ВОПРОС: Обогащение дутья кислородом и природным газом

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №6

Кислородом:

Целесообразность обогащения дутья кислородом известна давно. Еще Д.И.

Менделеев в своей книге «Основы химии», вышедшей в 1869 г., писал, что «..

.придет время, когда... станут на заводах и вообще для практики обогащать воздух

кислородом...». Однако сложность и дороговизна установок для получения кислоро-

да и вызываемые нарушения в технологии выплавки передельного чугуна на обога-

щенном дутье долго сдерживали применение кислорода в доменном производстве.

Благодаря успешно проведенным в нашей стране промышленным опытам, в

результате которых была разработана теория и технология доменной плавки на обо-

гащенном кислородом дутье, этот способ интенсификации доменного процесса по-

лучил широкое распространение. Уже в 1969 г. на кислородном дутье работали 73

доменные печи.

При обогащении дутья кислородом изменяются следующие параметры:

1. Уменьшается расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода, так

как при повышении содержания кислорода в дутье соответственно уменьшается

содержание азота, т. е. отношение N2/O2 в дутье уменьшается.

2. Уменьшается количество горнового газа на единицу сжигаемого у фурм

углерода вследствие уменьшения содержания азота в дутье.

3. Повышается концентрация окиси углерода в горновом газе вследствие

уменьшения разбавления его азотом.

4. Значительно возрастает температура в зоне горения, так как уменьшается

объем образующихся газов.

Перечисленные изменения параметров горения углерода у фурм при обога-

щении дутья кислородом вызывают как положительные, так и отрицательные изме-

нения в ходе доменного процесса и его тепловом балансе.

При обогащении дутья кислородом снижается перепад давления газов между

горном и колошником вследствие уменьшения выхода горнового газа на единицу

сжигаемого углерода и скорости движения газов в столбе шихтовых материалов.

Это позволяет увеличить расход дутья в единицу времени, т. е. увеличить количест-

во сжигаемого в единицу времени кокса и соответственно повысить производитель-

ность печи. В этом заключается смысл интенсификации доменного процесса обога-

щением дутья кислородом.

Рисунок 1 - Изменение некоторых параметров процесса при обогащении дутья

кислородом

Однако при обогащении дутья кислородом, особенно при выплавке пере-

дельного чугуна, уменьшение перепада давления газа не пропорционально умень-

шению выхода горнового газа. По мере увеличения содержания кислорода в дутье

перепад снижается на меньшую величину, чем выход горнового газа, а значит и сте-

пень форсирования хода печи дутьем с увеличением содержания кислорода умень-

шается.

Причиной ухудшения газодинамики является резкое повышение температуры

в зоне горения, вызывающее увеличение объема газов в сократившемся объеме

окислительной зоны. Кроме того, при температуре около 2000° С интенсивно идет

процесс возгонки моноокиси кремния SiO, которая конденсируется в зонах с темпе-

ратурой ниже 1900° С в виде тонкодисперсных частиц, уменьшающих газопрони-

цаемость шихты. Перечисленные причины вызывают тугой ход печи при выплавке

передельного чугуна уже при повышении содержания кислорода в дутье на 2–3%,

если оно не сопровождается мерами, понижающими температуру в зоне горения.

Повышение концентрации окиси углерода в газе увеличивает непрямое вос-

становление, соответственно уменьшая расход тепла на прямое восстановление при

условии, если будет обеспечено достаточное количество газов и их рациональное

распределение.

Уменьшение количества горнового газа и повышение его температуры изме-

няют условия теплообмена так, что тепло от газов к шихте очень интенсивно пере-

дается в нижней части печи. В верхние зоны печи газ приходит с более низкой тем-

пературой, чем при обычном дутье.

Рисунок 2 - Распределение температур в шахте печи при обычном (а) и обогащен-

ном до 27–28% О2 (б) дутье (цифры у кривых – температура, 0С; цифры у горизонта-

лей – расстояние по высоте от уровня фурм, м)

Меньшее количество колошникового газа и более низкая его температура

уменьшают количество уносимого с газом из печи тепла, способствуя экономии

кокса. Наконец, увеличение производительности печи при обогащении дутья кисло-

родом уменьшает потери тепла в расчете на единицу чугуна.

Но обогащенное кислородом дутье вызывает и неблагоприятные изменения в

тепловом балансе. Они сводятся к следующему. Понижение температуры в верхней

части печи приводит к запаздыванию начала непрямого восстановления. Кроме то-

го, оно может уменьшиться вследствие нарушения ровности хода печи при обога-

щенном кислородном дутье. Таким образом, увеличение содержания окиси углерода

в газе способствует увеличению степени непрямого восстановления, а понижение

температуры и нарушение ровности хода действует в противоположном направле-

нии. Следовательно, степень непрямого восстановления может измениться в любом

направлении в зависимости от обстоятельств.

При обогащении дутья кислородом сокращается приход тепла в горн с дутьем

в связи с уменьшением содержания азота в дутье. Компенсировать уменьшение

прихода тепла с дутьем увеличением его нагрева при выплавке передельного чугуна

невозможно, так как температура в зонах горения и без этого уже предельно высо-

кая.

Таким образом, влияние обогащения дутья кислородом на расход кокса в ка-

ждом конкретном случае зависит от соотношения перечисленных факторов. В одних

случаях расход кокса уменьшается, в других – возрастает.

Теоретический анализ влияния обогащения дутья кислородом на расход кок-

са, произведенный проф. А.Н. Раммом, показал, что наибольший эффект от кисло-

родного дутья следует ожидать там, где выше развита степень прямого восстанов-

ления, ниже температура дутья и выше температура колошника. Это подтверждает-

ся и практикой работы доменных печей, выплавляющих различные виды чугунов.

Все факторы обогащенного кислородом дутья, отрицательно влияющие на ход печи

и показатели ее работы при выплавке передельного чугуна, оказывают положитель-

ное влияние при выплавке доменных ферросплавов. Если производительность печи,

выплавляющей передельный чугун, на каждый 1% увеличения кислорода в дутье

увеличивается в среднем на 2–3%, а предельное содержание кислорода в дутье не

может быть выше 24–26% из-за нарушения ровного хода, то при выплавке, напри-

мер, ферросилиция, содержании кислорода в дутье 33% производительность возрос-

ла более чем в два раза, а расход кокса сократился с 2,3 до 1,67 т/т ферросилиция.

При выплавке ферросплавов высокотемпературное тепло в доменной печи

расходуется на прямое восстановление трудновосстановимых элементов. Темпера-

тура в горне возрастает в меньшей мере, чем при выплавке передельного чугуна.

Высокая газопроницаемость шихты вследствие более высокого относительного рас-

хода кокса при выплавке ферросплавов позволяет значительно более форсировать

ход печи дутьем, чем при выплавке передельного чугуна.

Уменьшение количества и понижение температуры колошникового газа, а

также уменьшение потерь тепла с охлаждающей водой и в атмосферу в расчете на

единицу сплава вследствие повышения производительности дают значительную

экономию кокса.

Поэтому при выплавке ферросплавов обогащенное кислородом дутье нашло

гораздо более широкое применение, чем при выплавке передельного чугуна. Только

совместная подача в горн обогащенного кислородом дутья и природного газа позво-

лила намного увеличить эффективность кислорода при выплавке передельного чу-

гуна.

Поиск по сайту: