Разработка горна с факельной системой зажигания аглошихты в условиях МК "Азовсталь"

В 2009 г. ОАО "МК "Азoвcталь " и ДoнНИИчермет разрабoтали гoрн аглoмашины c факельнoй cиcтемoй зажигания аглoшихты c плocким низкo раcпoлoженным cвoдoм, c oграниченными размерами рабoчегo прocтранcтва. В гoрне иcпoльзуютcя горелки небольшой производительноcти, раcположенные в передней торцевой cтенке и оcтро направленные к поверхноcти шихты. Вcе факелы поcле истечения из горелочных туннелей сливаются в один общий плоский узкий факел с высокой концентрацией подвода теплоты к единице поверхности шихты. Сжигание газа происходит над поверхностью слоя и на его поверхности. Прогнозируется снижение расхода природного газа на зажигание 1,5 — 2,0 м³/т агломерата.

В 1990-е годы в мировой практике выполнено большое количество работ, направленных на совершенствование зажигания аглошихты и на создание конструкции эффективных экономичных горнов с целью снижения расхода топлива на зажигание, улучшение качества агломерата и улучшение технико-экономических показателей производства агломерата в целом [1]. Разработано большое количество зажигательных горнов и горелок разнообразных конструкций, которые условно можно разделить на две группы: первая — горны с большим объемом рабочего пространства, с сжиганием газа в пространстве между сводом и поверхностью шихты и передачей теплоты преимущественно излучением; вторая — горны с так называемым факельным зажиганием, имеющие небольшой объем рабочего пространства, низко расположенный свод и сложную организацию сжигания газа. Теплота в этих горнах передается излучением и конвекцией, вследствие чего теплоотдача в зоне удара факелов существенно увеличивается при прочих равных условиях.

Горны первого типа, распространенные в основном в США и в странах Западной Европы, создают равномерное распределение температуры по поверхности шихты за счет большого количества горелок на один горн (до 22 шт.). Горны работают, как правило, на смеси коксового и доменного газов с теплотой сгорания 6,7 — 7,5 МДж/м³ (1600 — 1800 ккал/м³). Удельный расход теплоты в эквиваленте природного газа составляет 2,5 - 3,0 м³/т агломерата. Такой расход теплоты на зажигание при существенном увеличении стоимости природного газа в Украине становится весьма высоким.

Горны второго типа, распространенные преимущественно в Японии, имеют горелку или систему горелок, создающих направленный под углом 60 - 80° к поверхности шихты факел поперек направления движения конвейера. Равномерность зажигания по ширине слоя аглошихты определяется распределением расхода газа по ширине рабочего пространства горна. Количество горелок на один горн при ширине спекательных тележек 4,0 м — более 40. При использовании горячего воздуха удельный расход теплоты на зажигание в эквиваленте природного газа ~ 1,0 м3/т. Общим для всех горнов, разработанных в зарубежных странах, является расположение всех горелок в один ряд поперек рабочего пространства горна, образующий мощный по тепловой напряженности, высокотемпературный остронаправленный к поверхности шихты единый плоский факел.

В 1990 — 1991 гг. ДонНИИчерметом были разработаны и реконструированы на 9 аглофабриках Украины зажигательные двухкамерные горны с расположением горелок на передней торцевой стенке [2, 3]. Первая камера зажигания (собственно горн) — длиной 2,0 — 2,5 м; вторая, неотапливаемая камера с низко расположенным сводом (экраном) длиной 3,0 — 4,0 м предназначалась для предотвращения резкого охлаждения поверхностного слоя агломерата и подогрева воздуха, поступающего в слой. Количество горелок, как правило, четыре. Угол наклона горелок к поверхности шихты 20 — 25°, расстояние между уровнем верха бортов спекательных тележек и центрами торцов горелок — 0,5 м. Т. е. по основным характеристикам эти горны относятся к горнам первого типа. Расход топлива на зажигание после реконструкции в среднем в эквиваленте природного газа составляет около 5 м³/т агломерата. Внедрение разработанных более экономичных горнов с большим количеством горелок тормозится наличием ряда объективных и субъективных факторов, а также в связи с отсутствием широко распространенных литых огнеупорных материалов для изготовления горелочных туннелей.

Особое положение среди известных горнов занимают однокамерные горны МК "Азовсталь", представляющие собой туннель с плоским сводом без торцевых стенок в начале и в конце, т. е. рабочее пространство горна открыто для подсосов холодного воздуха с любой стороны. Горн состоит из 12 огнеупорных блоков шириной 400 мм, из них четыре — горелочные, в каждом по 2 горелки. Газ в горелку подается через 66 отверстий диам. 3,5 мм. Смешение газа и воздуха и горение газа происходят в щелевых горелочных камерах, выполненных в горелочных блоках. Расстояние между плоскостями истечения газа и продуктов сгорания из камер горения 165 мм, т. е. горение газа полностью осуществляется в камерах горения, вследствие чего значительное количество теплоты расходуется на нагрев футеровки горелочных блоков и потери в окружающее пространство. Температура продуктов сгорания при истечении из камер горения ≤ 1300 °С. Горны работают на природном газе, расход газа на зажигание составляет в среднем 4,6 м³/т агломерата.

Одно из направлений деятельности комбината — разработка зажигательного горна более экономичной конструкции на основе результатов экспериментальных исследований тепловой работы существующих горнов, находящихся в эксплуатации на МК "Азовсталь". Разработан двухкамерный горн с плоским низко опущенным сводом, с ограниченными размерами рабочего пространства и расположенными близко к поверхности шихты остронаправленными горелками. Длина собственно горна составляет 1,2 м, экрана — 3,2 м (рис. 1). Футеровка блочного типа из жаропрочного бетона, состоит, так же как и в существующем горне, из 12 блоков. В первом блоке расположены горелки и выполнены горелочные туннели, во втором — радиационные пирометры. Рабочее пространство создано путем изменения высоты расположения трех блоков и предназначено для выравнивания температуры и давления в поперечном сечении горна. Принудительный вход в рабочее пространство воздуха не предусмотрен, но высота расположения свода экрана рассчитана на подсосы всего необходимого для ввода в горн воздуха.

Рис. 1. Горн с факельной системой зажигания аглошихты

Сжигание газа и нагрев поверхностного слоя шихты осуществляется при помощи ранее разработанных ДонНИИчерметом горелок: двухпроводных, но по принципу подачи компонентов трехпроводных, т. е. в центр подается воздух, затем в кольцевое сечение — газ и с внешней стороны в кольцевое сечение — также воздух. Газовоздушный поток подается в спутном потоке воздуха со скоростью, при которой отсутствует вынос тонкодисперсной фракции из поверхностного слоя шихты. Газ истекает через несколько круглых отверстий, затем круглые струи на промежуточной стенке деформируются в плоские для интенсификации смешения и сокращения протяженности зоны горения. Горелка позволяет смещать горение газа на определенное расстояние от плоскости истечения газовоздушного потока и сжигать газ над поверхностью и на поверхности шихты. При обычном качестве подготовки аглошихты весь объем продуктов сгорания поступает в слой в месте удара факела. Такой способ сжигания газа позволяет до минимума сократить потери теплоты от горячего факела в пространство горна. Температура продуктов сгорания над поверхностью шихты 1600 — 1650 °С. Плотность теплового потока в месте удара факелов 2,5 - 3,7 MBт/м³ (2,1 • 10⁶ — 3,2 • 10⁶ ккал/(м² • ч)). Прогнозируемый расход природного газа на зажигание составляет 1,5 — 2,0 м³/т агломерата. Горелки объединены в секции по 6 и по 7 с самостоятельным регулированием расходов газа и воздуха на секцию для регулирования температуры по ширине горна (рис. 2). Это требует весьма высокой точности изготовления и качества сборки горелок и секции в целом для разборки с целью осмотра и ремонта для последующей прецизионной сборки.

Рис. 2. Секция из шести горелок (вид А на рис. 1)

Заключение

В существующих условиях ОАО "МК "Азовсталь" совместно с ДонНИИчерметом разработан вариант двухкамерного горна для агломерационной машины с факельной системой зажигания аглошихтыс плоскимнизко расположенным сводом, с ограниченными размерами рабочего пространства, с остронаправленными к поверхности шихты горелками. Горелки короткофакельные со смещением горения к поверхности шихты. Прогнозируемый расход природного газа на зажигание — 1,5 — 2,0 м³/т.

Библиографический список

1. Губанов В. И., Бачинина С. Е. Агломерационные машины зарубежных металлургических предприятий // Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и выплавке чугуна. — М. : Институт Черметинформация, 1987. Вып. 4.С. 7 - 15.

2. Антонов В. В., Овчинников Н. А., Дмитриев Е. С. и др. Освоение зажигательных горнов агломашин с горелками на передней торцевой стенке // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2003. № 1. С. 16 - 19.

3. Антонов В. В., Овчинников Н. А., Дмитриев Е. С. и др. Тепловая работа зажигательного горна агломашины с горелками на передней торцевой стенке // Сталь. 2004. № 9. С. 4 — 6.