Несообразности металлургического цикла. Их устранение (стр. 10 )

Загрузочный аппарат доменных печей допускает больший или меньший разброс шихты по радиусу печи. В частности, практикуется больший разброс кокса и его увеличенная доля около стенок печи, около фурм. Если аналогично вести загрузку при обсуждаемой последовательной продувке, то масса М окатышей в нижней части может приобрести вид конуса, вытянутого вниз (см. рис. 5.1). Это позволит увеличить зону контакта топлива и окатышей, зону плавления, и увеличить ее газопроницаемость.

В предыдущей схеме (см. рис. 3.1), в агрегате «угольный Мидрекс» важным новым элементом было плавление массы М на поду печи. Здесь масса М металлизованных окатышей плавится более тра диционно, на слое кокса; такое плавление не является настолько новым элементом процесса 1), как плавление на поду в предложенной схеме.

-----------------------------------------------------------------------------

1) Теоретически интересен следующий вопрос: что будет, если не пополнять запас кокса в печи, а топливо подавать лишь в виде угольной пыли? Возможно, масса М металлизованных окатышей прочно спечется и «застрянет» в сужающемся книзу корпусе печи, в заплечиках домны. Наступит прочное зависание шихты. Под массой М может образоваться пустота, газовый мешок с горячими факелами. Металлизованная масса М может науглероживаться избыточной угольной пылью и оплавляться снизу, будучи в «подвешенном состоянии». Возможно некоторое снижение газопроницаемости в граничном слое плавящихся окатышей. Возможны неровности схода массы М при каких-то ее частичных разрушениях.

В доменной печи такой режим неприемлем, он приведет к смещению зоны горения вверх, к охлаждению горна и др. Но в обсуждаемом процессе, при его высокой управляемости, не исключено, что в принципе можно отладить приемлемый режим процесса даже и при такой экзотической ситуации.

В шахте доменной печи, расширяющейся книзу, а также в цилиндрической части печи масса М будет, очевидно, опускаться достаточно свободно, а в образующиеся по боковым поверхностям зазоры будут засыпаться окатыши сверху. Эта масса дает значительную усадку, уменьшение объема при металлизации и спекании,

а затем вследствие плавления. Если запас кокса в печи своевременно пополняется тем или иным способом, то масса М не опустится до заплечиков, до сужающегося книзу корпуса, и режим схода и плавления шихты будет достаточно хорошим, без осложнений.

5.2. Расход кокса

При данной загрузке печи с зонами топлива и окатышей (см. рис. 5.1) можно в значительной степени устранить не только «порок 1» доменного процесса (неполное горение топлива), но и «порок 2» – необходимость кокса. Для уменьшения расхода кокса целесообразно вдувание через фурмы угольной пыли, причем в большом количестве, так, чтобы горение пыли в факеле шло с избытком пыли (топлива) над кислородом дутья. Поверхность частичек пыли намного превосходит поверхность кусков кокса, поэтому угольная пыль будет поглощать в факеле почти весь кислород дутья, и почти не будет гореть кокс. Расход кокса сократится в несколько раз, особенно в случае мелкой пыли; основным топливом печи будет угольная пыль. Остаток пыли сверх стехиометрического соотношения к дутью будет переноситься с печными газами выше, в слой плавящихся окатышей, и расходоваться там в зоне плавления на металлизацию окислов и на науглероживание образующихся расплавов.

В факелах угольной пыли, вдуваемых в слой кокса, будет более высокая температура и образуется избыток тепла по сравнению с факелами обычной доменной печи, как и в агрегате «угольный Мидрекс» (см. рис. 3.1). В этом варианте не тратится тепло на нагрев окатышей и реакции восстановления в них, факел с угольной пылью вдувается в слой кокса. Здесь также будет целесообразна добавка к угольной пыли порошка железорудного концентрата для утилизации излишнего тепла.

Угольная пыль (особенно мелкая) может быстро поглощать почти весь кислород факела и дать газогенераторный газ (СО и Н2). Тонкий порошок концентрата способен быстро поглотить «свою» часть этого восстановительного газа, давая капельки чугуна. Оставшаяся часть восстановительного газа с избытком пыли пойдет вверх на металлизацию окатышей в шахте.

Правда, если нет течек для загрузки кокса, то придется работать не непрерывным процессом, а периодическим. В нормальной или оптимальной стадии процесса по мере расходования шихты добавляются новые окатыши, так что вверху все время имеются недавно загруженные слои, содержащие высшие окислы железа Fe2О3 и Fe3О4 с высокой способностью окислять отходящие газы. Но слой кокса при этом не удастся пополнять; хотя основным топливом служит угольная пыль, но постепенно «коксовая насадка» все-таки уменьшится до определенной малой величины, и потребуется ее пополнить. В этом случае целесообразно дать сверху большую порцию кокса, после чего загружать новый слой окатышей. Когда нижние слои вновь загруженного кокса опускаясь, прогреются примерно до 1000 0С, кокс начнет газифицировать углекислый газ в отходящих газах (С+СО2 = 2СО). Наступят большие потери химического тепла, примерно как и в доменной печи. Этот аномальный период закончится, когда нижние слои новой зоны окатышей, загружаемых поверх порции кокса, прогреются примерно до 400 - 500 0С, и станут способны окислять отходящие газы до СО2. Шахта печи снова окажется способной утилизировать не только физическое, но и химическое тепло отходящих газов.

Доля неэкономичных аномальных периодов будет примерно равна доле кокса в общем расходе топлива. Если почти весь кислород дутья поглощается угольной пылью, угар кокса незначителен, то и доля аномальных периодов невелика.

В последующем целесообразно пойти на некоторые сравнительно небольшие поправки к конструкции доменной печи – сделать рассмотренные выше течки над фурмами, и вводить через них из закрытого бункера кусковой кокс в газовые потоки факелов. Если принять такие коррективы в конструкции печи, то можно постоянно поддерживать, возобновлять топливную «насадку» или «постель» (подробнее см. ниже). Процесс при этом становится непрерывным, «аномальные» периоды исключаются, так как не потребуется подача кокса сверху. При работе фурмы факел эжектирует, всасывает окружающие газы и с ними кусочки шихты, которые разносятся затем по горну печи.

5.3. Вдувание угольной пыли с порошком концентрата

При современном доменном процессе, когда печи загружаются смесью кокса и окатышей, вдуваемая угольная пыль обычно заменяет лишь несколько процентов кокса. Вдувание угольной пыли допускается лишь как малая поправка к «нормальному» доменному процессу, которая не изменяет его сути. Считается, что при повышенном количестве угольной пыли и при уменьшении доли кокса в шихте понизится газопроницаемость шихты, затруднится ее сход, усилится прочное спекание металлизованных окатышей и, соответственно, чаще будут происходить зависания шихты и др.

Отметим, что эти доводы недействительны, если пыль вдувается вместе с концентратом. В смеси с концентратом можно вдувать в печь значительно больше угольной пыли и при обычной загрузке доменной печи, не уменьшая доли кокса в кусковой шихте, не изменяя соотношение кокса и окатышей. В принципе доменная печь может производить чугун в факелах почти из одной лишь угольной пыли и концентрата, и почти не расходовать кусковую шихту, не расходовать окатышей и кокса. Пыль с концентратом может реагировать независимо от реагирования кокса с окатышами. Такие возможности, видимо, не осознаны в настоящее время.

Правда, при каком-то чрезмерном количестве пыли и концентрата значительно уменьшится поток кусковой опускающейся шихты, и, соответственно, насколько-то ухудшится утилизация физического тепла отходящих газов. Можно увеличить число циклов восстановления-газификации, которые проходят газы (Приложение 3).

5.4. Скорость процессов

Генераторный газ содержит меньше восстанавливающих железо компонентов СО и Н2 (например, 35 % или 52 %, см. выше), чем конвертированный природный газ. Поэтому, во-первых, скорость реакций в предлагаемых агрегатах при прочих равных условиях может оказаться меньше, чем в агрегате «Мидрекс», и во-вторых, для получения тонны металла через массу окатышей потребуется продуть большее количество генераторного газа по сравнению с конвертированным природным газом. Может показаться, что это – большой недостаток предлагаемых процессов.

Что касается скорости реакций металлизации, то в предлагаемых агрегатах она может быть намного больше вследствие более высокой температуры (до 1200 0С и больше) по сравнению с 850 0С в агрегате «Мидрекс», и этот фактор перевесит влияние концентраций. Кроме того, в агрегатах «Мидрекс» значительная часть рабочего объема агрегата предназначается для охлаждения полученных окатышей холодным природным газом.

Увеличение продуваемого количества газов можно достигнуть за счет повышения перепада давления DР и за счет увеличения самого давления Р газов. Увеличение газопроницаемости можно получить и за счет увеличения размеров окатышей или брикетов, так как при более высоких температурах полностью прореагируют и более крупные окатыши.

Отметим также, что производительность доменных печей лимитируется обычно газопроницаемостью шихты, то есть возможной интенсивностью продувки. Если в предлагаемых процессах тепло горения топлива в 2-3 раза больше за счет более полного горения, то расход топлива, а также объем продуваемых газов на тонну металла будет соответственно меньше. Продувая тот же объем газов, можно получить больше металла. При данной газопроницаемости шихты, данной интенсивности продувки уменьшение удельного расхода топлива приводит также и к соответствующему увеличению производительности печи. Можно рассчитывать в данных схемах процесса примерно на такую же удельную производительность агрегата, как и в современных процессах «Мидрекс».

В целом предлагаемый режим работы доменной печи позволит, очевидно, в основном или почти полностью заменить кокс угольной пылью и намного увеличить тепло горения топлива за счет более полного окисления отходящих газов до СО2 и Н2О, сократить расход топлива. Окатыши или агломерат можно в значительной степени заменить более дешевым вдуваемым концентратом. Конечно, как и при реализации схемы (см. рис. 3.1), здесь также потребуется большая работа по отладке процесса. Но основные трудности и здесь не столько технические, сколько психологические или идеологические. До сих пор обсуждаемые приемы не используются не из-за какой-то чрезмерной сложности их, но из-за господства традиционной идеологии.