WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
61 УДК 669.162.262.001.5 В.М.Бузоверя, М.Т.Бузоверя, Ю.С.Семенов ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ В ШАХТЕ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ РАЗНЫХ ОБЪЕМОВ Обобщены результаты исследования процессов восстановления в рабочем пространстве доменных печей объемом 2000, 2700 и 5000 м3. Показано изменение температуры, состава газовой фазы и шихтовых материалов, степени восстановления оксидов железа по радиусам шахты печи. Приведены температурные поля и граница расположения вязкопластичных материалов в шахте доменной печи.

Предложен механизм хода процессов восстановления оксидов железа за счет СО и Н2.

доменные печи объемом, температура, состав газа и шихты, степень достижения равновесия, константы скорости восстановления Постановка задачи. Головные образцы доменных печей объемом 2000, 2700 и 5000 м3 металлургического комбината «Криворожсталь» были оборудованы установками радиального зондирования не только под защитными плитами колошника, но и на среднем и нижнем горизонтах шахты, а также в распаре, кроме печи объемом 5000 м3 (в районе распара расположен кольцевой воздухопровод горячего дутья). При помощи этих установок исследовали состав и температуру газовой фазы, отбирали пробы шихтовых материалов по радиусам исследуемых горизонтов (пробы шихтовых материалов по радиусу колошника на доменных печах объемом 2000 и 2700 м3 не отбирались). Усреднённые результаты этих исследований представлены на рис.1.

Изложение основных материалов исследования. Показатели работы доменных печей в периоды исследования представлены в табл.1 [1–4].

Полученный обширный экспериментальный материал позволил сравнить фактический состав газа с равновесным (рис.2) для реакции FeO+CO Fe+CO2, а для доменной печи объемом 2000 м3, на которой экспериментально определялась влажность печного газа [4], также и для реакции FeO+H2 Fe+H2O (рис.3). Приведенные данные свидетельствуют, что в значительной части рабочего пространства доменной печи состав газовой фазы далек от равновесного, что обеспечивает значительную скорость процессов восстановления в данных участках. Более близок газ к равновесию при температурах ниже 9000С. При температурах 500–7000С в определенном объеме печи состав газа по содержанию СО2 превышает равновесный в результате наложения реакции водяного газа: СО2 + H2 = CO + H2O, т.к. по содержанию H2O ни в одной точке состав газа не переходит за равновесие.

А Б В Рис.1. Результаты исследования доменных печей объемом 2000 м3 (А), 2700 м3 (Б) и 5000 м3 (В).

– CO2; – CO; – H2; – рудная нагрузка – температура, 0С Таблица 1. Показатели работы доменных печей объемом 2000, 2700 и 5000м3 в период исследования Доменные печи, мПоказатели 2000 2700 период период I II Среднесуточное производство по весу в 3136 4460 8688 ковшах, т Расход кокса, кг/т чугуна 488 489 490 Расход природного газа, м3/т чугуна 113 93 94,1 Содержание О2 в дутье, % 23,8 22,5 23,3 26,Расход дутья,м3/мин. 3280 3912 7861 Температура дутья, 0С 1070 1137 1225 Давление дутья, МПа 0,269 0,322 0,380 0,Давление газа под колошником, МПа 0,140 0,170 0,225 0,Температура колошника, 0С 375 332 192 Интенсивность горения кокса, кг/м3 сут- 765 775 850,7 ки То же, суммарного углерода, кг/м3 сутки 754 760 817,2 Выход горнового газа,м3/мин 4567 5385,3 10894 То же, м3/мин*м2 сечения колошника 45,47 38,71 34,06 37,при давлении газа под колошником Состав горнового газа, %:

СО 34,2 32,7 34,06 37,Н2 11,1 11,0 10,58 12,N2 54,7 56,3 53,38 50,Состав колошникового газа, %:

СО2 16,1 17,7 19,0 18,СО 24,2 23,0 24,3 23,Н2 7,9 7,4 7,5 6,N2 49,5 49,5 49,2 46,Н2О 2,3 2,3 2,1 4,Степень использования Н2 22,56 24,49 21,9 39,Степень косвенного восстановления 66,2 62,6 62,5 75,(Ri),% Выход шлака, кг/т чугуна 593 463 440 Расход агломерата, кг/т чугуна 2007 1798 1802 С использованием разовых значений температуры и состава газа в исследованных точках (средние значения в каждой точке представлены на рис.3) доменной печи объемом 2000 м3 определены статистические зависимости от температуры степеней использования СО и Н2 ( CO, H ), а также степеней достижения равновесия (CO,H ) реакциями восстановления оксида железа за счет СО и Н2, а изменения последних по трем радиусам шахты и по одному в распаре показаны на рис.4.

Рис.2. Расположение (экспериментальных) фактических составов газа в исследованных точках относительно равновесной кривой для реакции FeO+CO Fe+CO5 – доменная печь объемом 2000 м3 ; 8 – доменная печь объемом 2700 м9 – доменная печь объемом 5000 мb Рис.3. Расположение фактических составов газа, отобранных из шахты доменной печи объемом 2000 м3 относительно кривых равновесия реакции FeO+H2 Fe+H2O b Расстояние от строительного профиля, мм Рис.4. Изменение степени достижения равновесия – колошник; – середина шахты; – низ шахты, – распар, степень достижения равновесия реакцией FeO+CO=Fe+CO степень достижения равновесия реакцией FeO+H2=Fe+H2O ф р Значение П /К, % Ось доменной печи Таблица 2 – Средневзвешенные значения долей железа разной валентности на исследованных горизонтах доменных печей Параметр Горизонт Доменные печи объемом, м2000 2700 Fe3+ Колошник 86,Fe2+ 13,Feмет – СВ 4,Fe3+ Середина 9,4 27,Fe2+ шахты 60,1 58,Feмет 30,5 14,СВ 47,0 23,Fe3+ Низ шахты 5,2 13,2 8,Fe2+ 58,4 69,6 65,Feмет 36,4 17,2 25,СВ 52,7 40,4 47,Fe3+ Распар 2,1 2,Fe2+ 38,8 33,Feмет 59,1 64,СВ 70,1 75,Указанные уравнения имеют вид:

T T CO = 0,638 -17,604 + 125,036%; r = 0,914;

T T H = 0,520 - 2,368 + 33,940%; r = 0,892;

2 T T CO = 2,171 - 54,149 + 350,588%; r = 0,974;

T T H = 1,164 - 29,820 + 210,073%; r = 0,951, 2 где: Т – температура в точке исследования, 0К.

Коэффициент корреляции приведенных зависимостей очень высок, что свидетельствует о почти функциональной связи между рассматриваемыми величинами. Указанные зависимости могут быть использованы при моделировании процессов в шахте доменной печи. Средневзвешенные значения долей железа разной валентности и степени его восстановления по потерянному кислороду (от Fe2O3) на исследованных горизонтах шахты и в распаре приведены в табл.2. Такой характер восстановления оксидов железа обусловлен работой газового потока, температура и состав которого представлены на рис.5–7. Распределение температуры по радиусу печи сохраняет известную закономерность: минимальная температура на каждом горизонте соответствует гребню рудных материалов, а к оси и периферии – повышается. При этом с увеличением объема печи минимум температуры приближается к периферийной зоне [5].

Состав газовой фазы (рис.5,6) соответствует температурному режиму (рис.7). Максимальное содержание диоксида и минимальное оксида углерода совпадает с минимальными значениями температуры, с ростом которой к стенке печи и к осевой зоне содержание СО2 снижается, а СО – растет. Содержание водорода в газе (рис.5) практически не зависит от температуры и из–за периферийного подвода природного газа в пристенном участке содержание Н2 более чем в два раза превышает его концентрацию в газе осевой зоне доменной печи.

Рис.5. Содержание Н2 по радиусам исследованных горизонтах доменных печей объемом 2000 м3 ( ), 2700 м3 ( ) и 5000 м3 ( ) I– колошник, II – середина шахты, III – низ шахты, IV – распар При движении газа от распара до колошника содержание Н2 у стен уменьшается от 18–19 до 8,5– 13,0%,в то время как в осевой зоне оно практически не изменяется.

Изменение температуры в рабочем пространстве печи от горна до колошника (рис.8) свидетельствует, что только в отдельных сечениях имеются явно выраженные участки замедленного теплообмена (например, периферия доменных печей объемом 2000 и 5000 м3 и ось 5000 м3), а в остальном объеме печей градиенты изменения температуры достаточно высоки по всей высоте печи.

При увеличении объема печи и степени обогащения дутья кислородом содержание СО2 в гребне рудных материалов под защитными плитами колошника увеличивается от 19 до 24% и, естественно, увеличивается его содержание в общем колошниковом газе (от 16,5 до 19%). При увеличении объема печи увеличивается и максимальное значение рудной нагрузки, причем локализация максимума практически одинакова для всех печей (все печи оборудованы конусными загрузочными устройствами).

Доля радиуса соответствующего горизонта, ед Рис.6. Содержание СО и СО2 в печном газе на исследованных горизонтах доменных печей (обозначения как на рис. 5) Полученный экспериментальный материал о составе и температуре газа и шихты в шахте позволяет определить тепловые характеристики потоков шихты и газа (рис.9): плотность печного газа, теплоемкости и теплосодержания газа и шихты по радиусам исследованных горизонтов.

Теплоемкости газа и шихты изменяются по радиусам печей на всех горизонтах шахт однообразно. Плотность газа изменяется по исследованным радиусам плавно и максимальные значения ее соответствуют гребням рудных материалов, где теплоемкости и теплосодержания как газа, так и шихты минимальны.

Содержание в газе СО и СО, % Доля радиуса соответствующего горизонта, ед Рис.7. Температура газовой фазы по радиусу исследованных горизонтов доменных печей объемом 2000 м3 ( ), 2700 м3 ( ) и 5000 м3 ( ) По приведенным на рис.1 результатам с привлечением суммарных расходов шихтовых материалов и выхода горновых газов можно оценить характер распределения газового потока по сечению печи. Такой подход может быть использован для контроля точности распределения газа по сечению печи, оцениваемого другими способами.

Температура, С Температура, 0С 2000 м3 ( ), 2700 м3 ( ), 5000 м3 ( ) – периферия, – гребень рудных материалов, – ось печи Рис.8. Изменение средневзвешенной температуры по высоте доменных печей объемом Распределение газового потока обычно идентифицируется с содержанием СО2 в радиальном газе или температурой этого газа, хотя строгого доказательства такой идентичности нет [6]. Авторами названной работы выполнены измерения скорости газового потока пневмометрическими трубками, с применением радиоактивных изотопов, инертных и других газов, а также разработан прибор (термоанемометр), позволяющий оперативно измерять скорости газа в широком диапазоне температур при высокой его запыленности. Исследования с помощью термоанемометра выявили существенную неравномерность скоростей газа по радиусу печи.

При этом максимум скорости всегда располагался между гребнем рудных материалов и осью печи, а минимум соответствовал центру. Кроме того, установлено отсутствие тесной связи между скоростью газа и его составом или температурой.

Аналогичные результаты получены и в данной работе расчетным путем по экспериментальным данным о составе газа (четыре горизонта) и шихтовых материалов (три горизонта) в шихте и распаре доменной печи объемом 2000 м3.

Доля расстояния от уровня фурм до горизонта I, ед.

Рис.9. Теплотехнические характеристики потоков шихты и газа в шахте доменных печей объемом 2000 м3 (А), 2700 м3 (Б), 5000 м3 (В) – теплоемкость шихты; – теплосодержание шихты – теплоемкость газа; – плотность газа, ….. – теплосодержание газа Расход газа в каждой исследованной точке получали делением объема кислорода шихты, отнятого на пути между двумя горизонтами, на прирост содержания его в газе между этими горизонтами. Результаты расчетов представлены на рис.10, где распределение количества газа между горизонтами рассчитано для отличающихся режимов (табл.3).

Расстояние от строительного профиля. мм Рис.10. Изменение расхода газа по радиусу доменной печи объемом 2000 м3 между исследованными горизонтами Количество газа, протекающего через сечение, м /мин Таблица 3 – Основные технико–экономические показатели работы доменной печи объемом 2000м3, при которых рассчитано распределение количества газа по ее сечению периоды Показатели I II III Производительность, т/м3·сутки 1, 36 1,48 1,Интенсивность горения кокса, 0,734 0,756 0,т/м3·сутки Интенсивность горения по суммар- 0,689 0,723 0,ному углероду, т/м3*сутки Расход дутья,м3/мин. 3559 3500 Температура дутья, 0С 895 1024 Содержание кислорода в дутье, % 20,8 20,8 23,Давление дутья, МПа 273 264 Расход природного газа, м3/т чугуна 83,4 95,1 118,Расход кокса, кг/т чугуна 539 510 502,Содержание железа в агломерате, % 45,7 47,2 50,Выход шлака, кг/т чугуна 762 743 Несмотря на то, что данные о количестве газа, проходящего через шихту на исследуемых горизонтах, имеют качественный характер, заметна тенденция к перемещению максимума от периферии к осевой зоне при увеличении интенсивности работы печи. Информация о характере распределения газового потока по сечению рабочего пространства печи позволит более квалифицированно управлять ходом плавки, своевременно корректировать величину рудной нагрузки в отдельных зонах колошника, поэтому весьма важным, с практической точки зрения, является разработка способа оперативной оценки количества или скорости газа на отдельных участках радиуса сечения колошника.

Одним из таких методов, на ряду с термоанемометрами и расчетом по составу газа, может быть измерение мощности шума по сечению рабочего пространства, которая должна быть пропорциональной скорости газового потока, а частота звука звуковых колебаний – обратно пропорциональной величине размера кусков шихты.

В работе [7] высказано предположение о равенстве количества движения элементарных струй газового потока в шахте доменной печи, т.е.

q = const g где: q – расход газа в элементарной струе, м3/с;

– фактическая плотность газа, кг/м3;

– скорость газа в элементарной струе, м/с;

g – ускорение силы тяжести, м/с2.

Основывается такое предположение на том, что кривая, характеризующая изменение плотности газа, плавно изменяется по радиусу печи (рис.

11), несмотря на довольно существенный разброс его состава и температуры. Значение постоянной величины, по– видимому, равно количеству движения всего газового потока средневзвешенных состава и температуры, проходящего через поперечное сечение шахты, отнесенное к единице площади сечения.

Рис.11. Плотность радиального газа под защитными плитами колошника доменной печи объемом 2000 м – 27,7 % O2, – 30,5%, – 31,2 О2 в дутье Определяющее влияние на ход и результаты плавки оказывает состояние зоны размягчения– плавления, ее протяженность, форма и уровень расположения.

На рис.12 по результатам зондирования нанесены кривые содержания в отобранных пробах тестообразной массы для доменной печи объемом 2000м3 более и менее 10%, для 2700 м3 –более 10 и менее 15%, а для м3 –более 30 и менее 5%. Шихта доменных печей объемом 2000 и 2700 мсостояла из 100% агломерата, а объемом 5000 м3 включала и 40% окатышей, поэтому тестообразная масса на этой печи в больших количествах обнаруживается уже на среднем горизонте шахты, а ее объем в пробах мало меняется как на среднем, так и на нижнем горизонтах шахты т.е.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.