SK147397A3 - Process for melting of metal materials in a shaft furnace - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu tavenia kovových vsádzkových materiálov v šachtovej peci, pri ktorom sa spaľuje koks s predhriatym vzduchom a veľmi čistým kyslíkom a dymové plyny ohrievajú v protiprúde kovovú vsádzku, a pri ktorom sa tavenina prehrieva a nauhličuje v koksovom lôžku.

Doterajší stav techniky

Kovové a nekovové materiály, ako železo a nekovy, čadič a diabas sa , aj napriek rozvoju spôsobu tavenia elektrickým ohrevom a plameňom, stále taví v šachtových peciach vyhrievaných koksom. Týmto spôsobom sa ešte dnes vyrába v kuplovkách asi 60% všetkých železiarskych materiálov.

Dôvodom tohoto veľkého podielu kuploviek je ďalší priebežný vývoj, pričom s ohľadom na množstvo známych modifikácií výrobných spôsobov získava na význame rozvoj kuploviek s predhriatym vetrom a použitie kyslíka.

Rozvojom kuploviek s predhriatym vetrom tak boli, napríklad, ďalekosiahlo kompenzované výrobno technické a metalurgické nevýhody kuploviek so studeným vetrom, ako sú nízke teploty železa, vysoký opál kremíka, nepatrné nauhličovanie, vysoká spotreba koksu, vysoké zachytávanie síry, vysoko žiaruvzdorný uzáver.

Podobné zlepšenia sa dosiahli použitím kyslíka, keď sa kyslík vháňal do kuplovky buď obohatením vetra až na 25% alebo priamym vstrekovaním podzvukovou rýchlosťou do kuplovky. Z dôvodu vysokých prevádzkových nákladov však bol kyslík privádzaný diskontinuálne, napríklad na rýchly rozbeh studenej peci alebo na časovo obmedzené zvýšenie teploty železa. Možnosť zvýšenia výkonu, t. j. kontinuálne privádzanie kyslíka, sa využívalo len výnimočne.

Hoci tieto modifikácie výrobných spôsobov boli zavedené, môže sa taviaci výkon, teplota železa a vsádzka koksu meniť, rovnako ako predtým, len vo veľmi úzkom rozsahu v optimálnom prevádzkovom bode.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky z väčšej časti odstraňuje spôsob tavenia kovových vsádzkových materiálov v šachtovej peci, v ktorom sa spaluje koks s predhriatym vzduchom a veľmi čistým kyslíkom a dymové plyny ohrievajú v protiprúde kovovú vsádzku, a pri ktorom sa tavenina prehrieva a nauhličuje v koksovom lôžku, pričom pre lepší prestup plynov koksovým lôžkom sa vháňa tryskou vysokou rýchlosťou pevné dielčie množstvo kyslíka, ak je to možné, do koksového lôžka a druhé premenlivé množstvo kyslíka sa vháňa tryskou do okružného vetrovodu.

Prehľad obrázkov na výkrese

Vynález bude bližšie osvetlený s pomocou výkresu, kde na obr. 1 je vyobrazený diagram taviaceho výkonu, na obr. 2a, 2b, 2c, 2d je v detaile zobrazená dúchadlová rúra a usporiadanie reakčnej zóny vo vnútri pece, na obr. 3 je vyobrazený diagram závislosti množstva kyslíka na priemere peci počas vháňania kyslíka nadzvukovou rýchlosťou a na obr. 4 je zobrazené regulované primiešavaníe kyslíka do vetra v okružnom vetrovode.

Príklady realizácie-vynálezu

Vzťah medzi taviacim výkonom a množstvom vetra a tiež množstvom prídavného kyslíka je daný známou Jungbluthovou rovnicou. Táto rovnica vychádza z vytvárania hmoty a energie, pričom sa musí vsádzka koksu a pomer spalovania zistiť pre každú kuplovku empiricky.

Spojením ovplyvňujúcich veličín, množstva vetra, vsádzky koksu a pomeru spaľovania s cieľovými veličinami vznikne diagram taviaceho výkonu, podľa obr. 1, s krivkami rovnakej vsádzky koksu a rovnakého množstva vetra. Tento diagram taviaceho výkonu, známy ako Jungbluthov diagram sa musí empiricky zistiť pre každú kuplovku. Prenesenie na inú kuplovku nie je možné, pretože prevádzka pri zmenených okrajových podmienkach, ako je' kušovitosť koksu, zloženie vsádzky, rýchlosť vetra, tlak v peci, teplota atď. sa ihneď menia.

Pri teplotnom maxime sú tepelné straty najmenšie. Pri príliš velkom množstve vetra, t. j. pri vysokej rýchlosti prúdenia sa pec preplní. Pri príliš malom množstve vetra, t. j. pri nízkej rýchlosti prúdenia sa pec nedoplní. V oboch prípadoch klesne teplota spaľovania, pretože sa jednak musí spáliť prídavná hlušina N₂ a jednak sa teplo odvádza dodatočnou tvorbou CO. Pri preplnení pece dodatočne silnejšie zoxidujú sprievodné prvky železa.

Použitím kyslíka, napríklad čiara súradnicovej siete vo vetre vyšším teplotám a vyšším prísadám sa sploští a pec sa stane necitlivá na nedoplnenie alebo na preplnenie.

Zníženie vsádzky koksu pri konštantných prísadách železa a pri zníženom množstve vetra je tiež nie možné pri priebežnom pridávaní kyslíka, pretože potom klesne teplota železa a nastanú dodatočné metalurgické výrobno technické problémy, ako nepatrné nauhličovanie, zvýšenie opalu kremíka, na 24 objemových %, sa presunie vpravo nahor k železa. Teplotné maximum zvýšenie obsahu FeO v troske a vonkajší chod pece spôsobený znížením rýchlosti vetra. Kuplovka vyrába neodlievatelné železo.

Pretože z hladiska spaľovania a výroby je k dispozícii vysoký prebytok koksu, z dôvodov hospodárnosti je veľký záujem o zníženie množstva koksu pri konštantnom taviacom výkone, pretože výrobné náklady tekutého železa sú podstatne ovplyvnené nákladmi na tavenie a nákladmi na vsádzkové materiály.

Preto je už dávno známe, že najmä pri kuplovkách s veľkým priemerom ohniska ostáva uprostred pece tzv. mŕtve miesto napriek obohateniu vetra kyslíkom, resp. napriek priamemu vstrekovaniu kyslíka podzvukovou rýchlosťou. Reakcia medzi vháňaným kyslíkom a medzi uhlíkom prebieha len v obmedzenej oblasti v blízkosti dúchadlovej rúry, pec pracuje s vonkajším chodom. Koks, ktorý je v prostriedku pece, neprispieva na reakciu, pretože spaľovací vzduch, ktorý vykazuje nepatrný impulz, nemôže preraziť, nasypanú vrstvu koksu. Reakčná zóna podľa obr. 2a leží v bezprostrednej blízkosti dúchadlovej rúry.

Predbežná podmienka na požadované zníženie množstva koksu na spálenie je rovnomerné spaľovanie v celom priereze pece, t. j. rovnomerné rozdelenie obsahu kyslíka. Pre tento účel sa musí zvýšiť impulz, t. j. rýchlosť vetra, resp. prúdu kyslíka na vyznačenú cieľovú hodnotu, nad hodnotu tvoriaci známy stav techniky.

V patentovej prihláške GB 2 018 295 je popísaný systém, ktorým sa vháňa kyslík do pece Lavalovými tryskami vstavanými centrálne do dúchadlových rúr, t. j. nadzvukovou rýchlosťou, na minimalizovanie opotrebovania žiaruvzdornej výmurovky. Vsádzka koksu nemohla byť znížená.

Pokusy s nadzvukovými tryskami centrálne vstavanými do dúchadlových rúr však prekvapujúco preukázali, že sa množstvo koksu na spálenie môže znížiť o 20 až 30 kg/t železa bez negatívneho ovplyvnenia prevádzky pece a metalurgie železa, keď sa súčasne zníži špecifické množstvo vetra pre pec z 500 až 600 m³ (i.D.)/t železa na 400 až 480 m³ (i.N.)/t železa a v závislosti na priemere pece sa dodatočne vháňa kyslík, podlá obr. 3. Špecifická potreba kyslíka sa musí meniť podlá obr. 3. Pri kuplovke s horúcim vetrom (s teplotou vetra

500 až 600θϋ) a pri priemere pece 1 m bude potreba asi 15 až m³ (i.N.) kyslíka na tonu železa a pri priemere peci 4 m - 3 bude potreba 40 az 61 m kyslíka na tonu zeleza. V závislosti na priemere pece sa musí nastaviť Machovo číslo prúdu kyslíka pri výstupe z trysiek na 1,1 < M < 3. Oproti dosial známej teórii kuploviek sa súčasne zvýši teplota železa v liacom žliabku až o 30°C. Tým sa zníži opál kremíka o 10% a zlepší sa nauhličenie o 0,2%. Najlepšie výsledky sa pri úspore koksu docielia, keď sa do kuplovky privedie pevné dielčie množstvo kyslíka nadzvukovým vstrekovaním, pretože potom nastáva rovnomerné rozdelenie kyslíka v celom priereze kuplovky. Zostatok množstva kyslíka sa regulované primiešava do vetra v okružnom vetrovode, podlá obr. 4. Týmto opatrením sa umožní konštantná realizácia analýz. Obohatenie vetra kyslíkom sa riadi a reguluje s pomocou zložiek CO, C0₂ a, O₂ v kychtovom plyne. Reakčná zóna, ktorá, podlá obr. 2, s pomocou nadzvukového vstrekovania preniká v tvare jazyka do stredu kuplovky, rozširuje sa smerom nahor a zrovnáva sa; pretože sa tak sacia sila, podlá obr. 2d, nadzvukového prúdu spalovacieho vzduchu dodatočne obohateného kyslíkom 0₂ presunie do stredu peci.

Znížením množstva vetra privádzaného do kuplovky sa zníži tlak v kuplovke a zníži sa množstvo kychtového plynu o 20%. Z dôvodov nižšej rýchlosti prúdenia v peci sa dodatočne zníži množstvo prachu úmerne množstvu kychtového plynu. Teplota horúceho vetra sa zvýši až o 30°C, pretože rekuperátor musí z dôvodu zníženého množstva vetra pracovať na nižší výkon.

Pre rozdelenie pridávania kyslíka do okružného vetrovodu a do trysiek platia nasledujúce zásady:

Základné množstvá sa môžu vybrať z diagramu OCI1.XLS. Absolútne množstvo pridávania kyslíka je stanovené požadovanou teplotou železa. Teplota železa vzrastá, keď vzrastá teplota koksového lôžka. Teplota koksového lôžka vzrastá, keď chýba chladiaci účinok dusíka sprevádzajúceho kyslík.

Tryskou sa má pridávať nadzvukovou rýchlosťou o to viac kyslíka, o čo väčšia je pec. Optimálny pomer množstva kyslíka, ktoré sa sa pridáva tryskou = 01, na množstvo kyslíka, ktoré sa pridáva ako obohatenie vetra =02, sa zistí zmeraním teploty železa pri uvedení pece do prevádzky a potom sa zadá do regulátora.

Optimálny pomer CO k CO2 v kychtovom plyne sa zistí zo súčtu výsledných prevádzkových nákladov. Silnejšia redukčná atmosféra s vyšším podielom CO prináša úspory za kremík a vyššie náklady na koks. Optimálne nastavenie preto tiež závisí od príslušných tržných cien surovín. V dobách a krajinách je skôr ekonomická oxidačná niektorých prevádzka. času na čas

Priaznivý pomer CO

CO sa preto musí preskúšať a musí sa nastaviť vhodné množstvo kyslíka.

Zamýšľané optimálne nastavenie CO k CO₂ kolíše, pretože je vyvolané rozptylom dávkovaného množstva uhlíka k železu. Tieto krátkodobé kolísania sa môžu vyrovnať prispôsobením pridávania kyslíka. Boudouardova reakcia je rýchla, pretože pridaním kyslíka velmi rýchlo stúpa teplota koksového lôžka. Privádzanie celkového množstva kyslíka k 01 a k 02 sa preto riadi tak, najhospodárnejšej hodnote, najmenší rozptyl analýzy.

že pomer CO k C0₂ sa udržuje na Týmto spôsobom sa dosiahne aj

Claims (5)

1. Spôsob tavenia kovových vsádzkových materiálov v šachtovej peci, pri ktorom sa spaluje koks s predhriatym vzduchom a velmi čistým kyslíkom a dymové plyny ohrievajú v protiprúde kovovú vsádzku, a pri ktorom sa tavenina prehrieva a nauhličuje v koksovom lôžku, vyznačujúci sa tým, že pre lepší priestup plynov koksovým lôžkom sa vháňa tryskou pevné dielčie množstvo kyslíka vysokou rýchlosťou, ak je to možné, do koksového lôžka a druhé premenlivé množstvo kyslíka sa vháňa tryskou do okružného vetrovodu.

2. Spôsob podlá nároku 1,vyznačujúci sa tým, že pevné dielčie množstvo sa volí tak, že sa nastaví čo najvyššia teplota železa.

3. Spôsob podlá nároku 1,vyznačujúci sa tým, že sa môže nastaviť obsah CO/CO₂ kychtového plynu, ktoré je optimálne pre opál pece.

4. Spôsob podlá nároku 1 a 2, vyzná tým, že sa s pomocou regulačného obvodu optimálna teplota železa.

čujúci sa udržuje konštantné

5. Spôsob podlá nároku 1 a 3, vyznačujúci sa t ý m , že sa s pomocou regulačného obvodu môže konštantné udržiavať optimálna teplota pecnej atmosféry.