RU2147321C1

RU2147321C1 - Method of blast-furnace smelting

Info

Publication number: RU2147321C1
Application number: RU99104969A
Authority: RU
Inventors: И.Ф. Курунов; Ю.С. Карабасов; С.В. Свитко; А.И. Истеев
Original assignee: Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет)
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-04-10

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy; blast-furnace process; iron smelting with use of neutral gas and oxygen. SUBSTANCE: charge material is charged into blast furnace, heated oxygen-enriched blast is put on, mixture of natural gas with oxygen is blown into air tuyeres, degree of use of gas (CO+H₂) in furnace is monitored and process oxygen is additionally blown into air tuyeres adjusting its flow rate in accordance with the following dependence:

, where V_bl is rate of blast, cu. m/min; V_mix is flow rate of gas-and-oxygen mixture, cu.m/min; V_techn.ox is rate of flow of process oxygen to air tuyeres, cu.m/min; j is total degree of use of gas, fractions of unit; W is content of oxygen in heated blast, fractions of unit; N is preset relationship of (CO+H₂)/N₂ in blast-furnace gas. Relationship (CO+H₂)/N₂ in blast-furnace gas is maintained from 3.1 to 3.2 to obtain chemical raw material from blast furnace gas. EFFECT: reduced consumption of coke; enhanced consumers' properties of blast-furnace gas. 2 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to blast furnace production, and can be used in the smelting of pig iron in blast furnaces.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку в доменную печь шихтовых материалов и кокса, подачу в печь через воздушные фурмы нагретого обогащенного кислородом дутья и вдувание в воздушные фурмы природного газа, регулирование соотношения между расходом вдуваемого природного газа и поступающего в печь с дутьем кислорода, выпуск продуктов плавки из печи. There is a known method of blast-furnace smelting, which includes loading charge materials and coke into a blast furnace, feeding heated oxygen-enriched blast into the furnace through air tuyeres and injecting natural gas into air tuyeres, adjusting the ratio between the flow rate of injected natural gas and oxygen entering the blast furnace, and releasing products swimming trunks from the furnace.

Недостатком известного способа является то, что природный газ, вдуваемый в воздушные фурмы, ограниченное время находится в контакте с кислородом дутья, в результате чего часть его не сгорает, а подвергается термическому пиролизу, разлагаясь на H₂ и атомарный углерод. При этом эффективность использования природного газа снижается и уменьшается коэффициент замены им кокса. Указанный недостаток проявляется в тем большей мере, чем выше расход вдуваемого природного газа. Повышение температуры нагретого дутья и повышение концентрации в нем кислорода способствуют увеличению полноты сжигания природного газа в фурменной зоне. Однако эти два параметра нагретого доменного дутья имеют уже достигнутые на практике пределы. Концентрацию кислорода в дутье выше 35-40% увеличивать при высокой температуре дутья небезопасно. Нагрев дутья выше 1250-1300^oC значительно повышает стоимость нагретого дутья, что уменьшает экономическую эффективность этого мероприятия.The disadvantage of this method is that natural gas, blown into air lances, is in contact with the oxygen of the blast for a limited time, as a result of which part of it does not burn, but undergoes thermal pyrolysis, decomposing into H ₂ and atomic carbon. At the same time, the efficiency of using natural gas decreases and the coefficient of coke replacement by it decreases. This drawback is manifested in the greater measure, the higher the flow rate of injected natural gas. An increase in the temperature of the heated blast and an increase in the concentration of oxygen in it contribute to an increase in the completeness of burning of natural gas in the tuyere zone. However, these two parameters of the heated domain blast have already reached practical limits. It is unsafe to increase the oxygen concentration in the blast above 35-40% at a high blast temperature. Heating the blast above 1250-1300 ^o C significantly increases the cost of the heated blast, which reduces the economic efficiency of this event.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный способ доменной плавки, включающий загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, подачу в печь через воздушные фурмы нагретого обогащенного кислородом дутья, вдувание в воздушные фурмы смеси природного газа с кислородом, контроль степени использования газа в печи, регулирование соотношения между поступающим в печь кислородом и природным газом для поддержания необходимой теоретической температуры горения, выпуск продуктов плавки. Данный способ устраняет существенный недостаток известного способа-аналога, а именно он обеспечивает полноту сжигания вдуваемого природного газа за счет увеличения времени контакта природного газа с кислородом и окисления природного газа во всем объеме поступающей в поток дутья струи газокислородной смеси. Недостатком этого известного способа, взятого нами за прототип, является то, что концентрацию кислорода в газокислородной смеси для обеспечения взрывобезопасности нельзя повышать выше 25%. Это ограничивает возможности увеличения расхода вдуваемого природного газа и снижения за счет этого расхода кокса. Способ-прототип не устраняет также недостатки способа-аналога, связанные с ограниченными возможностями по расходу вдуваемого в печь кислорода. The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a known method of blast furnace smelting, which includes loading charge materials and coke into the furnace, feeding heated oxygen-enriched blast into the furnace through air tuyeres, injecting a mixture of natural gas with oxygen into air tuyeres, monitoring the degree of gas use in the furnace, regulation of the ratio between the oxygen and natural gas entering the furnace to maintain the necessary theoretical combustion temperature, the release of smelting products. This method eliminates a significant drawback of the known analogue method, namely, it ensures the completeness of combustion of injected natural gas by increasing the contact time of natural gas with oxygen and oxidation of natural gas in the entire volume of the stream of the oxy-fuel mixture entering the blast stream. The disadvantage of this known method, taken as a prototype, is that the oxygen concentration in the gas-oxygen mixture to ensure explosion safety cannot be increased above 25%. This limits the possibility of increasing the flow rate of injected natural gas and reducing due to this consumption of coke. The prototype method also does not eliminate the disadvantages of the analogue method associated with the limited ability to consume oxygen injected into the furnace.

Технической задачей изобретения является: увеличение расхода вдуваемого природного газа, снижение расхода кокса, увеличение производительности печи, повышение и диверсификация потребительских свойств колошникового газа. Решение данной технической задачи достигается тем, что в известном способе доменной плавки, включающем загрузку в печь шихтовых материалов и кокса, подачу в печь через воздушные фурмы нагретого обогащенного кислородом дутья, вдувание в воздушные фурмы смеси природного газа с кислородом, контроль степени использования газа (CO + H₂) в печи, регулирование соотношения между поступающим в печь кислородом и природным газом для поддержания необходимой теоретической температуры горения, выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что через воздушные фурмы в печь дополнительно подают технический кислород и регулируют его расход, используя зависимость:

(1)
где V_д - расход дутья, м³/мин,
V_гс - расход газокислородной смеси, м³/мин,
V_тк - расход технического кислорода, м³/мин,
j - степень использования газа в печи, доли единицы,
W - содержание кислорода в дутье, м³/м³,
N - заданное соотношение (CO+N₂)N₂ в колошниковом газе.An object of the invention is: increasing the flow rate of injected natural gas, reducing the consumption of coke, increasing the productivity of the furnace, increasing and diversifying the consumer properties of blast furnace gas. The solution to this technical problem is achieved by the fact that in the known method of blast furnace smelting, which includes loading charge materials and coke into the furnace, feeding heated oxygen-enriched blast into the furnace through air tuyeres, injecting a mixture of natural gas with oxygen into air tuyeres, controlling the degree of gas use (CO + H ₂₎ in the furnace, controlling the ratio of oxygen entering the furnace with natural gas and to maintain the necessary theoretical combustion temperature, release the fusion products, characterized in that the through Sports shnye lance into the furnace additionally fed technical oxygen and its flow rate adjusted using the relationship:

(1)
where V _d is the flow rate of the blast, m ³ / min,
V _GS - the consumption of the gas-oxygen mixture, m ³ / min,
V _TC - consumption of technical oxygen, m ³ / min,
j is the degree of gas use in the furnace, fractions of a unit,
W is the oxygen content in the blast, m ³ / m ³ ,
N is the predetermined ratio (CO + N ₂ ) N ₂ in the top gas.

Задача изобретения решается также тем, что заданное соотношение (CO+H₂)/N₂ в колошниковом газе поддерживают в пределах 3,1-3,3.The objective of the invention is also solved by the fact that the specified ratio (CO + H ₂ ) / N ₂ in the top gas is maintained in the range of 3.1-3.3.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для увеличения расхода вдуваемого в печь природного газа и сохранения необходимого уровня теоретической температуры горения нужно одновременной увеличивать концентрацию кислорода в дутье. Подача технического кислорода через воздушные фурмы с помощью сопел специальной конструкции позволяет увеличивать суммарную концентрацию кислорода в комбинированном дутье (нагретое дутье + газокислородная смесь + технический кислород) до любого необходимого уровня без риска аварий на тракте подачи горячего дутья, которые возрастают при повышении содержания кислорода в нем выше 30-35%. Контролируя степень использования газа (CO+H₂) и регулируя расход подаваемого через фурмы технического кислорода, можно поддерживать необходимые потребительские свойства колошникового газа, например калорийность. Отношение (CO+H₂)/N₂ в колошниковом газе характеризует его калорийность, а также потребительские свойства колошникового газа при применении его в качестве исходного химического сырья, например для производства азотоводородной смеси, используемой при отжиге горячекатаного листа или при производстве аммиака. В последнем случае поддержание указанного отношения в пределах 3,1-3,3 позволяет затем путем конверсии CO в реакции водяного газа и последующей отмывки CO₂ получить азотоводородную смесь для синтеза аммиака. Все это значительно повышает и диверсифицирует потребительские свойства колошникового газа. Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention consists in the following. To increase the flow rate of natural gas blown into the furnace and maintain the required level of theoretical combustion temperature, it is necessary to simultaneously increase the oxygen concentration in the blast. The supply of technical oxygen through air lances using nozzles of a special design allows you to increase the total oxygen concentration in the combined blast (heated blast + oxygen mixture + technical oxygen) to any desired level without the risk of accidents on the hot blast supply path, which increase with increasing oxygen content in it above 30-35%. By controlling the degree of gas utilization (CO + H ₂ ) and adjusting the flow rate of technical oxygen supplied through the tuyeres, it is possible to maintain the necessary consumer properties of blast furnace gas, for example calorific value. The ratio (CO + H ₂ ) / N ₂ in the top gas characterizes its caloric content, as well as the consumer properties of the top gas when used as a chemical feedstock, for example, for the production of a nitrogen-hydrogen mixture used in annealing a hot-rolled sheet or in the production of ammonia. In the latter case, maintaining this ratio in the range of 3.1-3.3 then allows, by converting CO in the reaction of water gas and subsequent washing with CO _2, to obtain a nitrogen-hydrogen mixture for the synthesis of ammonia. All this significantly increases and diversifies the consumer properties of blast furnace gas. The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1
При работе доменной печи с применением известного способа-прототипа доменной плавки расход вдуваемого в виде газокислородной смеси природного газа составлял 114 м³/т, а расход технологического кислорода (с дутьем и в составе газокислородной смеси) составлял 85 м³/т. При суточной производительности печи 4199 т/сутки и расходе кокса 426 кг/т выход колошникового газа составлял 1876 м³/т при его калорийности 3,88 МДж/м³ и отношении (CO+H₂)/N₂= 0,86. Колошниковый газ использовался для отопления воздухонагревателей совместно с природным газом.Example 1
When operating a blast furnace using the known method of the prototype blast furnace smelting, the flow rate of natural gas injected as a gas-oxygen mixture was 114 m ³ / t, and the process oxygen consumption (with blast and gas-oxygen mixture) was 85 m ³ / t. With a daily furnace capacity of 4199 t / day and a coke consumption of 426 kg / t, the output of blast furnace gas was 1876 m ³ / t with its calorific value of 3.88 MJ / m ³ and the ratio (CO + H ₂ ) / N ₂ = 0.86. Koloshnikovy gas was used for heating air heaters in conjunction with natural gas.

Пример 2
При работе доменной печи по способу доменной плавки в соответствии с изобретением расход природного газа в виде газокислородной смеси составлял 240 м³/т, а суммарный расход технологического кислорода (с дутьем, с газокислородной смесью и через сопла) составлял 205 м³/т). При этом контролировали степень использования газа (CO+H₂) в печи и расход технологического кислорода через сопла регулировали, используя приведенную выше зависимость (1) и добиваясь получения в колошниковом газе отношения (CO+H₂)/N₂=2,2. Производительность печи при этом составляла 4780 т/сутки, расход кокса - 385 кг/т, выход колошникового газа 1905 м³/т, а его калорийность - 5,6 МДж/м³. Колошниковый газ использовали для отопления воздухонагревателей без добавки природного газа и в качестве топлива на ТЭЦ.Example 2
When the blast furnace was operated by the blast furnace smelting method in accordance with the invention, the consumption of natural gas in the form of a gas-oxygen mixture was 240 m ³ / t, and the total consumption of process oxygen (with blast, with a gas-oxygen mixture and through nozzles) was 205 m ³ / t). At the same time, the degree of gas use (CO + H ₂ ) in the furnace was controlled and the flow of process oxygen through the nozzles was controlled using the above dependence (1) and achieving the ratio of (CO + H ₂ ) / N ₂ = 2.2 in the top gas. At that, furnace productivity was 4780 t / day, coke consumption - 385 kg / t, blast furnace gas output 1905 m ³ / t, and its calorific value - 5.6 MJ / m ³ . Koloshnikovy gas was used for heating air heaters without the addition of natural gas and as fuel at a thermal power plant.

Пример 3
Доменная печь работала в соответствии с изобретением на обогащенном кислородом дутье (35%) с вдуванием в виде газокислородной смеси природного газа в количестве 355 м³/т и технологического кислорода через сопла. Суммарный расход технологического кислорода составлял 318 м³/т. Контролировали степень использования газа (CO+H₂), и расход технологического кислорода через сопла регулировали в соответствии с зависимостью (1), обеспечивая получение в колошниковом газе отношения (CO+H₂)/N₂, равного 3,1-3,2. Производительность доменной печи составляла 5290 т/сут, расход кокса 354 кг/т, выход колошникового газа - 1929 м³/т, а калорийность его - 7,39 МДж/м³. Колошниковый газ использовали в азотно-туковом производстве для получения из него аммиака.Example 3
The blast furnace worked in accordance with the invention on oxygen-enriched blast (35%) with blowing in the form of a gas-oxygen mixture of natural gas in an amount of 355 m ³ / t and process oxygen through nozzles. The total consumption of process oxygen was 318 m ³ / t. The degree of gas use (CO + H ₂ ) was controlled, and the flow rate of process oxygen through the nozzles was controlled in accordance with dependence (1), ensuring that the ratio of (CO + H ₂ ) / N ₂ in the top gas was 3.1-3.2 . The productivity of the blast furnace was 5290 t / day, the coke consumption was 354 kg / t, the output of blast furnace gas was 1929 m ³ / t, and its calorific value was 7.39 MJ / m ³ . Blast furnace gas was used in the nitrogen fertilizer production to produce ammonia from it.

Таким образом, использование изобретения позволяет увеличить расход вдуваемого в доменную печь природного газа без нарушения газодинамики процесса и его температурно-теплового потенциала и с обеспечением полноты сжигания природного газа. Это значительно сокращает расход кокса, повышает и диверсифицирует потребительские свойства колошникового газа. Thus, the use of the invention allows to increase the flow rate of natural gas blown into the blast furnace without disturbing the gas dynamics of the process and its temperature and thermal potential and ensuring the completeness of natural gas combustion. This significantly reduces the consumption of coke, increases and diversifies the consumer properties of blast furnace gas.

Claims

1. A blast-furnace melting method, comprising loading charge materials into the furnace, supplying hot oxygen-enriched blast into the furnace through air tuyeres, blowing a mixture of natural gas with oxygen into air tuyeres, characterized in that to increase the flow rate of natural gas blown into the furnace and maintain the required level of the theoretical combustion temperature, technical oxygen is additionally blown into the air lances, the total degree of gas use (CO + H ₂ ) is determined and the flow rate of the additionally blown technical oxygen (V _TC ) depending on a given ratio (CO + H ₂ ) / N ₂ in the top gas, using the dependence

where V _g is the flow rate of the blast, m ³ / min;
V _GS - the consumption of the gas-oxygen mixture, m ³ / min;
j - total degree of use (CO + H ₂ ), fractions of a unit;
W is the oxygen content in the hot blast, fractions of units;
N is the predetermined ratio (CO + H ₂ ) / N ₂ in the top gas.

2. The method according to claim 1, characterized in that the predetermined ratio (CO + H ₂ ) / N ₂ in the top gas is maintained within the range of 3.1 - 3.3.