Анализ причин отличия удельного расхода кокса и производительности доменной печи №4 по сравнению с доменной печью №1 в августе 2002 года.

Федеральное государственное бюджетное

  образовательное  учреждение 

высшего профессионального  образования

Магнитогорский  Государственный  Технический Университет

имени Г.И. Носова 
 

Кафедра металлургии черных металлов 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа 

по дисциплине: Теория процессов производства чугуна

на тему: Анализ причин отличия удельного расхода кокса и производительности доменной печи №4 по сравнению с доменной печью №1 в августе 2002 года. 
 
 
 
 
 

Исполнитель:

Руководитель:  
 
 
 
 

Работа  допущена к защите «____»________2011г. __________________ 

Работа защищена «____»________2011г. с оценкой________  ______________ 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение 

1 Зависимость удельного расхода кокса и производительности доменной печи от различных факторов……………………………………………………..3

1.1 Качество шихты……………………………………………………………….6

1.1.1 Содержание мелочи в сырье………………………………………………6

1.1.2 Содержание железа…………………………………………………………7

1.1.3 Качество кокса………………………………………………………………7

1.1.4 Использование коксового орешка…………………………………………8

1.2 Параметры дутья……………………………………………………………..10

1.2.1 Температура дутья…………………………………………………………10

1.2.2 Расход природного газа…………………………………………………..11

1.2.3 Содержание кислорода в дутье………………………………………….11

1.3 Состав чугуна………………………………………………………………..12

2 Исходные данные……………………………………………………………...14

3 Анализ  действия различных факторов  на удельный расход кокса……….16

4 Анализ  действия различных факторов  на производительность…………..19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение

    Производительность  и удельный расход кокса являются наиболее важными характеристиками работы доменной печи. Производительность характеризуют количеством выплавленного  чугуна в тоннах за сутки, величиной  полезного объема, приходящегося  при этом на 1 т чугуна (КИПО), или  чугуна, приходящегося на 1объема (удельная производительность). В среднем по стране они составляют соответственно около 2700 т/сутки; 0,45/т; 2,2 т/. Удельный расход кокса при выплавке передельного чугуна в среднем по стране составляет около 445 кг/т чугуна.

    В связи с важностью этих показателей  теория и практика доменного дела уделяет значительное внимание анализу  причин их изменения. При проведении анализа устанавливают действие изменяющихся факторов на удельный расход кокса и производительность доменной печи, используя данные таблицы 1. Такой  анализ помогает вскрыть причину  успешной или неудовлетворительной работы и вырабатывать на этой основе необходимые в дальнейшей деятельности меры. 

   

1. Зависимость удельного расхода  кокса и производительности доменной печи от различных  факторов.

    Влияние факторов на результаты доменной плавки устанавливают проведением экспериментов  и расчетами по математическим моделям. На предприятиях страны для анализа  работы доменных печей широко используют данные, представленные в таблице 1.

    Снижение  удельного расхода кокса и  повышение производительности печи происходит за счет:

• Снижения потребностей в тепле на проведение процессов;
• введения дополнительных восстановителей и повышения их концентрации в печных газах;
• введение дополнительного тепла или топлива в высокотемпературную зону печи;
• улучшения использования в печи тепловой и химической энергии газов;
• уменьшения взаимного сопротивления шихты и газов их движению в противотоке.

Таблица 1 – Влияние различных факторов на удельный расход кокса К и производительность доменной печи П («+» - увеличение, «-» - уменьшение)

Наименование  факторов	Показатели, %
	К	П
Повышение содержания железа на каждый 1% во всей шихте без кокса и  флюса:
Fe в пределах:                               до 50%	-1,4	+2,4
50-55%	-1,2	+2,0
55-60%	-1,0	+1,7
Повышение расхода металлодобавок на каждые 10 кг/т чугуна	-0,3	+0,5
Уменьшение  расхода сырого известняка на каждые 10 кг/т чугуна	-0,5	+0,5
То  же доломитезированного	-0,4	+0,4
Уменьшение  содержания мелкой фракции (0-5 мм)в железорудной шихте на каждый 1%	-0,5	+1,0
Уменьшение  содержания золы в коксе на каждый 1%	-1,3	+1,3
Уменьшение  содержания серы в коксе на каждый 0,1%	-0,3	+0,3
Повышение прочности кокса по показателю М25 на каждый 1%	-0,6	+0,6
Уменьшение  истираемости кокса по показателю М10 на каждый 1 %	-2,8	+2,8
Уменьшение  содержания кремния в чугуне на каждые 0,1%	-1,2	+1,2
Уменьшение  содержания марганца в чугуне на каждые 0,1%	-0,2	+0,2
Уменьшение  содержания фосфора в чугуне на каждые 0,1%	-1,2	+1,2
Повышение содержания серы в чугуне на каждые 0,01%	-1,0	+1,0
Повышение температуры дутья на каждые 10:
- при концентрации кислорода  в дутье до 25% в диапазоне нагрева, :
800-900	-0,5	+0,5
900-1000	-0,4	+0,4
1000-1100	-0,3	+0,3
1100-1200	-0,28	+0,28
1200-1300	-0,25	+0,25
1300-1400	-0,22	+0,22
- при концентрации кислорода  в дутье 25-35% в диапазоне нагрева,:
1000-1100	-0,25	+0,25
1100-1200	-0,22	+0,22
1200-1300	-0,2	+0,2
1300-1400	-0,18	+0,18
- при концентрации кислорода  в дутье 35-40% в диапазоне нагрева,:
1000-1100	-0,2	+0,2
1100-1200	-0,18	+0,18
1200-1300	-0,16	+0,16
1300-1400	-0,14	+0,14
Уменьшение  влажности дутья на каждый 1 г/ при расходе дутья, /т чугуна:
1500-1600	-0,2	+0,1
1000-1100	-0,15	+0,07
Обогащение  дутья кислородом на каждый 1% абс. при  концентрации , %:
до 25	+0,2	+2,4
25-30	+0,3	+2,1
30-35	+0,4	+1,8
35-40	+0,5	+1,6
Коэффициент замены кокса природным газом  при расходе газа, /т чугуна:
до 100	0,8 кг/
100-150	0,7 кг/
150-200	0,6 кг/
Коэффициент замены кокса коксовым газом при  расходе газа, /т чугуна:
до 200	0,45 кг/
200-300	0,4 кг/
Коэффициент замены кокса мазутом	1,2 кг/кг
Коэффициент замены кокса измельченными углями:
- антрацитом и тощими с содержанием  золы, %
до 10	0,9 кг/кг
10-20	0,8 кг/кг
- газовыми с содержанием золы  до 10%	0,8 кг/кг
Коэффициент замены кокса коксовым орешком при  дренажной способности:
- низкой	0,7 кг/кг
- высокой	1 кг/кг
Повышение давления газа под колошником на каждые 10 кПа в диапазоне 100-200 кПа избыточного  давления	-0,2		+1,0
Уменьшение  времени простоев на 1%	-0,5		+1,5
Уменьшение  времени тихого хода на 1%	-0,5		+1,0
Уменьшение  количества случаев задержки выпуска  чугуна на каждый 1%	-0,05		+0,1

 

    Для дополнительного эффекта от некоторых  мероприятий требуется одновременно использовать другие. Например, для  снижения расхода кокса увеличением  расхода природного газа необходимо повышать содержание кислорода в  дутье или его температуру, снизив влажность дутья. Для реализации преимуществ повышенного давления газов на колошнике необходимо изменением режима загрузки повышать равномерность  распределения материалов по сечению  и увеличивать интенсивность  по дутью.

    На  результаты доменной плавки влияют качество шихты, параметры дутья, состав и  свойства продуктов плавки, режим  работы печи. 
 

    

1. Качество  шихты

    Основными показателями качества шихты, влияющими  на результаты плавки, являются:

• содержание железа;
• прочность, гранулометрический состав и содержание мелочи;
• основность (отношение содержания основных оксидов к кислотным);
• кремниевый модуль (соотношение /);
• содержание вредных и полезных примесей;
• изменчивость свойств.

    Основными направлениями снижения удельного  расхода кокса и повышения  производительности печей в современных  условиях служат снижение содержания мелочи в компонентах сырья и  повышение в них содержания железа. 

    

1. Содержание  мелочи в сырье 

    Мелочью в компонентах сырья принято  считать класс 0-5 мм. Содержание ее в  агломерате в среднем по стране составляет около 14,5%, в окатышах – 3,5%. Достижимо  снижение содержания мелочи в агломерате до 3-5%. Этого можно достигнуть улучшением его прочных свойств и отсевом мелочи после спекания агломерата и перед загрузкой в печь. Согласно таблице 1, уменьшение содержания мелочи на 1% позволяет снизить расход кокса на 0,5% (2-3 кг/т чугуна) и повысить производительность печи на 1%. Для более полной реализации преимуществ сырья с пониженным содержанием мелочи корректировкой режима загрузки повышают равномерность распределения материала по поверхности колошника и увеличивают интенсивность по дутью. При это обеспечивают ровный сход шихты при более высоком общем перепаде давления газов в печи (разности между давлением дутья и давлением на колошнике). При это снижение расхода кокса получают ввиду более полного использования химической и тепловой энергии газового потока, повышение производительности – ввиду увеличения количества газа-восстановителя в единицу времени за счет повышения интенсивности по дутью. 

    

2. Содержание  железа

    Производимый  агломерат содержит в среднем  по стране около 53,5% железа, окатыши  – 61%. Использование в агломерационной  шихте концентратов глубокого обогащения руд позволяет повышать содержание железа в агломерате вплоть до уровня его в окатышах.

    Согласно  таблице 1, увеличение содержания железа в сырье на 1% дает снижение расхода  кокса на 1-1,4% и прирост производства чугуна на 1,7-2,4%. Такие результаты обеспечиваются снижением выхода шлака, улучшением условий восстановления и теплообмена. Уменьшаются затраты тепла на нагрев шлакообразующих и их расплавление, а также проведение реакций прямого восстановления Fe из FeO (FeO + C = Fe + CO). Облегчается доступ газа-восстановителя и газа-теплоносителя к поверхности восстанавливаемого оксида, что ускоряет процесс получения металла, повышает степень использования химической и тепловой энергии газа.

    Агломерат с повышенным содержанием железа обычно прочнее и содержит меньше мелочи. Для полной реализации преимуществ  богатого сырья целесообразно обеспечивать более равномерное распределение  материалов по сечению колошника  и повышенную интенсивность по дутью  при сохранении ровного схода  шихты. 

    

3. Качество  кокса

    Для достижения высоких показателей  доменной плавки необходим прочный  малоистирающийся кокс крупностью в  пределах 40-60мм с низким содержанием  мелочи (класса 0-25мм), золы и серы при оптимальной реакционной способности.

    Применяемый в нашей стране кокс обычно содержит 10-12% золы, 0,4-1,8% серы,2-3,5% мелочи. Он имеет  прочность по показателю М25 в пределах 80-90%, истираемость по показателю М10 от 5 до 10%. Высокотемпературная прочность  CSR составляет 55-65%, реакционная способность CRI – в пределах 25-35%.

    Содержание  золы и серы влияют на результаты плавки как непосредственно, так и через  изменение количества шлака и  сырого флюса. Поскольку при анализе  причин изменения расхода кокса  и производительности действие выхода шлака (содержание железа отражает выход  шлака) и сырого флюса учитываются  отдельно, то данные таблицы 1 включают только эффект непосредственного влияния  содержания золы и серы.

    При необходимости оценки влияния их в изолированном виде, когда суммарное  изменение количества шлака и  сырого флюса отдельно не учитывают, рекомендуют пользоваться следующими данными (таблица 2) (числитель –  при отсутствии в шихте сырого флюса или постоянном его расходе, знаменатель – при корректировке  количества CaO в шихте изменением расхода сырого флюса).

Таблица 2 – Влияние содержания золы и  серы в коксе на К и П

Действующие факторы	К, %	П, %
Уменьшение  содержания золы в коксе на 1%	-1,4/-1,8	+1,4/+1,8
Уменьшение  содержания серы в коксе на 0,1%	-0,3/-0,8	+0,3/+0,8

 
    

4. Использование коксового орешка

    Одним из направлений снижения удельного  расхода кокса является применение в шихте коксового орешка крупностью 10-25 мм. Коксовый орешек имеет более  высокую эквивалентную по поверхности  крупность относительно агломерата и окатышей. Расположение его в  слое сырья способствует разрыхлению  железорудной части шихты, поэтому  использование коксового орешка в условиях высокой дренажной  способности горна может улучшить газодинамику печи.

    По  сравнению с металлургическим коксом коксовый орешек имеет пониженную крупность. Избыточное увеличение его расхода, особенно при неравномерном распределении  орешка по окружности колошника, ухудшает дренажную способность коксовой насадки в горне печи. Большое  количество орешка в слое шихтовых материалов не успевает полностью израсходоваться  выше горизонта фурм и приходит в  горн в виде мелочи. Эквивалент замены кокса коксовым орешкам в этом случае не превысит 0,7 кг/кг.

    Для эффективного вовлечения орешка в доменное производство необходимо использовать его на печах с высокой дренажной способностью горна и одновременно с ним применять другие мероприятия, которые компенсируют его негативное действие на дренаж горна. К ним, в частности, относятся:

• равномерное распределение коксового орешка в слое шихтовых материалов, поступающих в колошниковое пространство доменной печи. На печах, оснащенных БЗУ лоткового типа, повышенную равномерность обеспечивает выгрузка коксового орешка из середины объема шихтовых материалов;
• использование в шихте доменной печи промывочных материалов (марганцевая руда, Михайловская руда);
• загрузка в доменную печь кокса с высокой горячей прочностью и низкой истираемостью по показателю М10.

    Использование компенсирующих мероприятий, позволяет  увеличить расход коксового орешка без ухудшения фильтрации жидких продуктов плавки через слой коксовой насадки. При этом эквивалент замены им металлургического кокса может  увеличиться до 1 кг/кг.