RU36831U1

RU36831U1 - BLAST FURNACE COMPLEX FOR THE PRODUCTION OF IRON IRON RAW MATERIALS WITH PARTIAL REPLACEMENT OF COA STONE CARBON

Info

Publication number: RU36831U1
Application number: RU2003123383/20U
Authority: RU
Inventors: А.М. Амдур; Л.Б. Брук; Л.В. Демский; С.А. Загайнов; Н.П. Косарев; В.А. Кукарских; С.Н. Литовских; А.А. Майер; Н.В. Метелев; А.М. Полянский; Г.В. Скопов; А.Б. Соляников; В.П. Соколов; В.А. Чертовиков; В.О. Щербаков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Металлургический завод им. А.К. Серова"; Общество с ограниченной ответственностью "Горностроительный холдинг"
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2004-03-27

Description

МЬСИ с 21 в 5/02MLSI from 21 to 5/02

КОМПЛЕКС ДОМЕННОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА ИЗ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ С ЧАСТИЧНОЙ ЗАМЕНОЙ КОКСА КАМЕННЫМ УГЛЕМBLAST FURNACE COMPLEX FOR THE PRODUCTION OF IRON IRON RAW MATERIALS WITH PARTIAL REPLACEMENT OF COA STONE CARBON

Предлагаемая полезная модель относится к области черной металлургии, в частности, к производству чугуна с частичной заменой кокса каменным углем.The proposed utility model relates to the field of ferrous metallurgy, in particular, to the production of pig iron with a partial replacement of coke with coal.

Известен комплекс по производству чугуна с частичной заменой кокса каменным углем, в котором технология загрузки угля определяется в соответствии с авторским свидетельством 1 . В нем нредусматривается периодическая загрузка цикла подач с каменным углем. Интервал времени между подачами каменного угля изменяют от величины времени пребывания шихты в печи до величины произведения времени пребывания шихты в печи на отношение насыпных весов кокса и угля.A well-known complex for the production of cast iron with partial replacement of coke with coal, in which the technology of loading coal is determined in accordance with the copyright certificate 1. It provides for periodic loading of the feed cycle with coal. The time interval between the supply of coal is changed from the value of the residence time of the mixture in the furnace to the product of the residence time of the mixture in the furnace and the ratio of bulk weights of coke and coal.

Недостатком аналога является некоторое ухудшении газодинамики печи за счет пластической деформации каменного угля в нижний части верхней зоны доменной печи.The disadvantage of the analogue is a slight deterioration in the gas dynamics of the furnace due to plastic deformation of coal in the lower part of the upper zone of the blast furnace.

Также известен способ доменной плавки с частичной заменой кокса каменным углем 2 . Уголь загружают в доменную печь в количестве, пропорциональном массовой доле кремния в чугуне в пределах 0,5-3,6%.Also known is a method of blast-furnace smelting with partial replacement of coke with coal 2. Coal is loaded into a blast furnace in an amount proportional to the mass fraction of silicon in cast iron in the range of 0.5-3.6%.

Недостатком такого способа является то обстоятельство, что доля угля определяется только с учетом нагрева доменной печи и не отражает характеристики сырья.The disadvantage of this method is the fact that the proportion of coal is determined only taking into account the heating of the blast furnace and does not reflect the characteristics of the raw materials.

Прототипом полезной модели является комплекс доменной печи, технология частичной замены кокса углем в котором регламентирована па ентом Российской Федерации 3 . По этой технологии максимальное количество угля, используемое для замены кокса, определяется с учетом основных физико-химических процессов доменной плавки. Масса единичной порции выбирается из условия выклинивания угля в периферийную и осевую зоны доменной печи.The prototype of the utility model is a blast furnace complex, the technology of partial replacement of coke with coal in which is regulated by a patent of the Russian Federation 3. According to this technology, the maximum amount of coal used to replace coke is determined taking into account the basic physical and chemical processes of blast furnace smelting. The mass of a single portion is selected from the condition of pinching out of coal in the peripheral and axial zones of the blast furnace.

Недостатком прототипа является то, что реализация условий выклинивания угольной сыпи к стенке и оси печи требует загрузки малых по объему порций угля. Реализация такой технологии загрузки угля возможна только на печах, имеюших сушественный запас по времени работы системы шихтоподачи. При отсутствии такого резерва максимально возможное количество загружаемого угля определяется конструкцией системы шихтоподачи. Увеличеиие доли загружаемого угля порциями, цолностью перекрывающими поверхпость засыпи, приводит к потере производительности и загромождению горна доменной печи.The disadvantage of the prototype is that the implementation of the conditions for pinching out a coal rash to the wall and axis of the furnace requires loading small amounts of coal. The implementation of such a technology for loading coal is possible only on furnaces that have a supply of stock over the operating time of the charge feeding system. In the absence of such a reserve, the maximum possible amount of coal loaded is determined by the design of the charge feeding system. An increasing share of the loaded coal in portions that completely overlap the surface of the mound leads to a loss of productivity and cluttering the hearth of the blast furnace.

Целью полезной модели является создание комплекса доменной печи с применением в составе топливной части шихты каменных углей взамен части кокса и окислителей, позволяющего повысить производительность доменной плавки и уменьшить расход кокса при загрузке угля порциями, полностью перекрывающими поверхность засыпи.The purpose of the utility model is to create a blast furnace complex using coal instead of a part of coke and oxidizing agents in the fuel part of the charge, which allows to increase blast furnace productivity and reduce coke consumption when loading coal in portions that completely cover the surface of the mound.

Поставленная цель достигается тем, что для устранения вредного влияния каменных углей на рабочий объем горна и продолжительность вынуска из-за их разрущеиия, комплекс доменной печи дополнительно включает три блока: блок контроля состояния горна, блок дозирования и загрузки каменного угля и блок дозирования и загрузки добавок, содержащих МпО или FeO в виде трудновосстановимых соединений. Причем оба блока дозирования и загрузки связаны обратной связью с блоком контроля состояния горна. При получении сигнала от блока контроля состояния горна об уменьшении его рабочего объема и росте времени выпуска, блок загрузки добавок, содержащих FeO или МпО в виде трудновосстановимых соединений, дает команду на их подачу в печь с целью уменьщения кажущейся вязкости щлака, а блок дозирования и загрузки каменного угля корректирует массу каждой отдельной порцни каменного угля и общее количество этих порций.This goal is achieved by the fact that to eliminate the harmful effects of coal on the working volume of the hearth and the duration of the outflow due to their destruction, the blast furnace complex additionally includes three blocks: a hearth condition monitoring unit, coal dosing and loading unit and additives dosing and loading unit containing MnO or FeO in the form of refractory compounds. Moreover, both dosing and loading units are connected by feedback with the unit for monitoring the state of the hearth. Upon receipt of a signal from the hearth control unit to reduce its working volume and increase production time, the loading unit of additives containing FeO or MnO in the form of refractory compounds gives a command to supply them to the furnace in order to reduce the apparent slag viscosity, and the dosing and loading unit coal adjusts the mass of each individual portion of coal and the total number of these servings.

Предложен комплекс доменной печи для производства чугуна из железорудного сырья с частичной заменой кокса каменным углем, включающий доменную печь, системы загрузки железорудных материалов, кокса, каменного угля и добавок, подачи комбинированного дутья, отвода колошникового газа и уборки продуктов плавки, отличающийся тем, что в него дополнительно входят блок контроля состояния горна, блок дозирования и загрузки каменного угля и блок дозирования и загрузки добавок, содержащих МпО или FeO в виде трудновосстановимых соединений, причем оба блока дозирования и загрузки связаны обратной связью с блоком контроля состояния горна.A blast furnace complex is proposed for the production of pig iron from iron ore raw materials with partial replacement of coke with coal, including a blast furnace, loading systems for iron ore materials, coke, coal and additives, supply of combined blast, removal of blast furnace gas and cleaning of melting products, characterized in that it additionally includes a hearth monitoring unit, a coal dosing and loading unit and a dosing and loading unit for additives containing MnO or FeO in the form of refractory compounds, both of which the dosing and loading unit are feedback-linked to the hearth monitoring unit.

Предлагаемая полезная модель позволяет повысить производительность доменных печей за счет устранения отрицательного влияния каменного угля на уменьшение рабочего объема горна и продолжительность выпуска и снизить расход кокса. 2The proposed utility model allows to increase the productivity of blast furnaces by eliminating the negative impact of coal on the reduction of the working volume of the furnace and the duration of production and reduce the consumption of coke. 2

Схема комплекса представлена на графическом изображении (Фиг.)- Комплекс доменной печи для производства чугуна с частичной заменой кокса каменным углем включает доменную печь (1), систему загрузки железорудных материалов, кокса и флюсов (2), систему подачи комбинированного дутья (3), систему отвода колошникового газа (4) и систему уборки продуктов плавки (5). Он дополнительно содержит связанные обратной связью с блоком контроля состояния горна (6), блок дозирования и загрузки каменного угля (7) и блок дозирования и загрузки добавок, содержащих МпО или FeO в виде трудновосстановимых соединений (8).The scheme of the complex is shown in the graphic image (Fig.) - The blast furnace complex for the production of cast iron with partial replacement of coke by coal includes a blast furnace (1), a loading system for iron ore materials, coke and fluxes (2), a combined blast supply system (3), a top gas exhaust system (4) and a melting product cleaning system (5). It additionally contains feedback-related blocks from the hearth monitoring unit (6), a block for dosing and loading coal (7), and a block for dosing and loading additives containing MnO or FeO in the form of refractory compounds (8).

Блок контроля состояния горна формирует команду на изменение доли каменного угля в шихте и команду на загрузку добавок, содержащих МпО или FeO в виде трудновосстановимых соединений.The hearth control unit forms a command to change the share of coal in the charge and a command to load additives containing MnO or FeO in the form of refractory compounds.

Известно, что прочность каменного угля невысока и ниже прочности кокса. При разрушении каменного угля в доменной печи из-за механических и термических напряжений происходит образование мелких фракций. Мелкие частицы каменного угля попадают в объем и на поверхность шлака, который становится гетерогенным.It is known that the strength of coal is low and lower than the strength of coke. In the destruction of coal in a blast furnace due to mechanical and thermal stresses, the formation of fine fractions. Small particles of coal fall into the volume and onto the surface of the slag, which becomes heterogeneous.

Известно, что угол наклона линзы шлакового расплава к моменту окончания выпуска составляет 30-40°. Поэтому часть шлака остается в печи, а, следовательно, и находящиеся в нем частицы каменного угля накапливаются в горне.It is known that the slope of the slag melt lens at the time of the end of production is 30-40 °. Therefore, part of the slag remains in the furnace, and, consequently, the particles of coal in it accumulate in the furnace.

В процессе выпуска щлак вместе с мелкой фракцией угля фильтруется через коксовую насадку. Часть частиц угольной и коксовой мелочи захватывается коксовой насадкой.During the release process, the slag, together with a small fraction of coal, is filtered through a coke nozzle. Part of the coal and coke breeze particles is captured by the coke nozzle.

Наличие твердых частиц каменного угля и кокса в шлаке делает шлак гетерогенным, что сопровождается возрастанием его кажущейся вязкости. Влияние доли твердых фаз в шлаке на его вязкость описывается уравнением А. Эйнштейна:The presence of solid particles of coal and coke in the slag makes the slag heterogeneous, which is accompanied by an increase in its apparent viscosity. The influence of the fraction of solid phases in slag on its viscosity is described by the equation of A. Einstein:

Л/Ло (1 + 2,5ф) + 7ф + . . . ,( 1 )L / Lo (1 + 2.5f) + 7f +. . . ,( 1 )

где Т| - кажущаяся вязкость гетерогенного шлака. Па с; - вязкость гомогенного шлакового расплава. Па с; ф- обьемная доля твердых частиц в шлаке, м.where T | - apparent viscosity of heterogeneous slag. Pa s; - viscosity of a homogeneous slag melt. Pa s; f - volume fraction of solid particles in the slag, m

Если вязкость гомогенного шлака при температуре 1450 С составляет 0,400,55 Па с то, при доле твердых фаз ф 0,1 м, кажущаяся вязкость шлака будет в 1,32 раза выше указанной и составит около 0,6-0,7 Па с.If the viscosity of homogeneous slag at a temperature of 1450 C is 0.400.55 Pa s, then with a fraction of solids of f 0.1 m, the apparent viscosity of the slag will be 1.32 times higher than that indicated and will be about 0.6-0.7 Pa s.

ции через коксовую насадку. Скорость фильтрации расплава через коксовую насадку может быть приближенно описана уравнением Пуазейля:tion through the coke nozzle. The melt filtration rate through the coke nozzle can be approximately described by the Poiseuille equation:

(8Tll),(2)(8Tll), (2)

где г- радиус канала, м; 1- длина канала, м; Рст- гидростатическое давление жидкости на входе в канал. Па; г - вязкость шлака, Па с.where r is the radius of the channel, m; 1 - channel length, m; PST is the hydrostatic pressure of the liquid at the inlet to the channel. Pa; g - slag viscosity, Pa s.

Расчеты показали, что при увеличении вязкости шлака в 1.32 раза его доля, остающаяся в печи (с учетом пути движения расплава из самой отдаленной от чугунной летки точки), возрастает на 15-20%. Это происходит за счет увеличения значения угла наклона линзы шлакового расплава. Таким образом, полезный объем горна уменьшается.Calculations showed that with an increase in slag viscosity by 1.32 times, its fraction remaining in the furnace (taking into account the path of the melt from the point farthest from the cast iron notch) increases by 15-20%. This is due to an increase in the slope of the slag melt lens. Thus, the useful volume of the hearth is reduced.

Объем горна контролируется путем измерения количества шлака, выпускаемого из печи через чугунную летку. При этом открытие чугунной летки производится непосредственно после закрытия шлаковой летки.The volume of the hearth is controlled by measuring the amount of slag discharged from the furnace through a cast iron notch. In this case, the opening of the cast iron notch is made immediately after the closure of the slag notch.

Увеличение вязкости шлака приводит к росту продолжительности совместного выпуска чугуна и шлака. Рост продолжительности совместного выпуска чугуна и шлака вызван потерями напора при входе потока в летку и на трение в канале летки.An increase in slag viscosity leads to an increase in the duration of the joint production of pig iron and slag. The increase in the duration of the joint production of pig iron and slag is caused by pressure losses at the entrance of the flow into the groove and friction in the groove channel.

Пропесс выпуска чугуна и шлака рассматривается как процесс движения двухфазной жидкости. Расчеты показали, что режим движения расплавов в канале летки можно отнести к волновому или перемежаюшемуся. При этом потери напора и объемный расход расплава существенно зависят от кажущейся вязкости системы. При росте доли твердой фазы в системе до 0,1 об.% продолжительность совместного выпуска чугуна и шлака возрастает примерно в 1,5 раза. Увеличение длительности совместного выпуска чугуна и шлака также контролируется включенным в комплекс блоком контроля состояния горна.The production of pig iron and slag is considered as a process of two-phase fluid movement. Calculations showed that the mode of motion of the melts in the channel of the notch can be attributed to the wave or intermittent. Moreover, the pressure loss and the volumetric flow rate of the melt substantially depend on the apparent viscosity of the system. With an increase in the fraction of solid phase in the system to 0.1 vol.%, The duration of the joint production of pig iron and slag increases by about 1.5 times. The increase in the duration of the joint production of pig iron and slag is also controlled by the hearth monitoring unit included in the complex.

Для ликвидации угольной и коксовой мелочи в горне печи в состав комплекса включен блок дозирования и загрузки добавок (окислителей), содержащих FeO или МпО в виде трудновосстановимых соединений. Эти оксиды вступают в реакции с углеродом каменного угля:To eliminate coal and coke breeze in the furnace, the complex includes a unit for dosing and loading additives (oxidizing agents) containing FeO or MnO in the form of refractory compounds. These oxides react with coal carbon:

С+ (МпО) Мп + {СО}; С + (FeO) Fe + {СО}( 3 )C + (MnO) Mn + {CO}; C + (FeO) Fe + {CO} (3)

Оксиды марганца и железа вводятся в шихту с помошью дополнительно включенного в технологическую схему оборудования для дозирования и загрузки. Масса единичной порции окислителей должна обеспечивать полное перекрытие сечения колошника печи для равиомерного распределеиия оксидов марганца или железа во всем объеме шлака.Manganese and iron oxides are introduced into the charge with the help of equipment for dosing and loading, which is additionally included in the technological scheme. The mass of a single portion of oxidizing agents should provide complete overlap of the furnace top section for an even distribution of manganese or iron oxides in the entire slag volume.

При нормальном состоянии горна загрузка угля нроизводится порциями, масса которых определяется из условия полной замены кокса в данной подаче. Количество таких порций определяется, исходя из максимально возможной по условиям работы печи доли угля в шихте.In the normal state of the hearth, coal loading is carried out in batches, the mass of which is determined from the condition of the complete replacement of coke in this supply. The number of such portions is determined on the basis of the maximum possible proportion of coal in the charge according to the operating conditions of the furnace.

На каждом выпуске контролируется продолжительность совместного выпуска чугуна и шлака. При увеличении времени совместного выпуска чугуна и шлака контролируется количество шлака, выпущенного из печи в период между закрытием шлаковой летки и окончанием выпуска. Определяется полезный объем горна печи. При уменьшении объема горна печи более чем на 10 % сокращается количество порций загружаемого угля и подаются добавки, содержащие МпО или FeO в виде трудновосстановимых соединений.At each issue, the duration of the joint production of pig iron and slag is controlled. With an increase in the time of joint production of pig iron and slag, the amount of slag discharged from the furnace between the closing of the slag notch and the end of the release is controlled. The useful volume of the furnace hearth is determined. With a decrease in the furnace hearth by more than 10%, the number of servings of loaded coal is reduced and additives containing MnO or FeO are fed in the form of refractory compounds.

Эффективное удаление мелких частиц угля наблюдается в тех случаях, когда концентрация МпО в шлаке составляет 1,5-2,0 мае. %, а FeO - 2-2,5 мас.%. Исходя из этих значений, определяется количество загружаемых окислителей.Effective removal of small particles of coal is observed in cases where the concentration of MnO in the slag is 1.5-2.0 May. %, and FeO - 2-2.5 wt.%. Based on these values, the amount of loaded oxidizing agents is determined.

Пример. Проводилась доменная плавка с использованием в шихте железорудного сырья, кокса, каменного угля, марганецсодержашего шлака и сварочного шлака. При работе комплекса доменной печи по настояшей полезной модели в нем предусматривали три дополнительных блока: блок контроля состояния горна, блок дозирования и загрузки каменного угля и блок дозирования и загрузки добавок, содержащих МпО или FeO в виде трудновосстановимых соединений. При этом контролировались химический состав чугуна и шлака, время совместного выпуска чугуна и шлака и объем горна. По результатам этого контроля корректировались порции подаваемых в доменную печь материалов. Результаты плавок в различные периоды приводятся в таблице. Период 1 - работа комплекса доменной печи по прототипу.Example. Blast furnace smelting was carried out using iron ore, coke, coal, manganese-containing slag and welding slag in the charge. During the operation of the blast furnace complex according to the present utility model, three additional blocks were provided for in it: a hearth monitoring unit, coal dosing and loading unit, and dosing and loading unit for additives containing MnO or FeO in the form of refractory compounds. In this case, the chemical composition of cast iron and slag, the time of joint production of cast iron and slag, and the volume of the furnace were controlled. According to the results of this control, the portions of the materials supplied to the blast furnace were adjusted. The results of swimming trunks in different periods are given in the table. Period 1 - the operation of the blast furnace complex of the prototype.

Период 2 - работа комплекса доменной печи по предлагаемой полезной модели, в качестве добавки, содержащей FeO в виде трудновосстановимого соединения использовался сварочный щлак состава FeO SiO2.Period 2 - operation of the blast furnace complex according to the proposed utility model, a welding slag of the composition FeO SiO2 was used as an additive containing FeO in the form of a hardly recoverable compound.

Период 3 - работа как в периоде 2, но в качестве добавки, содержащей МпО в виде трудновосстановимых соединений, использовался марганецсодержащий шлак.Period 3 - work as in period 2, but as an additive containing MnO in the form of refractory compounds, manganese-containing slag was used.

Таблица.Table.

Анализ приведенных данных показывает, что предлагаемая полезная модель позволяет осуществлять загрузку каменного угля порциями, перекрывающими всю поверхность колощника, и тем самым увеличить долю кокса, заменяемого каменным углем, а также увеличить производительность процесса доменной плавки.An analysis of the data shows that the proposed utility model allows coal to be loaded in portions that cover the entire surface of the grate, and thereby increase the proportion of coke replaced by coal, as well as increase the productivity of the blast furnace smelting process.

Источники информацииSources of information

1.Авторское свидетельство СССР № 1158591 А, кл. С21ВЗ/00, 1985.1. The author's certificate of the USSR No. 1158591 A, cl. S21VZ / 00, 1985.

2.Авторское свидетельство СССР № 1120020 А, кл. С21ВЗ/00, 1984.2. The author's certificate of the USSR No. 1120020 A, cl. S21VZ / 00, 1984.

3.Патент РФ № 2176271 С1, кл. С21 В5/00, 2001.3. RF patent No. 2176271 C1, cl. C21 B5 / 00, 2001.

мm

Claims

A blast furnace complex for the production of pig iron from iron ore raw materials with the partial replacement of coke with coal, including a blast furnace, a system for loading iron ore materials, coke, coal and additives, supplying combined blast, venting blast furnace gas and cleaning melting products, characterized in that additionally includes a hearth monitoring unit, a coal dosing and loading unit and a dosing and loading unit for additives containing MnO or FeO in the form of refractory compounds, both dosing units The load and load are connected by feedback with the hearth monitoring unit.