CZ342097A3 - Způsob tavení kovových vsázkových materiálů v šachtové peci - Google Patents

Description

(57) Anotace:

Způsob tavení při němž se spaluje koks s předehřátým vzduchem a velmi čistým kyslíkem a kouřové plyny ohřívají v protiproudu kovovou vsázku, a při němž se tavenina přehřívá a nauhličuje v koksovém loži, přičemž pro lepší prostup plynů koksovým ložem se vhání tryskou pevné dílčí množství kyslíku vysokou rychlostí, pokud je to možné, do koksového lože, a druhé proměnlivé množství kyslíku se vhání tryskou do okružního větrovodu.

CZ 3420-97 A3

Způsob tavení kovových vsázkových materiálů v šachtové peci

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu tavení kovových vsázkových materiálů v šachtové peci, při němž se spaluje koks, s předehřátým vzduchem a velmi čistým kyslíkem a kouřové plyny ohřívají v protiproudu kovovou vsázku, a při němž se tavenina přehřívá a nauhličuje v koksovém loži.

Dosavadní stav techniky

Kovové a nekovové materiály, jako železo a nekovy, čedič a diabas se, přes rozvoj způsobů tavení elektrickým ohřevem a plamenem, stále taví v šachtových pecích vyhřívaných koksem. Tímto způsobem se ještě dnes vyrábí v kuplovnách asi 60^ všech železářských materiálů.

Důvodem tohoto velikého podílu kuploven je další průběžný vývoj, přičemž vzhledem k množství známých nodifikací výrobních způsobů získává na významu rozvoj kuploven s předehřátým větrem a použití kyslíku.

Rozvojem kuploven s předehřátým větrem tak byly například dalekosáhle kompenzovány výrobně technické a metalurgické nevýhody kuploven se studeným větrem, jako jsou nízké teploty železa, vysoký opal křemíku, nepatrné nauhličování, vysoká spotřeba koksu, vysoké zachycování síry, vysoce žárovzdorný uzávěr.

Podobných zlepšení se dosáhlo použitím kyslíku, přičemž se kyslík vháněl do kuplovny buď obohacením větru až na 25% nebo přímým vstřikováním do kuplovny podzvukovou rychlostír »·

Z důvodu vysokých provozních nákladů byl však kyslík přiváděn diskontinuálně, například k rychlému rozběhu studené pece nebo k časově omezenému zvýšení teploty železa. Možnost zvýšení výkonu. t.j. kontinuálním přiváděním kyslíku se využívala jenom výjimečně.

Přestože byly zavedeny tyto modifikace výrobních způsobů, může se tavící výkon, teplota železa, vsázka koksu, měnit, stejně jako dříve. jenom ve velice úzkém rozsahu v optimálním provozním bodu.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje z větší části způsob tavení kovových vsázkových materiálů v šachtové peci, při němž se spaluje koks s předehřátým vzduchem a velmi čistým kyslíkem a kouřové plyny ohřívají v protiproudu kovovou vsázku, a při němž se tavenina přehřívá a nauhličuje v koksovém loži, přičemž pro lepší prostup plynů koksovým ložem se vhání tryskou pevné dílčí množství kyslíku vysokou rychlostí, pokud je to možné, do koksového lože, a druhé proměnlivé množství kyslíku se vhání tryskou do okružního větrovodu.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, kde na obr.l je znázorněn diagram tavícího výkonu, na obr. 2a, 2b. 2c, 2d je znázorněna v detailu dmyšní trubice a uspořádání reakční zóny uvnitř pece, na obr.3 je znázorněn diagram závislosti množství kyslíku na průměru pece při vhánění *f * • *4 ř »r kyslíku nadzvukovou rychlostí a na obr.4 je znázorněno regulované přimíchávání kyslíku do větru v okružním větrovodu.

Příklady provedení vynálezu

Vztah mezi tavícím výkonem a množstvím větru a rovněž množstvím přídavného kyslíku je dán známou Jungbluthovou rovnicí- Tato rovnice vychází z vytváření hmoty a energie, přičemž vsázka koksu a poměr spalování se musí zjistit pro každou kuplovnu empiricky.

Spojením ovlivňujících veličin, množství větru, vsázky koksu a poměru spalování s cílovými veličinami vznikne diagram tavícího výkonu, dle obr.l, s křivkami stejné vsázky koksu a stejného množství větru. Tento diagram tavícího výkonu, známý jako Jungbluthfiv diagram se musí empiricky zjistit pro každou kuplovnu. Přenesení na jinou kuplovnu není možné, protože provoz při změněných okrajových podmínkách, jako je kusovítost koksu, složení vsázky, rychlost větru, tlak v peci, teplota atd., se ihned mění.

Při teplotním maximu jsou tepelné ztráty nejmenší. Pří příliš velkém množství větru, t.j. při vysoké rychlosti proudění se pec přeplní. Při příliš malém množství větru, t.j. při nízké rychlosti proudění se pec nedoplní. V obou případech klesne teplota spalování, protože se jednak musí spálit přídavný balast N2 a jednak se teplo odvádí dodatečnou tvorbou CO. Při přeplnění pece dodatečně silněji zoxidují doprovodné prvky železa.

Použitím kyslíku, například na 24% objemových ve větru se čára souřadnicové sítě přesune vpravo nahoru k vyšším teplotám a vyšším prfisadám železa. Teplotní maximum se

- 4 I» • · * » ř* r· » · ·» »>r zploští a pec se stane necitlivá k nedoplnění nebo k přeplnění.

Snížení vsázky koksu při konstatntních prfisadách železa a při sníženém množství větru není také možné při průběžném přidávání kyslíku, protože potom klesne teplota železa a nastanou dodatečné metalurgické výrobně technické problémy, jako nepatrné nauhličování, zvýšení opálu křemíku, zvýšení obsahu FeO ve strusce a vnější chod pece způsobený snížením rychlosti větru. Kuplovna vyrábí neslévatelné železo.

Protože z hlediska spalování a výroby je k dispozici vysoký přebytek koksu, je z důvodů hospodárnosti velký zájem na snížení množství koksu při konstatntním tavícím výkonu, protože výrobní náklady tekutého železa jsou podstatně ovlivněny náklady na tavení a náklady na vsázkové materiályProto je již dlouho známo, že zejména u kuploven s velkým průměrem nístěje, přes obohacení větru kyslíkem, resp. přes přímé vstřikování kyslíku podzvukovou rychlostí, zůstává uprostřed pece tzv. mrtvé místo. Reakce mezi vháněným kyslíkem a mezi uhlíkem probíhá jenom v omezené oblasti v blízkosti dmyšní trubice, pec pracuje s vnějším chodem. Koks. který je uprostřed pece, nepřispívá k reakci, protože spalovací vzduch, který vykazuje nepatrný impuls, nemůže prorazit nasypanou vrstvu koksu. Reakční zóna leží v bezprostřední blízkosti dmyšní trubice, dle obr.2á. Při známém obohacování větru kyslíkem, resp. při vhánění kyslíku podzvukovou rychlostí, se hloubka proniknutí podstatně nezvětší. Při vyšším obsahu kyslíku se reakční zóna z důvodů poměru tlaků rozšíří nahoru, dle obr.2b.

Předběžnou podmínkou pro požadované snížení množství koksu pro spálení je rovnoměrné spalování v celém průřezu * * r 9

- 5 pece, t.j.rovnoměrné rozdělení obsahu kyslíku. Za tím účelem se musí zvýšit impuls, t.j. rychlost větru, resp. proudu kyslíku k vyznačené cílové hodnotě, nad hodnotu tvořící známý stav techniky.

V patentové přihlášce GB 2 018 295 je popsán systém, jímž se kyslík vhání do pece Lavalovými tryskami vestavěnými, centrálně do dmyšních trubic, t.j. nadzvukovou rychlostí, pro minimalizování opotřebení žárovzdorné vyzdívky- Vsázka koksu nemohla být snížena.

Pokusy s nadzvukovými tryskami centrálně vestavěnými do dmyšních trubic však překvapivě prokázaly, že se množství koksu pro spálení může snížit o 20 až 30 kg/t železa, bez negativního ovlivnění provozu pece a metalurgie železa, když se současně sníží specifické množství větru pro pec z 500 až 600 m³ (i.D-)/t železa na 400 až 480 m³ (i.N.)/t železa a v závislosti na průměru pece se dodatečně vhání kyslík, podle obr-3. Specifická potřeba kyslíku se musí měnit podle obr.3. U kuplovny s horkým větrem (s teplotou větru 500 až 600°C) a u průměru pece 1 m bude potřeba asi 15 až 22 m³ (i.N.) kyslíku na tunu železa, a u průměru pece 4 m bude potřeba 40 až 61 ra³ kyslíku na tunu železa. V závislosti na průměru pece se musí nastavit Machovo číslo proudu kyslíku u výstupu z trysek na 1,1 < M < 3. Oproti dosud známé teorii kuploven se současně zvýší teplota železa v licím žlábku až o 30°C. Tím se sníží opal křemíku o 10% a zleší se nauhličení o 0,2%. Nej lepších výsledků při úspoře koksu se docílí, když se do kuplovny přivede pevné dílčí množství kyslíku nadzvukovým vstřikováním, protože potom nastává rovnoměrné rozdělení kyslíku v celém průřezu kuplovny. Zbylé množství kyslíku se regulovaně přimíchává do větru v okružním

- 6 větrovodu, podle obr.4. Tímto opatřením se umožní konstantní provádění analýz. Obohacení větru kyslíkem se řídí a reguluje pomocí složek CO. CO2 a O2 v kychtovém plynu. Reakční zóna, která pomocí nadzvukového vstřikování proniká ve tvaru jazyka do středu kuplovny, podle obr.2c, se rozšiřuje směrem nahoru a srovnává se, protože se tak sací síla nadzvukového proudu spalovacího vzduchu dodatečně obohaceného kyslíkem O2 přesune do středu pece, podle obr.2d.

Snížením množství větru přiváděného do kuplovny se sníží tlak v kuplovně a sníží se množství kychtového plynu o 20%. Z důvodů nižší rychlosti proudění v peci se dodatečně sníží množství prachu úměrnmě množství kychtového plynu. Teplota horkého větru se zvýší až o 30°C, protože rekuperátor z důvodu sníženého množství větru musí pracovat na nižší výkon.

Pro rozdělení přidávání kyslíku do okružního větrovodu a do trysek platí následující zásady Základní množství se mohou vybrat z diagramu OCI1.XLS. Absolutní množství přidávání kyslíku je stanoveno požadovanou teplotou železa. Teplota železa vzrůstá, když vzrůstá teplota koksového lože. Teplota koksového lože vzrůstá, když chybí chladící účinek dusíku doprovázejícího kyslík.

Tryskou se má přidávat tím více kyslíku nadzvukovou rychlostí, čím větší je pec. Optimální poměr množství kyslíku, které se přidává tryskou = 01, k množství kyslíku, které se přidává jako obohacení větru = 02, se zjistí při uvedení pece do provozu změřením teploty železa a potom se zadá do regulátoruOptimální poměr CO k CO2 v kychtovém plynu se zjistí ze součtu výsledných provozních nákladů- Silněji redukční

atmosféra s vyšším podílem CO přináší úspory za křemík a vyšší náklady na koks. Optimální nastavení proto také závisí na příslušných tržních cenách surovin. V některých dobách a zemích je spíše oxidační provoz ekonomický. Příznivý poměr CO k CO2 se proto musí čas od Času přezkoušet a musí se nastavit vhodné množství kyslíku.

Zamýšlené optimální nastavení CO k CO2 kolísá, protože . je vyvoláno rozptylem dávkovaného množství uhlíku k železu.

Tato krátkodobá kolísání se mohou vyrovnat přizpůsobením ‘ přidávání kyslíku- Boudouardova reakce je rychlá, protože přidáním kyslíku velice rychle stoupá teplota koksového lože.

Přivádění celkového množství kyslíku k 01 a k 02 se proto řídí tak, že poměr CO k CO2 se udržuje na nejhospodárnější hodnotě. Při tomto způsobu se také dosáhne nejmenšího rozptylu analýzy.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob tavení kovových vsázkových materiálů v šachtové peci, při němž se spaluje koks s předehřátým vzduchem a velmi čistým kyslíkem a kouřové plyny ohřívají v protiproudu kovovou vsázku, a při němž se tavenina přehřívá a nauhličuje v koksovém loži. vyznačující se tím, že pro lepší prostup plynů koksovým ložem se vhání tryskou pevné dílčí množství kyslíku vysokou rychlostí, pokud je to možné, do koksového lože, a druhé proměnlivé množství kyslíku se vhání tryskou do okružního větrovodu.

   2. Způsob podle nároku 1, v y z nač u j í c í s e t í m. že pevné dílčí množství se vol í tak, že se nastaví co nejvyšší teplota železa. 3. Způsob podle nároku 1. v y z nač u j í c í s e t í m.

   že se může nastavit obsah CO/CO2 kychtového plynu, které je optimální pro opal pece.
2. 4. Způsob podle nároku 1 a 2, vyznačující se t í m. že se pomocí regulačního obvodu konstantně udržuje optimální teplota železa.
3. 5. Způsob podle nároku la3, vyznačující se tím, že se pomocí regulačního obvodu může konstantně udržovat optimální teplota pecní atmosféry.