В ПОРЯДКЕ ОБСУЖДЕНИЯ
УДК 669.162.16
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ ТЕХНОЛОГИИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
© Курунов Иван Филиппович; Филатов Сергей Васильевич
ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». Россия, г. Липецк. E-mail: kurunov_if@nlmk.com Статья поступила 12.02.2014 г.
Производительность доменной печи определяется газопропускной способностью столба шихты в ней и количеством газа, который
образуется при выплавке 1 т чугуна, т.е. от расхода топлива и содержания кислорода в дутье. Показатели удельной производительности и интенсивности работы доменных печей, рассчитываемые на 1 м3 их объема, формально зависят от высоты печей. Их применение для сравнительной оценки работы печей различного объема не позволяет сделать корректное сравнение. Использование таких показателей для сравнения интенсивности работы доменных печей 1940-1950-х годов и современных печей привело авторов статьи
[3] к заключению, что повышенное давление и обогащение дутья кислородом не являются интенсификаторами доменной плавки. Для объективной сопоставительной оценки эффективности работы доменных печей различного объема необходимо использовать показатели удельной производительности печей и интенсивности плавки, рассчитываемые на 1 м2 площади поперечного сечения горна. Современная практика работы доменных печей НТМК и НЛМК показывает, что при соответствующем качестве кокса и железорудных материалов повышенное давление и кислород в дутье позволяют достичь рекордных показателей производительности и интенсивности плавки, не достигаемых ранее.
Ключевые слова: доменная печь; эффективность; удельная производительность; интенсивность плавки; расчет показателей интенсивности; повышенное давление; кислород; интенсификаторы плавки.
Эффективность работы доменной печи (ДП) определяется ее производительностью и затратами энергии на 1 т чугуна. При стабильной работе ДП ее производительность напрямую зависит только от двух комплексных параметров: от количества газа, которое пропускает столб шихты в печи ^^ м3/мин) без нарушения его структуры при предельном или рабочем перепаде давления, и от количества газа, которое образуется в печи на 1 т выплавляемого чугуна м3/т) при сгорании кокса и вдуваемого топлива, а также в процессах прямого восстановления.
Назовем параметр Qг газодинамической составляющей производительности, а величину Рб = 1^б, (т/м3) - балансовой составляющей производительности. Тогда минутная производительность ДП (Р) рассчитывается как произведение этих двух составляющих
Р = QгPб, т/мин. (1)
Понятно, что газодинамическая составляющая производительности зависит, прежде всего, от поперечных размеров ДП и от структуры столба шихты в ней, т.е. от характера распределения по радиусу, толщины слоев и гранулометрического состава железорудных материалов и кокса, а также от параметров газа в печи (температура,
давление, плотность) и предельного или рабочего перепада давления по высоте печи (Др).
Балансовая составляющая производительности зависит, в первую очередь, от удельного расхода кокса, состава и расхода вдуваемого топлива и от содержания кислорода в дутье.
Традиционно используемые в СССР, а в настоящее время в России и странах СНГ показатели удельной производительности и интенсивности работы ДП по коксу, руде или дутью, рассчитываемые на 1 м3 объема ДП, дают объективную оценку только при анализе и сравнении работы ДП одинакового объема, так как все эти показатели формально зависят от объема печи [1, 2]. Для корректного сравнения этих показателей работы ДП разного объема необходимо использовать показатели, рассчитываемые на 1 м2 эквивалентной площади поперечного сечения печи Бэ или площади горна. Справедливость этого утверждения покажем на примере удельной производительности ДП путем несложных вычислений.
Газодинамическая составляющая производительности ДП или, иначе говоря, ее газопропускная способность Qг, как уже сказано выше, зависит от эквивалентной площади поперечного
Таблица 1. Показатели удельной производительности (Ру и Р15) доменных печей разного объема
Компания, год Номер ДП, объем м3 P '* т/(м2'сут.) т/(м3'сут.)
ДП-4, 2000 75,5 2,95
ОАО «НЛМК», 2013 ДП-5, 3200 75,2 2,65
ДП-7, 4291 89,1 2,8
ДП-2, 2000 57,9 2,27
ОАО «ЗСМК», 2008
ДП-3, 3000 57,7 2,03
ДП-1, 1370 54,1 2,2
ОАО «ММК», 2009
ДП-10, 2014 59,5 2,2
TKS (Германия), 2008 Гамбург, ДП-9, 1833 62,5 2,8
Швельгерн, ДП-2, 4769 68,14 2,49
Stahlwerke (Бремен, Германия), ДП-3, 1424 48,4 2,26
2003 ДП-2, 3143 56,3 2,03
Rautaruukki (Финляндия), 2008 ДП-1, 1059 72,5 3,44
Tata Steel (Голландия), 2012 ДП-6, 2380 77,94 3,18
* Ps' - удельная производительность на единицу площади горна.
сечения печи (частное от деления объема печи на ее высоту Бэ = Уп/Нп), структуры и порозности столба шихты, параметров газа в печи и предельного или рабочего перепада давления по высоте печи (Др). В общем виде эту зависимость можно представить как
= 5 А УКр. (2)
В этой зависимости, полученной из известного уравнения [2] С.Эгона (Б.Б^цп), А - комплексный расчетный параметр, учитывающий давление, плотность и температуру газа в печи, порозность и коэффициент сопротивления слоя шихты. С учетом этой зависимости показатели удельной производительности ДП на 1 м3 объема (Ру) и на 1 м2 площади поперечного сечения (Р5) печи будут равны:
Р = Р, Б АуКр / V = Р, Б АуКр /Б Н ,
V б э 1 п бэ 1 э п
или Ру= Рб А УКр /Нп, (3)
Р5 = РбБэАуКр / Бэп или Р5 = РбАуКр. (4)
Из формул (3) и (4) видно, что показатель удельной производительности печи на 1 м3 объема формально зависит от высоты печи, т.е. и от ее объема, а удельная производительность печи на 1 м2 площади поперечного сечения печи не зависит от геометрических размеров печи. В полной мере это относится и к показателям интенсивности работы ДП по коксу, по руде или по дутью и кислороду, которые используются в статье Е.Г.Донского, В.П.Лялюка и А.Д.Донского [3].
Формальная зависимость показателя удельной производительности Ру от высоты печи явно прослеживается в реальных показателях удельной производительности ДП различного объема,
работающих в одинаковых или сопоставимых условиях (табл. 1).
Во всех приведенных примерах для ДП разного объема, работающих в одинаковых или близких условиях по шихте и параметрам дутья, на печах меньшего объема удельная производительность на 1 м3 объема больше, а удельная производительность на 1 м2 площади горна меньше, чем на печах большего объема.
Результаты компьютерного моделирования доменной плавки для ДП разного объема, работающих в одинаковых дутьевых и шихтовых условиях, включая распределение рудной нагрузки по радиусу и степень приближения состава газа в изотермической зоне к термодинамическому равновесию, дают аналогичную картину (см. рисунок).
Повышение расчетной удельной производительности на единицу площади поперечного сечения печи с увеличением объема печей обусловлено увеличением балансовой составляющей производительности Рб на них из-за уменьшения удельных потерь тепла с ростом объема печей, следовательно, и с уменьшением расхода топлива.
Таким образом, анализ интенсивности работы ДП по дутью и по кислороду, приведенный в работе [3] и выполненный без учета геометрических размеров ДП, и, тем более, сравнение анализируемых показателей доменных печей 1940-х годов (максимальный полезный объем 1180 м3) и 1970-х (полезный объем ДП - 1000-3200 м3) не отражают реальной ситуации. Это относится и к сравнению показателей интенсивности по коксу
75
70
65
^у 60
55
н 50
оТ 45
40
35
30
2700 3200 4290
2>30 2,30 27wr~320ö~
-Р;, т/(м2.сут.) 2,15 2,10 429°
■ PV, т/(м3'сут.)
3,50
3,30
3,10
2,90 ут.)
2,70 у
2,50
2,30 т/
2,10 йч
1,90
1,70
1,50
250 1000 1300 1719 2000 2700 3200 4290 5500 Объем ДП, м3
Зависимость показателей удельной производительности ДП от их объема (РБ' - удельная производительность на единицу площади горна)
Таблица 2. Показатели удельной производительности и интенсивности работы ДП ММК [4]
Показатели работы ДП V = 1180 м3 дп V = 2014 м3 дп
Производительность:
т/сут. 2266 4601
т/(м2-сут.) 49,98 61,03
т/(м3-сут.) 1,92 2,28
Расход:
дутья, м3/т 1540 1158
кокса, кг/т 545 446
природного газа, м3/т 49 124
Содержание кислорода в дутье, % 21 27,6
Избыточное давление газа на колошнике, кПа 74 144
Температура дутья, °С 937 1167
Влажность дутья, г/м3 19,2 12,7
Содержание, %:
железа в шихте 57,3 58,2
кремния в чугуне 0,64 0,64
Расход известняка в шихте, кг/т 23 14
Интенсивность:
по коксу, т/(м2-сут.) 27,24 27,22
по коксу, т/(м3-сут.) 1,046 1,019
по суммарному углероду, т/(м2-сут.) 20,93 23,41
по суммарному углероду, т/(м3-сут.) 0,952 0,876
по дутью, м3/м2 53,44 49,07
по дутью, м3/м3 2,05 1,837
по кислороду, м3/м2 11,22 13,54
по кислороду, м3/м3 0,431 0,507
Приведенный расход кокса, кг/т 505 446
Расход суммарного топлива в коксовом 544 545
эквиваленте, кг/т
Таблица 3. Показатели удельной производительности и интенсивности работы ДП НЛМК
Номер ДП Производительность, т/сут. Интенсивность, т/сут. Интенсивность, м3 /мин
по коксу по сумме С по дутью по О2
т/м2 т/м3 т/м2 т/м3 т/м2 т/м3 м3/м2 м3/м3 м3/м2 м3/м3
4 77,75 3,05 29,63 1,163 21,76 1,23 50,3 1,95 15,9 0,59
5 78,07 2,76 24,36 0,86 31,02 1,095 53,1 1,87 16,99 0,56
6 77,09 2,72 30,68 1,083 31,98 1,129 50,4 1,78 15,49 0,55
7 89,79 2,82 37,35 1,173 38,4 1,205 56,4 1,77 16,4 0,51
для ДП, работающих на атмосферном и комбинированном дутье. При таком сравнении не учитывается тот очевидный факт, что при одной и той же интенсивности по дутью при вдувании дополнительного топлива происходит снижение интенсивности работы ДП по коксу. В современных
условиях - при вдувании ПУТ, расход которого на некоторых ДП за рубежом практически равен расходу кокса, интенсивность работы печи по коксу вообще не может служить корректным показателем интенсивности доменной плавки. Это видно на примере показателей работы доменных печей ММК с вдуванием и без вдувания природного газа (табл. 2) и доменных печей НЛМК (табл. 3), где ДП-5 работает с одновременн
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.