Производительность доменной печи и влияющие параметры

Производительность доменной печи и влияющие параметры

Производство чугуна в доменных печах (BF) является наиболее жизнеспособным способом производства чугуна (HM), главным образом, благодаря его хорошо зарекомендовавшим себя и проверенным характеристикам, гибкому использованию сырья и высокой способности сохранения тепловой энергии. Это самый надежный процесс производства железа. Точных дат начала производства чугуна на доменных печах нет. Тем не менее, еще в 14 веке в печах для производства чугуна в Европе начали внедряться важные технологические решения и реинжиниринг. С тех пор в технологии доменного производства чугуна постоянно совершенствуются, чтобы сделать его более производительным и экономичным.

BF претерпела огромные модификации и усовершенствования для увеличения производительности и повышения общей эффективности. Как технологическое развитие, так и научные исследования позволили технологии производства доменного чугуна достичь оптимальных рабочих условий. Технология стала более зрелой, и процесс производства чугуна в доменной печи в настоящее время представляет собой высокоразвитый процесс, работающий близко к термодинамическим пределам эффективности. Даже разработка альтернативных процессов выплавки чугуна сталкивается с жесткой конкуренцией со стороны доменной технологии.

ДП представляет собой противоточную печь с подвижным слоем, в которой твердые частицы (железосодержащая шихта, кокс и флюс), а затем расплавленные жидкости движутся по шахте. Пылевидный уголь и дутье горячего воздуха, обогащенного кислородом (O2), впрыскиваются на уровне фурмы у ее основания. Восстановительные газы, которые образуются в результате различных реакций, движущихся вверх по шахте печи, восстанавливают содержащие железо материалы, загружаемые в верхнюю часть печи.

Процесс ДП состоит из многомерной системы, на которую влияет большое количество взаимовлияющих переменных, влияющих на эффективность ДП. Необходимо выделить взаимное влияние переменных, чтобы понять, какую роль играет каждая переменная в эффективности БФ. Производительность ДП определяется несколькими параметрами, из которых производительность является основным.

BF был создан на основе длительного опыта, благодаря которому были проведены огромные модификации и улучшения, чтобы достичь нынешнего состояния. Велась интенсивная работа по увеличению производительности доменной печи. Рабочий объем БФ увеличился с менее 100 м3 до более 5000 м3. Печь такого размера производит от 10 000 тонн чугуна (тТМ) в день до 13 000 т ТМ в день с годовым производством более 4 миллионов тонн ТМ. Сообщалось, что ДП с внутренним объемом от 3000 до 5000 куб. м кажутся оптимальными для производительности ДП. Это означает, что производительность доменной печи больше коррелирует с удельной производительностью, которая измеряет эффективность, которая обычно выражается в тоннах в день на кубический метр (т/сутки/м3) рабочего объема. В некоторых странах вместо рабочего объема считают полезный объем. Несколько доменных печей работают с удельной производительностью около 2,5 т/день/м3.

Размер печи — это только одна переменная, влияющая на повышение производительности доменной печи. Существует множество других параметров, влияющих на производительность доменной печи. Разработка шихтовой шихты, конструкции печи, технологий вдувания и управления технологическим процессом способствует повышению производительности доменной печи. Например, система верхней загрузки доменной печи была разработана для обеспечения хорошего распределения загружаемых материалов внутри печи и, следовательно, для улучшения газового потока и производительности.

Производительность доменной печи представляет собой отношение возможного расхода газа в единицу времени к требуемой удельной выработке газа на одну тонну ТМ. Следовательно, повышение производительности требует, с одной стороны, увеличения расхода газа, что означает улучшение проницаемости печи, а с другой стороны, снижение удельной потребности в газе, что означает снижение удельного расхода восстановителя.

Есть несколько факторов, влияющих на производительность доменной печи. Основные из них описаны ниже. Однако следует отметить, что указанные уровни относятся к случаям, когда факторы рассматриваются изолированно. Эти влияния не являются аддитивными, так как работа ДП является комплексной операцией, и различные параметры взаимодействуют друг с другом в пределах ДП, при этом некоторые параметры оказывают усиливающий эффект, а другие параметры могут иметь ослабляющий эффект.

Сырье

Помимо топлива и восстановителей, таких как кокс доменной печи, ореховый кокс и пылевидный уголь, доменная печь нуждается в производстве чугуна (HM) (i) железосодержащего сырья, такого как агломерат, окатыши и калиброванная кусковая руда, также известная как железная руда с размерами ( ii) флюсовые материалы, такие как известняк, доломит и кварцит, и (iii) различные материалы (также известные как «добавки»), такие как марганцевая руда, титано-железная руда и т. д.

В железосодержащих материалах более высокое содержание железа (Fe) в этих материалах означает, что в печь поступает меньше пустой породы, которую необходимо офлюсить для образования шлака. Следовательно, более высокое содержание Fe способствует уменьшению объема шлака и повышает производительность доменной печи. При увеличении на каждый 1 % содержания Fe в смеси железосодержащих материалов, загружаемой в ДП, повышение производительности составляет около 2,4 % при содержании Fe в шихте до 50 %, около 2 % при содержании Fe в шихте. шихтовая смесь находится в диапазоне от 50 % до 55 % и около 1,7 %, когда содержание Fe в шихтовой смеси находится в диапазоне от 55 % до 60 %. Если в доменную печь загружается лом, то производительность доменной печи увеличивается на 0,6 % на каждые 10 кг/т ТМ Fe, вводимого в виде лома.

Известняк и доломит при загрузке непосредственно в доменную печь прокаливаются внутри доменной печи. Эта реакция прокаливания требует тепла, что приводит к увеличению удельного расхода топлива. Если эти флюсы загружаются через агломерат или окатыши, то реакция прокаливания происходит вне доменной печи, и рабочий объем доменной печи более эффективно используется железосодержащими материалами. Это, в свою очередь, повышает производительность доменной печи. На каждые 10 кг/т ТМ снижение расхода сырого известняка увеличивает производительность доменной печи на 0,5 %. В случае доломита прирост производительности доменной печи составляет 0,4 % на каждые 10 кг/т ТМ.

Для достижения более высокой производительности в доменной печи важно, чтобы шихтовые материалы обеспечивали высокую проницаемость и однородность в доменной печи. Следовательно, для повышения производительности доменной печи необходимо контролировать загрузку непроходного материала шихты. На каждое уменьшение содержания менее 5 мм в железосодержащей шихте повышается производительность на 1 %.

Кроме того, материалы шихты должны иметь высокую способность к восстановлению, чтобы обеспечить короткое время удерживания. Материалы шихты также должны иметь низкое содержание посторонних элементов, таких как цинк, свинец и щелочи, чтобы избежать нарушений процесса. Производительность доменной печи во многом зависит от качества агломерата. Агломерат должен иметь оптимальное распределение зерен, высокую прочность, высокую способность к восстановлению, высокую пористость, температуру размягчения выше 1250°C, постоянное содержание FeO в диапазоне от 7 % до 8 % и постоянную основность.

Регулирование распределения шихты играет важную роль в повышении производительности доменной печи. Регулятор распределения шихты обеспечивает стабильный спуск шихты, регулирует поток газов в стене (это позволяет избежать высоких тепловых нагрузок без создания неактивной зоны) и помогает достичь хорошего контакта с твердым газом. Повышение равномерности распределения рудной нагрузки по радиусу колошника при двухколпаковом загрузочном устройстве повышает производительность доменной печи на 2 %, а при бесконусном загрузочном устройстве производительность доменной печи увеличивается на 3 %. Замена двухколокольного загрузочного устройства на бесколокольное загрузочное устройство повышает производительность доменной печи на 4 %.

Топливо/восстановители

В доменной печи используются два вида топлива/восстановителя. Это металлургический кокс (кокс доменной печи), который загружается сверху, и угольная пыль / природный газ / коксовый газ / нефть / каменноугольная смола, которые вводятся на уровне фурмы.

Кокс доменной печи во многом влияет на производительность доменной печи. Высокая зольность кокса приводит к загрузке печи большим количеством шлакообразующих материалов. Эти материалы должны быть офлюсованы для образования шлака. Это увеличивает объем шлака. Снижение зольности кокса на каждый 1 % повышает производительность доменной печи на 1,3 %.

Другими свойствами доменного кокса, влияющими на производительность, являются CSR (прочность кокса после реакции), CRI (индекс реакционной способности кокса) и индексы Micum (M 40, M 25 или I 40 и M 10 или I 10). Эти параметры влияют на проницаемость в шахте печи и механическую прочность кокса на фурменном уровне. М 40 представляет собой разрушаемость кокса, а М 10 - износостойкость. Более высокие значения CSR и M 40 и более низкие значения CRI и M 10 приводят к повышению производительности доменной печи. Каждый 1 % увеличения доли M 25 увеличивает производительность доменной печи на 0,6 %, а каждый 1 % увеличения доли CSR увеличивает производительность доменной печи на 0,7 %. При значении М 10 снижение на каждый 1 % увеличивает производительность доменной печи на 2,8 %. На рис. 1 показано влияние свойств кокса доменной печи на производительность доменной печи.

Рис. 1. Влияние свойств доменного кокса на производительность доменной печи

Содержание серы в коксе доменной печи также оказало влияние на производительность доменной печи. Снижение содержания серы в коксе на каждые 0,1 % увеличивает производительность доменной печи в пределах от 0,18 % до 0,71 %. Увеличение составляет 0,18 % при содержании серы 0,05 % в ТМ, 0,22 % при содержании серы 0,04 % в ТМ, 0,27 % при содержании серы 0,03 % в ТМ, 0,38 % при содержании серы 0,02 % в ТМ и 0,71 % при содержании серы 0,01 % в ТМ. ХМ.

Размер кокса, загружаемого в доменную печь, также влияет на производительность доменной печи. Каждый 1 % снижения содержания фракции кокса плюс 80 мм увеличивает производительность доменной печи на 0,2 %, а каждый 1 % снижения содержания фракции кокса минус 25 мм увеличивает производительность доменной печи на 1 %.

Пылевидный уголь / природный газ / коксовый газ / нефть / каменноугольная смола, вводимые на уровне фурм, обычно влияют на удельный расход газа, вызывая снижение верхней температуры и повышение адиабатической температуры (ОПТ) в фурмах. Эти эффекты компенсируются впрыском альтернативного топлива. Впрыск вспомогательного топлива не влияет на производительность доменной печи, но так как он сопровождается впрыском кислорода, то происходит увеличение производительности за счет впрыскиваемого кислорода.

Поток горячего воздуха и обогащение кислородом

Повышение температуры горячего дутья на каждые 10 град С увеличивает производительность доменной печи в диапазоне от 800 град С до 900 град С на 0,5 %, в диапазоне 900 град С до 1000 град С на 0,4 %.

При содержании кислорода в дутье до 25 % повышение температуры горячего дутья на каждые 10 град С увеличивает производительность доменной печи в диапазоне от 1000 град С до 1100 град С на 0,3 %, в диапазоне от 1100°C до 1200°C на 0,28%, в диапазоне от 1200°C до 1300°C на 0,25% и в диапазоне от 1300°C до 1400°C на 0,22%.

При содержании кислорода в дутье от 25 % до 35 % увеличение температуры горячего дутья на каждые 10 град С увеличивает производительность доменной печи в диапазоне 1000 град С до 1100 град С на 0,25 %, в в диапазоне от 1100°С до 1200°С на 0,2%, в диапазоне от 1200°С до 1300°С на 0,2% и в диапазоне от 1300°С до 1400°С на 0,18%.

При содержании кислорода в дутье от 35 % до 40 % повышение температуры горячего дутья на каждые 10°С увеличивает производительность доменной печи в диапазоне 1000-1100°С на 0,2 %, в в диапазоне от 1100°С до 1200°С на 0,18%, в диапазоне от 1200°С до 1300°С на 0,16% и в диапазоне от 1300°С до 1400°С на 0,14%.

Снижение влажности горячего дутья повышает производительность доменной печи. На каждый 1 грамм/куб.м при объеме дутья от 1500 м3/т ТМ до 1600 м 3/т ТМ повышение производительности доменной печи составляет 0,14 %, а при объеме дутья от 1 000 м 3/т ТМ до 1 00 м3/т ТМ повышение производительности доменной печи. составляет 0,06 %.

Обогащение горячего дутья кислородом повышает производительность доменной печи. На каждый 1 % (абсолютный) обогащение дутья кислородом до 25 % повышает производительность доменной печи на 2 %, с 25 % до 30 %, повышение производительности доменной печи составляет 1,7 %, с 30 % до 35 %, повышение производительности доменной печи составляет 1,4 %, а с 35 % до 40 % повышение производительности доменной печи составляет 1,6 %.

Увеличение давления колошниковых газов доменной печи повышает производительность доменной печи. При увеличении давления колошниковых газов в доменной печи на каждые 10 кПа в пределах до 200 кПа (избыток) при соответствующем увеличении массы горячего дутья повышение производительности доменной печи составляет 1 %.

Для ускорения процесса плавки увеличивают перепад давления газов в доменной печи. Увеличение на каждый 1 % до граничных значений повышает производительность доменной печи на 0,5 %. То же, но выше граничных значений улучшает значение производительности на 0,3 %.

Чистый металл и жидкий шлак

Практика постукивания играет важную роль в достижении высокой производительности на ДП. Надлежащая практика выпуска включает в себя правильную длину летки, своевременное открытие выпуска, контроль скорости выпуска, надлежащий дренаж пода и закрытие выпуска после того, как печь станет сухой. Качество массы летки очень важно для хорошей практики врезки.

Снижение содержания кремния в чугуне положительно сказывается на производительности доменной печи. Снижение содержания кремния достигается за счет лучшего соотношения руды и кокса и перемещения когезионной зоны вниз. Это создает меньший объем для переноса кремния в горячий металл. Снижение содержания кремния в чугуне на 0,1 % повышает производительность доменной печи на 1,2 %.

Снижение содержания марганца в ТМ положительно влияет на производительность доменной печи. На каждые 0,1 % снижения содержания марганца в чугуне прирост производительности доменной печи составляет от 0,22 % до 0,44 % в зависимости от содержания марганца в руде. Чем выше содержание марганца в руде, тем ниже его влияние.

Снижение содержания фосфора в ТМ повышает производительность доменной печи. Снижение содержания фосфора на каждые 0,1 % повышает производительность доменной печи на 0,6 %.

Свойства шлака существенно влияют на производительность доменной печи. Меньший удельный объем шлака меньшей вязкости повышает производительность доменной печи. Снижение на 10 кг/т ТМ шлака способствует увеличению производительности доменной печи на 0,6 % независимо от его общего количества и содержания железа в шихте.

Другие факторы, влияющие на производительность BF

Есть еще несколько факторов, влияющих на производительность доменной печи. Снижение кратковременных остановов доменной печи на 1 % повышает производительность доменной печи на 1,5 %. Сокращение работы доменной печи на уменьшенном дутье на 1 % повышает производительность доменной печи на 1 %. Сокращение случаев задержек открытия врезки на каждый 1%, при средней продолжительности задержки в 0,5 раза интервала между соседними врезками повышает производительность доменной печи на 0,1 %.

Автоматическое управление технологическим процессом повышает производительность печи, так как сводит к минимуму расход восстановителя, предотвращает нарушения процесса печи, такие как зависание, проскальзывание, подмости, газовые каналы и т. д., за счет немедленного противодействия со стороны системы, стабилизирует параметры чугуна и шлака и т. д. эффект автоматического процесса контроль производительности доменной печи находится в пределах от 3 % до 5 %.