RU2086657C1 - Apparatus for reducing metal oxides by carbon and melting metals in blast furnace - Google Patents
Apparatus for reducing metal oxides by carbon and melting metals in blast furnace Download PDFInfo
- Publication number
- RU2086657C1 RU2086657C1 RU95122530A RU95122530A RU2086657C1 RU 2086657 C1 RU2086657 C1 RU 2086657C1 RU 95122530 A RU95122530 A RU 95122530A RU 95122530 A RU95122530 A RU 95122530A RU 2086657 C1 RU2086657 C1 RU 2086657C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- furnace
- blast
- metal
- tuyeres
- charge
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к черной и цветной металлургии, а более точно к шахтным печам для проведения процессов восстановления углеродом окислов металлов, многие из которых в настоящее время получаются только с применением технологической электроэнергии. The invention relates to ferrous and non-ferrous metallurgy, and more specifically to shaft furnaces for carrying out carbon reduction processes of metal oxides, many of which are currently obtained only using technological electricity.
Известны рудовосстановительные шахтные электрические печи для получения ферросплавов сплавов железа с различными элементами Периодической системы Д. И. Менделеева, использующие для восстановления металлов из окислов в качестве химического восстановителя углерод кокса, а в качестве источника высокотемпературного тепла электрическую энергию ([1] с. 136, 254). Known ore-reducing mine electric furnaces for producing ferroalloys of iron alloys with various elements of the Periodic Table of D. I. Mendeleev, using carbon coke to reduce metals from oxides as a chemical reducing agent, and electric energy as a source of high-temperature heat ([1] p. 136, 254).
Недостатками известных агрегатов являются
необходимость расходования технологической электрической энергии для проведения процессов (получаемой из углей с низким КПД менее 40%), т.е. высокий суммарный расход топлива;
использование электрической дуги с чрезмерно высокими температурами, в несколько раз превышающими необходимую для процесса, приводит к восстановлению металлов, имеющих температуру начала восстановления выше оптимальной для данного процесса, что в свою очередь ведет к загрязнению получаемого продукта ферросплавов заданного состава ненужными примесями металлов.The disadvantages of the known units are
the need to expend technological electric energy for carrying out processes (obtained from coal with low efficiency of less than 40%), i.e. high total fuel consumption;
the use of an electric arc with excessively high temperatures, several times higher than necessary for the process, leads to the recovery of metals having a start temperature of recovery above the optimum for this process, which in turn leads to the contamination of the obtained ferroalloy product of a given composition with unnecessary metal impurities.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является современная доменная печь, в которой из железных руд выплавляется чугун железо с примесью углерода около 4% и небольшими (менее 1% ) добавками кремния и марганца. Путем выжигания углерода, кремния и марганца из чугуна в мартеновских печах или сталеплавильных конвертерах чугун превращается в сталь. The closest to the invention in technical essence and the achieved positive effect is a modern blast furnace in which iron iron is smelted from iron ores with an admixture of carbon of about 4% and small (less than 1%) silicon and manganese additives. By burning carbon, silicon and manganese from cast iron in open-hearth furnaces or steelmaking converters, cast iron is converted to steel.
Доменная печь это непрерывно действующий агрегат шахтного типа, течение процесса в котором основано на противотоке шихтовых материалов и горячих газов. Несмотря на кратковременность пребывания газов в печи, их тепловой КПД, равный 85 87% является одним из лучших для металлургических объектов. Водоохлаждаемый металлический кожух печи представляет собой вертикально стоящую конструкцию с переменным диаметром по высоте печи. Изнутри металлический кожух футерован огнеупорной кладкой. Внутренний профиль печи повторяет ее наружные очертания и подразделяется на составные части (см. чертеж). Верхняя цилиндрическая часть, называемая колошником 1, служит для приема загружаемых в печь шихтовых материалов. Вниз от колошника идет шахта 2 в виде усеченного конуса, расширяющегося книзу. В этой зоне происходят сушка и нагрев шихтовых материалов, частичное восстановление окислов металлов шихты поднимающимися вверх восстановительными газами (моноокисью углерода и водородом), образующимися в нижней части печи. A blast furnace is a continuously operating shaft-type unit, the course of the process in which is based on a countercurrent of charge materials and hot gases. Despite the short duration of the gases in the furnace, their thermal efficiency equal to 85 87% is one of the best for metallurgical facilities. The water-cooled metal casing of the furnace is a vertically standing structure with a variable diameter along the height of the furnace. Inside, the metal casing is lined with refractory masonry. The internal profile of the furnace repeats its external shape and is divided into component parts (see drawing). The upper cylindrical part, called the
Вниз от шахты идет наиболее широкая цилиндрическая часть печи распар 3, где начинают довольно интенсивно плавиться рудная часть и флюсы шихты. Down from the mine is the widest cylindrical part of the furnace,
Ниже распара располагаются заплечики 4 усеченный конус, сужающийся книзу. В заплечиках практически заканчивается плавление всех шихтовых материалов, кроме кокса, и заканчивается восстановление окислов металлов, выплавляемых печью. Below the collar are the
Ниже заплечиков располагается горн печи 5 цилиндрическая емкость, служащая копильником жидких продуктов плавки и оборудованная специальными устройствами (летками) 6, 7 для периодического выпуска их из печи. Below the shoulders is the
В верхнюю часть горна подается горячий воздух (дутье) через специальные фурменные устройства 8, равномерно расположенные по окружности горна выше зоны накопления жидких продуктов плавки. Кислород дутья взаимодействует в горне (в фурменной зоне) с раскаленным углеродом кокса шихты, образуя горячий восстановительный газ моноокись углерода CO. Содержащаяся в нагреваемом дутье влага (H2O пар) и добавки (природный или другие горючие газы, мазут, угольная пыль и т.п.) вносят в горновой газ углерод и водород, также служащие восстановителем.Hot air (blast) is supplied to the upper part of the hearth through
Нагрев дутья перед вдувом в печь производится до 1000 1400oC.The heating of the blast before blowing into the furnace is up to 1000 1400 o C.
Средняя адиабатическая температура горения газов в горне (так называемая теоретическая температура горения) держится на уровне 1900 2200oC.The average adiabatic combustion temperature of gases in the furnace (the so-called theoretical combustion temperature) is at a level of 1900 2200 o C.
В горне, непосредственно у воздушных фурм, в зонах сгорания углерода кокса до двуокиси углерода CO2 при избытке кислорода адиабатическая температура газов может достигать 3000oC и выше. Во многих странах практикуется обогащение дутья кислородом. Это приводит к дальнейшему повышению температуры газов в зонах горения кокса у фурм и во всем объеме нижней части печи. Но несмотря на это температура чугуна в доменной печи никогда не достигает 1600oC, даже в тех случаях, когда в доменной печи выплавляют такие "горячие" марки металлических сплавов как ферромарганец и ферросилиций, на выплавку которых расходуется в четыре раза больше топлива (кокса), чем на выплавку обычного предельного чугуна. Такой большой перепад между указанными выше температурами выплавляемого металла и греющих газов в зонах горения топлива у фурм говорит о несовершенстве теплообмена в горне современных доменных печей.In the hearth, directly at the air tuyeres, in the combustion zones of coke carbon to carbon dioxide CO 2 with an excess of oxygen, the adiabatic temperature of the gases can reach 3000 o C and higher. In many countries, blast enrichment with oxygen is practiced. This leads to a further increase in the temperature of the gases in the combustion zones of the coke near the tuyeres and in the entire volume of the lower part of the furnace. But despite this, the temperature of cast iron in a blast furnace never reaches 1600 o C, even in cases when such "hot" grades of metal alloys such as ferromanganese and ferrosilicon are smelted in a blast furnace, the smelting of which consumes four times more fuel (coke) than the smelting of ordinary cast iron. Such a large difference between the above temperatures of the melted metal and heating gases in the combustion zones of the tuyeres indicates the imperfection of heat exchange in the furnace of modern blast furnaces.
Этот недостаток доменной печи приводит к тому, что металлы, имеющие температуру плавления выше 1500oC, не могут быть выплавлены из окислов в доменной печи. Именно потому и существуют электрические печи ферросплавной промышленности, где высокая температура электрической дуги позволяет получать ферросплавы высококремнистый ферросилиций, феррохром и др. И даже обычная сталь, температура плавления которой около 1540oC, не может быть выплавлена и по этой причине в современной доменной печи.This disadvantage of the blast furnace leads to the fact that metals having a melting point above 1500 o C cannot be smelted from oxides in the blast furnace. That is why there are electric furnaces of the ferroalloy industry, where the high temperature of the electric arc makes it possible to obtain ferroalloys, high-silicon ferrosilicon, ferrochrome, etc. And even ordinary steel, whose melting point is about 1540 o C, cannot be melted in a modern blast furnace.
Другим недостатком современных доменных печей является отсутствие возможности оперативной подшихтовки в доменной плавке. Время пребывания шихты в печи 6 8 ч. И если при выпуске металла из печи оказывается, что нужно подкорректировать расход, например, кокса или другого компонента в загружаемой в печь шихте, эта корректировка получит реализацию не ранее указанных 6 8 ч, пока откорректированная шихта попадает в горн печи. В течение 6 8 ч в печи будет выплавляться металл нежелательного состава, вызвавшего необходимость внесения корректировки в загружаемой шихте. В современных доменных печах количество такого некондиционного металла составляет несколько сотен тонн, если первая же корректировка оказывается достаточной. Another disadvantage of modern blast furnaces is the lack of the possibility of quick trimming in blast furnace smelting. The residence time of the charge in the furnace is 6 8 hours. And if, when the metal is released from the furnace, it turns out that it is necessary to correct the flow rate, for example, of coke or another component in the charge loaded into the furnace, this adjustment will be implemented no earlier than the specified 6 8 hours, until the corrected charge enters in the furnace hearth. Within 6-8 hours, an undesirable metal will be smelted in the furnace, which necessitates making adjustments to the charge being loaded. In modern blast furnaces, the amount of such substandard metal is several hundred tons, if the first adjustment is sufficient.
Еще одним серьезным недостатком современной доменной печи является то, что основным видом топлива в ней является дефицитный и дорогой металлургический кокс, снизить расход которого на тонну выплавляемого чугуна более, чем на 150 кг (то есть менее, чем на 30% при общем расходе кокса -около 500 кг на 1 т чугуна) не удается несмотря на применение таких заменителей кокса как природный газ, мазут, угольная пыль, вдуваемых в очаги горения у воздушных фурм в печи. Вместе с тем опыты, производившиеся на экспериментальных установках, показывают, что можно было бы работать и при расходе кокса в шихту около 150 180 кг на 1 т металла, т.е. в 2,5 3 раза меньшем, чем это имеет место в настоящее время на большинстве промышленных доменных печей. Another serious drawback of a modern blast furnace is that the main type of fuel in it is a scarce and expensive metallurgical coke, which can be reduced by more than 150 kg per ton of cast iron (i.e., less than 30% at a total coke consumption of about 500 kg per 1 ton of pig iron) fails despite the use of such substitutes for coke as natural gas, fuel oil, coal dust, blown into the foci of combustion by air tuyeres in the furnace. At the same time, experiments carried out in experimental plants show that it would be possible to work even with the consumption of coke in the charge of about 150 180 kg per 1 ton of metal, i.e. 2.5 3 times smaller than what is currently the case on most industrial blast furnaces.
Целью изобретения является разработка конструкции доменной печи, позволяющей ликвидировать отмеченные выше недостатки: чрезмерно большой перепад температур в горне между греющими газами и выплавляемым металлом, невозможность восстановления в печи многих металлов, требующих нагрева до высоких температур, очень большое запаздывание реализации корректировок состава загружаемой шихты, невозможность замены кокса другими видами топлива в значительных количествах, превосходящих 30% от первоначального. The aim of the invention is to develop the design of a blast furnace, which allows to eliminate the above-mentioned disadvantages: an excessively large temperature difference in the furnace between heating gases and smelted metal, the inability to recover many metals in the furnace that require heating to high temperatures, a very large delay in the implementation of adjustments to the composition of the loaded charge, inability replacement of coke with other fuels in significant quantities exceeding 30% of the original.
Поставленная цель достигается тем, что фурменные устройства 9, предназначенные для ввода в печь по крайней мере части дутья, располагаются ниже границы разделения в печи металлической ванны 10 со шлаковой 11, т.е. дутье вводится в печь не выше слоя жидкого шлака в печи, а ниже его, и корректирующие компоненты шихты и дополнительное топливо в виде угля и других горючих веществ специальным загрузочным устройством 12 подаются через эти же фурменные устройства 9 непосредственно в металлическую ванну. Потоки жидкого металла образующихся у фурм зон циркуляции увлекают за собой компоненты загружаемой шихты, перемешивают их с горячим металлом, обеспечивая хорошие условия для теплообмена между жидким металлом и вводимыми в печь компонентами шихты и дополнительного топлива. Поскольку плотность всех элементов, вводимых в фурмы, значительно ниже плотности выплавляемого металла, то все они в конечном счете будут вытеснены металлом в шлаковую ванну, за исключением той части, которая способна раствориться в металле. This goal is achieved in that the
Такое изменение конструкции доменной печи дает возможность получить значительное повышение температуры выплавляемого металла при прежних теоретических температурах в зонах горения топлива у фурм. Such a change in the design of the blast furnace makes it possible to obtain a significant increase in the temperature of the smelted metal at the previous theoretical temperatures in the combustion zones of the tuyeres.
В настоящее время измеряемые специальными устройствами температуры по радиусу горна доменной печи объемом 2000 м3 с диаметром горна 9750 мм изменяются от 200oC в фокусе горения на расстоянии 800 мм от устья фурмы до 1400oC на расстоянии 1500 мм от устья фурмы и до 1300oC к центру горна [3]
С учетом того, что после выпуска чугуна из печи в процессе транспортировки его для дальнейшего передела (в сталеплавильные цехи или на разливочные машины) температура чугуна еще снижается на 75 140oC [4] принято, что температура в центре горна должна быть не ниже 1350 1400oC для предельного и несколько более выше для кремнистых чугунов [5]
Из приведенных данных видно, что никаким температурным запасом в центре горна современная доменная печь не обладает. Резкое падение температуры с 2000 до 1400oC на участке в 700 мм от фокуса горения к центру печи говорит о том, что около 50% площади горна имеет критически низкую температуру, не позволяющую выплавлять в доменной печи металлы, для которых температура восстановления их из окислов или температура их плавления превышают 1500oC.Currently, the temperature measured by special devices along the radius of the hearth of a blast furnace with a volume of 2000 m 3 and a hearth diameter of 9750 mm varies from 200 o C in the focus of combustion at a distance of 800 mm from the mouth of the lance to 1400 o C at a distance of 1500 mm from the mouth of the lance and up to 1300 o C to the hearth center [3]
Given the fact that after the release of cast iron from the furnace during transportation for further processing (to steel mills or to casting machines), the temperature of cast iron is still reduced by 75 140 o C [4] that the temperature in the center of the hearth should not be lower than 1350 1400 o C for the limit and slightly higher for silicon cast iron [5]
From the above data it is seen that the modern blast furnace does not have any temperature reserve in the hearth of the hearth. A sharp drop in temperature from 2000 to 1400 o C in the area of 700 mm from the focus of combustion to the center of the furnace indicates that about 50% of the hearth area has a critically low temperature, which does not allow the smelting of metals for which the temperature of their reduction from oxides or their melting point exceeds 1500 o C.
Выше отмечалось, что температура газов, образующихся в тех частях зон горения, где углерод топлива сгорает не в CO (как это считается при расчете теоретической температуры горения, что верно в среднем для всего горна), а в CO2, достигает значений выше 3000oC. Это вызывает развитие реакций, не являющихся необходимыми для технологии процесса получения металла в печи. К ним можно отнести такие процессы как испарение некоторых материалов (в основном это испарение моноокиси кремния SiO с температурой испарения 1870oK ([1] с.78)). Сюда же следует отнести реакции окисления железа, кремния, марганца, ранее восстановленных в вышележащих слоях и опускающихся сверху в окислительные зоны у фурм. Эти вновь образовавшиеся окислы, выходящие через нижнюю границу окислительных зон в шлаковую ванну, растекаются по всей площади горна и подвергаются восстановлению углеродом кокса с поглощением большого количества тепла. Именно это и приводит к резкому снижению температур сразу же за границами окислительных зон. С одной стороны, эти процессы необходимы современной доменной печи. Если бы их не было, то коксовая насадка в центральной части горна и в межфурменных пространствах периферийной части оставалась бы инертным малоподвижным слоем, оказывающим сопротивление опусканию шихты в печи, т.е. нарушающим нормальную работу печи. Протекание же этих реакций приводят к сжиганию кокса и в этих восстановительных зонах, способствуя продвижению шихты в печи сверху вниз. С другой стороны это накладывает большие ограничения на возможности доменного процесса, часть из которых изложена выше, а остальные будут приведены ниже.It was noted above that the temperature of gases generated in those parts of the combustion zones where the carbon of the fuel does not burn in CO (as calculated by calculating the theoretical combustion temperature, which is true on average for the entire furnace), but in CO 2 , reaches values above 3000 o C. This causes the development of reactions that are not necessary for the technology of the process of obtaining metal in a furnace. These include processes such as the evaporation of certain materials (mainly the evaporation of silicon monoxide SiO with an evaporation temperature of 1870 o K ([1] p. 78)). This also includes the oxidation of iron, silicon, manganese, previously reduced in the overlying layers and descending from above into the oxidizing zones at the tuyeres. These newly formed oxides, exiting through the lower boundary of the oxidation zones into the slag bath, spread over the entire area of the hearth and are reduced by carbon coke with the absorption of a large amount of heat. This is precisely what leads to a sharp decrease in temperatures immediately beyond the boundaries of the oxidation zones. On the one hand, these processes are necessary for a modern blast furnace. If there were none, then the coke nozzle in the central part of the hearth and in the inter-tuyere spaces of the peripheral part would remain an inert inactive layer, resisting the lowering of the charge in the furnace, i.e. disturbing the normal operation of the furnace. The course of these reactions leads to the burning of coke in these recovery zones, contributing to the advancement of the charge in the furnace from top to bottom. On the other hand, this imposes great restrictions on the capabilities of the domain process, some of which are described above, and the rest will be given below.
Если дутье подавать в печь не над поверхностью жидкой шлаковой ванны, через которую подогреть находящийся под слоем шлака жидкий металл практически невозможно из-за низкой теплопроводности и высокой вязкости шлака, а непосредственно в металлическую ванну, то в целом для общего теплового и материального балансов плавки практически ничего не меняется. Изменяются лишь местные промежуточные материальные и тепловые потоки в нижней части печи, благодаря которым происходит выравнивание температур по радиальным направлениям на всех уровнях печи и появляется значительный температурный резерв в горне печи, позволяющий существенно расширить возможности современного доменного процесса. If the blast is fed into the furnace not above the surface of the liquid slag bath, through which it is practically impossible to heat the liquid metal under the slag layer due to the low thermal conductivity and high viscosity of the slag, but directly into the metal bath, then, in general, for the overall thermal and material balances of melting nothing changes. Only local intermediate material and heat flows in the lower part of the furnace change, due to which the temperature is equalized in radial directions at all levels of the furnace and a significant temperature reserve appears in the furnace hearth, which allows to significantly expand the capabilities of the modern blast furnace process.
В современной печи сжигание углерода кокса в районе фурм происходит по следующей схеме:
в фокусе горения
C + O2 CO2 + Q1, (1)
затем на выходе из окислительной зоны происходит реакция
CO2 + C 2CO Q2, (2)
где Q1 и Q2 тепловые эффекты реакций.In a modern furnace, the combustion of coke carbon in the tuyere area occurs according to the following scheme:
in focus of burning
C + O 2 CO 2 + Q 1 , (1)
then, at the exit from the oxidation zone, a reaction occurs
CO 2 + C 2CO Q 2 , (2)
where Q 1 and Q 2 are the thermal effects of the reactions.
В конечном итоге получается суммарный результат
2C + O2 2CO + Q3, (3)
где Q3 Q1 Q2
При подаче дутья в металл этот же процесс горения идет по схеме, имеющей место в сталеплавильных конвертерах:
Fe + O2 2FeO + Q4, (4)
и далее -
2FeO + 2C 2Fe + 2CO Q5 (5)
где C углерод, растворенный в чугуне, и углерод коксовой насадки, погруженной в металлическую ванну.The end result is a summary result.
2C + O 2 2CO + Q 3 , (3)
where Q 3 Q 1 Q 2
When blast is fed into the metal, the same combustion process proceeds according to the scheme that takes place in steel converters:
Fe + O 2 2FeO + Q 4 , (4)
and further -
2FeO + 2C 2Fe + 2CO Q 5 (5)
where C is carbon dissolved in cast iron and carbon is a coke nozzle immersed in a metal bath.
В итоге суммирования реакции (4) и (5) получается реакция горения углерода
2C + O2 2CO + Q6,(6)
где Q6 равно Q3, так как реакция (6) представляет собой ту же реакцию (3), имеющую место в современной доменной печи. Но при этом
1) Основной источник выделения тепла в печи переносится из места, расположенного над жидким шлаком, достаточный прогрев которого необходим для обеспечения его подвижности и полноты восстановления металлов из окислов шлака, в место, расположенное ниже слоя шлака. Следовательно, все греющие газы будут проходить через слой шлака, отдавая ему значительно больше тепла, чем в современной доменной печи.As a result of summing the reaction (4) and (5), the reaction of carbon combustion
2C + O 2 2CO + Q 6 , (6)
where Q 6 is equal to Q 3 , since reaction (6) is the same reaction (3) that takes place in a modern blast furnace. But at the same time
1) The main source of heat in the furnace is transferred from a place located above the liquid slag, sufficient heating of which is necessary to ensure its mobility and completeness of metal recovery from slag oxides, to a place located below the slag layer. Consequently, all heating gases will pass through the slag layer, giving it much more heat than in a modern blast furnace.
2) Ввиду того, что температура кипения металла значительно выше температуры горения углерода в жидкой ванне, никаких процессов испарения компонентов шихты в зоне сжигания углерода кислородом дутья в данном случае не может происходить. Источник ненужных затрат высокотемпературного тепла из зоны горения убирается, средняя температура жидких продуктов плавки по сечению горна на горизонте сжигания топлива дутьем повышается. 2) Due to the fact that the boiling point of the metal is much higher than the temperature of carbon combustion in a liquid bath, no processes of evaporation of the charge components in the zone of carbon burning with oxygen by blast can occur in this case. The source of unnecessary costs of high-temperature heat from the combustion zone is removed, the average temperature of the liquid smelting products along the cross-section of the hearth on the horizon of burning fuel rises.
3) Зона горения топлива с горизонтов, где мощная стена коксовой насадки печи ограничивает возможности распространения тепла в центральные районы горна, переносится на более низкие горизонты, где такой насадки нет. Высокая теплопроводность и текучесть металла в сочетании с наличием зон циркуляции металла, образующихся у фурм, обеспечивают интенсивный перенос тепла к осевой зоне горна, выравнивая температуру металла, а следовательно, и лежащего на нем шлака по всему сечению горна, что означает значительное повышение температур в центре горна. При поддержании теоретической температуры в зоне горения на прежнем уровне, например на уровне 2200oC, температура металла по всему сечению горна может быть повышена до 2150oC. При наличии движения металла в зонах циркуляции, массового выделения пузырьков в CO от сжигания углерода по реакции (6) и перемешивании ими металла и шлака условия теплопередачи настолько улучшаются, что температурный перепад между греющими и нагреваемыми средами не может составлять более 50oC с учетом того, что процесс этот длится в доменной печи часами для каждой порции металла, выпускаемой периодически из печи. Указанная цифра теоретической температуры далеко не предельна для современной доменной печи. Если установить давно достигнутые промышленностью такие параметры дутья, как нагрев до 1400oC и обогащение дутья кислородом до содержания его в дутье 40% то теоретическая температура горения углерода кокса в кислороде дутья печи может быть повышена более, чем до 3000oC. Достаточно иметь температуру жидких продуктов плавки на уровне 2100oC. Таким образом, появляется возможность без затраты технологической электрической энергии получать в доменной печи все виды ферросплавов и ряд цветных металлов, получаемых в настоящее время в электропечах.3) The zone of fuel combustion from horizons, where the powerful wall of the coke oven nozzle limits the possibility of heat distribution to the central areas of the hearth, is transferred to lower horizons where there is no such nozzle. The high thermal conductivity and fluidity of the metal, combined with the presence of metal circulation zones formed at the tuyeres, provide intensive heat transfer to the axial zone of the furnace, equalizing the temperature of the metal, and hence the slag lying on it, over the entire section of the furnace, which means a significant increase in temperature in the center hearth. While maintaining the theoretical temperature in the combustion zone at the same level, for example at the level of 2200 o C, the temperature of the metal over the entire cross-section of the hearth can be increased to 2150 o C. In the presence of metal movement in the circulation zones, mass emission of bubbles in CO from carbon combustion by reaction (6) and their mixing of metal and slag, the heat transfer conditions are so improved that the temperature difference between heating and heated media cannot be more than 50 o C, given that this process lasts in the blast furnace for hours for each portion and metal periodically released from the furnace. The indicated figure of theoretical temperature is far from the limit for a modern blast furnace. If we establish such parameters of blasting long ago achieved by the industry as heating to 1400 ° C and enriching the blast with oxygen to 40% in the blast, then the theoretical combustion temperature of coke carbon in the oxygen of the blast furnace can be increased to more than 3000 o C. It is enough to have a temperature liquid melting products at the level of 2100 o C. Thus, it becomes possible without the expense of technological electrical energy to obtain in the blast furnace all types of ferroalloys and a number of non-ferrous metals currently obtained in electric furnaces.
4) Появление температурного резерва в печи позволяет организовать загрузку непосредственно в горн печи части шихтовых материалов, достаточных для обычных корректировок состава шлаков и для замены до 75% кокса шихты на некоксующийся как пылевидный, так и кусковой недефицитный уголь. Таким образом ликвидируется большая инерционность современной доменной печи и экономится дефицитное топливо. 4) The emergence of a temperature reserve in the furnace allows arranging the loading directly into the furnace hearth of a portion of the charge materials sufficient for conventional adjustments of the slag composition and for replacing up to 75% of the charge coke with non-coking pulverized and lumpy non-deficient coal. Thus, the large inertia of the modern blast furnace is eliminated and scarce fuel is saved.
5) Подача дутья в металл приводит к выжиганию углерода из металла. При этом в доменной печи получается не чугун, а сталь (железо с содержанием углерода менее 1%). Для получения чугуна в печи дутье нужно подавать через фурмы 8, расположенные выше уровня жидких продуктов плавки. Регулируя соотношение расхода дутья на верхний (над жидкими продуктами) и нижний ряды фурм, можно регулировать содержание углерода в получаемом металле от нынешних 4,5% до нуля. 5) The supply of blast into the metal leads to the burning of carbon from the metal. Moreover, in the blast furnace, it is not cast iron that is produced, but steel (iron with a carbon content of less than 1%). To obtain cast iron in the furnace, the blast must be fed through
6) Выравнивание температур по радиусу горна печи позволяет организовать выплавку заданного металла из руд таким образом, что он не будет содержать загрязняющих примесей других металлов, содержащихся в шихтовых материалах и имеющих температуру начала восстановления на 100 и более градусов выше той, которую имеет заданный металл. Например, сейчас выплавляемый в доменных печах передельный чугун содержит в обязательном порядке какое-то количество кремния (около 0,4-1% ). Этот кремний не нужен в передельном чугуне, его придется выжигать из металла в сталеплавильных агрегатах. Наличие кремния в чугуне объясняется тем, что в горне доменной печи, как отмечалось выше, на уровне поверхности жидкой ванны имеются участки, где температура жидких продуктов плавки имеет значение, достаточное для восстановления кремния из кремнезема пустой породы железных руд и золы кокса, участки вблизи фурменных очагов горения кокса. Здесь же имеются и такие участки (в центральной части горна), где восстановление кремния не происходит. При существующей неравномерности распределения температур по сечению горна снизить температуры в районе фурменных очагов горения до значений, предотвращающих восстановление кремния из кремнезема, нельзя, так как при этом снизятся и температуры в центральной части горн до значений, вызывающих загустевание шлаков и нарушение ровного хода процесса плавки в печи. При равномерном же распределении температур по радиусу горна это можно сделать, то есть держать температуру продуктов плавки, при которой восстановление железа из окислов будет происходить, а восстановление кремния происходить не будет. Такие возможности тоже позволяют снижать расход топлива на выплавку заданного металла, свободного от ненужных примесей. 6) Aligning the temperatures along the radius of the furnace hearth allows you to organize the smelting of a given metal from ores in such a way that it will not contain contaminants of other metals contained in the charge materials and having a temperature of the beginning of reduction by 100 or more degrees higher than that of a given metal. For example, now pig iron smelted in blast furnaces necessarily contains a certain amount of silicon (about 0.4-1%). This silicon is not needed in pig iron, it will have to be burned out of metal in steelmaking units. The presence of silicon in cast iron is explained by the fact that, as noted above, at the level of the surface of the liquid bath there are areas in the furnace of the blast furnace where the temperature of the liquid melting products is sufficient to restore silicon from silica of the empty rock of iron ores and coke ash, areas near the tuyeres foci of burning coke. Here there are also such areas (in the central part of the hearth) where silicon does not recover. Given the uneven distribution of temperatures over the cross-section of the hearth, it is impossible to reduce the temperatures in the area of the tuyeres of combustion to the values that prevent the recovery of silicon from silica, since the temperatures in the central part of the hearth will also decrease to values that thicken the slags and disrupt the smooth running of the melting process in ovens. With a uniform distribution of temperatures along the radius of the hearth, this can be done, that is, to keep the temperature of the smelting products at which the reduction of iron from oxides will occur, and the reduction of silicon will not occur. Such opportunities also allow to reduce fuel consumption for the smelting of a given metal, free from unnecessary impurities.
Принимая во внимание изложенные недостатки конструкции современных доменных печей, требующих высокого расхода дефицитного кокса на выплавку чугуна и не дающих возможности выплавлять в доменной печи другие металлы, кроме освоенных к настоящему времени чугуна, ферромарганца, низкокремнистого ферросилиция, предлагается на современной доменной печи при сохранении всех элементов ее конструкции и вспомогательных устройств, таких как системы загрузки шихты в печь, нагрева и подачи дутья в печь, отвода из печи колошниковых газов и др. установить второй ряд фурм 9, подающих нагретое дутье непосредственно в жидкую металлическую ванну 10. Taking into account the stated design flaws of modern blast furnaces, which require a high consumption of scarce coke for smelting cast iron and do not make it possible to melt other metals in the blast furnace, except for cast iron, ferromanganese, and low-silica ferrosilicon that have been mastered to date, it is proposed on a modern blast furnace with all elements preserved its design and auxiliary devices, such as systems for loading the charge into the furnace, heating and supplying blast into the furnace, removal of blast furnace gases from the furnace, etc. it a second row of
Количество фурм нижнего ряда и их диаметры подбираются таким образом, чтобы общая площадь сечения фурм была равна общему сечению фурм верхнего ряда. Количество же фурм нижнего ряда может быть в 3-5 раз меньше количества фурм верхнего ряда. The number of tuyeres of the lower row and their diameters are selected so that the total cross-sectional area of the tuyeres is equal to the total section of the tuyeres of the upper row. The number of tuyeres in the lower row can be 3-5 times less than the number of tuyeres in the upper row.
Такая печь имеет возможность работать с подачей всего дутья как на верхние фурмы 8, когда в печи нужно выплавлять современный чугун, так и на нижние фурмы, когда нужно получить из той же шихты не чугун, а сталь или другие металлы, требующие наличия высоких температур в горне. При этом в качестве дутья может применяться любая газовая смесь, содержащая 5-100% кислорода и имеющая температуру 273-2273K. Such a furnace has the ability to work with the supply of all blast both to the
В зависимости от желания получить в металле любое промежуточное содержание углерода, лежащее между значениями содержания его в стали и чугуне, доля дутья, подаваемого в нижний ряд фурм, может колебаться от 15 до 100% от общего его расхода на печь, установленного исходя из соображений максимального использования температурного и химического потенциала горновых газов на вышележащих горизонтах шихты в печи, как это имеет место на современных доменных печах. Depending on the desire to obtain in the metal any intermediate carbon content lying between the values of its content in steel and cast iron, the proportion of blast supplied to the lower row of tuyeres can vary from 15 to 100% of its total consumption for the furnace, established on the basis of maximum considerations use of the temperature and chemical potential of the furnace gases on the overlying horizons of the charge in the furnace, as is the case in modern blast furnaces.
Нижние фурмы 9 нужно снабдить устройствами 12 для подачи через них в печь любого элемента шихты, загружаемой в печь через колошник, без дополнительной подготовки. В принципе эти устройства могут представлять собой пневмокамерные насосы, наполняемые холодным дутьем, подающие периодически шихту в поток горячего дутья непосредственно у входа его в печь. Такое устройство использует тот же принцип загрузки шихты в печь, что и современное двухконусное загрузочное устройство, имеющее место на большинстве доменных печей всех стран. Шихта из емкости 12 подается в печь с использованием ее силы тяжести и давления холодного дутья, всегда превышающего давление горячего дутья, в которое вводится шихта. При необходимости вместо холодного дутья может быть использован компремированный воздух или другие газы. The
Наличие засыпного устройства (горнового засыпного устройства в отличие от современного колошникового устройства) дает возможность вводить в печь любые марки углей без помола (для замены дефицитного кокса) и легирующие добавки. The presence of a filling device (a furnace filling device, unlike a modern top furnace device) makes it possible to introduce any type of coal without grinding (to replace scarce coke) and alloying additives into the furnace.
Необходимо увеличить высоту горна примерно на 1 м по сравнению с современными печами для организации зон циркуляции в металлической ванне печи, куда подается дутье из нижних фурм. It is necessary to increase the height of the hearth by about 1 m compared to modern furnaces for organizing circulation zones in the metal bath of the furnace, where blast from the lower tuyeres is supplied.
Желательно предусмотреть возможность наличия в печи двух слоев металла для того, чтобы в предлагаемой доменной печи можно было выплавлять не только черные, но и цветные металлы, некоторые из которых имеют относительно низкую температуру кипения, не позволяющую организовать в них эффективное сжигание углерода топлива. В нижнем слое будет находиться металл, не являющийся продуктом плавки, но с высокой температурой кипения, в котором может производиться эффективное сжигание углерода топлива. В верхнем слое будет располагаться основной металл продукт плавки. Для этого печь должна иметь две металлические летки (выпускные отверстия), расположенные на разных уровнях: летка 7 для выпуска выплавляемого металла, другая (14) для выпуска из печи (при необходимости) металла из зоны сжигания топлива. It is desirable to provide for the possibility of having two layers of metal in the furnace so that not only ferrous but non-ferrous metals can be smelted in the proposed blast furnace, some of which have a relatively low boiling point, which does not allow them to efficiently burn fuel carbon. In the lower layer there will be metal, which is not a melting product, but with a high boiling point, in which efficient combustion of carbon fuel can be carried out. The main metal will be the melting product in the upper layer. For this, the furnace must have two metal gaps (exhaust openings) located at different levels: a
Ввиду чрезвычайной важности для доменной печи широкого развития в ней процессов частичного окисления ранее восстановленных металлов, распространения образующихся окислов по всей площади горна по поверхности металлической ванны и вторичного восстановления их углеродом, в горне всегда должен оставаться жидкий металл после очередного выпуска плавки. Этот металл служит как средой, по поверхности которой распространяются окислы металлов, так и резервуаром тепла, необходимого для прохождения реакций восстановления металлов из окислов, поглощающих значительное количество тепла. Таким образом, эта часть металлической ванны доменной печи, не подлежащая выпуску из печи при очередных выпусках продуктов плавки, играет роль катализатора, ускоряющего течение химических реакций и процессов теплопередачи в горне печи, и может быть названа каталитической ванной. Объем каталитической ванны должен быть не менее половины объема разовой порции металла, выпускаемой периодически из печи (не менее 8% от суточной выплавки металла печью). Due to the extreme importance for the blast furnace of the wide development in it of the processes of partial oxidation of previously reduced metals, the spread of the formed oxides over the entire area of the furnace over the surface of the metal bath and their secondary reduction with carbon, liquid metal should always remain in the furnace after the next melting release. This metal serves both as a medium on the surface of which metal oxides propagate, and as a reservoir of heat necessary for the passage of metal reduction reactions from oxides that absorb a significant amount of heat. Thus, this part of the metal bath of the blast furnace, which cannot be discharged from the furnace during the next releases of melting products, plays the role of a catalyst that accelerates the course of chemical reactions and heat transfer processes in the furnace of the furnace, and can be called a catalytic bath. The volume of the catalytic bath should be at least half the volume of a single portion of the metal periodically released from the furnace (at least 8% of the daily metal smelting by the furnace).
Все добавки, вводимые в дутье в настоящее время, такие как кислород, природный и другие горючие газы, пар, мазут и др. могут вводиться в предлагаемую печь в прежнем виде, исходя из прежних технологических предпосылок. Повышение температур продуктов плавки в предлагаемой печи позволяет значительно увеличить количество этих добавок в расчете на единицу выплавляемого металла по сравнению с существующим уровнем. All additives currently introduced in the blast, such as oxygen, natural and other combustible gases, steam, fuel oil, etc. can be introduced into the proposed furnace in the same form, based on the previous technological prerequisites. The increase in temperature of the melting products in the proposed furnace can significantly increase the amount of these additives per unit of smelted metal compared to the existing level.
На чертеже изображено вертикальное сечение доменной печи, оборудованной двумя рядами фурм для подачи в печь дутья и вводимых в дутье топливных и других компонентов шихты, и горновым засыпным устройством. The drawing shows a vertical section of a blast furnace equipped with two rows of tuyeres for supplying blast into the furnace and fuel and other charge components introduced into the blast, and a furnace filling device.
Шахтная печь имеет зону загрузки сверху шихтовых материалов колошник 1, зону сушки, нагрева и начала восстановления окислов металлов шахту 2, зону плавления и нагрева шлаков распар 3, зону окончательного плавления всех шихтовых материалов, кроме кокса, заплечики 4, зону сжигания топлива и накопления жидких продуктов плавки горн 5. Жидкие продукты плавки выпускаются периодически по мере их накопления. Шлак выпускается через шлаковую летку 6, а металл -через металлическую летку 7. В горн непрерывно подается газообразное дутье через воздушные фурмы верхнего пояса 8 и воздушные фурмы нижнего пояса 9. Дутье, подаваемое через фурмы 8, расположенные выше слоя жидких продуктов плавки, вступает во взаимодействие с углеродом коксовой насадки, заполняющей заплечики и верхнюю часть горна 5, точно так же, как и в обычной доменной печи. Кислород дутья, подаваемого в слой металла в горне, - металлическую ванну 10, взаимодействует с углеродом, растворенном в металле, углеродом кусков кокса, погруженного в металл под весом столба шихтовых материалов, и с восстановленным металлом металлической ванны. Взаимодействие кислорода дутья с углеродом кокса приводит к образованию моноокиси углерода CO по реакции (3). Взаимодействие кислорода дутья с восстановленным железом приводит к образованию закиси железа FeO по реакции (4). Закись железа, увлекаемая потоками металла вверх от циркуляционных зон под воздействием выделяющихся и всплывающих пузырьков моноокиси углерода, стремится распространиться по всему объему металла, но встречая на своем пути углерод, растворенный в металле, взаимодействует с ним по реакции (5), превращаясь снова в восстановительное железо и моноокись углерода в полном соответствии с процессами, происходящими в сталеплавильных конвертерах. Непрореагировавшая с углеродом в металлической ванне закись железа всплывает на поверхность металлической ванны вследствие большой разности удельных весов железа и окиси железа и там взаимодействует с углеродом кокса и с углеродом угля, подаваемого в металлическую ванну и всплывающего на ее поверхность. Образующаяся в фурменных зонах печи моноокись углерода и азот дутья поднимаются навстречу опускающейся шихте, отдавая ей тепло. Моноокись углерода, попадая в верхние ряды шихты, где температура газа снижается до уровня ниже 1000oC, взаимодействует с окислами железа, проводя работу восстановления железа из них.The shaft furnace has a loading zone on top of the
В нижней части шахты, распаре и заплечиках пустая порода железорудной части шихты и флюсующие добавки расплавляются и стекают по коксовой насадке в шлаковую ванну 11, располагающуюся на поверхности металлической ванны 10. Восстановленный из окислов металл тоже плавится вместе со шлаковыми компонентами и, стекая по коксовой насадке, сливается сквозь шлаковую ванну в металлическую ванну. По мере наполнения горна металлом и шлаком последние периодически сливаются из печи через шлаковую 6 и чугунную 7 летки в соответствующие ковши. In the lower part of the mine, the steam and the shoulders, the waste rock of the iron ore part of the charge and fluxing additives are melted and flow down the coke nozzle into the
Загрузка в горн углей для замены дефицитного и дорогого кокса и других компонентов шихты производится при помощи горновых засыпных устройств 12, подающих шихту через фурмы 9 непосредственно в металлическую ванну 10. Coal is loaded into the furnace to replace the scarce and expensive coke and other components of the charge using the furnace filling devices 12 that feed the mixture through the
Нижняя часть жидкой металлической ванны каталитическая ванна 13 поддерживается заполненной в течение всего периода работы печи между ремонтами. В необходимых случаях металл из этой ванны может быть выпущен через нижнюю металлическую летку 14. The lower part of the liquid metal bath, the catalytic bath 13 is maintained filled during the entire period of operation of the furnace between repairs. If necessary, the metal from this bath can be released through the lower metal notch 14.
Нагретый воздух (дутье) подается во все воздушные фурмы из кольцевого воздухопровода 15 с помощью подводящих рукавов 16 для верхнего ряда фурм, и 17 для нижнего. Различные добавки к дутью, такие как кислород, водяной пар, горючие газы и/или мазут, пылевидное твердое топливо и др. проводятся к каждой фурме обоих рядов отдельными трубопроводами с регулирующими механизмами, дающими возможность изменить расход добавок на каждую форму в отдельности. Изменение соотношения расходов воздуха на верхний и нижний ряды фурм производится изменением диаметров фурм и их количества. При технологической необходимости любая из фурм может быть отключена от воздушного потока и от печи. Heated air (blast) is supplied to all air lances from the annular air pipe 15 using the supply arms 16 for the upper row of lances, and 17 for the lower. Various additives to the blast, such as oxygen, water vapor, combustible gases and / or fuel oil, pulverized solid fuel, etc. are carried out for each lance of both rows by separate pipelines with regulating mechanisms, making it possible to change the consumption of additives for each form separately. The change in the ratio of air flow to the upper and lower rows of tuyeres is made by changing the diameters of the tuyeres and their number. With technological need, any of the tuyeres can be disconnected from the air flow and from the furnace.
Шихта, загружаемая тележками скипами 18 в печь, состоит из руды, содержащей выплавляемый печью металл в окисленном состоянии (руда может быть предварительно спечена в агломерат), флюсующих добавок (в основном в виде известняка CaCO3) и твердого кускового углеродистого топлива в виде кокса, антрацита, некоторых видов углей, обладающих достаточной прочностью на истирание.The mixture, loaded by skips 18 in trolleys into the furnace, consists of ore containing metal smelted by the furnace in an oxidized state (the ore can be pre-sintered into sinter), fluxing additives (mainly in the form of limestone CaCO 3 ) and solid lumpy carbon fuel in the form of coke, Anthracite, some types of coals with sufficient abrasion resistance.
Из скипов 18 шихта высыпается в приемную воронку 19 колошникового засыпного устройства. После этого происходит опускание малого конуса 20 -днища приемной воронки, и шихта высыпается на большой конус 21 днище межконусной емкости 22. После загрузки на большой конус нескольких скипов шихтовых материалов, предусмотренных технологией процесса плавки, большой конус 21 опускается, и шихта высыпается в печь, а большой конус закрывается, герметизируя печное пространство и межконусное пространство 22. From the skips 18, the mixture is poured into the receiving funnel 19 of the top-mounted charging device. After this, the small cone 20 of the bottom of the receiving funnel is lowered, and the mixture is poured onto the large cone 21 of the bottom of the inter-cone tank 22. After loading several skips of the charge materials provided for by the melting process onto the large cone, the large cone 21 is lowered, and the mixture is poured into the furnace, and the large cone closes, sealing the furnace space and the inter-cone space 22.
Газ, образующийся в фурменных зонах, где сжигается топливо в дутье, а также газы, образующиеся в печи в процессе восстановления металлов из окислов по реакциям
MeO + C _→ Me + CO (7)
(где MeO окисел металла; Me металл; C углерод топлива; CO - образующаяся в процессе моноокись углерода) и
MeO + CO _→ Me + CO2 (8)
отдав тепло шихте, покидают печь через газоотводы 23, поступают в систему газоочистки, а затем идут на сжигание в топках доменных воздухонагревателей и других потребителей.Gas generated in tuyere zones where fuel is burned in the blast, as well as gases generated in the furnace during the reduction of metals from oxides by reactions
MeO + C _ → Me + CO (7)
(where MeO is metal oxide; Me is metal; C is fuel carbon; CO is carbon monoxide formed in the process) and
MeO + CO _ → Me + CO 2 (8)
having given heat to the charge, they leave the furnace through
Качество взаимодействия газового потока с шихтой в верхней половине печи контролируется и регулируется посредством измерения пульсаций давления газа на выходе из печи, обработки результатов измерений и выработки командных сигналов системой контроля и управления технологическими параметрами на основе микроЭВМ. The quality of interaction of the gas stream with the charge in the upper half of the furnace is monitored and regulated by measuring the pulsations of the gas pressure at the outlet of the furnace, processing the measurement results and generating command signals by a control system and technological parameters based on the microcomputer.
В целом технология ведения процесса выплавки металла в предлагаемой печи повторяет технологию процесса выплавки чугуна в доменной печи за исключением некоторых деталей (относящихся к наличию нижнего ряда воздушных фурм), позволяющих иметь дополнительную информацию о течении процессов в нижней части печи и принимать определенные меры по корректировке процесса плавки благодаря наличию горнового засыпного устройства. In general, the technology of conducting the process of metal smelting in the proposed furnace repeats the technology of the process of smelting cast iron in a blast furnace, with the exception of some details (related to the presence of the lower row of air tuyeres) that allow you to have additional information about the processes in the lower part of the furnace and take certain measures to adjust the process swimming trunks due to the presence of a mining filling device.
Наряду с вышеупомянутым внесенные изменения в конструкцию современной доменной печи дают возможность значительно расширить ассортимент металлов, выплавляемых из руд в печи, и снизить расход топлива на их выплавку по сравнению с имеющим место в современных агрегатах, выплавляющих эти металлы. Along with the aforementioned, changes in the design of a modern blast furnace make it possible to significantly expand the assortment of metals smelted from ores in the furnace and reduce fuel consumption for smelting them compared to those in modern units smelting these metals.
Пример 1. Выплавка чугуна в современной доменной печи и выплавка стали из той же рудной шихты в высокотемпературной малоинерционной доменной печи при одинаковых параметрах комбинированного горячего дутья. Example 1. Iron smelting in a modern blast furnace and steel smelting from the same ore charge in a high-temperature low-inertia blast furnace with the same parameters of combined hot blasting.
В обоих случаях ( см. таблицу варианты 1 и 2) в печь загружаются
офлюсованный агломерат в количестве 1,7 т на 1 т выплавляемого металла, содержащий, Fe2O3 66,0; FeO 11,3; SiO28,7; CaO 10,0; MgO 1,0; Al2O31,7; MnO 1,0;P2O5 0,2; SO30,1;
кокс, содержащий, C 86,1; A (зола)10,0; летучие вещества 1,0; S 2,0; H2 0,6; N20,3.In both cases (see
fluxed agglomerate in an amount of 1.7 tons per 1 ton of smelted metal containing, Fe 2 O 3 66.0; FeO 11.3; SiO 2 8.7; CaO 10.0; MgO 1.0; Al 2 O 3 1.7; MnO 1.0; P 2 O 5 0.2; SO 3 0.1;
Coke containing C 86.1; A (ash) 10.0; volatile substances 1.0; S 2.0; H 2 0.6; N 2 0.3.
в качестве дутья используется атмосферный воздух с добавкой 3% природного газа и 5% кислорода. atmospheric air with the addition of 3% natural gas and 5% oxygen is used as a blast.
Базовый вариант (вариант 1 в таблице) соответствует подаче всего дутья в формы, расположенные выше уровня жидких продуктов плавки в печи (условия работы обычной доменной печи). Второй вариант предусматривает подачу 75% комбинированного дутья на второй ряд фурм, направляющих его в ванну жидкого металла (вариант 2 в таблице), остальные 25% дутья подаются в верхний ряд фурм. При этом с помощью загрузочного устройства для подачи шихты через фурмы нижнего ряда непосредственно в горн печи загружается кусковой уголь, содержащий 86,1% углерода, 10% золы, 2% серы и 1,9% влаги. Качество взаимодействия дутья с жидким металлом в горне контролируется и регулируется при помощи измерения пульсаций давления дутья в фурменных рукавах нижнего ряда, обработки замеров в микроЭВМ, разлагающей полученные результаты замеров в амплитудно-частотный спектр, выделяющей контрольный участок частот получаемого спектра и вырабатывающей команды на изменение параметров дутья для удержания значений контролируемых частот в заданном диапазоне 10 20 Гц. The basic version (
При снижении частот пульсаций ниже этого уровня принимаются меры по увеличению скорости дутья на фурмах нижнего ряда (например, увеличение расхода дутья), а при повышении частот выше заданного диапазона скорость дутья на нижних фурмах соответственно снижается. With a decrease in the pulsation frequencies below this level, measures are taken to increase the speed of the blast on the tuyeres of the lower row (for example, increase the flow rate of the blast), and when the frequencies increase above a specified range, the speed of the blast on the lower tuyeres decreases accordingly.
При появлении пульсаций давления газов на выходе из печи принимаются меры по изменению порядка загрузки шихтовых материалов в печь (например, увеличивается число подач, загружаемых "коксом вперед" или увеличивается порция материалов, загружаемых в печь одновременно.)
Основные показатели сравниваемых плавок приведены в таблице.When gas pressure pulsations appear at the furnace exit, measures are taken to change the order of loading charge materials into the furnace (for example, the number of feeds loaded with “coke forward” increases or the portion of materials loaded into the furnace increases at the same time.)
The main indicators of the compared swimming trunks are given in the table.
Так как фурмы нижнего ряда могут иметь диаметр в свету до 0,5 м, то крупность кусков угля и других шихтовых материалов, загружаемых непосредственно в горн печи, остается такой же, как и крупность кусков компонентов шихты, загружаемых обычно в печь через колошниковое засыпное устройство (до 200 мм). Since the tuyeres of the lower row can have a light diameter of up to 0.5 m, the size of the pieces of coal and other charge materials loaded directly into the furnace hearth remains the same as the size of the pieces of charge components, usually loaded into the furnace through the top furnace charge (up to 200 mm).
Из данных таблицы видно, что подача 75% от общего расхода дутья и 75% твердого топлива непосредственно в ванну жидкого металла приводит к снижению общего расхода топлива на выплавку 1 т металла на 7,9% снижению расхода кокса на 77,5% росту производительности печи на 55% При этом в печи получается не чугун, а сталь. The table shows that the supply of 75% of the total flow of blast and 75% of solid fuel directly into the molten metal bath leads to a decrease in the total fuel consumption for
Пример 2. Выплавка 65%-го ферросилиция (ФС-65) в ферросплавной электропечи и в высокотемпературной малоинерционной доменной печи. Example 2. Smelting 65% ferrosilicon (FS-65) in a ferroalloy electric furnace and in a high-temperature low-inertia blast furnace.
На выплавку 1 т ферросилиция ФС-65 в электропечи расходуется (см. [1] стр. 151),кг/т:
Кварцит 1532
Стружка стальная 332
Кокс сухой 721
Электродная масса 54,3
Электродная арматура 2,8
Для получения 7347 кВт•ч электроэнергии нужно сжечь на тепловой электростанции углерода топлива 1992 кг при тепловом КПД электростанции 40%
При выплавке ФС-65 в высокотемпературной доменной печи необходимо затратить те же материалы, а для возмещения тепла, вносимого электрической дугой, необходимо сжечь в горне печи 1540 кг углерода в дутье (атмосферном воздухе), нагретом до 1573К.For the smelting of 1 ton, FS-65 ferrosilicon in an electric furnace is consumed (see [1] p. 151), kg / t:
Quartzite 1532
Steel shavings 332
Dry coke 721
Electrode mass 54.3
Electrode Fittings 2.8
To obtain 7347 kWh of electricity, it is necessary to burn 1992 kg of fuel carbon at a thermal power plant with a thermal efficiency of the power plant of 40%
When smelting FS-65 in a high-temperature blast furnace, it is necessary to expend the same materials, and in order to compensate for the heat introduced by the electric arc, it is necessary to burn 1540 kg of carbon in the furnace hearth in blast (atmospheric air) heated to 1573K.
Если учесть, что при сжигании колошникового газа в топках энергоблоков в обоих вариантах происходит экономия суммарного расхода углерода твердого топлива на выплавку металла, то в итоге получается расход углерода топлива на выплавку 1т ФС-65:
в электропечи 2175 кг C,
в высокотемпературной доменной печи 801 кг C, т.е. в 2,7 раза меньше, чем в электропечи.If we take into account that when burning top gas in the furnaces of power units in both cases, the total consumption of carbon solid fuel for metal smelting is saved, then the result is the consumption of carbon fuel for smelting 1t FS-65:
in an electric furnace 2175 kg C,
in a high temperature blast furnace 801 kg C, i.e. 2.7 times less than in an electric furnace.
При этом себестоимость выплавки ферросилиция снижается практически вдвое и в 2,7 раза уменьшаются выбросы в атмосферу дымовых газов, образующихся при сжигании углерода твердых топлив. At the same time, the cost of smelting ferrosilicon is almost halved and emissions of flue gases resulting from the combustion of carbon solid fuels are reduced by 2.7 times.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95122530A RU2086657C1 (en) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | Apparatus for reducing metal oxides by carbon and melting metals in blast furnace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95122530A RU2086657C1 (en) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | Apparatus for reducing metal oxides by carbon and melting metals in blast furnace |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2086657C1 true RU2086657C1 (en) | 1997-08-10 |
| RU95122530A RU95122530A (en) | 1997-11-27 |
Family
ID=20175329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95122530A RU2086657C1 (en) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | Apparatus for reducing metal oxides by carbon and melting metals in blast furnace |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2086657C1 (en) |
-
1995
- 1995-12-27 RU RU95122530A patent/RU2086657C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Писи Дж.Г., Давенпорт В.Г. Доменный процесс. Теория и практика. - М.: Металлургия, 1984, с.14-19. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0131266B1 (en) | Process for the production of iron using converter | |
| US4045214A (en) | Method for producing steel | |
| US5611838A (en) | Process for producing an iron melt | |
| EP0563559B1 (en) | A smelting reduction method with higher productivity | |
| SU1496637A3 (en) | Method and apparatus for continuous refining of steel in electric furnace | |
| US4786321A (en) | Method and apparatus for the continuous melting of scrap | |
| CA1336542C (en) | Method for smelting and reducing iron ores and apparatus therefor | |
| CA1160056A (en) | Method of, and arrangement for, producing molten pig iron or steel pre-material | |
| JPH0433841B2 (en) | ||
| US4504307A (en) | Method for carrying out melting, melt-metallurgical and/or reduction-metallurgical processes in a plasma melting furnace as well as an arrangement for carrying out the method | |
| SU1743360A3 (en) | Plant and method for continuous steel production | |
| US3912501A (en) | Method for the production of iron and steel | |
| KR930009970B1 (en) | Process for smelting or melting ferrous or non-ferrous metal from self-reducing agglomerates or metal | |
| AU2015367250A1 (en) | Metallurgical furnace for producing metal alloys | |
| HU184306B (en) | Process and equipment for reducing granular iron oxide and for producing iron melt | |
| US4244732A (en) | Manufacture of steel from ores containing high phosphorous and other undesirable constituents | |
| US4753677A (en) | Process and apparatus for producing steel from scrap | |
| US4556418A (en) | Process for melting a ferrous burden | |
| US4419128A (en) | Continuous melting, refining and casting process | |
| US1948695A (en) | Method and apparatus for the production of molten steel | |
| US3038795A (en) | Process for smelting and reducing powdered or finely divided ores | |
| RU2086657C1 (en) | Apparatus for reducing metal oxides by carbon and melting metals in blast furnace | |
| US20050151307A1 (en) | Method and apparatus for producing molten iron | |
| US1948697A (en) | Manufacture of metals | |
| US3295955A (en) | Smelting method and device |