книги из ГПНТБ / Применение пылеугольного топлива для выплавки чугуна

Аналогичные рассуждения можно провести и для изме­ нения длины углекислотной зоны:

[41]; ТЛ, Т[ — температуры газовой среды на входе в угле­ кислотную зону.

Температура разобой фазы, °К

зоне при вдувании угольной пыли увеличивается, -а средняя температура фурменной зоны из-за охлаждающего воз­ действия аэросмеси угольной пыли несколько уменьшает­ ся, температура углекислотной зоны должна уменьшать­ ся по сравнению с периодом без вдувания угольной пыли. Расчеты показывают, что вдувание угольной пыли сопровож­ дается уменьшением длины кислородной и углекислотной зон и, следовательно, общим сокращением длины окисли­ тельной зоны (рис. 8).

Результаты исследований состава газовой фазы в горне доменных печей (рис. 9) при вдувании и без вдувания уголь­ ной пыли подтверждают приведенные теоретические рас­ четы и выводы.

Анализ производственных результатов по изучению го­ рения угольных частиц в горне доменной печи. Как показы- -

40

вает практика работы доменных печей, концентрация уголь­ ных частиц в 1 м3 дутья составляет 35—58 г при работе на атмосферном дутье [95, 119, 111].

Рис. 9. Изменение состава газа по радиусу горна домен­ ной печи № 2 Карагандинского металлургического завода

Уголь крупностью 20—22 мкм сгорает в окислительной зоне через 0,01 сек [96]. Эти результаты хорошо согласуют­ ся с расчетными данными по определению времени горе­ ния угольных частиц.

41

Состав газа на срезе фурмы зависит от расположения ме­ ста ввода и размера угольных частиц. При вдувании при­ родного газа и угольной пыли марки АШ размером 0,08 мм через фланец на расстоянии 400—450 мм от среза фурмы в газе содержалось до 20% СО; при вдувании энергетических углей размером до 0,16 мм через водоохлаждаемую полость воздушной фурмы на расстоянии 250 мм от среза содержа­ ние СО составляло около 1 % (рис. 9) [45, 64].

Наклон кривых содержания С02 и СО на рис. 9 показы­ вает, что окисление углерода и восстановление образовав­ шейся углекислоты при работе печи с вдуванием угольной пыли происходит значительно быстрее, причем увеличение скорости окисления углерода происходит благодаря увели­ чению скорости образования окиси углерода. Этот факт свидетельствует о том, что угольные частицы в горне доменной печи сгорают преимущественно до окиси угле­ рода.

Продолжительность пребывания частицы угля в окисли­ тельной зоне зависит от конструкции узла ввода. При ско­ ростях дутья около 150 місек и скорости подачи аэросмеси 20—30 місек это время ориентировочно составляет: при подаче угольной пыли через фурму — приблизительно

0,008 сек, а через сопло — около 0,011—0,012 сек.

На большинстве заводов угольную пыль вводят в сопло на расстоянии 500—700 мм от рабочего среза фурмы. Такое расстояние позволяет обеспечить удовлетворительное сме­ шение угольных частиц с дутьем, нагрев, воспламенение и частичное горение угольной пыли в фурменном приборе. При большем расстоянии значительная часть угольной пыли сгорит в фурменном приборе. Это вызовет увеличе­ ние температуры газов, размягчение и расплавление золы и налипание ее на стенку фурменного прибора. Таким об­ разом, в зависимости от размера частиц и марки вдувае­ мого угля, температурно-дутьевого режима место ввода угольной пыли должно располагаться на расстоянии, до­ статочном для выгорания коксового остатка частиц угля в пределах фурменной зоны.

В. связи с этим целесообразно ввод угольной пыли осу­ ществлять через сопло или через фланец фурмы перпенди­ кулярно потоку дутья или в сторону, противоположную потоку дутья. В этом случае увеличивается разница отно­ сительных скоростей потоков дутья и угольных частиц, а также время пребывания частиц в окислительной зоне,

42

ки при одновременном вдувании природного газа и пыле­ угольного топлива в горн доменной печи, причем место ввода природного газа находится на одинаковом или боль­ шем расстоянии от рабочего среза фурмы, чем место ввода угольной пыли [53, 60]. Поскольку реакция горения ме­ тана протекает быстрее, чем реакция окисления углерода, природный газ будет сгорать в фурменном приборе быстрее угольной пыли [41], а процессы горения угольных частиц будут тормозиться из-за уменьшения содержания кисло­ рода в газовой фазе. Поэтому более рациональным явля­ ется расположение места ввода угольной пыли на боль­ шем расстоянии от рабочего торца фурмы, чем ввод природ­ ного газа.

Исходя из условий обеспечения полноты горения уголь­ ных частиц в горне, высокопроизводительной работы до­ менной печи, необходимо стремиться к равномерному рас­ пределению угольной пыли по фурмам. При неравномерном распределении процессы горения угольной пыли сущест­ венно замедляются в тех фурменных зонах, в которые поступает больше угольных частиц. Это объясняется уве­ личением концентрации угольной пыли в дутье, уменьшени­ ем коэффициента избытка воздуха, неудовлетворительным смешением пыли и воздуха.

Наблюдается также резкое ухудшение устойчивости тем­ пературного режима горна: в фурменных зонах, в которые поступает большое количество угольной пыли, температу­ ра газов и шихты будет значительно превышать оптималь­ ную, в других же фурменных зонах эта температура будет существенно ниже. При этом изменяется распределение температур и выход горновых газов не только по окруж­ ности,' но и по высоте печи, увеличивается высота зоны пер­ вичного шлакообразования, сопротивление столба ших­ товых материалов. Степень использования восстановитель­ ной и тепловой энергии газов ухудшается. Все эти фак­ торы могут вызывать серьезное расстройство хода печи и ухудшение технико-экономических показателей доменной плавки.

В опытных плавках, проведенных на Донецком ме­ таллургическом заводе в 1968 — 1972 гг., увеличение оптимального расхода угольной пыли в значительной

43

Использование восстановительноЗ энергии горновых газов и изменение степени прямого восстановления железа при замене части кокса дополнительным топливом

В 1960—1970 гг. В. И. Логиновым, Л. А. Вялым, В. К. Грузиновым, И. Б. Страшниковым и другими проведены работы, посвященные исследованию особенностей процес­ са восстановления шихты при работе доменных печей в различных технологических условиях [4, 9, 46, 80]. На наш взгляд, на основании этих работ может быть предло­ жен достаточно универсальный метод оценки влияния тех­ нологических условий на степень использования восста­ новительной энергии газов в печи. Суть данного метода сводится к установлению количественных характеристик прохождения реакции восстановления вюстита в шахте доменной печи.

Данный метод дает возможность достаточно строго объ­ яснить некоторые из особенностей применения комбини­

становления железа, что, в конечном счете, определяет и экономическую эффективность процесса восстановления — относительные расходы тепла, восстановительного газа и кокса.

Определяющая роль реакций восстановления вюстита объясняется:

1. Относительно низким равновесным коэффициентом использования восстановительной энергии газов при тем­

45

пературе 900° C (0,31 для СО и 0,3 для H20) при восстанов­ лении вюстита по реакциям (32,33) по сравнению с высокими значениями соответствующего показателя для реакций вос­ становления Fe20 3 или Fe304 (0,65—0,95) для реакций

(28—31).

2. Низким избытком восстановительных газов для реакций (32, 33) по сравнению со значительным избытком

%М,'

симости расхода кокса от степени прямого восстановле­ ния железа.

Из зависимостей, приведенных на рис. 10 и получен­ ных при исследовании работы доменной печи завода «Запорожсталь», следует, что минимальный (536 кг/т чугуна) расход кокса достигается при степени rd= 0,36. Дальней­

прямого восстановления железа, что, в свою очередь, возможно при увеличении относительного расхода восста­ новительных газов иди приближении к равновесной степе­ ни использования восстановительной способности газов для реакции восстановления вюстита (линия ЛД/Д). Воз­ можность приближения к равновесному составу газа-вос­ становителя для реакций восстановления вюстита определя­ ется технологическими условиями плавки.

46

В экспериментальных работах В. И. Логинова, выпол­ ненных на доменных печах завода им. Дзержинского, ра­ ботающих в современных технологических условиях (рас­ ход кокса около 550 кг/т чугуна), показано, что фактиче­ ский состав газа в зоне косвенного восстановления близок к равновесному составу для реакции восстановления вюстита (рис. 11). Существенное снижение степени использо­

жащие горизонты, в область более высоких температур, при ступенчатом восстановлении окислов железа максимально возможная степень использования газов в печи определяет­ ся равновесным состоянием газовой фазы восстановления вюстита. Высшие окислы железа в условиях доменной печи практически полностью восстанавливаются непрямым пу­ тем, поэтому увеличивают общую степень использования газов примерно на одну величину и не влияют на расход кокса [44].

В работе Ю. М. Потебни и др., выполненной для усло­ вий доменных печей «Запорожстали», показано, что посте­ пенно в результате сокращения расхода кокса от 750 до

47

536 кг/т чугуна коэффициент избытка газа-восстановителя (для реакции восстановления вюстита) сократился от 8 до 2,88 единиц, т. е. до теоретически минимальной величины [65] (рис. 12). При этом минимально возможная степень прямого восстановления возросла от 0,1 до 0,3, в то время как фактическая достигла минимума — 0,36 при расходе

кокса 536 кг/т чугуна (1965 г.).

Дальнейшее сокращение выхода газа-восстановителя за

Рис. 12. Изменения во времени фактической (1)

иминимальной (2) степеней прямого восстановле­ ния железа и коэффициента избытка СО (3).

минимально возможная (расчетная) степень га. Таким обра­ зом, опыт завода «Запорожсталь» свидетельствует о дости­ жении предельной степени использования газа-восстанови­ теля в шахте печи при расходе кокса 536 кг/т чугуна и вы­ ходе газов-восстановителей около 800 м3/т чугуна. Авторы отмечают, что дальнейшее снижение расхода кокса (за счет снижения потребности в теплоносителе) будет сопро­ вождаться увеличением степени прямого восстановления. Степень использования газов-восстановителей для восста­ новления закиси железа в последних периодах работы до­ менной печи близка к равновесной, поэтому за счет улуч­ шения использования газа нельзя ожидать существенных улучшений технико-экономических показателей плавки.

Для качественной оценки влияния выхода восстанови­ тельных газов на степень их использования и ггі нами были составлены материально-тепловые балансы работы печей Донецкого и Череповецкого металлургических заводов

48

за период с 1957 по 1968 гг. За данный промежуток вре­ мени в результате внедрения различных мероприятий рас­ ход кокса сократился от 1050 до 600 и от 750 до 440 кгіт чугуна, а выход газов-восстановителей — от 1350 до 640 мя/т чугуна.

В рассматриваемых условиях решающее влияние на из­ менение степени использования восстановительной способ-

Рис. 13. Графики зависимости показателя прямого восстанов­ ления и других показателей от выхода газов-восстановителей при выплавке передельного чугуна. Периоды работы на атмосферном дутье (а) и атмосферном дутье с вдуванием при­ родного газа (б). (Темные точки — данные по Донецкому металлургическому заводу, светлые — по Череповецкому).

ности газов оказало снижение выхода газов-восстановите- лей от 1350 до 640 м3/т чугуна. Восстановимость шихты и температура газов в шахте при отмеченных изменениях технологии плавки изменялась в более узких пределах, колеблясь около среднего значения, поэтому не могли опре­

чено снижение степени rd от 0,4—0,5 до 0,3—0,4. При этом степень использования окиси углерода в печи повысилась от 0,25—0,3 до 0,37—0,40. При дальнейшем снижении

49