INDICATORI TEHNICO - ECONOMICI PENTRU APRECIEREA FUNCTIONARII FURNALELOR

INDICATORI TEHNICO - ECONOMICI PENTRU APRECIEREA FUNCTIONARII FURNALELOR

Notiuni teoretice

1. Productivitatea furnalului

Productivitatea furnalului se exprima prin indicatorul de utilizare a volumului util care se determina cu relatia:

, t fonta/m³, zi (6.16)

in care I_u este indicatorul de utilizare a volumului util;

- P - productia de fonta in 24 ore de functionare efectiva, t fo/zi;

- I_a - intensitatea de ardere a cocsului , t cocs/m³, zi;

- K - consumul specific de cocs tehnic, t cocs/ t fo.

In cazul furnalelor care folosesc si combustibili auxiliari I_a si K se exprima in cocs echivalent, la cocsul tehnic efectiv consumat (fizic) adaugandu-se si combustibilul auxiliar echivalent in cocs tehnic cu ajutorul coeficientului de inlocuire I_K CH₄ (kg cocs/m₃N CH₄) sau I_k (kg cocs/kg pacura) a carui valoare se admite a fi 0,9.1,1(de obicei 1,0).

In vederea obtinerii unor valori comparative pentru I_u la producerea unor sortimente de fonta, se admit urmatorii coeficienti de corectie la consumul specific de cocs:

- Fonte pentru afanare: 1,6;

- Fonte pentru turnatorie: 1,15;

- Fonte oglinda: 1,5;

- Feromangan de furnal: 2,5;

- Ferosiliciu: 2,5.

2. Intensitatea de functionare

Intensitatea de functionare se exprima prin unul din urmatorii indici:

a.      Intensitatea de ardere a cocsului:

I_a - raportata la unitatea de volum in t cocs/ m³.zi;

I_a - raportata la sectiunea creuzetului, kg cocs/m²,70;

b. Intensitatea de suflare a aerului:

I_s- raportata la unitatea de volum in m³N aer/m³, min;

I_s - raportata la sectiunea creuzetului, m³N aer/m²,min.

Relatia de legatura intre I_a si I_s este:

, (6.17)

in care V_a este consumul de aer pentru o tona de cocs (v_a = 2800.3000 m³N aer/t cocs).

c.      Durata de trecere a incarcaturii prin furnal se exprima prin relatia:

, (6.18)

in care t este durata medie de trecere a incarcaturii prin furnal, h;

- P - productia de fonta in 24 ore efective de functionare, t;

- V_u - volumul util al furnalului, m³;

- V - volumul materialelor incarcate in furnal pentru producerea a 1 t fonta,in m³/t.fo;

- I_u - indicele de utilizare a volumului util, t fo/m³ Fe;

- coeficientul de contractie al incarcaturii in furnal (0,88 - la functionarea cu cocs si 0,75 - la functionarea cu mangal.

d.     Durata medie de trecere a gazelor prin furnal este:

t = 2.4 s.

3. Intensitatea de ardere a cocsului

Exprima cantitatea de cocs echivalent consumata in furnal in 24 ore de functionare efectiva si depinde de:

- granulatia si permeabilitatea incarcaturii care limiteaza cantitatea de aer suflat prin aparitia mersului greu sau a agatatorilor;

- rezistenta mecanica a cocsului,aglomeratului,peletelor, reductibilitatea incarcaturii metalice;

- presiunea gazelor in furnal;

- marimea furnalului etc.

Se poate determina experimental, in conditiile tehnologice efective ale oricarui furnal, un interval al intensitatii de ardere pentru care consumul specific de cocs este minim, iar productia realizata maxima.

Prin prelucrarea statistica a datelor de exploatare a unor furnale care au functionat in conditii tehnologice bune, au fost stabilite relatii statistice care exprima I_a raportata la volumul util, sectiunea si diametrul creuzetului.

Pentru conditii tehnologice foarte bune se poate utiliza relatia stabilita statistic de V.Petersen care da valori maximale pentru I_a in functia de V_u, avand expresia:

, t cocs echiv/m³ zi (6.19)

Pentru aprecierea intensitatii de ardere se pot utiliza relatiile stabilite statistic de Petersen (analiza a 15 furnale cu functionare optima) si Rice care exprima cantitatea de cocs in 24 ore de functionare efectiva in functie de diametrul creuzetului, d.

Aceste relatii au expresia:

- Petersen: Q = 307 (d - 3,15) t cocs/zi (6.20)

- Rice: Q = 177 (d - 2,29) t cocs/zi (6.21)

in care Q este consumul de cocs in 24 ore, in t;

- d - diametrul creuzetului in m.

4. Consumul specific de cocs

Este al doilea factor de care depinde productivitatea furnalului si poate varia in limite largi, in functie de caracteristicile incarcaturii (scoaterea de fonta, reductibilitate, granulatie), de calitatea fontei si de conducerea procesului (desfasurarea reductibilitatilor directe si indirecte, temperatura aerului suflat, cantitatea de adaosuri in aerul suflat etc.).

Consumul specific de cocs rezulta din calcule tehnologice si se verifica prin bilantul termic.

Pentru aprecierea rapida a consumului specific de cocs tehnic (fizic sau echivalent) se folosesc relatii stabilite statistic care utilizeaza drept factor de care depinde consumul specific de cocs, incarcartura neta "M" (incarcatura "metalica" + adaosuri "metalice" + fondant + praf de funral) in t inc/t fonta.

Mai des utilizate sunt relatiile stabilite de:

- Wesemann (pentru incarcatura constand numai din minereuri):

K₁ = 0,288 M + 0,04 t cocs/t fonta, (6.22)

pentru minereuri usor reductibile;

K₂ = 0,355 M + 0,14 t cocs/ t fonta, (6.23)

pentru minereuri greu reductibile);

- Voice - Dixon (pentru incarcaturi constand numai din aglomerat si pelete):

K₃ = 0,2M + 0,2, t cocs/t fonta; (6.24)

- Bogdandy (stabilita din datele de exploatare a 202 furnale, K₄ fiind consumul specific de cocs tehnic cu 87,5 %C_fix):

K₄ = 470 + 0,16M + 0,249 C - 1,006 A - 1,142 P-0,053 t (kg/t) (6.25)

in care M este incarcatura neta, kg/t fonta;

- C - consumul specific de calcar, kg/t;

- A, P - ponderea aglomeratului si respectiv peletelor in incarcatura, %;

- t - temperatura aerului suflat, ⁰C.

Cu aceste relatii se determina cocsul tehnic echivalent. Deci, atunci cand se utilizeaza si combustibili auxiliari, pentru stabilirea cocsului tehnic efectiv (fizic) trebuie facuta corectia tinand seama de coeficientul de inlocuire a cocsului prin combustibilul auxiliar.

Pentru a face comparabile consumurile specifice de cocs realizate de un furnal in diferite perioade, se pot aplica urmatoarele valori de echivalare:

60 kg cocs pentru 1 % in fonta de Si;

20 kg cocs pentru 1 % in fonta de Mn;

6 kg cocs pentru 0,1 % S in cocs;

7 kg cocs pentru 1 % cenuse in cocs;

(1,5.2,5% cocs) pentru 1 % cenuse in cocs;

0,9.1,1 kg. cocs 1 m³N CH₄ (1 kg pacura/t fo);

0,5 % cocs pentru 1 % fractie sub 5 mm in incarcatura;

2,5 % cocs pentru 100⁰C la aer cald (in domeniul 900.1100⁰C).

Indicatori privind incarcatura

a. Incarcatura neta, M, kg/t fo sau t/t fo

Masa neta a incarcaturii - M - reprezinta suma cantitatilor de minereuri de fier (bulgari, aglomerate, pelete), adaosuri metalice, fondanti (in care se include si pierderea in praful de furnal) incarcate in furnal pentru a obtine o tona fonta. Depinde de continutul de Fe al minereurilor si de natura sterilului care determina consumul de calcar (avantajos sa se foloseasca aglomerate bazice autofondante). Valori uzuale 1650.2100 kg inc/t fo.

b. Scoaterea de fonta, S_c, %.

Exprima cantitatea de fonta in %, ce se obtine din incarcatura neta. Valori mari ale acestui indicator dtermina consumuri specifice de cocs mici.

(6.26)

Valori uzuale 48.60 % (recomandat 55 %).

c. Consumul specific de calcar, kg/t

Scade prin folosirea in incarcatura a aglomeratelor bazice autofondante cu continut ridicat de fier.

Valori uzuale 50.80 kg/t.

d. Proportia de aglomerat si pelete, %.

Cu cresterea acesteia se micsoreaza consumul specific de cocs pentru ca se imbunatateste granulatia, creste reductibilitatea,scade consumul specific de calcar.

Aglomerat: 70 - 100%

Valori uzuale: Pelete : 25 - 50%

Aglomerat + pelete: 80-100%.

6. Indicatori tehnologici

Principalii indicatori tehnologici si valorile uzuale ale acestora sunt prezentati in tabelul 6.4.

Tabelul 6.4. Principalii indicatori tehnologici si valorile uzuale.

Indicatori de bilant

Principalii indicatori de bilant si valorile uzuale ale acestora sunt prezentati in tabelul 6.5.

Tabelul 6.5. Principalii indicatori de bilant si valorile uzuale.

Capacitatea de productie a furnalelor

a. Productia zilnica se determina cu relatia:

F_(zi) = I_u V_u, t fo/zi, (6.27)

in care I_u = este indicatorul de productivitate raportat la 24 ore de functionare efectiva si la unitatea de volum, t fo/m³ zi;

- V_u - volumul util al furnalului, m³.

Beer si Heynert au propus pentru determinarea productiei posibile in functie de diametrul creuzetului - d - in cazul incarcaturilor constand din aglomerat si pelete relatia:

P_{(zi) posibila} = , t/zi (6.28)

in care numaratorul exprima cantitatea de cocs consumata, in 24 ore functionare efectiva, de furnal, t / zi, iar numitorul exprima consumul specific de cocs, t / t, din relatia Voice -Dixon.

Pentru determinarea productivitatii maxime posibile, pornind de la ipoteza ca volumul produselor lichide (fonta + zgura) care curg printre bucatile de cocs din etalaj si creuzet este aproximativ constant si reprezinta cca. 17 m³ lichid/ m³ sectiune creuzet, cercetatorii francezi au propus formula empirica:

I_{u (creuzet)} = , t/m² creuzet (6.29)

in care n este cantitatea de zgura, t / t fo.

b. Capacitatea de productie anuala se determina cu relatia:

P_a = P_zi × t_ef, t fo/ an (6.30)

in care T_ef este timpul efectiv de functionare si se considera egal cu 350.355 zile/an.

Timpul efectiv de functionare - se determina in ipoteza unui ciclu de functionare (campanii) de 8.10 ani.

Opriri ale furnalului in timpul unei campanii

reparatia capitala, de 60.90 zile;

reparatia mijlocie, una de 10.12 zile;

reparatii mici, doua de 2.6 zile;

opriri curente, pentru care se considera - pe baza statistica - 1.2% din timpul calendaristic (total zile pe campanie fara reparatiile de la punctele anterioare).

Exemple, in cazul unei campanii de 8 ani:

- Reparatia capitala: 60 zile;

- Reparatia mijlocie: 10 zile;

- Reparatii mici: 6 zile.

Total reparatii: 16 zile.

- Opriri curente: (8 x 365 - 76) x = 43 zile.

Total opriri: 119 zile.

Pe an: 119:8 = 15 zile/an.

T_ef = 365 - 15 = 350 zile ef/an.

Aplicatii de calcul. Enunturi si solutii

Sa se determine productia anuala de fonta de afinare ce poate fi realizata de un furnal cu V_u = 1000 m³, cu o incarcatura din aglomerat ce asigura o scoatere de fonta de 5,15 %. Cunoscand ca adaosul de gaz metan este de 90 m³N/t fo, care vor fi consumurile specifice de cocs tehnic si tehnologic (cu 5 % apa) pentru I_K^CH4 = l kg cocs/m³N CH₄? Care este economia de aglomerat cu 54 %Fe daca continutul de (FeO) in zgura scade de la 1 % la 0,8 %, iar cantitatea de zgura este de 450 kg/t fonta?

R: Scoaterea de fonta de 51,5 % corespunde unei incarcaturi nete de:

M = = 1941,7 kg inc./t fo.

Consumul specific de cocs tehnic (echivalent) pentru aceasta incarcatura neta este (Voice - Dixon):

K_{t ech} = 0,2M + 0,2 = 0,2 × 1,9417 + 0,2 = 0,588 t cocs/t fo.

Tinand seama de adaosul de gaz metan si indicele de inlocuire a cocsului cu gaz metan, consumurile efective vor fi:

K_t(ef)= K_t(ech)-V_gmI_k^CH4 - 588-9041 = 498 kg/t

si:

K_thl(ef)= K_t(ef) : 0,95 = 524,2 kg/t.

Productia anuala de fonta se determina cu relatia:

F_a = V_u I_u T_ef (t fo/an),

unde:

I_u = (t fo/m³, zi ef.).

Intensitatea de ardere a cocsului in creuzet I_a este functie de volumul util V_u si din diagrame (din care rezulta pentru V_u = 1000 m³):

- dupa Leonidov : I_al= 1,06 t cocs/m³ zi ef.

- dupa Petersen : I_a2 = 1,185 t cocs/ m³ zi ef.

Indicele de utilizare a volumului util pentru K_t(ech)= 0,588 t cocs/ t fo va fi:

I_{u 1} = = 1,80 t fo/m³ zi ef.

I_{u 2} = 2,01 t fo/m³ zi ef.

Capacitatea de productie anuala pentru T_ef = 350 zile lucratoare efective pe an, poate varia intre:

P_al = 350 × 1,80 × 1000 = 630.000 t fo/an

P_a2 = 350 × 2,01 × 1000 = 703.000 t fo/an.

Pentru o productie anuala medie P_a(med) = = 666.500 t fo/an, cantitatea de zgura este:

Q_zg= 666.500 t fo/an × 0,450 t zg/t fo = 299.925 t zg/an.

Economia de aglomerat cu 54 %Fe ce se realizeaza prin scaderea continutului de FeO in zgura de la 1 % la 0,85 % va fi:

Sa se determine productia anuala de fonta de turnatorie ce poate fi realizata de un furnal cu V_u= 700 m³ cu o incarcatura de minereuri ce asigura o scoatere de fonta de 48%.

R: Incarcatura neta (M) ce corespunde scoaterii de 48 % este:

M = = 2083,3 kg inc/t fo.

Consumul specific de cocs (tehnic) pentru aceasta incarcatura neta este (Wesemann):

K_t= 0,288M + 0,04 = 0,288 × 2,0833 + 0,04 = 0,640 t k/t fo.

Pentru fonta de turnatorie cocsul tehnic echivalent este:

K_tech= 1,15 K_t = 1,15 × 0,640 = 0,736 t cocs/t fo.

Intensitatea de ardere a cocsului in creuzet pentru V_u= 700 m³ este :

- dupa Leonidov I_al = 1,16 t k/m³,zi.

- dupa Petersen : I_a2=1,25 t k/m³ ,zi.

Rezulta indicele de utilizare a volumului util al furnalului:

I_u = , t fo/m³,

I_{u 1} = = 1,576 t fo/m³.

I_{u 2} = = 1,698 t fo/m³.

Productia anuala posibila de realizat pentru un timp efectiv de T_ef = 350 zile lucratoare pe an, variaza intre:

P_a1=V_u.I_u1.T_ef= 700 × 1,576 ×350 = 386.000 t fo/an.

F_a2= V_u.I_u2.T_ef = 700 × 1,698 ×350 = 416.000 t fo/an.

Se considera zgura de furnal cu urmatoarea compozitie chimica exprimata in %:

Se cer principalele caracteristici fizice ale zgurei si aprecieri asupra conditiilor de lucru ale furnalului. Ce cantitate de calcar trebuie adaugata in unitatea de incarcare daca consumul specific de minereu Krivoi Rog creste cu 250 kg/t fo, iar cantitatea de fonta corespunzatoare unei unitati de incarcare este de 10 t fo/UI. Compozitiile minereului si calcarului sunt:

Sa se determine gradul reducerii directe si indirecte a oxizilor de fier (de la FeO) la producerea in furnal a unei fonte de afinare cu compozitia 4 %C, 0,8 %Si, 0,9 %Mn, 0,15 %P si 0,05 %S, daca pentru reduceri directe s-au consumat 90 kg C/t fo.

Care va fi compozitia fontei la melanjorul otelariei daca in timpul evacurarii si pe durata transportului in oala, 40 % din sulful continut de fonta a reactionat cu Mn. La evacuare, compozitia fontei era 0,8 %Si, 0,9 %Mn, 0,14 %P, 0,06 %S, 4 %C, restul Fe.

La elaborarea in furnal a unei fonte, rezulta o cantitate de zgura n = 600 kg/t fo, indicele de repartitie a S intre fonta si zgura fiind L_s = 30. Sa se determine cantitatea de sulf din fonta stiind ca incarcatura aduce in furnal 7,5 kg S/t fo din care 10 % trece in gaz.