Файл: Применение пылеугольного топлива для выплавки чугуна..pdf

536 кг/т чугуна коэффициент избытка газа-восстановителя (для реакции восстановления вюстита) сократился от 8 до 2,88 единиц, т. е. до теоретически минимальной величины [65] (рис. 12). При этом минимально возможная степень прямого восстановления возросла от 0,1 до 0,3, в то время как фактическая достигла минимума — 0,36 при расходе

кокса 536 кг/т чугуна (1965 г.).

Дальнейшее сокращение выхода газа-восстановителя за

Рис. 12. Изменения во времени фактической (1)

иминимальной (2) степеней прямого восстановле­ ния железа и коэффициента избытка СО (3).

минимально возможная (расчетная) степень га. Таким обра­ зом, опыт завода «Запорожсталь» свидетельствует о дости­ жении предельной степени использования газа-восстанови­ теля в шахте печи при расходе кокса 536 кг/т чугуна и вы­ ходе газов-восстановителей около 800 м3/т чугуна. Авторы отмечают, что дальнейшее снижение расхода кокса (за счет снижения потребности в теплоносителе) будет сопро­ вождаться увеличением степени прямого восстановления. Степень использования газов-восстановителей для восста­ новления закиси железа в последних периодах работы до­ менной печи близка к равновесной, поэтому за счет улуч­ шения использования газа нельзя ожидать существенных улучшений технико-экономических показателей плавки.

Для качественной оценки влияния выхода восстанови­ тельных газов на степень их использования и ггі нами были составлены материально-тепловые балансы работы печей Донецкого и Череповецкого металлургических заводов

48

за период с 1957 по 1968 гг. За данный промежуток вре­ мени в результате внедрения различных мероприятий рас­ ход кокса сократился от 1050 до 600 и от 750 до 440 кгіт чугуна, а выход газов-восстановителей — от 1350 до 640 мя/т чугуна.

В рассматриваемых условиях решающее влияние на из­ менение степени использования восстановительной способ-

Рис. 13. Графики зависимости показателя прямого восстанов­ ления и других показателей от выхода газов-восстановителей при выплавке передельного чугуна. Периоды работы на атмосферном дутье (а) и атмосферном дутье с вдуванием при­ родного газа (б). (Темные точки — данные по Донецкому металлургическому заводу, светлые — по Череповецкому).

ности газов оказало снижение выхода газов-восстановите- лей от 1350 до 640 м3/т чугуна. Восстановимость шихты и температура газов в шахте при отмеченных изменениях технологии плавки изменялась в более узких пределах, колеблясь около среднего значения, поэтому не могли опре­

чено снижение степени rd от 0,4—0,5 до 0,3—0,4. При этом степень использования окиси углерода в печи повысилась от 0,25—0,3 до 0,37—0,40. При дальнейшем снижении

49

выхода газов-восстановителей отмечается увеличение rd до 0,40—0,45, что можно объяснить недостатком газоввосстановителей для прохождения реакции восстановления вюстита. Величина выхода газов-восстановителей, обеспе­ чивающая минимальное значение rd, приблизительно оди­ накова для режимов с применением и без применения при­ родного газа и составляет 750—800 мэ/т чугуна. Расход кокса в этих режимах различался значительно и составлял 480 и 560 кг/т чугуна соответственно.

Таким образом, степень достижения равновесия газомвосстановителем для реакции косвенного восстановления закиси железа в значительной мере определяется выходом газа-восстановителя. Однако выход газа-восстановителя является лишь частным показателем, определяющим ход реакции (32, 33) наравне с такими показателями, как высота зоны замедленного теплообмена, интенсивность плавки, давление газов в рабочем пространстве печи, доля кокса в шихте, доля окислов железа в агломерате и др.

Обобщающим все эти и другие частные показатели яв­ ляется универсальный показатель — время контакта газавосстановителя с окислами железа в зоне замедленного теп­ лообмена доменной печи*. Наравне с этим показателем рав­ ное влияние на ход восстановительного процесса могут оказывать температура газа и шихты и восстановимость окислов железа. Анализ работ по исследованию тепло­ обмена и температурного режима в шахте печи показывает, что происшедшие за последние 20 лет изменения технологи­ ческого режима и соответственные изменения технико-эко­ номических показателей не вызвали существенного изме­ нения уровня температур в шахте доменной печи.

Восстановимость шихты также существенно не измени­ лась и не могла оказать решающего влияния на степень достижения равновесия для реакций восстановления вюс­ тита окисью углерода или водородом. При работе доменных печей с минимальным выходом газов-восстановителей влия­ ние восстановимости шихты на развитие реакций косвен­ ного восстановления закиси железа и расход кокса стано­

* В дальнейшем этот термин будем называть «время контакта тк».

50

процессов в шахте печи, степень использования газов и степень прямого восстановления закиси железа.

Время контакта рассчитывали по уравнению

где г — время пребывания газов в печи, сек; ki — коэффи­ циент, равный отношению высоты зоны замедленного тепло­ обмена к общей высоте слоя шихты; ku — коэффициент, численно равный объемной доле агломерата в шихте; km— коэффициент, численно равный объемной доле окислов железа во всем объеме железорудной части шихты.

Расчет времени контакта был сделан для доменных пе­ чей Череповецкого и Донецкого металлургических заво­ дов за период с 1957 по 1968 гг. Из рис. 14 видно, что величина времени контакта тк в рассмотренных тех­ нологических услови­ ях возросла в 5 раз— от 0,25 до 1,25 сек.

Рис. 14. Графики зависи­ мостей показателей домен­ ной плавки от времени контакта газов-восстано­ вителей с окислами же­ леза при выплавке пере­ дельного чугуна. (Тем­ ными точками показан режим работы печи без использования природного газа, светлыми точками —

с природным газом).

Одним из основных факторов, определивших это измене­ ние, было снижение выхода газов-восстановителей на еди­ ницу шихты, выразившееся в снижении избытка газа-вос­ становителя для реакции (32) от 1,3—1,5 до 0,7—0,8. На­ равне с этим увеличение времени контакта определено увеличением времени пребывания газа в печи и доли агло­ мерата в шихте.

Увеличение тк до 0,6 сек сопровождалось увеличе­ нием относительной степени использования газа для реак-

51

ций (32, 33) от 0,3 до 0,7—0,8. Дальнейшее увеличение тк не вызывает существенного изменения степени использования газа и степени прямого восстановления железа. По-види­ мому, именно при избытке газа-восстановителя, равном 0,8—0,9, и величине времени контакта 0,6 фактический состав газа в шахте печи приближается по составу к рав­ новесному для реакции косвенного восстановления закиси железа. Следует отметить, что мысль об определяющей роли времени контакта газов с шихтой на развитие реакции кос­ венного восстановления железа высказывалась ранее [27,

63].

Рассмотрим некоторые спорные вопросы практики домен­ ного производства и применения комбинированного дутья.

В. И. Логинов утверждает, что при работе доменных печей с низким расходом кокса восстановимость шихты перестает играть существенную роль и не оказывает влияния на относительный расход кокса [44]. Этот вывод, на наш взгляд, бесспорен, поскольку, как было показано, при расходе кокса ниже 0,50—0,55 т/т чугуна величина rd однозначно определяется избытком газов-восстановителей на единицу чугуна. От ухудшения восстановимости шихты может сократиться высота зоны в шахте, в которой восста­ новительные процессы идут замедленно, однако это не вы­ зовет изменения величины rd и расхода кокса.

Всвязи с полученным выводом нам кажется обоснован­ ным и достойным проверки промышленными плавками пред­ ложение о значительном улучшении фракционного соста­ ва и прочности агломерата за счет увеличения расхода топлива и повышения температурного уровня процесса агломерации, что может сопровождаться, однако, некоторым ухудшением восстановимости.

Всвое время разными авторами указывались возмож­

ные предельные значения степени использования газов в печи — от 0,3 до 0,6. На наш взгляд, данный показатель не может иметь конечного и единственного значения, по­ скольку в решающей степени определяется выходом вос­ становительных газов на единицу чугуна. Очевидно, по мере снижения выхода газов-восстановителей предельная степень использования (тщо, Лн,) может увеличиваться вплоть до 0,65 и даже 0,95.

Рассмотрим особенности восстановительного процесса в шахте печи при большом и малом выходе восстановитель­ ных газов.

52

Согласно проведенным исследованиям, скорость восста­ новления железа по высоте печи имеет два максимума: первый максимум, расположенный в нижней части печи, начинается при температуре 1100—1200°С и заканчивается в зоне замедленного теплообмена [33]. В области макси­ мума проходит восстановление вюстита как прямым, так и косвенным путем. Второй максимум, меньший по абсо­ лютной величине, располагается в верхней части шахты и начинается в зоне замедленного теплообмена при темпе­ ратурах 800—1000° С. В этой зоне идет преимущественно восстановление высших окислов железа газами-восстано-* вителями. В промежуточной между максимумами зоне ход восстановительных процессов значительно замедляется

(рис. 15).

При снижении выхода газов-восстановителей скорость восстановительных процессов в обоих максимумах сущест­ венно возрастает, а обе зоны смещаются в область более высоких температур. В результате высота промежуточной зоны увеличивается, а скорость восстановления в ней окис­ лов железа снижается. При снижении выхода газов-вос­ становителей высота зоны шахты с низкой скоростью восстановления закиси железа будет увеличиваться, а ско­ рость восстановления в этой зоне будет приближаться к нулю. При этом степень использования восстановитель­ ной энергии газов по отношению к реакции восстановления вюстита существенно не изменится, а степень прямого вос­ становления железа будет возрастать.

Таким образом, в условиях современных доменных пе­ чей, работающих с низким расходом кокса, в зоне замед­ ленного теплообмена может существовать резервная зона по восстановлению вюстита. Наличие этой зоны свидетель­ ствует о значительных резервах применения комбиниро­ ванного дутья. Очевидно, что при увеличении выхода газов-восстановителей характер кривых (рис. 15) может претерпеть обратные изменения. При этом степень исполь­

В заключение рассмотрим влияние различных допол­ нительных видов топлива на время контакта. Ориенти­ ровочный расчет показывает, что применение мазута и природного газа сопровождается уменьшением времени

53