RU2407804C2 - Cupola heat on hard coal - Google Patents
Cupola heat on hard coal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407804C2 RU2407804C2 RU2009100337/02A RU2009100337A RU2407804C2 RU 2407804 C2 RU2407804 C2 RU 2407804C2 RU 2009100337/02 A RU2009100337/02 A RU 2009100337/02A RU 2009100337 A RU2009100337 A RU 2009100337A RU 2407804 C2 RU2407804 C2 RU 2407804C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cupola
- fuel
- firewood
- coal
- melting
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к литейному производству и производству минераловатных изделий, где применяются шахтные печи малого диаметра одинаковой конструкции и предназначено для плавки шихтовых материалов на тощих углях.The invention relates to foundry and production of mineral wool products, which are used shaft furnaces of small diameter of the same design and is intended for melting charge materials on lean coal.
Поиски новых видов ваграночного и доменного топлива ведутся давно. Известны вагранки с частичной заменой кокса природным газом, вагранки с применением электроэнергии. Также разработаны технологии применения в вагранках пылеугольного топлива (ПУТ), использование мазута, нефти, пекового кокса, а также эмульсий и суспензий.The search for new types of cupola and blast furnace fuel has been going on for a long time. Known cupolas with partial replacement of coke with natural gas, cupolas using electricity. Technologies have also been developed for the use of pulverized coal (PUT) in cupolas, the use of fuel oil, oil, pitch coke, as well as emulsions and suspensions.
Известно, что в первых доменных печах основным горючим был древесный уголь. Выход древесного угля из дров колеблется обычно в пределах от 60 до 70 об.%.It is known that in the first blast furnaces charcoal was the main fuel. The output of charcoal from firewood usually ranges from 60 to 70 vol.%.
Древесный уголь обладает высокой реакционной способностью и горючестью, что связано с его огромной пористостью (80-87%). По химическому составу древесный уголь выгодно отличается от кокса малой зольностью (1-2% А) и чистотой по сере (<0,05% S) и фосфору (0,1-0,07% Р). Однако в настоящее время его почти не используют вследствие дороговизны, большого расхода и низкой механической прочности из-за его большой пористости.Charcoal has a high reactivity and combustibility, which is associated with its huge porosity (80-87%). In terms of chemical composition, charcoal compares favorably with coke in its low ash content (1-2% A) and purity in sulfur (<0.05% S) and phosphorus (0.1-0.07% P). However, at present it is almost not used due to the high cost, high consumption and low mechanical strength due to its high porosity.
Известна технология производства литейного кокса из тощих и слабоспекающихся углей Кузнецкого угольного бассейна. Основным недостатком этой технологии являются большие затраты при коксовании.Known technology for the production of foundry coke from lean and low-caking coals of the Kuznetsk coal basin. The main disadvantage of this technology is the high cost of coking.
На протяжении многих лет велись попытки использования различных марок углей без какой-либо подготовки его как в доменном, так и в ваграночном производстве.Over the years, attempts have been made to use various grades of coal without any preparation for it in both blast furnace and cupola production.
Известен способ ваграночной плавки чугуна и оксидных материалов на антраците, включающий загрузку материалов в шахту вагранки и подачу дутья в кислородную зону, отличающийся тем, что уровень загрузки материалов в печи составляет , где Дв - диаметр вагранки, причем дутье в кислородную зону подают подогретым до 450-550°С в равных количествах на двух горизонтах с расстоянием между ними (17,5-20)% от диаметра вагранки [патент RU 2335718. Пашков В.В., Селянин И.Ф. и др.].A known method for cupola melting of cast iron and oxide materials on anthracite, including loading materials into the cupola shaft and blowing into the oxygen zone, characterized in that the level of material loading in the furnace is where D in - the diameter of the cupola, and the blast in the oxygen zone is fed preheated to 450-550 ° C in equal amounts on two horizons with a distance between them (17.5-20)% of the cupola diameter [patent RU 2335718. Pashkov V. V., Selyanin I.F. and etc.].
В данном патенте описывается технология, позволяющая устранить основной недостаток антрацита - низкую термическую стойкость, вследствие чего он при быстром нагреве в вагранке и большом давлении столба металлической шихты растрескивается на мелкие куски, которые уменьшают свободное сечение вагранки и приводят к нарушению хода плавки. Указывается, что подогрев дутья до 450-500°С уменьшает вероятность растрескивания антрацита, тем самым способствуя нормальному протеканию процесса. Основной недостаток этого способа заключается в том, что уровень загрузки материалов в печи ограничен соотношением , где Дв - диаметр вагранки, а также то, что дутье в кислородную зону подают на двух горизонтах с расстоянием между ними (17,5-20)% от диаметра вагранки.This patent describes a technology that allows to eliminate the main disadvantage of anthracite - low thermal stability, as a result of which, when heated quickly in a cupola and high pressure of a column of a metal charge, it crackes into small pieces, which reduce the free section of the cupola and lead to disruption of the melting course. It is indicated that heating the blast to 450-500 ° C reduces the likelihood of cracking of anthracite, thereby contributing to the normal course of the process. The main disadvantage of this method is that the level of material loading in the furnace is limited by the ratio where D in - the diameter of the cupola, as well as the fact that the blast in the oxygen zone is fed at two horizons with a distance between them (17.5-20)% of the diameter of the cupola.
Наиболее близким к заявленному является способ плавки чугуна в вагранке с вторичным дутьем, позволяющим заменить часть кокса рабочей топливной колоши каменным углем [Селянин И.Ф. Плавка чугуна в вагранке с расширенной зоной горения с применением каменного угля. / И.Ф.Селянин, Г.Л.Маркс // Ресурсосберегающие технологические процессы в литейном производстве: тезисы докладов II Республиканской научно-технической конференции; Орджоникидзе. - 1988. - С.32-33]. В этом способе использовали тощий уголь марки ТК Кузнецкого бассейна. Опытные плавки показали, что замена кокса углем положительно сказывается на химическом составе получаемого чугуна. Расход дефицитного кокса при плавке чугуна в вагранке с вторичным дутьем можно уменьшить. Однако замена в рабочей топливной колоше 50% кокса углем приводит к незначительному снижению температуры чугуна на желобе вагранки, а при дальнейшем увеличении доли угля температура чугуна падает значительно.Closest to the claimed is a method of melting cast iron in a cupola with secondary blast, which allows you to replace part of the coke with a working fuel spike with coal [Selyanin I.F. Melting cast iron in a cupola with an expanded combustion zone using coal. / I.F.Selyanin, G.L. Marx // Resource-saving technological processes in foundry: abstracts of the II Republican scientific and technical conference; Ordzhonikidze. - 1988. - S. 32-33]. In this method, lean coal of the TK brand of the Kuznetsk basin was used. Experimental melting showed that the replacement of coke with coal positively affects the chemical composition of the resulting cast iron. The consumption of scarce coke during the melting of cast iron in a cupola with secondary blasting can be reduced. However, the replacement of 50% coke with coal in the working fuel spool leads to a slight decrease in the temperature of cast iron on the cupola of the cupola, and with a further increase in the proportion of coal, the temperature of cast iron drops significantly.
Недостатком этого способа является то, что невозможно полностью уйти от использования кокса.The disadvantage of this method is that it is impossible to completely avoid the use of coke.
Задачей изобретения является использовать вместо кокса смесь, состоящую из 60% тощих углей и 40% березовых дров. Что приводит к устойчивому ходу плавки и удешевлению процесса выплавки.The objective of the invention is to use instead of coke a mixture consisting of 60% lean coal and 40% birch firewood. Which leads to a stable course of melting and a cheaper process of smelting.
Для этого в способе ваграночной плавки чугуна и оксидных материалов на тощих углях, включающем загрузку топлива и материалов в вагранку, по данному изобретению в топливные колоши добавляют 40% березовых дров и 60% тощих углей, при этом дутье подогревают до 450-550°С.To do this, in the method of cupola melting of cast iron and oxide materials on lean coals, including loading fuel and materials into the cupola, according to this invention, 40% of birch wood and 60% of lean coals are added to fuel spikes, while the blast is heated to 450-550 ° C.
Сущность метода заключается в том, что березовые дрова не теряют своей прочности при горении и имеют высокую теплотворную способность Q=(4÷4,5)·103 ккал/кг, тощие угли Q=(7,5÷8,3)·103 ккал/кг, а кокс Q=(6,2÷6,8)·103 ккал/кг.The essence of the method is that birch firewood does not lose its strength during combustion and has a high calorific value Q = (4 ÷ 4,5) · 10 3 kcal / kg, lean coals Q = (7,5 ÷ 8,3) · 10 3 kcal / kg, and coke Q = (6.2 ÷ 6.8) · 10 3 kcal / kg.
В процессе ваграночной плавки на коксе выделяется оптимальное количество тепла.During cupola melting, the optimum amount of heat is generated on coke.
Для нормального протекания ваграночного процесса необходимо, чтобы в результате горения смеси древесных дров и тощих углей выделялось такое же количество тепла как и при горении кокса.For the normal course of the cupola process, it is necessary that, as a result of burning a mixture of wood and lean coal, the same amount of heat is released as when burning coke.
При заданном процентном соотношении: 40% дров и 60% тощих углей количество теплоты, выделяющееся при сгорании топливной колоши равноFor a given percentage: 40% firewood and 60% lean coal, the amount of heat released during the combustion of the fuel spike is
Qобщ=Qдрова+Qуголь=0,4·4,5·103+0,6·8·103=6,6·103 ккал/кг.Q total = Q firewood + Q coal = 0.4 · 4.5 · 10 3 + 0.6 · 8 · 10 3 = 6.6 · 10 3 kcal / kg.
Таким образом, один килограмм смеси - дрова (40%) и тощий уголь (60%) дают такое же количество тепла, что и один килограмм кокса. Эта замена равносильна в тепловом отношении.Thus, one kilogram of the mixture - firewood (40%) and lean coal (60%) give the same amount of heat as one kilogram of coke. This replacement is thermally equivalent.
Дрова при горении и нагрузке не растрескиваются, хорошо держат давление верхних слоев шихты, как каркас воспринимают нагрузку на себя и разгружают от нагрузки куски угля. Это позволяет значительно повысить уровень загрузки шихтовых материалов.Firewood during burning and loading do not crack, hold pressure of the upper layers of the charge well, as the frame perceives the load on itself and unloads pieces of coal from the load. This allows you to significantly increase the level of loading of charge materials.
Также дрова являются замедлителем реакции горения, в результате увеличивается высота кислородной зоны.Also, firewood is a moderator of the combustion reaction, as a result, the height of the oxygen zone increases.
Начиная со 150°С древесная масса теряет гигроскопическую влагу. Начиная с этой температуры и с дальнейшем повышением температуры начинается процесс выделения и горения летучих. При достижении температуры 270-280°С происходит быстрая реакция усиленного разложения органических веществ древесины с выделением большого количества газа, сопровождающаяся значительным выделением тепла, доходящим до 6% от общей начальной калорийности древесины [Л.М.Мариенбах. Применение местных топлив и заменителей кокса при плавке чугуна в вагранке. МАШГИЗ, 1943, с.28-29].Starting at 150 ° C, wood pulp loses hygroscopic moisture. Starting from this temperature and with a further increase in temperature, the process of evolution and combustion of volatiles begins. Upon reaching a temperature of 270-280 ° C, a rapid reaction of enhanced decomposition of wood organic matter occurs with the release of a large amount of gas, accompanied by significant heat release, reaching up to 6% of the total initial calorie content of wood [L. Marienbach. The use of local fuels and substitutes for coke in the smelting of cast iron. MASHGIZ, 1943, p. 28-29].
Таким образом, реакции выделения тепла начинают идти уже на верхних горизонтах печи. Углерод, содержащийся в древесине, при этом пока не выгорает.Thus, heat evolution reactions begin to occur already at the upper horizons of the furnace. The carbon contained in the wood, while not fading.
Некоторый захолаживающий эффект, при использовании сырых дров, компенсируется подогревом дутья до 450-550°С. Также это благоприятно влияет на стойкость углей против растрескивания.Some cooling effect, when using raw firewood, is compensated by heating the blast to 450-550 ° C. It also favorably affects the resistance of coal against cracking.
Плотность и модуль упругости тощих углей выше, чем у кокса. Стойкость углей против растрескивания в кислородной зоне повышается при подогреве дутья.The density and elastic modulus of lean coals is higher than that of coke. The resistance of coal against cracking in the oxygen zone increases when the blast is heated.
Подогрев дутья способствует протеканию реакцииHeated blast contributes to the reaction
вместо реакцииinstead of reaction
что уменьшает температуру поверхности кокса в кислородной зоне, температурные градиенты и уменьшает вероятность растрескивания угля.which reduces the surface temperature of coke in the oxygen zone, temperature gradients and reduces the likelihood of cracking of coal.
Влага, которая выделяется из дров при горении, увлажняет дутье и также способствует протеканию реакции (I) с тем же положительным эффектом.The moisture that is released from the wood during combustion moisturizes the blast and also contributes to the course of reaction (I) with the same positive effect.
В изобретении предлагается дутье подогревать до 450-550°С.The invention proposes to blow the blast to 450-550 ° C.
Подогрев дутья ниже 450°С недостаточно для эффективного подавления реакции (II) и развития реакции (I). Температура поверхности куска угля в кислородной зоне остается высокой, порядка 2000°С, что вызывает высокие температурные градиенты поверхности, увеличивает вероятность растрескивания куска топлива.Heating the blast below 450 ° C is not enough to effectively suppress reaction (II) and develop reaction (I). The surface temperature of a piece of coal in the oxygen zone remains high, about 2000 ° C, which causes high temperature gradients of the surface, increases the likelihood of cracking a piece of fuel.
Подогрев дутья свыше 550°С нецелесообразно, так как на малых шахтных печах устанавливаются радиационно-конвективные рекуператоры, у которых свыше этой температуры теплообменные трубы из жаростойкой стали быстро выходят из строя.Heating the blast over 550 ° C is impractical, since radiation-convective recuperators are installed on small shaft furnaces, in which heat-transfer pipes from heat-resistant steel quickly fail over this temperature.
Экспериментальные плавки проводили на вагранке Новокузнецкого предприятия ЗАО «Изолит». Вагранка имела внутренний диаметр 1250 мм и два загрузочных отверстия на высоте 3,5 и 5,5 м от уровня основного ряда фурм. Вагранка предназначена для приготовления оксидного расплава из отвального доменного шлака и горной породы - диабаза для производства минеральной ваты. В качестве топлива применяли березовые дрова и тощие угли марки ТПКО ОАО ОФ «Разрез Красногорский» (Юг Кузбасса).Experimental swimming trunks were carried out on the cupola of the Novokuznetsk enterprise Izolit CJSC. The cupola had an internal diameter of 1250 mm and two loading holes at a height of 3.5 and 5.5 m from the level of the main row of tuyeres. The cupola is intended for the preparation of oxide melt from waste blast furnace slag and rock - diabase for the production of mineral wool. The fuel used was birch firewood and lean coals of the TPKO brand of OJSC PF Razrez Krasnogorsky (South of Kuzbass).
Вагранка оборудована радиационно-конвективным рекуператором, позволяющим подогревать дутье до 550°С.The cupola is equipped with a radiation-convective recuperator, which allows heating the blast to 550 ° C.
Были произведены две серии опытов. Первая серия: высота загрузки материалов составляла 4,0 м, количество добавляемых дров в топливные колоши изменялось в пределах 20-60% по массе (таблица 1).Two series of experiments were performed. First series: the material loading height was 4.0 m, the amount of firewood added to the fuel spikes varied between 20-60% by weight (Table 1).
Вторая серия: количество добавляемых дров в топливных колошах составляла 40% по массе, высота загрузки материалов изменялась в пределах 3,0-5,5 м (таблица 2)Second series: the amount of added firewood in fuel spikes was 40% by weight, the loading height of materials varied between 3.0-5.5 m (table 2)
Первая серия опытов показала, что оптимальные результаты достигаются при 40% березовых дров в топливных колошах. При меньшем содержании дров прочности каркаса березовых дров недостаточно, чтобы эффективно противостоять нагрузке верхних слоев шихты, и куски угля частично растрескиваются, несмотря на подогрев дутья до 550°С. При большем содержании, свыше 40%, теплотворной способности топлива недостаточно, чтобы перегреть расплав до высоких необходимых температур.The first series of experiments showed that optimal results are achieved with 40% birch firewood in fuel spikes. With a lower content of firewood, the strength of the frame of birch firewood is not enough to effectively withstand the load of the upper layers of the charge, and pieces of coal partially crack, despite the heating of the blast to 550 ° C. At a higher content, over 40%, the calorific value of the fuel is not enough to overheat the melt to the required high temperatures.
Вторая серия опытов показала, что оптимальные результаты достигаются при 40% дров в топливных колошах и при высоте загрузки материалов 4,0-4,5 м. При меньшей высоте загрузки газы не успевают отдать тепло твердым материалам, при незавершенном теплообмене высота зоны плавления понижается, температура перегрева расплава также понижается. При высоте загрузки свыше 4,5 м каркас дров не выдерживает механической нагрузки со стороны верхних слоев шихты, куски угля начинают растрескиваться, уровень плавления понижается, и температура расплава падает.The second series of experiments showed that optimal results are achieved with 40% firewood in fuel spikes and with a material loading height of 4.0-4.5 m. At a lower loading height, the gases do not have time to transfer heat to solid materials, with incomplete heat transfer, the height of the melting zone decreases. the melt overheating temperature also decreases. At a loading height of more than 4.5 m, the frame of the firewood does not withstand mechanical stress from the upper layers of the charge, the pieces of coal begin to crack, the melting level decreases, and the melt temperature drops.
Плавки на чугуне проводили на ОАО «Универсал» (г.Новокузнецк). Эксперименты проводили на вагранке с внутренним диаметром 1350 мм и максимальной высотой загрузки 5,2 м. Вагранка оборудована рекуператором труба в трубе, позволяющим подогревать дутье до 450°С. Шихта состояла из 60% чушкового чугуна, 30% боя изложниц и 10% стального лома. В качестве топлива применяли березовые дрова и тощие угли марки ТПКО ОАО ОФ «Разрез Красноярский» (юг Кузбасса). Были проведены также две серии опытов.Iron smelting was carried out at OJSC “Universal” (Novokuznetsk). The experiments were carried out on a cupola with an internal diameter of 1350 mm and a maximum loading height of 5.2 m. The cupola is equipped with a pipe-in-pipe recuperator, which allows heating the blast to 450 ° С. The charge consisted of 60% pig iron, 30% battle molds and 10% steel scrap. The fuel used was birch firewood and lean coals of the TPKO brand of OJSC Open Society “Razrez Krasnoyarsky” (south of Kuzbass). Two series of experiments were also conducted.
Первая серия: высота загрузки материалов составляла 4,0 м, количество добавляемых дров в топливные колоши изменялось в пределах 30-50% по массе (таблица 3).First series: the material loading height was 4.0 m, the amount of firewood added to the fuel spikes varied within 30-50% by weight (table 3).
Вторая серия: количество добавляемых дров в топливных колошах составляло 40% по массе, высота загрузки материалов изменялась в пределах 3,5-5,4 м (таблица 4).The second series: the amount of added firewood in fuel spikes was 40% by weight, the loading height of materials varied between 3.5-5.4 m (table 4).
При плавке оксидных материалов применялись березовые чурки ⌀ 120-130 мм длиной 150-160, при плавке чугуна размер чурок составлял ⌀ 150-180 мм, длина 200-220 мм.When melting oxide materials, birch chocks ⌀ 120-130 mm long 150-160 mm were used, while casting iron, the size of chocks was ⌀ 150-180 mm, length 200-220 mm.
Применение дров при плавке чугуна и оксидных материалов дает оптимальный эффект по температуре выпускаемого расплава при одинаковых параметрах по расходу дров - 40% по высоте загрузки 4,0-4,5 м.The use of firewood in the melting of cast iron and oxide materials gives an optimal effect on the temperature of the melt being released at the same parameters for the consumption of firewood - 40% for the loading height of 4.0-4.5 m.
Теплофизическая причина данного явления одна и та же. Оптимальная температура чугуна оказалась на 20°С выше, чем оксидного расплава. Это связано с тем, что на ЗАО «Изолит» вагранка обслуживается воздуходувкой ВМ 6/6000 м3/ч, на ОАО «Универсал» воздуходувкой большей мощностью ВМ 15/15000 м3/ч. Поэтому при плавке на чугуне вагранка лучше снабжалась воздухом, что привело к повышению температуры расплава.The thermophysical cause of this phenomenon is one and the same. The optimum temperature of cast iron was 20 ° C higher than that of the oxide melt. This is due to the fact that isolator is serviced by a 6/6000 m 3 / h VM blower at Izolit CJSC, and a universal blower with a larger VM capacity of 15/15000 m 3 / h is serviced by a universal blower. Therefore, when melting on cast iron, the cupola was better supplied with air, which led to an increase in the temperature of the melt.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009100337/02A RU2407804C2 (en) | 2009-01-11 | 2009-01-11 | Cupola heat on hard coal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009100337/02A RU2407804C2 (en) | 2009-01-11 | 2009-01-11 | Cupola heat on hard coal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009100337A RU2009100337A (en) | 2010-07-20 |
RU2407804C2 true RU2407804C2 (en) | 2010-12-27 |
Family
ID=42685450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009100337/02A RU2407804C2 (en) | 2009-01-11 | 2009-01-11 | Cupola heat on hard coal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2407804C2 (en) |
-
2009
- 2009-01-11 RU RU2009100337/02A patent/RU2407804C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009100337A (en) | 2010-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2010295138B2 (en) | External combustion and internal heating type coal retort furnace | |
KR101405480B1 (en) | Method for manufacturinfg coal briquettes | |
US2592730A (en) | Gas-producing furnace and burner therefor | |
KR101657402B1 (en) | High reactivity and high strength coke for blast furnace and method of producing the same | |
RU2407804C2 (en) | Cupola heat on hard coal | |
CN101691492A (en) | Coal carbonization technology | |
EP2796566B1 (en) | Blast furnace operation method | |
CN201520746U (en) | External-combustion internal-heating-type coal dry distillation furnace | |
KR101322903B1 (en) | Apparatus for manufacturing molten iron and method for manufacturing the same | |
RU2445346C1 (en) | Pulverised coal for blast furnace | |
RU2335718C2 (en) | Method of cast iron and oxide materials cupola heat on anthracite | |
RU2350659C1 (en) | Method of cast iron and anthracite oxide materials cupola heat | |
JP4589226B2 (en) | Method for producing fuel carbide and fuel gas | |
RU2349634C1 (en) | Pulverised coal fuel for blast-furnaces | |
JP2004263256A (en) | Method for charging raw material into blast furnace | |
JP2933809B2 (en) | Operating method of moving bed type scrap melting furnace | |
JP2014185267A (en) | Vertical dry distillation furnace | |
RU2681172C2 (en) | Method of producing mineral wool | |
JP5987772B2 (en) | Blast furnace operation method | |
UA24272U (en) | Pulverized-coal fuel for blast-furnaces | |
RU2378388C2 (en) | Method of cupola heat of cast iron and oxide materials on lean coals and anthracite | |
EA007799B1 (en) | Process for producing metallurgical medium-temperature coke | |
JP6176361B2 (en) | Blast furnace operation method | |
RU2253076C1 (en) | Method of melting in gas cupola | |
RU2394106C1 (en) | Procedure for cupola heat of iron and oxide materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110112 |