Повышение энергоэффективности технологических процессов выплавки чугуна в шахтных печах ваграночного типа

Abstract

With the aim of reducing coke consumption in a shaft furnace of the type cupola with an open or closed furnace top additionally use natural gas. Burning using burner devices are typically involved in the external furnaces installed around the perimeter of the furnace shell. Depending on design, the burners provide a partial or complete pre-mixing gas and air at air flow rate of 1.2 to 1.5. Further, the combustion gas is fed directly to a layer of the charge. When implementing this method, the coke consumption was 8–9% metallizable and fuel gas consumption 30–40 m3/t of melt. For these conditions, it was observed a slight increase in the temperature of the melt (10–20°C), productivity growth 15–20% while reducing the amount of harmful gaseous emissions by 20–25% (mostly WITH). In the cupola observed at the periodic violations of gas-dynamic regime freezing of the layer of charge materials, cooling the obtained melt, the increase in chemical underburning and the deterioration of the conditions of service of lining materials. When using the layered method for the combustion of the gas mixture it is fed into the heated layer of bulk materials with the air flow rate is not below 2.5–3.0 with formation of a high-temperature zone at a temperature of 1350–1380 °С, width of 60–70mm, able to move through the layer at a speed of 15–20mm/min, To implement it in thick ventilated layer is necessary to ensure uniform mixing of gas and air required by the gas-dynamic conditions and the establishment of a set ratio ""gas-air"" in the air flow rate more than 2.5 and 3.0. When applying cold gatavosanas mixture in a layer of furnaces via the tuyere combustion zone divides the whole layer into two stages: initial and final. The high temperature level of the combustion zone provides substantial cooling rate of the materials at the stage of ignition of the gas mixture, which prevents it from fire in free nasleema space. The absence of direct contact of the zone of high temperatures with a working space of the unit increase the reliability and efficiency of this process (no heat losses). The use of the layered method of burning natural gas to heat the cast iron cupola increase the productivity of the melting unit 10 to 13.6 t/h, or 36% while reducing specific consumption of coke for 80 kg/t or 33.3%, decrease in the total consumption of heat for the process at 25kW or of 18.78% and heat losses in the exhaust gases by 25.32 kW, or 16.2%. The overall thermal efficiency of the unit increased from 35.58 to 42,26% or by 15.81%.

С целью сокращения расхода кокса в шахтной печи ваграночного типа с открытым или закрытым колошником дополнительно используют природный газ. Его сжигание с помощью горелочных устройств обычно осуществляют в выносных топках, установленных по периметру кожуха печи. В зависимости от конструкции, горелки обеспечивают частичное или полное предварительное перемешивание газа и воздуха при коэффициенте расхода воздуха 1,2–1,5. Далее продукты горения газа подают непосредственно в слой шихты. При реализации этого способа расход кокса составил 8–9% к металлозавалке, а расход газообразного топлива 30–40м3/т расплава. Для этих условий было отмечено незначительное повышение температуры расплава (на 10–20 °С), рост производительности на 15–20% при снижении объема газообразных вредных выбросов на 20–25% (в основном СО). В работе вагранки наблюдали периодические нарушения газодинамического режима с подвисанием слоя шихтовых материалов, похолодание получаемого расплава, увеличение химического недожога и ухудшение условий службы футеровочных материалов. При использовании слоевого способа сжигания газовоздушной смеси ее подают в разогретый слой кусковых материалов с коэффициентом расхода воздуха не ниже 2,5–3,0 с формированием высокотемпературной зоны при температуре 1350–1380 °С, шириной 60–70мм, способной перемещаться по слою со скоростью 15–20мм/мин. Для его реализации в плотном продуваемом слое необходимо обеспечить равномерное перемешивание газа и воздуха, требуемые газодинамические условия и создание заданного соотношения «газ-воздух» при коэффициенте расхода воздуха более 2,5–3,0. При подаче холодной газовоздушной смеси в слой шахтных печей через фурмы зона горения делит весь слой на две ступени: первоначальную и конечную. Высокий температурный уровень зоны горения обеспечивает значительную скорость охлаждения материалов на стадии зажигания газовоздушной смеси, что предотвращает ее воспламенение в свободном надслоевом пространстве. Отсутствие прямого контакта зоны высоких температур с рабочим пространством агрегата повышают надежность и экономичность использования этого процесса (отсутствуют тепловые потери). Применение слоевого способа сжигания природного газа для отопления чугунолитейной вагранки обеспечивает повышение производительности плавильного агрегата с 10 до 13,6 т/ч или на 36 % при сокращении удельного расхода кокса на 80 кг/т или на 33,3 %, уменьшении общего расхода теплоты на процесс на 25 кВт или 18,78 % и потерь тепла с отходящими газами на 25,32 кВт или 16,2 %. При этом общий тепловой КПД агрегата увеличился с 35,58 до 42,26 % или на 15,81 %.