На правах рукописи

БЕЛОВ ЮРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ ПРИ

ВНЕДРЕНИИ НОВЫХ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт Петербург 2003

Работа выполнена в ГОУ ВПО “Санкт-Петербургский государственный политехнический университет”

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Валерий Николаевич Андронов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, главный специалист группы качества доменного производства ОАО “Северсталь” Павел Григорьевич Русаков кандидат технических наук, доцент Юрий Павлович Смирнов

Ведущая организация : АООТ “ЛЕНГИПРОМЕЗ”

Защита диссертации состоится “ ” 2003 г. в _ час. _ мин. на заседании диссертационного совета Д. 212. 229. 14 в ГОУ ВПО “Санкт - Петербургский государственный политехнический университет” по адресу: 195251, г. С.- Петербург, Политехническая ул., 29, СПБГПУ, химический корпус, ауд. 51.

С диссертацией можно ознакомится в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО “СанктПетербургский государственный политехнический университет”.

Автореферат разослан “_” 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.229.14, д.т.н, профессор Сергей Юрьевич Кондратьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Выбросы вредных веществ в окружающую среду предприятиями черной металлургии составляют около 20 % от выбросов всей промышленности. Основная доля этих вредных выбросов приходится на коксохимическое и агломерационное звенья доменного производства. Вот почему обозначенные в работе мероприятия по дальнейшему сокращению удельного расхода кокса решают не только экономические, но и экологические проблемы отрасли. Что же касается агломерационного производства, то эту проблему предлагается решить кардинально - путем закрытия всех аглофабрик и перевода печей на работу по уникальной безотходной технологии с использованием в шихте 100 % офлюсованных окатышей, производство которых на порядок менее токсично по сравнению с агломератом (при этом все железосодержащие отходы производства утилизируются путем вдувания их в горн доменных печей).

Цель работы Цель работы заключается в обосновании технической возможности и целесообразности реализации новых и усовершенствования современных доменных технологий, существенно снижающих экологическую нагрузку на окружающую среду.

Метод исследования В работе использован аналитический метод исследований. После анализа основных используемых в настоящее время методов расчета плавки в качестве базового выбран метод ПДК, предложенный проф. В.Н. Андроновым, и предполагающий вычисление минимально возможных значений расхода кокса ( K min ) и степени прямого восстановления железа в печи ( rd min ). Этот метод расчета основан на идее М.А. Павлова о дифференциации функций углерода кокса как источника тепла и восстановителя, на предложении Джонсона учитывать температурный потенциал тепла, необходимого для протекания тех или иных эндотермических реакций, т.е. использовать при расчетах зональные тепловые балансы, приобретшие, в свою очередь, строгие формы благодаря разработанной проф. Б.И. Китаевым теории теплообмена в доменной печи. Кроме того, в методе ПДК учитывается подтвержденная на практике гипотеза Ж. Мишара о потоколимитируемом режиме косвенного восстановления на стадии вюстит-железо, и для расчета углерода кокса как источника восстановителя используются константы равновесия реакций восстановления FeO монооксидом углерода и водородом при температурах завершенного теплообмена в нижней зоне печи (около 900 оС).

На защиту выносятся:

1. Усовершенствованный метод прогнозного расчета основных параметров доменной плавки, уточняющий оценку влияния различных факторов на относительный расход кокса.

2. Оценка экономии относительного расхода кокса при вводе в эксплуатацию систем автоматического регулирования расходами дутья и природного газа по фурмам доменной печи.

3. Предложение по утилизации железосодержащих отходов текущего производства путем вдувания их непосредственно в горн доменной печи при ликвидации на меткомбинатах аглопроизводства и переводе печей на работу с металлошихтой, содержащей до 100 % окатышей.

4. Возможность снижения критического расхода кокса по условию фильтрации жидких продуктов плавки через коксовую насадку при вдувании в горн железосодержащих отходов (добавок).

5. Предложение по снижению относительного расхода кокса (на доменных печах, работающих с вдуванием природного газа) в результате повышения его реакционной способности при сохранении горячей прочности.

Научная новизна работы состоит в разработке усовершенствованной методики прогнозных расчетов основных показателей доменной плавки. Метод ПДК адаптирован на реальные условия доменной плавки (ПДК2), т.е. в отличие от базового метода (ПДК1), усовершенствованный метод расчета учитывает тот факт, что часть восстановительных газов ( ) не участвует в восстановлении вюстита и бесполезно сбрасывается через центральную коксовую отдушину. Практическое совпадение прогнозных (расчетных) и достигнутых на практике показателей работы печей ОАО “Северсталь” (расход кокса, температура колошниковых газов и др.) свидетельствует о высокой точности усовершенствованного метода расчета (ПДК2). Кроме того, в работе обозначен путь снижения критического расхода кокса по условию фильтрации жидких продуктов в зоне плавления, а также дана количественная оценка эффективности повышения реакционной способности кокса.

Практическая значимость работы Практическая значимость работы заключается в уточненном прогнозе показателей плавки при освоении новых и усовершенствовании уже существующих технологий: при работе печей на шихте, содержащей 100 % железорудных окатышей, с одновременным вдуванием в горн железосодержащих отходов текущего производства, при внедрении в производство систем автоматического распределения дутья и дополнительных топлив по фурмам печи, при использовании в шихте кокса с повышенной реакционной способностью.

Уточненная оценка влияния различных факторов на относительный расход кокса рекомендуется для практического использования на заводах отрасли.

Апробация работы Результаты работы были представлены и обсуждались на семинарах кафедры “Стали и сплавы”, а также на конференции “XXVIII неделя науки СПбГТУ”, С-Петербург, 1999 г.; на V всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы “Фундаментальные исследования в технических университетах”, С-Петербург, июнь 2001 г; на VI всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы “Фундаментальные исследования в технических университетах”, С-Петербург, июнь 2002 г; на VII международном конгрессе специалистов доменного производства, Москва - Череповец, сентябрь 2002 г; на конференции специалистов доменного производства, посвященной 100 - летию со дня рождения А.Н. Рамма.

Публикации Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 163 страницах, содержит 17 рисунков и 25 таблиц. Список литературы состоит из 92 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются ее цель и основные задачи.

Глава 1. Аналитический обзор существующих технологий и методов расчета доменной плавки. Постановка задач исследования.

В главе приводится аналитический обзор в котором рассматриваются основные способы кардинального улучшения экологической обстановки на металлургических комбинатах. Рассмотрены возможности реализации технологии плавки, предполагающей полное закрытие аглофабрик (вдувание в горн железосодержащих отходов текущего производства и использование в металлошихте доменных печей до 100 % окатышей), а также попытки практической реализации технологий, направленных на дальнейшее сокращение расхода кокса в доменной плавке. Кроме того, в главе рассмотрены методы расчета основных показателей плавки, позволяющих оценивать экономическую эффективность указанных технологий.

Глава 2. Метод расчета.

В настоящее время для прогноза показателей доменной плавки используется широко известный за рубежом метод расчета Риста-Писи-Давенпорта (РПД), основанный на балансе тепла нижней зоны печи и учитывающий завершенный теплообмен в этой зоне, а также потоколимитируемый режим смешанного восстановления вюстита Поскольку оба метода базируются на общих фундаментальных положениях химической термодинамики и теории теплообмена в доменной печи проф. Китаева Б.И., то результаты прогнозных расчетов rd min и К min по ним идентичны, если привести исходные данные к одинаковым условиям (по температурам на границе зон, по значениям константы равновесия реакций и т.п.).

Предельно идеализированные условия расчета расхода кокса предполагают, естественно, заметное преуменьшение К min против реального K i. Основной причиной заметного превышения K i над К min является, по мнению проф. Андронова В.Н., 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”. Через ЦКО сбрасывается часть горячих горновых газов ( ), в существенно меньшей степени участвующих в массо- и теплообменных процессах, чем основной поток газов.

Доля теряемого через ЦКО восстановителя (СО и Н2) - это “чистая” потеря восстановителей для потоколимитируемого восстановления вюстита основного столба материалов, т.е. при этом учитывается доля газов ЦКО, не содержащих ни СО2, ни Н2О, полагая, что оставшаяся часть газов ЦКО используется точно также, как и газ основного потока. Доля потерянного тепла газов ЦКО - это лишь частичная потеря, т.к. часть тепла, причем весьма значительная, утилизируется в нижней ступени теплообмена. Потери тепла с газами ЦКО выражены в долях от прихода тепла в зоне горения, т.е. так же, как они определены для Q Cф (или q Cф ), но без предварительного нормирования (для q Cф обычно z = 0,08 - 0,12 при расчете по общему тепловому балансу и 0,7 z для баланса нижней ступени теплообмена).

Поскольку потери тепла с газами ЦКО выражены через долю тепла ( z отд ), развиваемого в зоне горения углерода кокса и углерода топливной добавки, нет необходимости делать какие-либо предположения о их температуре на границе зон теплообмена и температуре кокса, поступающего из ЦКО в зону горения. Для унификации доли тепла, теряемого газами ЦКО, приход тепла в зоне оставлен неизменным, т.е. будем считать теплосодержание углерода кокса, поступающего в нижнюю ступень теплообмена при t = t н ( t н = 900 оС), пренебрегая действительной картиной теплообмена в ЦКО. Потери восстановителя и тепла по-разному влияют на показатели C в и C т.

На примере конкретных условий плавки передельного чугуна на доменной печи ОАО “Северсталь” объемом 5,5 тыс. куб. м, работающей в режиме комбинированного дутья, т.е.

использующей в качестве топливной добавки природный газ и обогащение дутья технологическим кислородом, продемонстрирована схема расчета и z отд.

потоколимитируемом режиме:

где - приход водорода с природным газом и влагой дутья:

СО пг и Н пг - количества, СО и Н2 из топливной добавки (природного газа), а также водорода влаги дутья, расходуемого на горение углерода природного газа Vд и Vд - расход дутья, моль/моль Сф или м3/м3 природного газа;

и - содержание кислорода в дутье и влажность дутья, моль/моль сух. дутья.

Из баланса углерода реакции (2.1) получено следующее выражение:

Или, учитывая, что С в = С ф + rd + C d эл, запишем уравнение (2.2) с учетом влияния где А - выражение в фигурных скобках формулы (2.3).

Из уравнения (2.3) определяется расход углерода кокса как источника восстановителя:

Тепловой баланс нижней зоны:

где О d эл - расход кислорода оксидов примесей (Si, Mn, P, S) чугуна, моль/моль Fe.

Н вюст, Н CO и Н вюст - тепловые эффекты соответственно реакций прямого а также косвенного восстановления вюстита водородом и СО, Дж/моль Fe ( Дж/моль O); ( Н вюст = 23000 и Н СО = 18000 );

углерода в нижней зоне печи;

образующихся в ней)) J C, J O, J CO, J CO 2, J H 2 O - теплосодержания, соответственно, С, O, CO, CO2 и Н2О на границе зон (т.е.

при 900оС).

Величины теплоотдач углерода кокса ( Q Cф, Дж/моль) и природного газа ( Q пг, Дж/моль), сгорающих на фурмах, а также теплопотери с газами в ЦКО ( Q Zотд, Дж/моль Fe) где J д - теплосодержание дутья за вычетом теплоты разложения влаги, Дж/моль сух. дутья.

Из (2.6) с учетом (2.9) определяем z отд :

где A = QCф Сф Сид 1,06 Нвюст rd + n Qпг + J C 1,06rd + Cd эл + J O Od эл + 1,06 + 1,06 Hвюст (1 н )(1 rd ) + Расход углерода кокса как источника тепла рассчитан по следующей зависимости:

(2.12) (2.13) На графиках рис. 2.1 показано влияние вдувания в горн печи природного газа (СН4) на показатели плавки ( C г i и rd i ) с учетом ЦКО, т.е. при адаптировании идеальной схемы расчета к реальным условиям плавки.

Риc. 2.1. Операционная диаграмма метода ПДК показывающая влияние вдувания в горн природного газа на расход газифицируемого углерода кокса и на rd без учета ЦКО (пунктир) и с учетом ЦКО (сплошные линии). С к i и rd i - расход газифицируемого углерода кокса и степень прямого восcтановления Fe без природного газа, а С к i и rd i - те же показатели при заданном расходе ПГ.

Расчет и z отд выполнен по данным работы доменной печи No 5 ОАО “Северсталь” в 1996 году. Состав чугуна (%) : [C]=4.87, [Si]=0.69, [Mn]=0.34, [P]=0.070, [S]=0.017; состав кокса (%): зола кокса 11 %, летучие кокса 1 %, сера кокса 0.5 %; температура дутья 1178 oC;

влажность дутья 8.9 г/м3; содержание О2 в дутье 0.258 м3/м3 сух. дутья; расход природного газа 109 м3/т чугуна; температура чугуна 1488 oC; температура шлака 1538 оС; удельный расход сухого кокса 430 кг/т чугуна; состав сухого колошникового газа (%): CO = 24.4, CO = 19; H2 = 7.1.

использованы для прогнозных расчетов rd и К при изменении интересующего нас параметра технологии (например, влияние,, n, t д и t CH 4 ).

Приравнивая С в и С т (правые части уравнений (2.5) и (2.11)), найдено вначале rd, а затем и С г (К):

Подставляя найденное значение rd в выражение (2.11) находим С т, а затем и К.

Для проверки устойчивости показателей и z отд выполнен расчет расхода кокса на [Si]=0.58, [Mn]=0.23, [P]=0.039, [S]=0.014; состав кокса (%): зола кокса 11 %, летучие кокса %, сера кокса 0.5 %; температура дутья 1205 oC; влажность дутья 8.8 г/м3; содержание О2 в дутье 0.23 м3/м3 сух. дутья; расход природного газа 99 м3/т чугуна; температура чугуна C; температура шлака 1549 оС.

Расчет относительного расхода кокса с учетом ЦКО (метод ПДК-2) показал, что Красч Кфакт (Красч = 432 кг/т чуг.; Кфакт = 421 кг/т чуг.). Расчет по методу ПДК дает значение Кmin = 362 кг/т чуг., т.е. Кmin = 0.86 Кi.

Учет наличия ЦКО формально снимает все возражения против исходных положений расчета по методу ПДК, т.к. “автоматически” невилирует ошибки в выборе температуры на границе зон ( t н ), разницы температур шихты и газов на границе зон ( t ), величин К р, H Т1 и т.д., так как в результате расчета получают действительное (или весьма близкое к действительному) значение расхода кокса при прогнозах влияния на него различных факторов доменной плавки. Это и является главным достоинством метода ПДК, адаптированным к реальным условиям плавки (ПДК-2), который может претендовать в настоящее время на самый точный метод прогноза показателей плавки при изменении тех или иных параметров ее режима.

Глава 3. Разработка новых и усовершенствование существующих технологий доменной плавки, а также оценка их эффективности по методу ПДК2.

усовершенствованному методу ПДК (ПДК2) для различных технологий доменного процесса.

В расчете использованы данные работы доменной печи No 5 ОАО “Северсталь” в 2000 г.

3.1. Оценка влияния различных факторов на относительный расход кокса Расчет произведен по двум вариантам: I - при естественно меняющейся теоретической температуре горения углерода топлив ( t т ) и II - при изменении расхода топливной добавки (у нас - природного газа) по условию поддержания t т на исходном уровне. В первом варианте (I) реализация того или иного технологического решения (например, повышение температуры дутья) приводит к снижению относительного расхода кокса и, одновременно с этим, к изменению (в данном случае к повышению) теоретической температуры горения по сравнению с ее первоначальной величиной. В данном варианте теоретическая температура не поддерживается на исходном уровне (не снижается до начальной величины) (см. шаги 1на рис. 3.1).

Второй вариант (II) заключается в том, что возросшая одновременно со снижением относительного расхода кокса теоретическая температура снижается до начальной величины путем вдувания дополнительного количества природного газа в горн доменной печи, что в свою очередь приводит к дополнительной экономии кокса (см. шаги 1-19 на рис. 3.1).

Результаты расчета сведены в таблицы 3.1-3.4.

Влияние повышения температуры дутья на относительный расход кокса Вариант 1-й вар-т: (при прочих равных 2-й вар-т: (при изменении расхода ПГ по условию постоянства Влияние повышения температуры природного газа на относительный расход кокса Вариант 1-й вар-т: (при прочих равных 2-й вар-т: (при изменении расхода ПГ по условию постоянства природного газа, град Рис. 3.1. Блок схема прогнозного расчета основных параметров доменной плавки (где - точность, = 0,01 ; - разность между К i1 и К i ; i - номер итерации).

Влияние повышения содержания кислорода в дутье на относительный расход кокса Вариант 1-й вар-т: (при прочих равных 2-й вар-т: (при изменении расхода ПГ по условию постоянства Вариант 1-й вар-т: (при прочих равных 2-й вар-т: (при изменении расхода ПГ по условию постоянства Обращает на себя внимание высокая эффективность повышения температуры дутья, плавки с предварительно нагретым (до 500 оС*) ) природным газом и плавка на осушенном дутье по условию поддержания на исходном уровне теоретических температур горения за счет изменения расходов природного газа. Только ошибочные расчеты заниженной (примерно в два раза !) эффективности указанных мероприятий задерживают реконструкцию воздухонагревателей, строительство рекуператоров для нагрева природного газа и установок по осушению дутья (хотя бы в летний период) с использованием, например, криогенной технологии (вымораживание влаги дутья).

3.2. Вдувание в горн печи железосодержащих отходов.

агломерационного производства. При сносе существующих аглофабрик необходимо решить проблему утилизации железосодержащих отходов текущего производства комбината (безотходное производство). Предложено решение указанной проблемы путем вдувания железосодержащих отходов в горн доменной печи.

Произведен расчет основных показателей доменной плавки по методу ПДК2 для следующих вариантов вдувания железосодержащих добавок в горн доменной печи:

- вдувание нагретых до 900 оС железосодержащих добавок при различных расходах Увеличить нагрев природного газа на ~ 100 оС ( т.е. нагревать газ в рекуператорах до 600 оС) и избежать при этом пиролиза можно путем пассивации его небольшими добавками технического кислорода.

В формулу, описывающую расход углерода кокса как источника тепла внесено дополнительное слагаемое С доп :

H вюст и H окс - тепловые эффекты реакций прямого восстановления вюстита, поступающего в горн где доменной печи (ДП) из шахты (Дж/моль Fe0,947Oш), а также прямого восстановления соответствующего оксида (Fe3O4 или Fe2O3), вдуваемого в горн доменной печи (Дж/моль оксида);

= - доля суммарного железа, вдуваемого через горн ( Fe Г ) во всем железе, поступающем в ДП ( Fe ), моль Fe Г / моль Fe ;

i - доля железа i -го оксида ( Fe 3 O 4 или Fe 2 O 3 )( Fe i ) в суммарном железе оксидов, моль Fe i /моль Fe окс.

В расчетах соблюдается условие t т = const. Результаты расчета сведены в таблицу 3.5.

(В скобках приведен расход кокса в базовом варианте, т.е. варианте без вдувания знаменателе - железосодержащие добавки нагретые до 900 оС ).

Расход кокса, K (кг/т чуг.) Из таблицы 3.5 видно, что утилизация железосодержащих отходов производства методом вдувания их в горн доменной печи сопровождается незначительным снижением экономии кокса (в зависимости от варианта реализации перерасходуется от 5 до 10 кг кокса на т. чугуна).

В металлошихте доменных печей предполагается использовать до 100 % окатышей. В связи с этим, на примере реконструкции схемы обогащения руд на одном из трех ГОКов, снабжающих окатышами и концентратами ЧерМК (ОАО “Северсталь”), с учетом строительства фабрики для производства окатышей мощностью 9200 тыс. т. в год непосредственно на Оленегорском ГОКе рассчитаны показатели плавки по расходам сырья и кокса, а также по концентрации кислорода в дутье по условию t т = const при утилизации железосодержащих отходов текущего производства в количестве 40 кг/т чугуна путем вдувания их в горн печи.

металлошихте использовать: костомукшские окатыши в количестве 600 кг/т чугуна, окатыши из смеси 2-х концентратов (65 % оленегорского и 35 % ковдорского) в количестве 880 кг/т чугуна, а также конвертерный шлак в количестве 45 кг/т чугуна. Результаты расчета приведены в табл. 3.6.

Показатели плавки до (знаменатель) и после (числитель) реконструкции рудоподготовки.

Расход вдуваемой в горн печи железосодержащей добавки, Расход металлошихты, M мш (кг/т чуг.) Из таблицы 3.6 видно, что согласно расчету, относительный расход кокса увеличился на 1,65 кг/т чуг., а выход шлака снизился на 51 кг/т чугуна.

3.3. Скрытые резервы технологии доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топлива.

критический (т.е. минимально необходимый) расход кокса ( K к рит ) по условию нормальной фильтрации жидких продуктов плавки через коксовую насадку. Критический расход кокса определяется следующей формулой:

где к - порозность слоя кокса, м3/м3;

a - допустимый коэффициент заполнения свободного объема коксовой насадки жидкими продуктами плавки, ( a < 1 ).

Из формулы (3.2) следует, что K к рит прямо пропорционально количеству жидких продуктов плавки, фильтрующихся через коксовую насадку, которое в свою очередь определяется выходом шлака на единицу чугуна. Замена 5-10 % части дорогостоящей металлургического производства, приведет к снижению количества жидких продуктов плавки, фильтрующихся через коксовую насадку, на 5-10 %, а значит и K к рит уменьшится, соответственно, на 11,5 и 23 кг/т чуг. Как показали расчеты по методу ПДК2 для снижения относительного расхода кокса на заданную величину (11,5 или 23 кг / т чугуна) при вдувании добавок, необходимо, расход ПУТ увеличить, соответственно, на 28 и 56 кг/ т чугуна.

3.4. Эффективность равномерного распределения расходов дутья и природного газа по фурмам.

На доменных печах, работающих с вдуванием в горн дополнительных топлив, до сих пор скрытым резервом по дальнейшему сокращению расхода кокса и себестоимости чугуна остается повышение расхода топливной добавки при снижении теоретической температуры горения углерода на фурмах ( t Т ) до ее действительно минимально допустимой величины ( tTin ), т.е. рассчитанной не в среднем по печи, а для фурм с максимальным отношением расхода топливной добавки к расходу дутья, действительно контролирующих нормальный режим работы горна печи. По данным Дж. Моу (рис. 3.2), усредненные отклонения значений минимальных расходов дутья ( Vдmin ) от среднего по печи ( Vд ) составили около %. По данным других исследователей эти отклонения составляют 25-40 % от среднего по печи.

После пуска в эксплуатацию АСУ равномерным распределением дутья и природного газа по фурмам при сохранении всех прочих условий плавки появится возможность повышения расхода природного газа на доменных печах ОАО “Северсталь” минимум на м3/т чугуна.

Результаты расчета показали, что при увеличении расхода природного газа на м3/т чуг. (с 120 до 150 м3/т чуг) экономия кокса при перераспределении природного газа по фурмам составила 22 кг/т чуг.

Рис. 3.2. Распределение дутья по фурмам доменной печи о 4 завода “ Карри Фернейсис” по результатам исследований Дж. Моу (цифры по окружности печи - номера фурм).

3.5. Влияние реакционной способности кокса на его расход в доменной печи Произведена оценка эффективности снижения температуры отходящих из нижней зоны теплообмена горновых газов ( t г ). Указанная температура ( t г = 900 оС) принимается равной температуре начала взаимодействия диоксида углерода СО2 с углеродом кокса СК (реакция регенерации монооксида углерода). Температура начала и интенсивность взаимодействия СО2 с СК зависит от пористой структуры кокса и наличия катализаторов (К2О, Na2O, CaO), которые увеличивают реакционную способность кокса. С увеличением реакционной способности температура начала взаимодействия СО2 с СК (или t г ) снижается. Согласно расчету, при уменьшении указанной температуры с 900 оС до 800 и 700 оС относительный расход кокса снизился соответственно на 17 и 34 кг/т чугуна.

Глава 4. Контроль условий теплообмена между газом и шихтой по высоте печи В главе произведена проверка обеспеченности теплом верхней ступени теплообмена и завершенности теплообмена в нижней зоне по отношениям “водяных” чисел шихты и газа для указанных выше технологических режимов плавки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В ходе выполнения работы был решен ряд следующих теоретических и практических вопросов.

1. Усовершенствован (адаптирован к реальным условиям работы печей) метод ПДК (ПДК2) для расчета основных показателей доменной плавки. Прямым доказательством пригодности метода ПДК2 для прогнозных расчетов явилось практически полное совпадение данных полученных по указанному методу с данными практики.

2. Произведен прогнозный расчет основных показателей доменной плавки при внедрении усовершенствованной технологии плавки с равномерным распределением расходов дутья и природного газа с целью поддержания постоянной минимальной теоретической температуры горения топлив на каждой из воздушных фурм.

3. Произведен прогнозный расчет основных показателей доменной плавки при внедрении новой технологии, предполагающей закрытие аглофабрики. Суть новой технологии заключается во вдувании отходов металлургического производства (например, колошниковой пыли, отсева мелочи, окалины и т.п.), утилизирующихся до сих пор на аглофабрике при производстве агломерата, в горн доменной печи.

4. Предложена новая уникальная технология по снижению расхода кокса, суть которой состоит в повышении реакционной способности кокса, без ухудшения его прочностных свойств. В результате этого происходит уменьшение температуры начала реакции прямого восстановления вюстита, что в свою очередь приводит к снижению температуры газов, покидающих нижнюю зону, и как результат этого, к снижению удельного расхода кокса.

5. Внесено предложение в качестве средства для устранения режима затопления коксовой насадки жидкими продуктами плавки при снижении расхода кокса ниже его критической величины (по условию нормальной фильтрации жидких продуктов плавки через коксовую насадку) использовать вдувание железосодержащих отходов или концентратов руд непосредственно в горн доменной печи.

6. На основе метода ПДК2 разработана усовершенствованная методика прогнозного расчета расхода кокса в зависимости от различных факторов плавки по условию стабилизации теоретической температуры горения углерода топлив на исходном уровне путем изменения расхода вдуваемого природного газа. Данная методика расчета может найти свое применение и для вариантов плавки с вдуванием в горн печи пылеугольного топлива или мазута.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Белов Ю.А, Андронов В.Н. “Дефицит восстановителя как теоретическая основа новых технологий доменного производства”. // XXVIII неделя науки СПбГТУ / Материалы межвузовской научной конференции - СПб: Изд-во СПбГТУ, 1999 г., с. 92-93.

2. Андронов В.Н, Белов Ю.А. “О влиянии реакционной способности кокса на его расход в доменной печи”. // V Всероссийская конференция по проблемам науки и высшей школы / Фундаментальные исследования в технических университетах - СПб: Изд-во СПбГТУ, 2001 г., с. 139-140.

3. Белов Ю.А., Лычев А.В. “Скрытые резервы технологии доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топлива”. // VI Всероссийская конференция по проблемам науки и высшей школы / Фундаментальные исследования в технических университетах - СПб: Издво СПбГТУ, 2002 г., с. 145-147.

4. Лычев А.В., Белов Ю.А. “Совершенствование системы контроля теплового режима плавки по изменению прямого восстановления”. // VI Всероссийская конференция по проблемам науки и высшей школы / Фундаментальные исследования в технических университетах СПб: Изд-во СПбГТУ, 2002 г., с. 165-166.

5. Белов Ю.А., Андронов В.Н., Лычев А.В. “Расчет показателей доменной плавки по усовершенствованному методу ПДК” // VII Международный конгресс специалистов доменного производства, Москва - Череповец, сентябрь 2002 г.

6. Лычев А.В., Андронов В.Н., Белов Ю.А. “Методика расчета степени прямого восстановления железа” // VII Международный конгресс специалистов доменного производства, Москва - Череповец, сентябрь 2002 г.

7. Андронов В.Н, Белов Ю.А. “Оценка эффективности равномерного распределения расходов дутья и природного газа по фурмам”. // “Сталь”, No 9, 2002 г, с. 12-15.

8. Андронов В.Н., Белов Ю.А., Лычев А.В. “Оценка расхода кокса методом ПДК с учетом центральной коксовой отдушины в столбе шихты”. // “Сталь”, No 8, 2003 г, с. 10-15.

9. Белов Ю.А. “Ликвидация аглофабрик как эффективный способ кардинального улучшения экологической обстановки на металлургических комбинатах”. // “Черные металлы”, No 9, 2003 г., с. 12-16.

10. Белов Ю.А. “Расчет относительного расхода кокса при вдувании в горн доменных печей железосодержащих добавок”. // “Известия высших учебных заведений. Черная металлургия”, No 9, 2003 г., с.13-15.