэкономить до 30 тыс. т условного топлива на 1 млн. т выплавленной стали.

В системах без дожигания или с частичным дожиганием в радиационных котлах используют до 10 % химической энергии и физическую теплоту конвертерного газа с последующим улавливанием его и сжиганием в качестве топ­лива в энергетических или технологических агрегатах.

Достоинство системы отвода газов с полным дожигани­ем состоит в том, что через тракт проходят взрывобезопасные продукты сгорания. Однако ко­личество их в несколько раз больше объема конвертерного газа, поэтому охладитель должен иметь большую тепловоспринимающую поверх­ность, а весь газовый тракт - боль­шие габаритные размеры, что явля­ется недостатком ОКГ с дожи­ганием.

Существенным недостатком ОКГ с частичным дожига­нием являются значительные выбросы несгоревшего окси­да углерода (II) в атмосферу.

Пос­ле охлаждения и очистки конвертерный газ может быть ис­пользован для следующих целей: в качестве топлива (кот­лы, промышленные печи), химического сырья, для подо­грева шихтовых материалов конвертерной плавки, а также как восстановитель железорудного сырья. Применение кон­вертерного газа в качестве топлива является одним из резервов экономии топливно-энергетических ресурсов. Од­нако такое его применение затруднено в связи со следующи­ми причинами: непостоянством выхода конвертерного газа как по времени, так и по количеству; резкими колебаниями состава газа в разных периодах плавки; возможностью под­сосов в газоотводящий тракт воздуха, что может привести к образованию газокислородной смеси и взрыву у потребля­ющих агрегатов.

Система улавливания конвертерного газа и использова­ния его в качестве топлива наиболее распространена в Япо­нии, где ею оборудованы около 70 % работающих конверте­ров; это число предполагается увеличить до 87 %. Для ком­пенсации неравномерного выхода и усреднения состава га­за применяют газгольдеры.

Ведутся интенсивные поиски и других технических ре­шений по использованию конвертерного газа. Так, разра­ботаны схемы улавливания и использования химической энергии очищенного конвертерного газа с подачей его в теплоаккумуляторы регенеративного типа. После теплоаккумуляторов в период продувки продукты сгорания поступа­ют в КУ, пар из которых направляется в турбогенераторы. Между продувками в теплоаккумуляторах нагревается воз­дух, также направляемый в КУ.

Возможность применения конвертерного газа для вос­становления железорудного сырья обусловлена его высо­ким восстановительным потенциалом. Это создает предпосылки к разработке эффективной схемы использования га­за, включающей получение металлизованного продукта и последующее применение его в конвертерной плавке.

На рис. 4.4 представлена принципиальная схема ис­пользования конвертерного газа в качестве восстановите­ля. За счет создаваемого нагнетателем разрежения конвер­терный газ

Рисунок 1.4 Принципиальная схема использования конвертерного газа в качестве восстановителя:

1 - конвертер; 2 - ОКГ; 3 - газоочистка; 4 - обводной газоход; 5 - бун­кер; 6 - восстановительный аппарат; 7 - бункер-накопитель; 8 - питатель; 9 - дозатор; 10 - шибер; 11 - течка; 12 - каплеотделитель; 13 - нагнета­тель; 14 - свеча

отбирается из газохода ОКГ при температуре 950-1050 °С и через обводной газоход направляется в вос­становительный аппарат; затем проходит через слой железорудных окатышей, нагревает их до 750-850 °С и восста­навливает до степени металлизации 95 %.

Отработанный газ с температурой 550-650 °С и содержанием СО около 35 % поступает в газоочистку, размещенную в обводном газоходе за восстановительным аппаратом, в каплеотделитель, а затем нагнетателем подается на свечу. Остаток СО, образующийся при восстановлении оксидов железа до же­леза металлического, дожигается на свече.

Из восстановительного аппарата сырье выгружается пе­риодически во время продувки конвертера или в межпроду­вочный период в промежуточную футерованную емкость, расположенную перед дозатором. Перед очередной плавкой порция горячих металлизованных окатышей загружается в конвертер.

Использование конвертерного газа для восстановления железа из железорудных окатышей, минуя доменный про­цесс, дает экономию дефицитных и дорогостоящих восста­новителей. По сравнению с использованием лома примене­ние металлизованных окатышей обеспечивает более чистое железо и упрощает транспортировку и загрузку материа­лов в конвертер. Однако для этого необходимы дополни­тельные капитальные и эксплуатационные затраты в цехе, объем которых определяет уровень экономической эффективности системы.

В ДМетИ разработаны также системы технологического использования конвертерного газа для обжига известняка и подогрева металлолома.