Опыт работы доменной печи на фурмах разного диаметра

Опыт работы доменных печей (ДП) многих металлургических заводов СССР с различным числом и диаметром воздушных фурм широко освещен в литературе. На заводе «Криворожсталь» в доменном цехе № 1 также накопили большой опыт работы ДП на фурмах разного диаметра. Проанализируем его на примере ДП № 8 объемом 2700 м³ (табл. 1) в связи с очередным изменением диаметра фурм, осуществленным уже в последнее время (табл. 2).

Таблица 1. Технико-экономические показатели ДП № 8 объемом 2700 м³

Так, при увеличении в своё время диаметра фурм со 180 до 190 мм (табл. 1) фактическая производительность печи выросла на 319,7 т/сут., а фактический расход кокса снизился на 38 кг/т чугуна. Приведенная производительность соответственно увеличилась на 83 т/сут., а приведенный расход кокса снизился на 20,7 кг/т чугуна.

Следующий эксперимент на этой печи провели по увеличению суммарного сечения фурм за счет чередования на печи фурм диаметром 190 и 207 мм через одну. Фактическая производительность возросла на 350 т/сут., а фактический расход кокса уменьшился на 8,7 кг/т чугуна. Приведенная производительность соответственно увеличилась на 144,8 т/сут., а приведенный расход кокса снизился на 7,3 кг/т чугуна. На росте производительности печи сказался дополнительный эффект чередования фурм разного диаметра, который приводит к расширению активной зоны горна печи [1].

Уменьшение диаметра фурм на этой печи со 190 до 165 мм (последние два периода таблицы 1) привело к самому большому росту фактической производительности печи - на 583 т/сут., при этом фактический удельный расход кокса снизился на 7 кг/т чугуна. Приведенная производительность соответственно увеличилась на 260,6 т/сут., а приведенный удельный расход кокса вырос на 8,4 кг/т чугуна. Уменьшение диаметра фурм до 165 мм и открытие дополнительно трех фурм улучшили работу печи по окружности, что позволило активизировать работу периферии горна.

В 1990 г, на капитальном ремонте первого разряда на печи увеличили число воздушных фурм с 24 до 28 [2]. Практически все время печь работала на фурмах диаметром 165 мм.

Последний эксперимент по уменьшению диаметра фурм со 165 до 140 мм на ДП№ 8 объемом 2700 м³ ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» начали проводить с 1 ноября 2010 г. и закончили в июне 2011 г. Фурмы заменяли постепенно по мере прогара фурм диаметром 165 мм.

Таблица 2. Технико-экономические показатели работы ДП № 8

В табл. 2 базовый период - октябрь 2010 г. и два опытных - июль и август 2011 г. Надо отметить, что на печи как в базовом периоде, так и в опытных периодах были закрыты четыре фурмы. В настоящее время фурмы закрыты из-за проблем с охлаждением некоторых зон шахты ДП. Переход на фурмы диаметром 140 мм привел к уменьшению суммарной площади сечения всех фурм на 28%. Отношение S_г/n х S_ф выросло со 185,2 до 257,2.

В базовом и втором опытном периодах в ДП загружали, в основном, агломерат аглофабрики № 1 (раньше это был НКГОК-1) и агломерат аглофабрики металлургического производства (МП); при этом средневзвешенное содержание фракции -5 мм было 14,43 и 15,03%, соответственно. В первом опытном периоде в печь в большем количестве грузили более качественный агломерат аглофабрики № 2 (раньше это был НКГОК-2) с низким содержанием мелочи. Средневзвешенное содержание фракции -5 мм в первом опытном периоде было 9,1%. Раньше на фурмах диаметром 165 мм эта ДП на агломерате аглофабрики № 2 имела производительность 5100-5200 т/сут. В первом опытном периоде приведенная производительность печи снизилась в сравнении с базой на 374 т/сут. при росте приведенного расхода кокса на 23 кг/т чугуна. Не лучше ситуация с производительностью и расходом кокса и во втором опытном периоде в сравнении с базовым периодом. При переходе на фурмы диаметром 140 мм печь показала худшие результаты не только при работе на более качественном агломерате, но и при существенном улучшении качества кокса. В базовом периоде прочность и истираемость кокса характеризовались величинами М₂₅ = 83,9% и М₁₀ = 8,8% при значениях в опытных периодах М₂₅ = 87,1-87,3% и М₁₀ = 7,5-7,6%. Воздуходувные машины на фурмах диаметром 140 мм уже не смогли поддерживать давление на колошнике печи >150 кПа, расход дутья снизился на 150-200 м³/мин.

Аналогичные результаты были получены в 2004 г. при уменьшении диаметра фурм со 160 до 150 мм на Днепровском МК на ДП № 9 объемом 1386 м³ [3]. Здесь также при уменьшении диаметра фурм получили снижение приведенной производительности печи в сравнении с базой на 80 т/сут. при росте приведенного удельного расхода кокса на 24 кг/т чугуна.

Приведенные данные еще раз подтверждают вывод о том, что необходимо подбирать рациональный диаметр фурм с учётом конкретных условий доменной плавки.

Г. А. Воловик с соавторами в свое время дал объяснение явлениям улучшения технико-экономических показателей доменной плавки при изменении диаметра воздушных фурм [4]:

- при центральном и периферийно-центральном газораспределении работа ДП улучшается при увеличении тепловой активности периферии в результате увеличения диаметра фурм;
- при излишне развитом периферийном ходе газа работа печи улучшается при некотором снижении активности периферии и увеличении ее в центре благодаря уменьшению диаметра фурм;
- при нормальной тепловой активности центральной зоны печи увеличение площади зон горения, т.е. более равномерный прогрев всей площади периферии горна всегда приводит к улучшению работы ДП.

С чем сложно согласиться в этих выводах, так это с тем, что при уменьшении диаметра фурм и увеличении кинетической энергии дутья размеры зон горения и глубина проникновения газового потока к центру печи всегда увеличиваются.

Так, К. И. Котов [5] отмечал, что между величиной кинетической энергии и размерами зоны циркуляции нельзя установить четкой функциональной зависимости. В более поздней работе авторы [6] показали, что на практике наблюдалось немало случаев, когда увеличение кинетической энергии не приводило к усилению центрального потока газов в ДП. Практическими замерами на печах также было установлено, что при постоянной величине кинетической энергии дутья на фурмах разного диаметра размеры зон горения всегда больше перед фурмой большего диаметра. И авторы [6] сделали вывод, что величину кинетической энергии дутья нельзя считать универсальным показателем, характеризующим распространение струи дутья в горне ДП.

Этот вывод был подтверждён и другими исследователями. Тем не менее, и в наше время некоторые специалисты продолжают ориентироваться при выборе диаметра фурм только на изменение величины кинетической энергии, не учитывая, как при этом изменяется потенциальная энергия потока дутья, а именно ее энергия давления. В сумме - это полная энергия потока комбинированного дутья на срезе фурмы (Е_{пм кд} ) или горнового газа в зоне горения (Е_{пм гг}).

Рассчитать эти энергии можно, воспользовавшись формулами [7]

где Q_{o см} - расход газовоздушной смеси, нм³/с; Т_см - температура смеси, К; n - количество фурм; r_{о см} - плотность смеси при нормальных условиях, кг/м³; S_ф - площадь сечения фурмы, м²; Р_д - абсолютное давление дутья, Па; 371,2 (Па/К) и 68877,6 (Па²/К²) - коэффициенты пересчета на нормальные условия (Р_о = 101325 Па и Т_о = 273 К);

где Q_oгг - выход горновых газов, приведенный к нормальным условиям, м³/с; Т_т - температура в зоне горения (теоретическая температура горения), К.

Полная энергия потока комбинированного дутья хорошо характеризует изменение длины зоны горения перед фурмой ДП, а полная энергия потока горнового газа - степень проникновения газов вглубь горна [7]. На этой основе возможно решение практических задач по оптимизации дутьевых параметров и выбора рационального диаметра фурм при конкретных дутьевых возможностях работы ДП.

Расчеты этих параметров дутьевого потока при изменении диаметра фурм на ДП № 8 со 165 до 140 мм (табл. 2 - базовый и первый опытный периоды) показали, что с уменьшением диаметра фурм кинетическая энергия потока дутья выросла значительно с 118,5 до 217,1 кДж/c (на 83,2%). Полная энергия потока комбинированного дутья увеличилась всего на 4,7%, а полная энергия горнового газа даже уменьшилась с 4079,7 до 3978,7 кДж/c, что не позволило существенно увеличить длину зон горения перед фурмами и тем более не обеспечило ожидавшегося более глубокого проникновения газового потока к центру печи, о чем свидетельствует и диаграмма изменения СО₂, по радиусу колошника доменной печи (рисунок).

Рисунок. Изменение распределения содержания СО₂ в газе по радиусу ДП № 8 при изменении диаметра фурм: -о-о-о- 165 мм (октябрь 2010), -•-•-•-•- 140 мм (июль 2011)

Выводы

Прогнозировать изменение размеров зон горения и глубину проникновения газового потока к центру горна печи при изменении диаметра фурм необходимо с позиций полной энергии комбинированного дутья и полной энергии горнового газа.

Библиографический список:

1. Лялюк В.П. Исследование работы доменных печей при чередовании фурм различного диаметра // Металлург, и горноруд. пром-сть. - 2001. - №5.-С. 11-15.
2. Опыт эксплуатации, выдувки, ремонта и пуска после реконструкции доменной печи объемом 2700 м3/ В.А. Шеремет и др. // Тр. междунар, конгресса доменщиков «Доменное производство XXI век». - М.: Кодекс, 2010. - С. 283-290.
3. Крячко Г.Ю., Авдеев Р.В. Особенности воздействия на работу доменной печи фурм уменьшенного диаметра и увеличенного высова // // БНТИ Черная металлургия. - 2005. - № 7. - С. 31-35.
4. Работа доменных печей на фурмах разного диаметра / Г.А. Воловик, Е.Г. Донсков, Б.В. Боклан и др. // Металлург. - 1973. - № 3. - С. 5-6.
5. Котов К.И. О влиянии диаметра фурм и кинетической энергии дутья на работу доменной печи // Сталь. - 1967. - № 11. - С. 994-996.
6. Бондаренко А.И., Остроухов М.Я. О регулировании газового потока в доменной печи изменением параметров воздушных фурм // Сталь. - 1972. -№7.-С. 587-589.
7. Лялюк В.П., Товаровский И.Г. Выбор режимов доменной плавки на комбинированном дутье с оценкой параметров фурменной зоны // Черные металлы. - 2003. - Ноябрь. - С. 13-16.

УДК 669.162.16
Лялюк В.П. /д.т.н./, Оторвин П.И. /к.т.н./,
Тараканов А.К. /д.т.н./,
Кассим Д.А.
Костенко Г.П. НМетАУ
ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог»

Поступила 01.11.2011