RU2148650C1 - Method of conduction of blast-furnace smelting - Google Patents

Abstract

FIELD: blast-furnace process, particularly, blowing of natural and coke gases into blast. SUBSTANCE: method includes charging into axial zone of blast furnace of portion of coke and blow of natural gas. In the course of smelting, blasted natural gas is replaced partially or fully with coke gas. Portion of coke charged into furnace axial zone is determined by relation given in the invention description. EFFECT: reduced consumption of coke, increased reliability and durability of charging device. 1 ex

Description

Изобретение относится к доменному производству, конкретнее к вдуванию природного и коксового газа в горн доменной печи, и может быть использовано для совершенствования технологического режима плавки. The invention relates to blast furnace production, and more particularly to the injection of natural and coke oven gas in a furnace of a blast furnace, and can be used to improve the technological mode of smelting.

Известны способы ведения доменной плавки с применением комбинированного дутья, в частности с раздельным или совместным вдуванием природного и коксового газов для снижения удельного расхода кокса на выплавку чугуна. При этом расход газов определяется уровнем теоретической температуры горения (1. Рамм А. Н. Современный доменный процесс. М., Металлургия, 1980, с. 172-229; 2. Авторское свидетельство SU N 1068481 A, C 21 В 5/00, 1984 г.). Known methods of blast furnace smelting using combined blasting, in particular with separate or joint blowing of natural and coke oven gases to reduce the specific consumption of coke for smelting cast iron. In this case, the gas flow rate is determined by the level of theoretical combustion temperature (1. Ramm A.N. Modern blast furnace process. M., Metallurgy, 1980, pp. 172-229; 2. Copyright certificate SU N 1068481 A, C 21 V 5/00, 1984).

Недостаток известных способов в неполном использовании возможностей экономии кокса при замене природного газа коксовым, так как предельный расход углеводородов определяется не только теоретической температурой горения и газодинамическими условиями доменной плавки, а также степенью использования восстановительного и теплового потенциалов газового потока. A disadvantage of the known methods in the underutilization of the possibilities of saving coke when replacing natural gas with coke, as the maximum consumption of hydrocarbons is determined not only by the theoretical combustion temperature and gas-dynamic conditions of blast furnace smelting, but also by the degree of utilization of the reduction and thermal potentials of the gas stream.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению но достигаемому результату способ доменной плавки с загрузкой кокса в осевую зону колошника (3. Авторское свидетельство SU N 1423594 A, C 21 B 7/20, 1988 г. - прототип). Прототип частично устраняет недостаток аналогов, так как улучшает использование восстановительного и теплового потенциалов газового потока путем увеличения газопроницаемости осевой зоны печи загрузкой кокса в эту зону. При этом траектория восходящего потока газа становится более пологой, большая часть газа проходит через высокотемпературные промежуточную и осевую зоны печи, а не покидает ее с периферийным потоком. Closest to the proposed invention but achievable result is a method of blast furnace smelting with coke loading into the axial zone of the top (3. Copyright certificate SU N 1423594 A, C 21 B 7/20, 1988 - prototype). The prototype partially eliminates the disadvantage of analogues, as it improves the use of reduction and thermal potentials of the gas stream by increasing the gas permeability of the axial zone of the furnace by loading coke into this zone. In this case, the trajectory of the upward gas flow becomes more gentle, most of the gas passes through the high-temperature intermediate and axial zones of the furnace, and does not leave it with the peripheral flow.

Однако в этом способе не учитывается существенное возрастание мощности струи дутья с увеличением расхода углеводородной добавки при замене природного газа коксовым и это является недостатком прототипа, поскольку снижает возможную экономию кокса на выплавку чугуна и намного ухудшает условия работы важнейших узлов загрузочного устройства. However, this method does not take into account a significant increase in the power of the blast jet with an increase in the consumption of hydrocarbon additives when replacing natural gas with coke, and this is a disadvantage of the prototype, since it reduces the possible savings of coke for smelting pig iron and significantly worsens the working conditions of the most important components of the loading device.

Экономичная и высокопроизводительная работа доменной печи (особенно большого объема) обеспечивается организованной в столбе шихты осевой "отдушиной", но высокая газопроницаемость этого участка печи органически приводит к низкой степени использования здесь восстановительного и теплового потенциалов газового потока (4. "Металлург", 1987, N 3, с. 14-15). При неизменном радиальном распределении рудной нагрузки в столбе шихты, с увеличением мощности струи дутья увеличивается интенсивность осевого газового потока, т.е. возрастает доля печного газа с низкой степенью его использования в процессе. Кроме того, при большей интенсивности осевого потока газа увеличивается нагрев важнейших узлов загрузочного устройства, ухудшаются условия его эксплуатации. The economical and high-performance operation of the blast furnace (especially of large volume) is ensured by an axial “vent” organized in the charge column, but the high gas permeability of this section of the furnace organically leads to a low degree of utilization of the reduction and thermal potentials of the gas flow here (4. Metallurg, 1987, N 3, p. 14-15). With a constant radial distribution of the ore load in the charge column, with an increase in the power of the blast jet, the intensity of the axial gas flow increases, i.e. increases the proportion of furnace gas with a low degree of its use in the process. In addition, with a greater intensity of the axial gas flow, the heating of the most important components of the loading device increases, and the operating conditions deteriorate.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении экономии кокса при замене в дутье доменной печи природного газа коксовым и увеличении надежности и долговечности загрузочного устройства. The problem solved by the invention is to increase the saving of coke when replacing natural gas with coke in the blast furnace and increasing the reliability and durability of the loading device.

Показанный технический результат достигается за счет того, что в способе ведения доменной плавки, включающем загрузку в осевую зону печи доли кокса и вдувание природного газа, осуществляют частичную или полную замену вдуваемого природного газа коксовым и определяют долю загружаемого в осевую зону печи кокса из соотношения

где K_пг и K_кг - доля кокса, загружаемого в осевую зону печи при вдувании природного или коксового газов, (долей единицы);
Q_д, Q_пг и Q_кг - расходы дутья, природного и коксового газов, (м³/мин).The technical result shown is achieved due to the fact that in the method of blast furnace smelting, which includes loading a fraction of coke into the axial zone of the furnace and injecting natural gas, partial or complete replacement of the injected natural gas with coke is carried out and the proportion of coke loaded into the axial zone of the furnace is determined from the ratio

where K _pg and K _kg - the proportion of coke loaded into the axial zone of the furnace when blowing natural or coke oven gases, (fractions of a unit);
Q _d , Q _PG and Q _kg - the costs of blast, natural and coke oven gases, (m ³ / min).

Изобретение поясняется следующими положениями
Показатели работы доменной печи во многом зависят от распределения газового потока по ее сечению. Целесообразность развитого осевою потока, особенно для печей большого объема, обоснована теоретически и подтверждена практикой (5. "Сталь", 1977, N 1, с. 6 - 9). Но естественно и стремление технологического персонала к оптимизации количества газа, проходящего через осевую "отдушину" с повышенной порозностью шихты, из-за худшего использования здесь его теплового и химического потенциалов в сравнении с остальным сечением печи.The invention is illustrated by the following provisions
The performance of a blast furnace largely depends on the distribution of the gas stream over its cross section. The expediency of the axial flow developed, especially for large-volume furnaces, is theoretically justified and confirmed by practice (5. "Steel", 1977, No. 1, p. 6 - 9). But naturally, the desire of technological personnel to optimize the amount of gas passing through the axial "vent" with increased porosity of the charge, due to the worse use of its thermal and chemical potentials in comparison with the rest of the furnace section.

По условиям окисления вдуваемых углеводородов у фурм и газодинамики плавки (т.е. постоянства объема образующегося в горне газа), природный газ заменяется большим количеством коксового и это приводит к значительному увеличению мощности струи дутья, а значит и к большему потоку газа через осевую "отдушину". Мощность струи находится в квадратичной зависимости от ее скорости, которая в свою очередь пропорциональна суммарному расходу дутья и дутьевой добавки. Изменение доли загружаемого в осевую часть печи кокса, соответствующее квадрату соотношения этих суммарных расходов, сохраняет установившуюся оптимальную интенсивность осевого газового потока. Остальная часть печного газа используется на промежуточном и периферийном участке рабочего объема печи в лучшей степени, что обеспечивает дополнительную экономию кокса. Under the conditions of oxidation of injected hydrocarbons in tuyeres and gas dynamics of smelting (i.e., the volume of gas generated in the furnace is constant), natural gas is replaced by a large amount of coke oven gas and this leads to a significant increase in the power of the blast jet, and hence to a larger gas flow through the axial “vent” " The power of the jet is in a quadratic dependence on its speed, which in turn is proportional to the total flow rate of the blast and blast additive. The change in the proportion of coke loaded into the axial part of the furnace, corresponding to the square of the ratio of these total costs, preserves the steady-state optimal intensity of the axial gas flow. The rest of the furnace gas is used to the best extent at the intermediate and peripheral sections of the furnace working volume, which provides additional coke savings.

При этом температура на оси печи остается на прежнем уровне и нет причин для перегрева главного редуктора и газоуплотнительных узлов шлюзового бункера загрузочного устройства. At the same time, the temperature on the axis of the furnace remains at the same level and there is no reason for overheating of the main gearbox and gas-tight assemblies of the lock hopper of the loading device.

Пример применения предлагаемого технического решения
На оборудованной бесконусным загрузочным устройством фирмы "Пауль Вюрт" доменной печи N 5 АО НЛМК, установившийся цикл загрузки при вдувании природного газа состоит из шести подач, ссыпающих кокс и рудные компоненты шихты в периферийный и промежуточный участки колошника при изменении угловых положений лотка от 9-го до 5-го. При этом, с целью максимального использования объема скипов и организации осевой "отдушины" в столбе шихты, одна дополнительная двухскиповая подача кокса выгружается с угловых положений лотка 4... 2. Такая система загрузки обеспечивает оптимальное радиальное газораспределение по сечению печи при расходах дутья Q_д 4800 м³/мин и природного газа Q_пг = 25000 м³/ч или 416.7 м³/мин и доля загружаемого в осевую часть печи кокса составляет K_пг = 1/7 = 0.143 (долей единицы). Рудная нагрузка на кокс в столбе шихты равна 4.0 т/т, измеряемая стационарными термозондами температура над уровнем засыпи в центре печи - 450-500^oC и расход кокса - 420 кг/т чугуна.An example of the application of the proposed technical solution
On a blast furnace N 5 of NLMK equipped with a conical loading device of the company Paul Wurth, the steady cycle of loading during the injection of natural gas consists of six feeds pouring coke and ore components of the charge into the peripheral and intermediate sections of the top with changing angular positions of the tray from the 9th until the 5th. At the same time, in order to maximize the use of skip volume and organize an axial “outlet” in the charge column, one additional two-skip coke supply is unloaded from the angular positions of the tray 4 ... 2. Such a loading system ensures optimal radial gas distribution over the furnace cross section at blast costs Q _d 4800 m ³ / min and natural gas Q _pg = 25000 m ³ / h or 416.7 m ³ / min and the proportion of coke loaded into the axial part of the furnace is K _pg = 1/7 = 0.143 (fractions of a unit). The ore load on the coke in the charge column is 4.0 t / t, measured by stationary temperature probes, the temperature above the mound level in the center of the furnace is 450-500 ^o C and the coke consumption is 420 kg / t of cast iron.

При полной замене вдуваемого природного газа очищенным коксовым газом азотнотукового производства комбината, коэффициент замены (определяемый постоянством выхода горновых газов, т.е. постоянством газодинамических условий плавки и полнотой превращения углеводородов добавки в фурменном очаге) равен Q_кг/Q_пг = 1.8 м³/м³ и отсюда установили Q_кг = 1.8•416.7 м³/мин.With the complete replacement of the injected natural gas with purified coke oven gas of the nitrogen-nitrogen production of the plant, the replacement coefficient (determined by the constancy of the output of the furnace gases, i.e., the constancy of the gas-dynamic conditions of the smelting and the complete conversion of the additive hydrocarbons in the tuyere source) is equal to Q _kg / Q _pg = 1.8 m ³ / m ³ and from here established Q _kg = 1.8 • 416.7 m ³ / min.

Долю загружаемого в осевую часть печи кокса при вдувании коксового газа определили из соотношения

Чтобы обеспечить такую долю загружаемого в осевую часть кокса из всего ссыпаемого в печь, одну дополнительную двухскиповую подачу кокса в цикле загрузки при вдувании коксового газа установили после семи, а не шести, как при вдувании природного газа, подач кокса и руды, ссыпаемых при изменении угловых положении лотка от 9-го до 5-го. Таким образом, доля загружаемого в осевую часть печи кокса составила требуемые 1/8=0,125 (долей единицы). При этом характер газораспределения по сечению печи не изменился, так как увеличение мощности струи дутья с большим расходом добавки к нему было компенсировано уменьшением газопроницаемости (порозности) осевой части столба шихты, рудная нагрузка на кокс в столбе шихты возросла до 4,05 т/т и удельный расход кокса уменьшился до 415 кг/т чугуна. Температура в центре печи осталась на прежнем уровне, нагрев редуктора и узла нижних клапанов загрузочного устройства не повысился.The proportion of coke loaded into the axial part of the furnace during coke gas blowing was determined from the ratio

In order to ensure such a fraction of the coke loaded into the axial part from the whole poured into the furnace, one additional two-coke supply of coke in the loading cycle during the injection of coke oven gas was installed after seven, but not six, as with the injection of natural gas, the supply of coke and ore poured when changing the angular tray position from 9th to 5th. Thus, the fraction of coke loaded into the axial part of the furnace was the required 1/8 = 0.125 (fractions of a unit). At the same time, the nature of the gas distribution over the furnace section did not change, since the increase in the power of the blast jet with a high consumption of additives to it was compensated by the decrease in gas permeability (porosity) of the axial part of the charge column, the ore load on the coke in the charge column increased to 4.05 t / t and specific consumption of coke decreased to 415 kg / t of pig iron. The temperature in the center of the furnace remained at the same level, the heating of the gearbox and the assembly of the lower valves of the loading device did not increase.

Claims (1)

Способ ведения доменной плавки, включающий загрузку в осевую зону печи доли кокса и вдувание природного газа, отличающийся тем, что осуществляют частичную или полную замену вдуваемого природного газа коксовым и определяют долю загружаемого в осевую зону печи кокса из соотношения
К_кг = К_пг [Q_д+Q_пг/Q_д+Q_кг]²,
где К_кг и К_пг - доля кокса, загружаемого в осевую зону печи при вдувании природного или коксового газов (долей единицы);
Q_д, Q_пг и Q_кг - расходы дутья, природного и коксового газов, м³/мин.A method for blast-furnace smelting, which includes loading a fraction of coke into the axial zone of the furnace and blowing natural gas, characterized in that they partially or completely replace the injected natural gas with coke and determine the proportion of coke loaded into the axial zone from the ratio
K _kg = K _pg [Q _d + Q _pg / Q _d + Q _kg ] ² ,
where K _kg and K _pg - the proportion of coke loaded into the axial zone of the furnace when blowing natural or coke oven gases (fractions of a unit);
Q _d , Q _PG and Q _kg - the costs of blast, natural and coke oven gases, m ³ / min.