SU1364639A1 - Способ отоплени мартеновской печи - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области черной металлургии и может быть использовано при выплавке стали в мартеновских печах. С целью снижени  затрат топлива на единицу продукции, а та1кже уменьшени  количества вредных примесей, выбрасываемых в атмосферу, предложено регулировать соотношение топлива и окислител  в разные перио- ды плавки. В периоды заправки, завалки и прогрева коэффициент расхода окислител  поддерживают в пределах 0,8-0,98, в остальные периоды 0,95- 1,05. Сочетание указанных приемов с дожиганием оставшегос  СО дымового газа при / 1,05-1,2 и Т 1800- 2200 К в вертикальном канале значительно снижает энергоемкость процесса , преп тствует выбросу СО в атмос- феру. Ф (Л

Description

00

а

4

О) СО

Изобретение относитс  к черной металлургии , а именно к оптимизации теплотехнического режима мартеновской печи.

Цель изобретени  - снижение затрат топлива на единицу продукции и уменьшение вредных выбросов.

При современном уровне производстсостоит в обеспечении интенсивного нагрева и теплоусвоени  шихты, т.е. ; добиваютс  таких условий, чтобы при максимальной тепловой нагрузке наибольша  часть тепла переходила в шихту , что способствует сокращению длительности этих периодов.

Период заливки чугуна хар-актеризу

ва и темпах его развити  режимы веде- Q етс  бурным газовыделением из ванны

НИЛ выплавки стали в мартеновской печи должны удовлетвор ть также требовани м минимальных выбросов вредных веществ в окружающую среду. А поскольку в насто щее врем  отсутствуют промьшшенные методы и средства улавливани  газовых выбросов мартеновского производства и разработка этих средств св зана с больщими трудност ми , уменьшени  вредных выбросов можно достичь пока единственно их; подавлением в ходе технологического процесса.

Мартеновское производство стали  вл етс  циклическим с повтор ющейс  последовательностью периодов, которые можно условно подразделить на периоды теплотехнические и технологические . Каждый период характеризуетс  своими особенност ми, выполн емьши задачами и, соответственно, своей совокупностью технологических приемов, контролируемых и регулируемых параметров и управл ющих воздействий.

Плавка делитс  на следующие основные периоды: заправку, завалку, прогрев , заливку чугуна, плавление, доводку и выпуск плавки.

Периоды заправки и выпуска плавки характеризуютс  сравнительно высокой тепловой нагрузкой печи и относительно небольшим теплоотводом от факела, т.е. теплотехнические услови  в печи близки к адиабатическим. В эти периоды наблюдаютс  максимальные концентрации N0 в дымовых газах. В эти периоды технологические воздействи  направлены на сокращение времени и сведение тепловой нагрузки до минимума .

В периоды завалки и прогрева теп- лоотвод от факела резко увеличиваетс , теплова  нагрузка в печи максимальна . В эти периоды дутье обогащаетс  кислородом что повышает температуру горени  и, соответственно, увеличивает образование окислов азо- та. Управление теплотехническим процессом в период завалки и прогрева

15

20

25

30

35

40

45

50

55

и перемешиванием масс металла. В атмосферу печи поступает значительное количество СО, сжиганием которого можно обеспечить дополнительньй, побочный приход тепла и исключить создание взрывоопасных смесей в газо ходах печи.

Задача периода плавлени  состоит в дальнейшем нагреве шихты, а также получении по расплавлении шихты металла с необходимыми дл  осуществлени  технологических задач доводки составом и степенью нагрева. Период характеризуетс  фазовыми превращени  ми, комплексом сложных термохимических реакций, большими возмущени ми, нестационарностью протекаемых во все объеме печи процессов. Управление в этот период плавки состоит в интенсивном нагреве ванны, удалении приме сей, в обеспечении полного сжигани  в пределах рабочего пространства печи топлива и выдел ющейс  из ванны окиси углерода. В этот период кислород подаетс  в расплавленньй металл, вли   на.горение топлива в факеле косвенным образом, в основном за счет выделени  СО из ванны.

Период доводки  вл етс  самым ответственным в плавке, поскольку его правильным режимом определ етс  качество готовой стали. Технологическа  задача в этот период заключаетс  в синхронизации удалени  избытка при месей из металла и его нагрев до тем пературы, обеспечивающей нормальную разливку стали.

Таким образом, на всем прот жении мартеновской плавки необходимо поддерживать оптимальный тепловой и окислительньй режим с учетом множества физико-химических факторов существенно нестационарного характера.. При мартеновском производстве стали основными факторами  вл ютс  нагрев ванны от факела и окисление углерода так как они оказывают исключительно важное вли ние на развитие технологи ческого процесса плавки, протекание

5

0

5

0

5

0

5

0

5

и перемешиванием масс металла. В атмосферу печи поступает значительное количество СО, сжиганием которого можно обеспечить дополнительньй, побочный приход тепла и исключить создание взрывоопасных смесей в газоходах печи.

Задача периода плавлени  состоит в дальнейшем нагреве шихты, а также получении по расплавлении шихты металла с необходимыми дл  осуществлени  технологических задач доводки составом и степенью нагрева. Период характеризуетс  фазовыми превращени ми , комплексом сложных термохимических реакций, большими возмущени ми, нестационарностью протекаемых во всем объеме печи процессов. Управление в этот период плавки состоит в интенсивном нагреве ванны, удалении примесей , в обеспечении полного сжигани  в пределах рабочего пространства печи топлива и выдел ющейс  из ванны окиси углерода. В этот период кислород подаетс  в расплавленньй металл, вли   на.горение топлива в факеле косвенным образом, в основном за счет выделени  СО из ванны.

Период доводки  вл етс  самым ответственным в плавке, поскольку его правильным режимом определ етс  качество готовой стали. Технологическа  задача в этот период заключаетс  в синхронизации удалени  избытка примесей из металла и его нагрев до температуры , обеспечивающей нормальную разливку стали.

Таким образом, на всем прот жении мартеновской плавки необходимо поддерживать оптимальный тепловой и окислительньй режим с учетом множества физико-химических факторов существенно нестационарного характера.. При мартеновском производстве стали основными факторами  вл ютс  нагрев ванны от факела и окисление углерода, так как они оказывают исключительно важное вли ние на развитие технологического процесса плавки, протекание

сопутствующих нагреву и окислению углерода процессов - расплавление, выгорание углерода из железа, выравнивание по ходу плавки состава металла и его дегазацию, удаление неметаллических включений, нагрев металла и другие, а также на свойства готового металла.

13646394

увеличиваетс  степень черноты факела. В выбранном диапазоне о этих составл ющих в факеле на 5-20% больше, чем при d X ,

Помимо улучшени  энергетических характеристик, сжигание горючего в рабочем пространстве печи при 5/ 0,8-0,98 обеспечивает снижение со- Способ реализуетс  следующим обра- Q держани  N0 в дымовом газе пример ю зом.в 2 раза по сравнению с ее содержаниВ допродувочные периоды плавки, которые включают заправку печи, завалку шихты и ее прогрев, соотношение горючее - окислитель поддерживают jg в диапазоне о 0,8-0,98, причем чем выше температура вентил торного воздуха или чем больше подаетс  кислорода в факел, тем меньше значение of поддерживаетс . При ,8 и о(,98 JQ температура факела существенно уменьшаетс  и, следовательно, резко понижаетс  лучистьш поток от факела. Дл  существующих 900- и 650-тонных мартеновских печей, работающих на природ- 25 пыли.

ном газе, оптимальное значение коэф- В продувочные периоды плавки, ко- фициента избытка окислител  с/ близко к 0,9. Сжигание горючего в предлагаемом диапазоне коэффициента избытка

ем при сжигании горючего с о/ 1,2- 2,2, при котором ведут сжигание в мартеновской печи.

Дополнительно к улучшению тепловых характеристик и сокращению выбросов N0 за счет сжигани  топлива при с/ 1 и, следовательно, создани  в рабочем пространстве печи восстановительной атмосферы резко сокращаетс  окисление шихты, особенно при использовании мелкого металлолома, что позвол ет сократить потери металла до 1-2 т за одну плавку и снизить выброторые включают заливку чугуна, плавление , доводку и выпуск стали, соотношение горючее - окислитель подцерокислител  о 0,8-0,98 позвол ет под-зо живает в диапазоне с/ 0,95-1,05 с

держивать максимальную равновесную температуру в факеле, котора  находитс  в пределах 2550-2650 К, с учетом же отвода тепла от факела Т 2200-2400 К, а так как около 90%

тепла в ванне передаетс  лучистым теплообменом , .с увеличением температуры факела существенно увеличиваетс  подвод тепла к ванне, т.е. создаютс  такие услови , когда наибольша  часть Q тепла переходит в шихту. При этом за счет поддержани  в указанных пределах коэффициента избытка окислител  повышаетс  в среднем на 80°С температура

учетом выдел ющеес  из ванны окиси углерода. Увеличение суммарного о в продувочные периоды по сравнению с допродувочными необходимо, чтобы предотвратить образование водорода в атмосфере печи, который, как известно , снижает качество стали. При

о1 0,95 в атмосфере, содержитс  значительное количество водорода (г

об.%), а при о 7 1,05 заметно снижаетс  температура греющего факела . Дл  существующих 900- и 650-тонных мартеновских печей, работающих на природном газе, оптимальное значе

греющего факела, что увеличивает теп- . ™е коэффициента избытка окислител 

- - -о в продувочные периоды близко к

ЛОВ9Й поток к ванне на 100- . 150 ккал/м -ч. Такое увеличение теплового потока убыстр ет нагрев шихты и, следовательно, сокращает период прогрева , в среднем на 15-20 мин, что позвол ет сократить расход природного газа на 1500-2000 нм за одну плавку.

Кроме температуры, на лучистую способность факела вли ет его состав. Лучиста  способность факела увеличиваетс  за счет увеличени  концентрации трех атомных молекул и сажи, так как с увеличением их концентрации

50

55

0,96. Сжигание топлива в указанном диапазоне избытка окислител  позвол  ет сократить длительность продувочных периодов (плавление и доводку п сравнению с существующей технологией в среднем на 30-60 мин, что должно обеспечить экономию природного газа на 1500-3000 нм за период одной плавки.

Продукты неполного сгорани , обра зующегос  в факеле при сжигании горю чего с в/ I, дожигают в вертикальном канале печи при о 1,05-1,2 и Т

пыли.

ем при сжигании горючего с о/ 1,2- 2,2, при котором ведут сжигание в мартеновской печи.

Дополнительно к улучшению тепловых характеристик и сокращению выбросов N0 за счет сжигани  топлива при с/ 1 и, следовательно, создани  в рабочем пространстве печи восстановительной атмосферы резко сокращаетс  окисление шихты, особенно при использовании мелкого металлолома, что позвол ет сократить потери металла до 1-2 т за одну плавку и снизить выбро В продувочные периоды плавки, ко-

торые включают заливку чугуна, плавление , доводку и выпуск стали, соотношение горючее - окислитель подцер5

Q

учетом выдел ющеес  из ванны окиси углерода. Увеличение суммарного о в продувочные периоды по сравнению с допродувочными необходимо, чтобы предотвратить образование водорода в атмосфере печи, который, как известно , снижает качество стали. При

о1 0,95 в атмосфере, содержитс  значительное количество водорода (г

об.%), а при о 7 1,05 заметно снижаетс  температура греющего факела . Дл  существующих 900- и 650-тонных мартеновских печей, работающих на природном газе, оптимальное значе0

5

0,96. Сжигание топлива в указанном диапазоне избытка окислител  позвол ет сократить длительность продувочных периодов (плавление и доводку по сравнению с существующей технологией в среднем на 30-60 мин, что должно обеспечить экономию природного газа на 1500-3000 нм за период одной плавки.

Продукты неполного сгорани , образующегос  в факеле при сжигании горючего с в/ I, дожигают в вертикальном канале печи при о 1,05-1,2 и Т

1800-2200 К, дл  чего ввод т окислитель и воду. Указанный температурный диапазон выбран с целью создани  условий, при которых окислы азота не образуютс . Дожигание обеспечивает предотвращение выброса таких вредных веществ, как СО, сажа и других продуктов неполного сгорани .

Пример. Процесс выплавки ста-IQ му Дан более широкий диапазон расхоли в 650-тонной мартеновской печи. В предлагаемой технологии в продувоч- ные периоды, как и при известной технологии , тепловую нагрузку в печи поддерживают на уровне 50-60 млн ккал/ч, однако коэффициент избытка окислител  поддерживают ,9. Дл  этого сжигаетс  -- 6000 природного газа и 1500 кг/ч мазута, а чтобы обеспечить 0,9 подают - 2000 кислорода в факеле и /v65 тыс. нм V4 вентил торного воздуха , нагретого до 1100-1400 К,

В этом случае теоретическа  темпедов вентил торного воздуха и кислорода в ванну. В этом случае теоретическа  температура в факеле достигает 2620 К, что позвол ет сократить про- ,g дувочные периоды на 30-60 мин, а расход природного газа на 1500-3000 нм за одну плавку.

При поддержании той же тепловой нагрузки в печи и обеспечении о 0,95 расходуетс  то же количество топлива, кислорода и 25-70 тыс. нм /ч вентил торного воздуха, а при 1,05 расходуетс  35-90 тыс. вентил торного воздуха. В этих случа20

достигает 2630-2580 К соответственно. Сокращение длительности продувочных периодов лежит примерно в том же диапазоне , что и при с 0,96.

ратура в факеле достигает 2650 К, что 25 теоретическа  температура в факеле позвол ет сократить период прогрева на 20 миНр а расход природного газа на -.2000 нм за одну плавку.

При поддержании той же тепловой нагрузки в печи и обеспечении fi 0,8 расходуетс  то же количество топлива; 1780 нм . ч кислорода и тыс. вентил торного воздуха , а при обеспечении 0,98 расходуетс  2180 кислорода и «- 70 тыс. вентил торного воздуха , В этих случа х теоретическа  температура в факеле достигает 2610 К, что позвол ет сократить период про-- г-рева на 15 мин, а расход природного газа на 1500 за одну плавку.

Осуществление процесса сжигани  с ,8и х 70,98 приводит к существенному уменьшению температуры греющего факела и, следовательно, к увеличению длительности периода про35

30

Осуществление процесса сжигани  с с 0,95 приводит к недопустимому в продувочные периода содержанию водорода в атмосфере печи, а сжигание с 1,05 к существенному снижению температуры факела и существенному увеличению содержани  N0, в дымовом факеле.

Таким образом, выбраны диапазоны 40 коэффициентов избытка окислител  of, существенно отличающиес  от (/ в известном способе и обеспечивающие сокращение расхода топлива с одновременным сокращением выбросов вредных веществ.

Остановимс  более подробно на том, как обеспечиваетс  с 0,9 в допро- дувочные и о( 0,96 в продувочные периоды . В св зи с тем, что в любой период плавки в мартеновской печи могут быть неуправл емые возмущени , кото- рые измен ют о в ту или иную сторону, наиболее рационально поддержание соотношени  топлива - окислитель измерением продуктов неполного сгорани  на выходе из рабочего пространства печи, например, прибором ГИАМ-5 и корректировкой соотношени  топливо - окислитель по замеренной величине.

45

грева. -Кроме того, при о/ 0,8 в продуктах сгорани  содержитс  повышенное количество продуктов сгорани  что осложн ет их дожигание за рабочим пространством печи. Помимо того, при о/ 0,98 в дымовом газе резко увеличиваетс  содержание окислов азота (в 2 раза).

В продувочные периоды тепловую, нагрузку, как и при известной технологии , снижают до 30-40 млн ккал/ч, однако коэффициент избытка окислител  поддерживают о( 0,96. Дл  этого

сжигают в среднем 3000 природного газа и 600 кг/ч мазута, а чтобы обеспечить о/ 0,96 подают 8000- 9000 кислорода в ванну и от 30 до 80 тыс. км V4 вентил торного воздуха. Необходимо отметить, что « 0,96 определ етс  с учетом выдел ющейс  из ванны окиси углерода, поэтодов вентил торного воздуха и кислорода в ванну. В этом случае теоретическа  температура в факеле достигает 2620 К, что позвол ет сократить про- g дувочные периоды на 30-60 мин, а расход природного газа на 1500-3000 нм за одну плавку.

При поддержании той же тепловой нагрузки в печи и обеспечении о 0,95 расходуетс  то же количество топлива, кислорода и 25-70 тыс. нм /ч вентил торного воздуха, а при 1,05 расходуетс  35-90 тыс. вентил торного воздуха. В этих случа0

достигает 2630-2580 К соответственно. Сокращение длительности продувочных периодов лежит примерно в том же диапазоне , что и при с 0,96.

теоретическа  температура в факеле

Осуществление процесса сжигани  с с 0,95 приводит к недопустимому в продувочные периода содержанию водорода в атмосфере печи, а сжигание с 1,05 к существенному снижению температуры факела и существенному увеличению содержани  N0, в дымовом факеле.

Таким образом, выбраны диапазоны коэффициентов избытка окислител  of, существенно отличающиес  от (/ в известном способе и обеспечивающие сокращение расхода топлива с одновременным сокращением выбросов вредных веществ.

Остановимс  более подробно на том, как обеспечиваетс  с 0,9 в допро- дувочные и о( 0,96 в продувочные периоды . В св зи с тем, что в любой период плавки в мартеновской печи могут быть неуправл емые возмущени , кото- рые измен ют о в ту или иную сторону, наиболее рационально поддержание соотношени  топлива - окислитель измерением продуктов неполного сгорани  на выходе из рабочего пространства печи, например, прибором ГИАМ-5 и корректировкой соотношени  топливо - окислитель по замеренной величине.

Забор пробы наиболее рационально осуществл ть на рассто нии - 1 м от го- релочного устройства по ходу гор чего газа в вертикальном канале. К числу неуправл емых возмущений относ тс  подсос воздуха через смотровое окна и другие негерметичности печи, вьщеление СО из ванны и т.п. При бурном выделении СО из ванны может происходить резкое уменьшение коэффициента избытка окислител  ниже /0,8, поэтому дл  автоматического поддержани  заданного коэффициента избытка окислител  необходимо задействовать сигнал от прибора ГИАМ-5 на управление подачей топлива и подачей вентил торного воздуха в рабочее пространство печи. Кроме того, от прибора ГИАМ-5 должен поступать сигнал на уп- 20 равление подачей окислител  ( воздух или кислород) в вертикальньй канал печи дл  дожигани  продуктов неполного сгорани . Дожигание осуществл ет при оС 1,05-1,2, причем дп  поддержани  Т 2000 К до 3000 кг/ч воды и 10-30 тыс. воздуха.

При дожигании с / 1,05 в дымовом газе содержитс  значительное количество продуктов неполного сгорани , а при о 1,2 существенно снижаетс  температура дожигани , что также не обеспечивает требуемого снижени  продуктов неполного сгорани .

на  доработка системы автоматического регулировани  тепловым режимом печи, установка узлов ввода воздуха и воды в вертикальном канале. Дп  автоматического поддержани  соотношени  - горючее - окислитель с учетом возмущений в рабочем пространстве печи, например , при произвольном выделении СО из

1Q ванны в продувочные периоды необходимо установить датчик продуктов неполного сгорани  и задействовать сигнал от него на управление подачей топлива . В качестве датчика может быть пользован прибор ГИАМ-5. Таким образом , предлагаемый способ можно внедрить на действующих мартеновских печах при незначительных доработках систем управлени  и вертикального каРеализаци  технического решени  дает следующие преимущества по сравнению с известными: значительно снизитс  расход топлива на единицу про- 25 дукции за счет сжигани  его в оптимальном диапазоне коэффициента избытка окислител ; одновременно уменьшитс  содержание в дымовом газе таких вредных веществ как N0 л СО.

30

Claims (1)

1. Формула изобрете ни 

   Способ отоплени  мартеновской печи , включающий подачу топлива и окис- Дожигание при Т 2200 вызывает за- 5 в факел в периоды заправки, метное образование окислов азота, а завалки и прогрева, измерение их расходов и регулирование соотношени  топлива и окислител J продувку ванны

   при Т 1800 К не обеспечивает требуемого теплового режима печи.

   кислородом, измерение содержани  проДл  обосновани  основных техноло- дуктов неполного сгорани  и дожигание

   отход щих газов введением окислител  и воды за рабочим пространством печи, отличающийс  ем, что, с целью снижени  затрат топлива на еди- гретом воздзгхе и промьшленные иссле- ницу продукции и уменьшени  вредных довани  на 650-тонной мартеновской выбросов, топливо и окислитель пода- печи. На печи № 3 осуществл лось ручное управление тепловым и окислительным режимом плавки, при этом полученные результаты подтвердили рациональгических параметров, предлагаемых в техническом решении, проведены теоретические исследовани  процессов сжигани  природного газа и мазута в на50

   ют в периоды заправки и завалки и прогрева с коэффициентом расхода окислител  о( 0,8-0,98, а в осталь-. ные периоды плавки - при 0,95- 1,05, а дожигание продуктов неполного сгорани  производ т в вертикальном канале при о 1,05-1,2 и температуре I800-2200K.

   ность предлагаемых режимов.

   Чтобы осуществить способ на действующих мартеновских печах в автоматическом режиме необходима несущественВНИИПИ Заказ 6541/20

   Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

   на  доработка системы автоматического регулировани  тепловым режимом печи, установка узлов ввода воздуха и воды в вертикальном канале. Дп  автоматического поддержани  соотношени  - горючее - окислитель с учетом возмущений в рабочем пространстве печи, например , при произвольном выделении СО из

   ванны в продувочные периоды необходимо установить датчик продуктов неполного сгорани  и задействовать сигнал от него на управление подачей топлива . В качестве датчика может быть использован прибор ГИАМ-5. Таким образом , предлагаемый способ можно внедрить на действующих мартеновских печах при незначительных доработках систем управлени  и вертикального

   Реализаци  технического решени  дает следующие преимущества по сравнению с известными: значительно снизитс  расход топлива на единицу про- дукции за счет сжигани  его в оптимальном диапазоне коэффициента избытка окислител ; одновременно уменьшитс  содержание в дымовом газе таких вредных веществ как N0 л СО.

   30

   Формула изобрете ни 

   отход щих газов введением окислител  и воды за рабочим пространством печи, отличающийс  ем, что, с целью снижени  затрат топлива на еди- ницу продукции и уменьшени  вредных выбросов, топливо и окислитель пода-

   0

   ют в периоды заправки и завалки и прогрева с коэффициентом расхода окислител  о( 0,8-0,98, а в осталь-. ные периоды плавки - при 0,95- 1,05, а дожигание продуктов неполного сгорани  производ т в вертикальном канале при о 1,05-1,2 и температуре I800-2200K.

   Тираж 544

   Подписное