Школа по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ

[ О Школе|Лекции|Секция 1|Секция 2|Секция 3|Секция 4|Секция 5|Cодержание |

ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

Яковлев Е.А., Максимов Е.В., Шкурко Е.Ф., Исабеков М.У.

Padolko@pmicro.kz

Химико-металлургический институт Национального центра по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан

Вдувание в горн доменной печи горячих восстановительных газов позволяет добиться максимальной экономии кокса. Конверсия в электродуговых плазмотронах происходит при температурах 2000-5000 К, что приводит к достижению равновесия за тысячные доли секунды. Применение плазмотронов позволяет снизить число стадий при производстве конвертированного газа. Отпадает необходимость в охлаждении конвертированного газа, очистке его от окислителей и сажи, повторном нагреве. Большие затраты электроэнергии компенсируются повышением качества восстановительного газа, а применение воздухонагревателей и оборота колошникового газа позволяет их значительно снизить (до 20% общего расхода энергии на конверсию). Значительное количество доменных печей малого объема (100-500 м³), находящихся на Урале, может быть модернизировано и превращено в мини-заводы с высоким техническим уровнем производства на базе плазменной техники. В ХМИ были проведены работы по конверсии различных видов топлива на плазменной установке (табл.).

Таблица

Показатели конверсии различных видов топлива

Суммарная мощность плазмотронов ( N ), устанавливаемых на доменной печи, пропорциональна ее полезному объему ( W ) и экономии удельного расхода кокса ( D К ).

N = А * D К * W , кВт,

где А - удельная электрическая мощность кВт/(м³ * кг/т чуг). А=0,28 для конверсии природного газа в дутье с содержанием О2 = 30% , А = 0,36 для паровоздушной конверсии мазута, А = 0,17 для воздушной конверсии углерода.

Таким образом, суммарная мощность плазмотронов для снижения удельного расхода кокса на 100 кг/т чуг на печи объемом 1000 м³ составит при конверсии природного газа 28000 кВт, а на печи объемом 250 м³ - 7000 кВт.

В 1988-1991 гг. были проведены испытания мощных плазмотронов для конверсии природного газа [1] при следующих режимах :

Мощность плазмотрона - 1800 - 2300 кВт;

Расход природного газа - 250 - 450 м³/ч;

Расход воздуха - 700 - 850 м³/ч;

Выход конвертированного газа - 1000 - 1700 м³/ч;

Температура конв. газа - 2500 - 3000 К;

Химсостав конв. газа: Н2-35-40%, CO-17-19%, N2- 40-46%.

Были проведены испытания плазменной установки совместно с фурменным прибором и подобраны соответствующие указанной температуре огнеупоры.

Лабораторные опыты были проведены на шахтной печи диаметром 115 мм и высотой 470 мм, оборудованной конусным загрузочным устройством и моделирующей печь объемом 250 м³ в масштабе 1:40, электродугового плазмотрона постоянного тока мощностью 10-30 кВт, фурменного прибора и контрольно-измерительной аппаратуры [2]. В качестве шихтовых материалов использовались аглломераты из Лисаковских концентратов глубокого обогащения фр. 1-3 мм, кокс Карагандинского металлургического комбината фр.5-8 мм. Для получения горячего восстановительного газа в плазмотроне проводили процесс конверсии пропан-бутана в воздухе с коэффициентом расхода окислителя - 0,31. В результате неполного горения бытового газа в воздухе получался восстановительный газ ( Н2-27%, CO-25%, N2-48% ), который нагревался в плазмотроне до температуры2000-2300 ^оС и через фурменный прибор подавался в горн печи. Расход газа определялся исходя из условия достижения нижней границы автомодельности газового потока и составлял 12 м³/ч. Это позволило смоделировать газодинамику большой печи.

В результате проведенных экспериментов была отработана конструкция модели плазменной доменной печи; проведены опытные плавки агломератов из лисаковских концентратов с подачей конвертированного газа при температуре 2000-2300 ^оС; получен чугун при расходе кокса 0,1 кг/кг чугуна; изучена вязко-пластичная зона печи; проведены расчеты материального и теплового балансов плавки; проведен физико-химический анализ продуктов плавки, который свидетельствует, что в лабораторной печи достигнуто разделение процессов восстановления и плавления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Испытание мощных дуговых плазмотронов для конверсии природного газа /Е.Ф.Шкурко, М.Г.Губайдуллин А.И. Сударев и др. // Сталь. 1996. N8. С. 25-28.
2. Восстановительная плавка железорудного сырья с использованием конвертированного газа / Е.А.Яковлев, Б.П.Хасенов, Г.М.Никитин и др. // Сталь. 1994. N11. С. 13-15.

[ О Школе|Лекции|Секция 1|Секция 2|Секция 3|Секция 4|Секция 5|Cодержание |