УДК 669.162
ДОСТИЖЕНИЕ МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОГО РАСХОДА ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА В УСЛОВИЯХ РАБОТЫ ДОМЕННОГО ЦЕХА ПАО «ММК им. ИЛЬИЧА»
© Липунов Сергей Александрович, e-mail: lipunov-sergei@mail.ru; Русских Владимир Петрович, канд. техн. наук, e-mail: Russkih_v_p@ukr.net ГВУЗ Приазовский государственный технический университет. Украина, г. Мариуполь Косолап Николай Владимирович, начальник доменного цеха, e-mail: 577099@enta.ru ПАО «ММК им. Ильича». Украина, г. Мариуполь Статья поступила 19.09.2014 г.
Рассмотрены условия достижения максимально возможного количества пылеугольного топлива, подаваемого в горн доменных печей в условиях работы доменного цеха ПАО «ММК им. Ильича». Максимальное количество ПУТ определено исходя из теплового состояния печи, газодинамического режима, стойкости кладки и холодильников заплечиков. Для расчетов применены как отчетные данные о работе доменного цеха, так и результаты математического моделирования.
Ключевые слова: пылеугольное топливо; тепловое состояние; газопроницаемость; зона когезии; фокус горения; доменная печь; кокс; чугун; шлак; газодинамическая устойчивость.
Чугун - основное сырье для производства стали. В современных условиях для производства конкурентоспособной металлопродукции и расширения рынков сбыта металлургические предприятия должны использовать инновационные разработки, позволяющие достичь результатов как в экономическом аспекте, так и в направлении улучшения качества продукции.
Наиболее перспективным инструментом в создании конкурентоспособной металлопродукции является снижение себестоимости чугуна за счет сокращения расхода основного вида технологического топлива в доменной плавке - кокса (рис. 1).
Затраты на закупку кокса составляют около 40-50% затрат в себестоимости производимого чугуна (рис. 2). Стоимость кокса почти в два раза больше стоимости пылеугольного топлива (ПУТ). Замена кокса ПУТ экономически целесообразна, особенно в условиях роста цен на природный газ для металлургических предприятий Украины.
С целью снижения расхода кокса на выплавку чугуна в доменном цехе ПАО «ММК им. Ильича» с 2012 г. внедряется технология вдувания ПУТ. В настоящее время количество угольной пыли, вдуваемой в горн доменных печей (ДП), более 100 кг/т чугуна (рис. 3), что при коэффициенте замены кокса угольной пылью 0,8 позволяет экономить кокс - до 120 кг/т производимого чугуна. При этом расход кокса на 1 т чугуна снижается с 470-520 до 350-400 кг (см. рис. 3). Дальнейшее
снижение расхода кокса вследствие увеличения вдувания ПУТ возможно при условии рациональной организации противотока шихты и газа, так как при увеличении расхода ПУТ увеличивается перепад давления газа по высоте печи (см. рис. 3).
Максимально возможное количество вдуваемого ПУТ ограничивается тепловым состоянием печи при доменной плавке, о котором можно судить по составу чугуна, шлака, и газодинамиче-
Рис. 1. Структура технологического топлива для производства чугуна в ПАО «ММК им. Ильича» за 2012 г.
Рис. 2. Структура затрат на производство передельного чугуна в ПАО «ММК им. Ильича» за 2012 г.
0,9
а
§ 0,85
£ 0,8 Э- .
* и
я гЛ75 I Р 0,7
I
5 0,65 и
0,6
А
1 2
/ ---А •
ЛЛ
3 ¡■I
с
3
п>
у
8 а
Г
50 100 150 Расход ПУТ, кг/т
Рис. 3. Динамика изменения расхода кокса (б) и перепада давления газа (в) в ДП-3 ПАО «ММК им. Ильича» при увеличении расхода ПУТ (а) на выплавку чугуна
ским режимом, определяемым перепадом давления газа в печи и критерием газодинамической устойчивости (ГДУ) в соответствии с уравнением [1] Ар/Н
1,24
1 М
(С
¡3 1
в 1,21
Л 1 2
О ЕС 1,19
£ 1,1»
и 1,17
' 1
1,16
1.15
■ А 2
/
/
/
4 тк
3
я
" £
0,024 0,023 0,022 0,021 0,02 0,019 0,018 0,017 0,016 0,015
1,45 1,4 1,35 1,3 1,25 1,2 1.15 1,1 1,05 1
0,95
*—-г-
—-у Е "А-
— '4
50 100 150 200 Расход ПУТ. кг/т
2
N V /
А* 1
3
/
50 100 150 Расход ПУТ, кг/т
50 100 150 Расход ПУТ. кг/т
ГДУ=-
РЯ
Рис. 4. Изменение параметров доменной плавки при изменении расхода ПУТ в условиях работы доменного цеха ПАО «ММК им. Ильича»: 1 - ДП-1; 2 - ДП-3; 3 - ДП-4; 4 - ДП-5
где Др/Н - градиент перепада давления газа по высоте столба шихтовых материалов, кг/(с2-м2); р - насыпная плотность столба шихтовых материалов, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2.
Также не маловажным критерием, ограничивающим расход ПУТ, являются теоретическая температура горения и характеристики окислительной зоны (ее размеры).
Произведен анализ изменения теплового состояния доменных печей ПАО «ММК им. Ильича» (рис. 4) в зависимости от изменения расхода ПУТ. С увеличением расхода ПУТ нагрев печей снижался, что подтверждается уменьшением химического нагрева чугуна ([Б1]^, [Б]Т) и шлака [(БЯ (СаОМБЮ^]. При увеличении расхода ПУТ до 200 кг/т чугуна содержание кремния в чугуне и серы приближается к граничным условиям. Так, согласно техническим условиям, передельный чугун должен содержать кремния в пределах 0,6-0,9%, а серы до 0,025%. Тепловое состояние печей показывает (см. рис. 4), что критическим расходом ПУТ для ДП можно считать расход 200 кг/т чугуна.
Также произведен анализ газодинамического состояния ДП (рис. 5). С увеличением расхода ПУТ перепад давления газа в печах увеличивался несмотря на то, что при увеличении расхода ПУТ объем печных газов уменьшается. Этот факт объясняется снижением газопроницаемости сухой части шихты ДП из-за уменьшения доли хорошо проницаемого кокса и зоны когезии в результате уменьшения высоты коксовых окон. Также может снижаться газопроницаемость в нижней части
Рис. 5. Изменение перепада давления газа в ДП ПАО «ММК им. Ильича» при изменении расхода ПУТ: 1 - ДП-1; 2 - ДП-3; 3 - ДП-4; 4 - ДП-5
ДП из-за того, что возможно неполное сгорание ПУТ в окислительной зоне и его оседание в пустотах между частицами кокса в нижней части печи и в зоне когезии [2-5]. Кроме этого, несго-ревшие частицы ПУТ, соединяясь со шлаком, увеличивают его вязкость, уменьшая газопроницаемость в нижней части печи.
Максимально возможный перепад давления газа в ДП, который не будет негативно сказываться на ее работе, можно определить по критерию ГДУ, изменяющемуся в пределах от 0,5 до 0,6 [6]. С вдуванием угольной пыли изменяется не только перепад давления газа, но и насыпная плотность материалов, находящихся в ДП. Это происходит в результате того, что из шихты исключается более легкий кокс, на замену которому приходят более тяжелые железорудные материалы.
Показатель ГДУ для печей комбината (рис. 6) рассчитан с допущением, что по высоте печи насыпная плотность железорудных материалов и кокса не изменяется и равна 1,7 и 0,5 т/м3 соот-
3 4 L_ ¡t
_ х Я — — 'f Ж
,7*
* V 1
t j.. л
О 50 100 ISO 200
Расход ПУТ, кг/т
Рис. 6. Изменение показателя газодинамической устойчивости при изменении расхода ПУТ: 1 - ДП-1; 2 - ДП-3; 3 - ДП-4; 4 - ДП-5
7
С!
U О 25 50 75 Ш0 125 150 175
Расход ПУТ, кг/т
Рис. 7. Градиент перепада давления газа в ДП в зависимости
от изменения расхода ПУТ: 1, 3 - прямые, ограничивающие область оптимальной работы ДП по критерию ГДУ; 2 - перепад давления газа
ветственно. Из рис. 6 видно, что для всех печей, кроме ДП-5, наблюдалось снижение ГДУ с увеличением расхода ПУТ и перепада давления газа, что связано с уменьшением выхода печных газов; при этом производительность печей не снизилась. Еще большее повышение расхода ПУТ возможно при уменьшении расхода дутья в результате его обогащения кислородом, однако это негативно скажется на распределении газа по радиусу печи. При снижении расхода дутья уменьшится протяженность зоны циркуляции кокса и увеличится интенсивность периферийного потока газов, что негативно скажется на использовании тепловой и химической энергии газов, а также на стойкости кладки и состоянии системы охлаждения ДП. Для ДП комбината нормальным на данный момент считается расход ПУТ 145 кг/т чугуна. Для дальнейшего увеличения расхода ПУТ необходимо увеличить расход дутья с целью предотвращения горения холодильников за-2 плечиков и оползания гарнисажа, однако при этом ™ необходимо увеличить газопроницаемость столба 2 шихтовых материалов.
Расчет показал, что для ДП-4 и ДП-5 с уве-^ личением расхода ПУТ фокус горения в окисли-
Ц тельной зоне приближается к периферии печи.
<
| Без вдувания ПУТ фокус горения располагается
на расстоянии примерно 0,5 м от торца фурмы, а при увеличении расхода ПУТ до 170 кг/т фокус горения располагается на расстоянии 0,38-0,4 м при условии повышения температуры дутья и содержания кислорода в нем. При расходе ПУТ 145 кг/т чугуна фокус горения располагается на расстоянии 0,42-0,45 м от торца фурм. На ДП-4 для поддержания такого расстояния при увеличении количества подаваемого в печь ПУТ до 170 кг/т необходимо поддерживать расход дутья в пределах 68-70 м3/с. При этом перепад давления возрастет со 123 до 151 кПа. При таком перепаде давления газа в печи будет наблюдаться тугой сход шихты, так как ГДУ приблизится к 0,5. Следовательно, с газодинамической точки зрения, максимальным является расход ПУТ 170 кг/т чугуна при повышенном расходе дутья с целью отдаления фокуса горения на расстояние 0,42-0,45 м в зоне циркуляции кокса. В случае отсутствия возможности увеличения расхода дутья для отдаления очага горения от стен печи можно уменьшить диаметр фурм или увеличить их «высов».
Для дальнейшего повышения расхода ПУТ необходимо улучшение газопроницаемости столба шихтовых материалов. Наибольший резерв для снижения перепада давления газа в столбе шихтовых материалов в ДП находится в зоне ко-гезии [7].
Для условий работы ДП-3 полезным объемом 2002 м3 произведен расчет расхода ПУТ, при котором не произойдет нарушение ровного хода печи без применения мер по улучшению газопроницаемости зоны когезии. Расчет произведен при условии, что масса железорудных материалов в подаче 50 т, кокса 15 т при отсутствии ПУТ и 12 т при количестве ПУТ 100 кг/т чугуна. Снижение массы кокса в подаче на 3 т приводит к снижению высоты коксовых окон на 0,1 м: при количестве кокса в подаче 15 т
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.