В статье производится аналитическая оценка показателей работы печи в режиме рециркуляции доменного газа.
Ключевые слова: доменный газ, режим рециркуляции, восстановительный газ, затраты дутья, степень восстановления.
Металлурги непрерывно совершенствуют технологический процесс, путем внедрения новых решений. Серьезный потенциал имеет возможность использования вторичных энергетических ресурсов. Одним из главных видов вторичных энергетических ресурсов является доменный газ. Это связано с высоким содержанием угарного газа и водорода в его составе. Однако вдувание в горн фактически полученного доменного газа не рентабельно, потому что в нем содержится значительное количество азота и углекислого газа [1]. Вдувание данного газа приведет к накоплению содержания азота в газах, а также снижению восстановительной способности газа, в связи со снижением массы СО.
Проведем в нашей работе аналитическую оценку показателей работы печи в режиме рециркуляции доменного газа.
Для начала определим показатели работы доменной печи в базовом варианте работы при начальных параметрах работы (табл. 1, 2).
Таблица 1
Химический состав материалов
|
Компонент |
Кокс, % |
Агломерат, % |
Окатыши, % |
|
Fe 2 O 3 |
2,13 |
59,40 |
64,47 |
|
FeO |
0,00 |
12,10 |
11,92 |
|
SiO 2 |
5,24 |
8,80 |
10,03 |
|
Al 2 O 3 |
2,76 |
0,90 |
0,88 |
|
CaO |
0,46 |
14,60 |
11,09 |
|
MgO |
0,16 |
1,90 |
1,28 |
|
C нел |
85,88 |
0 |
0 |
Таблица 2
Начальные параметры работы
|
Наименование |
Размерность |
Значения |
|
Температура чугуна на выпуске из печи |
град ◦ С |
1470 |
|
Основность шлаков |
1,23 | |
|
Теоретическая температура горения |
градус ◦ С |
2150 |
|
Температура дополнительного топлива |
градус ◦ С |
0 |
|
Температура горячего дутья |
градус ◦ С |
900 |
|
Содержание кислорода в дутье |
% |
27 |
|
Давление колошникового газа |
атм |
1,3 |
|
Влажность дутья |
% |
1 |
|
Объем печи |
м 3 |
3000 |
|
Состав железорудной части шихты | ||
|
Агломерат |
0,64 | |
|
Окатыши |
0,36 |
Режим работы доменной печи при рециркуляции доменного газа производится с его обработкой в газогенераторе, в результате чего содержание углекислого газа в нем снижается до нуля. Полученный газ можно считать горячим восстановительным газом [2]. При работе в рециркуляционном режиме ступенчато повышается расход кислорода, который позволяет вдувать большее количество полученного доменного газа без изменения теоретической температуры горения. Результаты расчетов представлены в таблице 3–5.
Таблица 3
Результаты расчетов работы доменной печи в режиме рециркуляции 1–4 периода
|
Показатели |
База |
1 период |
2 период |
3 период |
4 период |
|
П сут печи, тчуг/сут |
6075 |
7198 |
7479 |
7575 |
7682 |
|
П сут на 1м 2 горна |
104,59 |
123,91 |
128,75 |
130,40 |
132,24 |
|
Расход агломерата, кг/т |
1125,0 |
1211,0 |
1221,0 |
1225,0 |
1228,0 |
|
кокса, кг/т |
497,0 |
424,0 |
406,0 |
397,0 |
389,0 |
|
окатышей, кг/т |
622,2 |
535,2 |
524,8 |
520,8 |
517,5 |
|
Расход (база ПГ) ГВГ, м 3 /т |
55 |
279 |
361 |
382 |
411 |
|
Расход дутья, м 3 /т |
1099 |
756 |
634 |
601 |
558 |
|
Выход КГ, м 3 /т |
1656 |
1395 |
1344 |
1328 |
1310 |
|
Состав КГ %: СО 2 |
20,2 |
31,3 |
33,6 |
34,4 |
35,3 |
|
СО |
26,4 |
23,7 |
28,6 |
31,0 |
33,1 |
|
N 2 |
48,7 |
44,0 |
36,9 |
33,8 |
30,8 |
|
H 2 |
4,7 |
0,9 |
0,9 |
0,9 |
0,9 |
|
Ст. прямого восстановления |
0,36 |
0,20 |
0,17 |
0,16 |
0,15 |
|
Ст. использования газа |
0,41 |
0,57 |
0,54 |
0,53 |
0,52 |
|
Содержание О 2 в дутье, % |
24 |
32 |
38 |
40 |
43 |
|
Состав ГВГ, %: СО 2 |
ПГ |
0,25 |
0,40 |
0,41 |
0,41 |
|
СО |
ПГ |
61,38 |
70,31 |
76,02 |
78,34 |
|
Н 2 |
ПГ |
3,19 |
1,39 |
1,15 |
1,09 |
|
N 2 |
ПГ |
35,18 |
27,90 |
22,42 |
20,15 |
Таблица 4
Результаты расчетов работы доменной печи в режиме рециркуляции 5–9 периода
|
Показатели |
5 период |
6 период |
7 период |
8 период |
9 период |
|
П сут печи, тчуг/сут |
7784 |
7885 |
7991 |
7977 |
8093 |
|
П сут на 1м 2 горна |
134,01 |
135,74 |
137,56 |
137,33 |
139,32 |
|
Расход агломерата, кг/т |
1231,0 |
1231,0 |
1233,0 |
1230,0 |
1233,0 |
|
кокса, кг/т |
382,0 |
376,0 |
371,0 |
368,0 |
366,0 |
|
окатышей, кг/т |
514,7 |
515,1 |
512,6 |
515,6 |
512,8 |
|
Расход (база ПГ) ГВГ, м 3 /т |
445 |
509 |
544 |
569 |
602 |
|
Расход дутья, м 3 /т |
511 |
433 |
386 |
361 |
314 |
|
Выход КГ, м 3 /т |
1293 |
1277 |
1260 |
1263 |
1246 |
|
Состав КГ %: СО 2 |
36,1 |
36,9 |
37,6 |
37,6 |
38,5 |
|
СО |
35,7 |
39,9 |
43,1 |
48,1 |
51,3 |
|
N 2 |
27,3 |
22,3 |
18,3 |
13,3 |
9,1 |
|
H 2 |
0,9 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
|
Ст. прямого восстановления |
0,14 |
0,13 |
0,12 |
0,12 |
0,11 |
|
Ст. использования газа |
0,50 |
0,48 |
0,47 |
0,44 |
0,43 |
|
Содержание О 2 в дутье, % |
47 |
56 |
63 |
68 |
78 |
|
Состав ГВГ, %: СО 2 |
0,41 |
0,42 |
0,41 |
0,41 |
0,40 |
|
СО |
80,47 |
82,82 |
85,90 |
89,71 |
91,53 |
|
Н 2 |
ПГ |
3,19 |
1,39 |
1,15 |
1,09 |
|
N 2 |
ПГ |
35,18 |
27,90 |
22,42 |
20,15 |
Таблица 5
Результаты расчетов работы доменной печи в режиме рециркуляции 5–9 периода
|
Показатели |
10 период |
11 период |
|
П сут печи, тчуг/сут |
8074 |
8188 |
|
П сут на 1м 2 горна |
138,99 |
140,95 |
|
Расход агломерата, кг/т |
1228,0 |
1234,0 |
|
кокса, кг/т |
365,0 |
363,0 |
|
окатышей, кг/т |
517,5 |
512,0 |
|
Расход (база ПГ) ГВГ, м 3 /т |
640 |
648 |
|
Расход дутья, м 3 /т |
276 |
257 |
|
Выход КГ, м 3 /т |
448 |
447 |
|
Состав КГ %: СО 2 |
1249 |
1232 |
|
СО |
38,5 |
39,3 |
|
N 2 |
56,5 |
57,5 |
|
H 2 |
3,9 |
2,0 |
|
Ст. прямого восстановления |
1,1 |
1,1 |
|
Ст. использования газа |
0,11 |
0,10 |
|
Содержание О 2 в дутье, % |
0,40 |
0,41 |
|
Состав ГВГ, %: СО 2 |
90 |
96 |
|
СО |
0,40 |
0,39 |
|
Н 2 |
95,59 |
96,68 |
|
N 2 |
0,93 |
0,92 |
На основании расчетов показателей работы печи в режиме рециркуляции были рассмотрены следующие зависимости производительности, затраты дутья и ГВГ, КИПО от содержания кислорода у дутья, так же были проанализированы содержания компонентов в ГВГ, исследованное изменение степени прямого восстановления от затраты ГВГ.
График зависимости производительности от содержания кислорода d дутье представлен на рисунке 4.
Из графика видно, что при повышении содержания кислорода растет производительность печи, это происходит из-за того, что кислород является интенсификатором горения кокса вследствие чего, столб шихты двигается с большей скоростью.
График зависимости затраты дутья и ГВГ от содержания кислорода у дутья на рисунке 5.
Рисунок 4. График зависимости производительности от содержания кислорода у дутья
Рис. 5. График зависимости затраты дутья и ГВГ от содержания кислорода у дутья
Повышение затраты ГВГ достигалось за счет увеличения содержания кислорода в дутье. Соответственно часть дутья была заменена на ГВГ.
Содержание компонентов в ГВГ показано на рисунке 6.
В связи с повышением содержания кислорода в дутье, концентрация азота в печи постепенно падала, благодаря этому в 11 периоде рециркуляции количество азота в ГВГ упало до 2 %.
Рис. 6. Содержание компонентов в ГВГ
При повышении содержания кислорода в дутье повышается производительность, вследствие этого увеличивается и КИПО.
График зависимости расхода кокса от затраты ГВГ на рисунке 7.
Рис. 7. График зависимости расхода кокса от затраты ГВГ
Повышение расхода ГВГ постепенно снижало степень прямого восстановления за счет увеличения концентрации СО в печи, вследствие этого снижался расход кокса.
График зависимости степени прямого восстановления от расхода ГВГ указано на рисунке 8.
Как было отмечено повышение затраты ГВГ снижает степень прямого восстановления из-за повышения концентрации СО в печи.
Рис. 8. График зависимости степени прямого восстановления от расхода ГВГ
Выводы:
- В режиме рециркуляции постепенно снижается содержание вдуваемого азота и его количество в колошниковом газе, за счет повышения содержания кислорода у дутья.
- Содержание кислорода в дутье повышается с целью образования большего количества восстановительных газов.
- При повышении объема восстановительных газов непрерывно растет производительность и снижается расход кокса.
- После 11 периода работы доменной печи в рециркуляционном режиме содержание СО в восстановительном газе повысилось с 61,3 % до 96,68 %.
- Степень прямого восстановления железа с повышением расхода ГВГ растет.
Литература:
- Карпов А. В. Оценка эффекта от подогрева природного газа перед его вдуванием в доменную печь / А. В. Карпов, Т. В. Кравченко, М. И. Герман // В сборнике: Современная металлургия нового тысячелетия. сборник научных трудов. — 2015. — С. 242–248.
- Коршиков Г. В. Оценка эффективности дутьевых параметров как средства интенсификации доменной плавки / Г. В. Коршиков, В. Н. Титов, А. В. Карпов, А. В. Безгин // Вестник Липецкого государственного технического университета — 2018. — № 2 (36). — С. 92–101.
