<<
>>

РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА РОМЕЛТ

При приближенном физическом моделировании были воспроизведены основные эффекты, присущие гидродинамическому режиму шлакоугольной суспензии в печи РомелI. Прежде всего, это касается неравномерности распределения твердых частиц по BUCOIC барбоIируемой ванны (содержание частиц в поверхностном слое ванны модели, как и на реальной печи Ромел г, было в разы больше, чем на уровне фурм).

При повышении количества частиц в ванне модели в суспензии происходила структурная перестройка, выражавшаяся в формировании сплошного слоя частиц на поверхности ванны, что наблюдали при эксплуатации печи Ромелт. Модель позволила качественно исследовать изменения структуры суспензии в очень широком спектре режимов, что практически невозможно на действующей промышленной установке. Полученные на модели систематизированные данные позволяют сформулировать практические рекомендации но совершенствованию технологических и конструктивных параметров процесса Ромел ]-.

Многолетний опыт эксплуатации опытно-промышленной \С1ановки Ромелт на Позолипецком металлургическом комбинате и исследования процесса привели к формированию устойчивых представлений о подходах к проектированию печи и ведению стабильной плавки. При этом все сводится к фактическому воспроизведению первой опытно-промышленной усшновки Ромел i на НЛМК. Так. во всех разрабатывавшихся для различных потенциальных инвесторов проектах печей, межфурменное расстояние принимали равным 0,8 м, калибр сопел барботажных фурм равным 0,03 м, уровень ванны над фурмами - 0,7-0,S м, расход дутья на 1 фурму - 500-650 нм5/ч. скорость дутья - менее 220 м/с.

Из проведенных модельных исследований гидродинамики суспензий следу-ет, что все перечисленные проектные данные должны быть скоррек:ированы с целью улучшения замешивания угля. Ото позволит более полно использовать объем ванны как реакционной среды для восстановления оксидов железа из шла- ка. обеспечить более эффективное горение частиц угля в факелах фурм, увеличить количество твердого восстановителя в шлаке без опасности перехода печи в технологически неприемлемый режим блокировки углем поверхности ванны. В конечном счете, предлагаемые ниже технологические рекомендации позволят поднять производительность установки и расширить пределы ее устойчивой безопасной работы.

Для расчета рекомендуемых параметров гидродинамического режима процесса Ромелт рассмотрим условия продувки физической модели, при которых эффективность замешивания твердых частиц в объем ванны была наилучшей.

Установлено, что при продувке на модели суспензий через фурмы с диаметром 4,4 мм. наилучшее замешивание частиц в объем ванны достигалось при согласованном изменения следующих параметров г идродинамического режима:

увеличенном расходе дутья - 48,75 л/мин на фурму (в 1,3 раза в сравнении с базовым вариантом, рассчитанным в гл. 3 из подобия процессу Ромелт);

увеличенной высоте ванны (80 мм против 40 мм в базовом варианте);

использовании частиц мелкой и средней фракций (что при масштабе геомет-рического подобия 1:20 перекрывает весь диапазон размеров частиц угля, наблюдавшихся в шлаке).

При рекомендуемой высоте шлаковой ванны над барботажными фурмами в печи Ромелт 0,08+2(>=1.6 м. полученной в соответствии с масштабом геометрического подобия, рассчитаем необходимый расход дутья (Qo) на фурму.

Из формулы (23) получим:

<Г° 48.75*10"- „„jV 2

* ( 1*1 о5 ] [ 1,2 * 105, ,(1723

^ 273

Ql=-i—* - = 5 = 0>276 /0|\

° lyj 60* —

г<г. 'О V20

или 993 нм3/ч на фурму.

Разумеется, такое увеличение расхода дутья при неизменном числе барботажных фурм приведет к существенному увеличению (в 1,6 раза в сравнении с базовым вариантом) общего расхода дутья на продувку ванны. При неизменном содержании кислорода в дутье это предполагает переход на работу печи с более высокой производительностью.

Продувка шлакового расплава с увеличенным расходом дутья должна осуществляться через фурму, диаметр сопла которой (do) рассчитаем из формулы (33):

dr

<.=—i S

т. 0,0044

(82)

= 0,028.w 1723Vtfj_V 2650* 1,29¦ ()0' ¦ 2650»9,81»1,6)*10*

273 J I20J 1052"(1,43*0,7 + 1,29* 0.3) *(10! + 2650 * 9,81* (1.6/2))г

или 28 мм. Это меньше, чем диаметр сопел фурм, применявшихся в базовом варианте работы печи Ромелт - 30 мм.

Начальная скорость дутья составит:

2о (-г-^2 г) 0,276*- 1

с,о= . = 1^ Шл1/с

0,md- 0,785* (0,028)

Такая величина скорости неприемлема, поскольку конструктивно и технологически целесообразно использовать дутье в форме несжимаемого газа. Несжимаемость газа во вводимом дутье обеспечивается, как уже упоминалось в главе 2, при скорости его истечения менее 0[911,т е- "Р" < 0,8*331^265 м/с.

Таким образом, рассчитанные параметры продувки необходимо скорректировать, снижая полноту подобия. Если исходить из неизменности требования равенства на модели и в печи Ромелт значений критерия Фруда Ffm (30) (что обеспечивает подобие в расходе жидкости, «прокачиваемой» через барботажные столбы), то рассчитанные выше значения высоты шлаковой ванны (1,6 м) и расхода дутья на фурму (993 нм3/ч) не могут быть скорректированы. Остается величина диаметра сопла фурмы, которую ранее определяли из условия равенства на модели и в образце значений критерия Глннкова Gn (для обеспечения подобия фурменных зон). Отказав- шись or соблюдения полного подобия по критерию Глинкова, и приняв максимальное приемлемое значение скорости истечения газа С/,q - 265 м/с, получим: +PS>>

0,276*

4) =

= 0,03.W

(84)

0,785* V,

1,42

.•о

0,785*265 т.е. диаметр сопел фурм в предлагаемом режиме продувки печи Ромелт должен ос-таваться равным 30 №1, как это применялось на опытных плавках.

Как было показано в разделе 4.3., уменьшение диаметра фурм при неизменном расходе дутья (т.е. увеличение скорости истечения газа) положительно сказывалось на эффективности замешивания твердых частиц в объем ванны. Этот же эффект может быть достигнут увеличением расхода дутья на фурму при неизменном диаметре фурм, как это было сделано выше при расчете параметров рекомендуемого режима продувки печи Ромелт.

Расчет критерия Глинкова для продувки печи Ромелт при dPxZh

.¦о

Рг

(1,43*0,7 +1,29 * 0,3) * 1,42 * (265)3

Gn-

= 3,3 (85)

p„gh 2650*9,81*1,6

что в 1,4 раза меньше, чем это было на модели, т.е. сделанное в расчетах отступление от требования Gn=idem сравнительно невелико.

Для принятия рассчитанных параметров продувки ванны печи Ромелт необходимо также проверить соблюдение требования равенства на модели и в образце значений критерия Рейнольдса (формула (20) в г лаве I и формулы (61), (63) в главе 3), поскольку величина Re на модели в режиме продувки с повышенными расходом дутья и высотой ванны была менее 4* 10s (автомодельность циркуляции жидкости но критерию Рейнольдса не достигалась).

Используя формулы (18) и (20) получим: 3.1V. Л"'* 21

Л» • РЛ

Re --

ttf'*

Аналогично, для модели получим:

3,1 ¦ 2650* I.61- »(0,276* — ¦ —

-У-1-- 273 5,7*10' (86)

0,5*0,4* 3,Г*1052*0,08'»*(

Re»* =•

(87)

60*10' 71..04

0,0018* 0.020-5t

Из (86) и (87) видно, что необходимого равенства критериев Рейнольдса на модели и образце достичь не удается. Для выполнения требования Re ~ idem можно изменить вязкость шлака в печи Ромелт (напомним, что в базовом варианте работы печи она составляла /и„ечь = 0,5 Па*с): Dp

(88)

> _ to. * = 0 3g/7 *

Гмчъ "псчъ и ' w

Ке.«<*>. Отметим, что такое понижение вязкости фактически совпадает с рекомендацией, сформулированной в разделе 4.4.

Необходимо учесть, что принятое уменьшение вязкости шлака нарушает подобие в условиях увлечения расплавом крупных частиц угля, поведение которых определяет неравномерность распределения угля по высоте ванны (подробное рассмотрение этих условий наложено в разделе 2.2.2.). Из формул (55) и (56) следует, что для выполнения требования Агч=Шет изменение вязкости можно компенсировать только соответствующим изменением масштаба геометрического подобия частиц 8Ч. С учетом (56) определим новый масштаб подобия частиц 8^: 3

'42

ч '

(89)

U *82=ll' *(8') "лечь ч г*печь \ ч / откуда 8' =

v0,38 J

(90)

4=1.2* 1. Учитывая, что (\ - 1:20 получим, что =1:16,7

Таким образом, диапазон размеров угольных частиц, рекомендованный для процесса Ромсчп в разделе 4.1. также должен быть скорректирован. Наибольший размер частиц в шлаке не должен превышать 1.25 (мм)" 16,7 - 20.8 мм.

Как уже обсуждалось в разделе 4.I., в процессе Ромелт размеры частиц утля. находящихся в шлаке [15]. существенно меньше 20,8 мм. Основное количество угольных частц имеют размеры 1,6-7.0 мм. В разделе 5.2. на основании изучения кинетики жидкофазного восстановления в пневматически перемешиваемых шлако- графитовых суспензиях было рекомендовано использовать в процессе Ромелт уголь мелких фракций. Таким образом, особых требований по фракционному составу уже испытанных на опытных плавках сортов утля для улучшения его замешивания в объем расплава можно не предъявлять.

Как говорилось выше, рекомендуемые изменения гидродинамического режима соответствуют работе печи с повышенной производительностью, поскольку предполагают более интенсивную подачу в ванну барботажного дутья.

Проведем качественную оценку возможного увеличения производительности печи, доспи аемот о при предлагаемой оптимизации ее гидродинамического режима.

В стационарном режиме скорость загрузки в печь FeO (Иг,-о- ктТ'еО/с) приблизительно равна скорости его жидкофазного восстановления дисперсным углем. С учетом обоснованного в разделе 5.2. подхода к описанию кинетики жидкофазного восстановления в шлакоугольных суспензиях, можно записан, равенство:

Plf0 = kK*(l>'eO)*N (91)

где .V общее количество частиц в ванне, к,. - константа скорости реакции, отнесенная к одной частице восстановителя (примем, что все частицы имеют одинаковый характерный размер).

На обеспечение восстановления по (91) требуется загрузка в печь ут ля со скоростью Р,. ктС 'с:

Р~{\гпг)*Ръо (92)

Из (91) следует, что любой данной производительности печи соответствует конкретная величина произведения (FcO)*N. Увеличение производительности всегда означает такое же увеличение величины этого произведения .

Например, если перейти от хорошо опробованного режима плавки в печи Ромелт (с FeO-3% и С„Л„~3%) к плавке с повышенным в 2 раза уровнем (FeO)'. то производительность печи возрастет также в 2 раза (по (92)). при условии, что и скорость загрузки угля будет в 2 раза увеличена (по (93))'.

При увеличении объема ванны в 2 раза (из-за рекомендуемого увеличения в 2 раза ее высоты), при сохранении обычного для процесса общего содержания утля в ванне СиСш -3%. количество частиц в ванне в сравнении с базовым вариантом работы печи увеличится также в 2 раза. Из формулы (91) следует, что, оставив общее содержание утля в ванне на обычном для практики процесса уровне (iFeOj-3% и С,,5,1, -3%), можно только за счет увеличения в 2 раза высоты ванны над фурмами, удвоить производительность печи. Переход при этом на работу с более окисленным шлаком (ГеО)-6% может обеспечить увеличение производительности печи в 4 раза.

При такой производительности необходимый расход барботажното дутья на печь должен быть существенно увеличен (более, чем предложенные 1.6 раза относительно базового варианта). Вошожно, придется еще увеличить высоту ванны над фурмами, чтобы избежать пробоя.

Путь повышения производительности печи путем увеличения содержания утля в ванне (см. (91)'| считается бесперспективным, поскольку количество накопленною в ванне угля трудно контролировать и процесс мог перейти в технологически неприемлемый режим блокировки углем поверхности ванны. Однако проведенные модельные исследования покатали (раздел 4.1.). что этот режим можно исключить

' Применение традиционного подхода к анализу еннгпки жкзкофамого еогсгииовлент тертым vi черпдоч, когда вчепо количества активных ценгрге рмхшш (чиста части восстановители) п прлтьсдснис вхолиг величина суммарной пмсрхщчп: час- ец не меняет смысла этого утверждения к пос.->:дуюлн\ выводов

' Опыг исгытэннй жилксфззного процесса Hlsmell помп, что устойчрпля коччатшигсш.н.Чя цыпка ыммолна при пом,1уе|-коН окисжнност ш iaxa окок> 6"< (FeO) Повкшеит.-х лшерк *cieia со шлаком можно избежать, орглни- :.>*. например, ллш^сгаиоаленне OKCIUOB AC.-.CIJ углем в шлакоьоч о-стойннк1

1 Р<иумсст\ я. в соответствии с тспиаич н ултеркальным IMJWKCOVI И МИ» И. .чгнюлтиеямм н>*нг> подавать в печь jiin I. шш ею Г1>зсгн* и гдшфпыиии в СмрСюгалных cnvn"i:ix н нам.теролиынии метали

при переходе к более интенсивно продуваемой и более глубокой ванне (используя уголь обычной для процесса кру пности). Исходя из лого, общее содержание угля в вакне может быть увеличено с 3% до 6% и даже до 9% от массы ванны. Здесь виден резерв существенного увеличения производительности печи (другой резерв - повышения производительности путем увеличения окисленности шлака ограничен возможностями технологии).

На основании проведенного анализа можно сформулировать следующие рекомендации по повышению производи:ельносги процесса Ромелт на основе совершенствования гидродинамического режима шлакоугольной суспензии:

Уровень спокойного шлака над барботажными фурмами целесообразно увеличить с 0,7-0,8 до 1,4-1,6 м;

Расход ду Iья на фурму следует увеличи ть с 600-650 нм1;ч до 950-1000 нм'/'ч;

Диаметр сопел барботажных фурм следует оставить неизменным - 30 мм, при этом скорость дутья на выходе из фурмы увеличится с 205 до 265 м/с;

Размеры угольных часгиц в ванне должны быть менее 20 мм;

Содержание утля в ванне должно быть 5-9% от массы ванны;

Концентрация FeO в шлаке должна бы i ь 5-6%;

Вязкость шлака в печи целесообразно поддерживать на уровне 0,2-0.4 11а*с, повышение вязкосш шлака выше 3.0 Па"с нежелательно.

Вь:рабо!анные на основе результатов проведенных исследований практические рекомендации по совершенствованию гидродинамического режима процесса. увеличению производительное™ печи, по рациональным фракционному составу утля. содержанию утля в шлаковой ванне и вязкости шлака, будут использованы при проектировании печей и составлении технологических инструкций но ведению процесса Ромелт.

<< | >>
Источник: КОЛЕСНИКОВ ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ШЛАКОУГОЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ И ОСОБЕННОСТЕЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ В НИХ ЖЕЛЕЗА С ЦЕЛЬЮ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА РОМЕЛТ. 2006

Еще по теме РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА РОМЕЛТ:

  1. I J1ABA 6. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА РОМЕЛТ
  2. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА РОМЕЛТ