3.POSIBILITATI DE EFICIENTIZARE A PROCESELOR DE

ELABORARE A MATERIALELOR METALICE PRIN UTILIZAREA

DE COMBUSTIBILI AUXILIARI.

3.1. INLOCUIREA PARTIALA A COCSULUI CU PRAF DE CARBUNE În prezent pe plan mondial se tinde către o scădere spectaculoasă a consumului

specific de cocs pe tona de fontă prin insuflarea prafului de cărbune la gurile de vânt ale

furnalelor.

Insuflarea în furnal a cărbunelui pulverizat se face în scopul reducerii consumului de

cocs, a înlocuirii combustibililor lichizi şi a gazului natural, asigurării unui regim stabil de

funcţionare, creşterii eficienţei economice, precum şi ameliorării condiţiilor de mediu.

In paralel cu extinderea procedeului a crescut interesul pentru cunoaşterea factorilor ce

controlează IPC, în care scop se efectuează cercetări pentru optimizarea procesului.

Se urmăreşte înţelegerea fenomenelor de bază, concomitent cu extinderea aplicaţiilor

industriale.

La nivele ridicate de insuflare, condiţiile ce prevalează în interiorul furnalului sunt

sensibil diferite. Principalele probleme asociate cu IPC se referă la:

- pregătirea cărbunelului pentru insuflare,

- procesul de combustie,

- praful de furnal,

- permeabilitatea furnalului,

- pierderile de căldură,

- repartiţia încărcăturii şi distribuţia gazului,

- procesul din creuzet,

- comportarea cocsului în furnal.

Tehnica insuflării prafului de cărbune în furnal a fost dezvoltată atât în Europa cât şi în

America. Insuflarea combustibililor auxiliari a fost pusă la punct în jurul anilor ’60, fiind

experimentate păcura, gazul natural şi cărbunele. Dintre acestea păcura s-a dovedit a fi cel

mai bun combustibil auxiliar însă atunci când a început criza petrolului s-a ajuns la folosirea

cărbunelui.

Această tehnologie se aplică în prezent la peste 100 de furnale din întreaga lume,

dintre care 44 se află în Europa de Vest.

În tab. 3.1 sunt prezentate câteva din furnalele care funcţionează cu această

tehnologie, criteriul pe baza căruia s-au ales datele de funcţionare pentru aceste furnale (dintr-

un număr mult mai mare) a fost acela de realizare a unui consum specific de cărbune cât mai

ridicat.

Tabelul 3.1.Principalele furnale care funcţionează cu sisteme de insuflare a prafului de

cărbune.

Ţara Compania

Diametru

creuzet,

[m]

Sistem de

insuflare

Anul pornirii

instalaţiei

Consum

mediu

cărbune,

[kg/tfontă]

Consum

cărbune,

[kg/tfontă]

Consum

cocs,

[kg/tfontă]

Thyssen 13,6 Kutner apr.1987 140 145 307

Germania Dillingen 11,0 Paul Wurth

Rotary

dec.1986 100 - 363

Krupp 11,5 Kutner iul.1987 100 100 390

Franţa Sollac 14,0 Paul Wurth

Rotary

feb.1986 100 100 385

HFRSW 7,0 Sprunck ian.1982 80 80 395

Olanda Hoogovens 11,0 Armco iul.1983 120 140 383

Ţara Compania

Diametru

creuzet,

[m]

Sistem de

insuflare

Anul pornirii

instalaţiei

Consum

mediu

cărbune,

[kg/tfontă]

Consum

cărbune,

[kg/tfontă]

Consum

cocs,

[kg/tfontă]

Anglia BSC 8,9 Simon-

Macawber

ian.1985 92 109 375

Belgia Sidmar 10,0 Paul Wurth

Rotary

apr.1987 110 120 397

Luxemburg Arbed 8,0 Paul Wurth

Rotary

mai 1990 oprit 84 467

SUA Armco 10,2 Armco 1973 90 120 390

Corea Posco 13,2 Armco iun.1987 65 75 398

Japonia NSC 13,8 Armco ian.1985 81 101 392

SUMITO

MO

11,1 Sumitomo ian.1986 87 104 405

România Sidex F4 9,1 Kutner iun.1996 150 170 430

Sidex F5 11,6 Kutner iun.1996 150 170 430

Progresele obţinute în ultimii ani cu insuflarea prafului de cărbune în furnale,

privesc atât siguranţa în funcţionare a instalaţiilor cât şi nivelul de insuflare atins, drept stadiu

actual al tehnicii în domeniul furnalelor se poate accepta consumul specific de cocs de numai

300kg/tfontă.

În prezent, se depun eforturi pentru a reuşi insuflarea a 250 kgcărbune/tfontă la furnalele

mari, ceea ce ar putea conduce la un consum de cocs de 250 kgcocs/tfontă.

În aceste condiţii, un rol deosebit de important îl are calitatea cărbunilor insuflaţi, şi

anume, conţinutul de materii volatile, sulf şi cenuşă, precum şi temperatura de topire a cenuşii

cărbunilor utilizaţi. De asemenea, această tehnică, impune o granulaţie extrem de fină a

cărbunilor (de ordinul sutelor de microni), aceasta însemnând realizarea unei măcinări foarte

avansate a acestora.

În Tabelul 3.2 sunt prezentate tipurile de cărbuni insuflaţi la furnalele menţionate

anterior, precum şi cele mai importante caracteristici ale acestora.

Tabel 3.2: Tipuri de cărbuni insuflaţi în furnal.

Ţara Compania Tipul de cărbune

insuflat Granulaţia Cenuşã

Materii

volatile

Germania Thyssen De la antracit la cu

materii volatile înalte 80%<90 m 6 ÷ 14% 9 ÷ 35%

Dillingen Huile 80%<200 m 7% 22 ÷ 23%

Krupp Cărbuni cu volatile

înalte 60%<90 m 6,5% 39%

Franţa Sollac Cărbuni cu volatile

scăzute 80%<100 m 13% 11%

HFRSW Cărbuni cu volatile

înalte 70%<90 m 7% 33%

Olanda Hoogovens Huile 80 ÷ 93% <75 m 3,4 ÷ 8,5% 17 ÷ 37%

Anglia BSC Huile 95%<2mm 3 ÷ 12% 22 ÷ 39%

Belgia Sidmar

Cărbuni cu volatile

înalte. Cărbuni

energetici. 70% > 100 m 9 ÷ 14% 23 ÷ 35%

Luxemburg Arbed De la antracit la lignit 80 ÷ 84% <200 m 4,5 ÷ 18% 5 ÷ 40%

Japonia NSC Energetic 80% < 75 m 9 ÷ 11% 30 ÷ 36%

Sumitomo Semicocsificabil 70% < 75 m 7 ÷ 11% 25 ÷ 36%

SUA Armco

Cărbune cu volatile

medii. Cărbune cu

volatile înalte. 80% < 74 m 3 ÷ 12% 28 ÷ 35%

Ţara Compania Tipul de cărbune

insuflat Granulaţia Cenuşã

Materii

volatile

Corea Posco No.1 Cărbune cu volatile

înalte 80% < 74 m 7 ÷ 10% 33 ÷ 38%

România

SIDEX

Furnalul

4 şi 5

De la antracit la

cărbune cu volatile

înalte 80% < 90 m 6 ÷ 14% 9 ÷ 35%

Parametrii medii de funcţionare a furnalelor unor state din Uniunea Europeană (UE)

sunt prezentaţi în tabelul 3.3. In tabelul 3.4 se arată comparativ parametrii de funcţionare ai

furnalului 5 ARCELOR MITTAL Galaţi cu aceia ai unor furnale ale UE.

Se observă că atât parametrii medii pe ţară, cât şi parametrii medii ai unor furnale,

clasează aceste agregate în categoria furnalelor performante, atât prin consumul specific de

combustibil cât şi prin productivitate. Din tabelul 1.2 rezultă consumuri de cocs medii în

1996, de 303 ... 349 kg/tfo, în cazul insuflării a 181 ... 143 kg PC/tfo. Consumul total de

combustibil, practic nu depăşeşte 500 kg/tfo. Productivitatea raportată la volumul de lucru este

de 2,4 - 2,9 t/m3, 24 h. Se observă preferinţa utilizării unor cărbuni sau amestecuri cu un

conţinut mediu de M.V., semnalându-se şi furnale performante ce utilizează cărbuni cu un

conţinut înalt de M.V. Caracteristică este şi cantitatea limitată de zgură (216 - 306 kg/tfo)

produsă şi conţinutul relativ mic de siliciu (0,34 ... 0,69%) din fontă.

Comparativ, parametrii F5 ARCELOR MITTAL Galati indică un consum specific de

cocs mediu în 2007 de 461 kg/tfo şi de 102 kg PC/t fo, deci un consum total de combustibil

mai mare cu 60 ... 75 kg/tfo, diferenţă care se regăseşte la toate nivelele de insuflare practicate

şi contribuie la limitarea cantităţilor de PC insuflate eficient.

Prezentarea situaţiei IPC pe plan mondial va reliefa importanţa pentru MITTAL

STEEL Galati ca o condiţie primordială pentru eficientizarea IPC, a ridicării nivelului de

performanţă al tehnologiei în varianta clasică. Această caracteristică se regăseşte la toate

furnalele europene ce folosesc eficient IPC.

Tabelul 3. 3: Parametrii medii de funcţionare a furnalelor cu insuflare de cărbune din Uniunea

Europeană

Denumire UM Germania Belgia Franţa Olanda Italia Anglia

Furnale - 7 6 8 2 3 3

Diam. Creuzet m 11,34 9,73 10,31 12,4 11,60 8,78

Volum de lucru m3 2252 1754 2100 3059 2551 1443

Utilizare % 97,6 97,3 95,2 96,1 98,0 98,0

Producţie zilnică t/24h 6076 4096 4431 8140 7297 3333

Indice utilizare t/m3,

24h

2,36 2,33 2,11 2,66 2,86 2,31

Consum cocs kg/t

fo

361 386 351 335 354 347

PC insuflat kg/tf

o

115 128 129 164 146 151

M.V.x)

cărbune % 28,7 26,3 21,8 39,1 25,2 18,2

Incărcătură:

- aglomerat % 72,49 82,21 87,21 47,20 74,27 73,61

- pelete % 17,71 9,90 0,30 49,62 17,51 7,50

- minereu % 9,54 7,83 11,88 3,18 8,22 18,81

- altele % 0,26 0,06 0,61 0 0 0

Temp. aer oC 1175 1112 1172 1198 1182 1120

Oxigen în aer % 23,6 24,0 22,6 25,7 25,2 26,6

Temp. flacără oC

2182 2187 2138 2165 2146 2237

Fontă:

- siliciu % 0,53 0,58 0,48 0,41 0,63 0,59

- sulf % 0,043 0,043 0,026 0,039 0,029 0,030

- temp. fontă oC 1495 1480 1481 1509 1504 1478

Cantitate zgură kg/tf

o

283 274 306 216 293 277

Tabelul 3. 4: Parametrii medii de funcţionare ai unor furnale cu insuflare de cărbune

din UE şi ARCELOR MITTAL GALATI SA

Denumire UM

MITTAL

STEEL Galaţi

F5

Thyssen Hamborn

F9

Sidmar

Gent

F.A

Sollac Dunk.

F.4

România RFG Belgia Franţa

Diametru

creuzet

m 11,6 10,2 10,0 14,0

Volum de

lucru

m3 2560 1833 1776 3648

Indice

utilizare

t/m3,

24h

1,777 2,68 2,77 2,40

Incărcătură

- aglomerat % 78,71 70,87 91,45 80,48

- pelete % 12,64 18,50 6,87 -

- minereu % 8,65 5,29 1,62 19,52

- altele % - 5,34 0,06 -

Cons.sp.coc

s

kg/tfo 461 338 303 316

Cons.sp.cărb

une

kg/tfo 102 141 181 174

M.V.

cărbune

% ~ 35 25,7 26,6 20,6

Oxigen în

aer

% 23,19 23,7 24,5 23,6

Temp. aer oC 1050 1132 1209 1210

Temperatura

flacără

oC

2210 2155 2187 2114

Fontă:

- siliciu % 0,77 0,408 0,38 0,338

- sulf % 0,025 0,038 0,018 0,026

- temp. fontă oC

1494 1503 1488 1491

FUNDAMENTAREA TEORETICĂ A OPORTUNITĂŢII SI EFICIENŢEI

ECONOMICE A FUNCTIONARII FURNALULUI NR.5-ARCELOR MITTAL GALATI .

CU GAZ METAN SI PRAF DE CARBUNE PENTRU O VARIANTĂ DE REFERINŢĂ

Cărbunii din Valea Jiului (tip PALD), neaglutinaţi, spălaţi special (tip PALD pentru

semicocs), la 9-10% cenuse.

- Compoziţia cărbunilor luată in calcul :

Analiza tehnica:Aanh

=9,2% ;Vanh

=36,2%;Stanh

=1,01;H2O=1,1%;Pcalorifica=6700[Kcal].

- Compoziţia materiilor volatile:

CH4=5%;H2=6%;CO=37%;CO2=35%;N2=17%.

A fost acceptată ca bază de pornire pentru calculele tehnologice analiza efectuată

asupra funcţionării F5-C.S.G.- in martie 1997, urmând ca in final să fie adus la nivelul normal

indicatorul de intensitate de funcţionare.

- Consumurile de combustibili realizate ( martie 1999) , au fost:

- cocs tehnic (kt) = 478,93 [kg/t];

- gaz metan = 0 [Nm3/t].

Din analiza efectuată a rezultat o desfăşurare satisfăcătoare a proceselor de reducere

si realizarea unor randamente bune ale CO si H2 la reducerile indirecte . S-a lucrat însă cu o

temperatură insuficientă de preîncălzire a aerului, ceea ce a condus la scăderea raportului de

înlocuire al cocsului prin gaz metan, evaluat la 0,9.

Se adoptă pentru calcul raportul de înlocuire 0,96 [kgcocs /kg cărbune].

VARIANTA-I-(varianta propusă):

Consumuri de combustibili auxiliari :

- gaz metan = 50 [Nm3/t];

- cărbune (anh) =50 [Kg/t].

Evaluarea consumului de cocs :

Kt (ech) - III / 1997 =508,7 +53,9*0,9=557,21[Kg cocs(ech)/t]

În cantităţile din proiect se consideră că furnalul va avea o intensitate normală de

funcţionare, Ia(comb.) = 1,0 , va utiliza aer la 1200 [oC] si conţinând 24% O2, ceea ce va

asigura randamente favorabile pentru CO si H2. Pentru calcul se acceptă Ri=60% si Rd=40%

(de la FeO la Fe). Se acceptă raportul de înlocuire cocs/CH4=1,04.

kt(cu metan +P.C.):kt=455[kg cocs anh/t]

Cantitatea de zgură, provenită din cenuşa cocsului şi a cărbunilor:

Varianta propusă VARIANTA-I-

- cenuşi de cocs: 63,6[Kg/t] 56,9[Kg/t]

- cenuşi de cărbune: - 4,8[Kg/t]

TOTAL: 63,6[Kg/t] 61,7[Kg/t]

- componenţi ai zgurii(70%): 44,5[Kg/t] 43,2[Kg/t]

- necesar baze din încărcătura: 33,5[Kg/t] 32,6[Kg/t]

TOTAL: 78,0[Kg/t] 75,8[Kg/t]

Diferenţele fiind neglijabile, nu este necesară o recalculare a încărcăturii:

Gazul de furnal

CO=46,3%

H2

=30%.

BILANŢUL TERMIC

Călduri intrate:

[103Kcal/t]

1) Arderea carbonului:-CO2:184.62*7950=1467.73

-CO:213.84*2340=500.39

398.46*4.939=1968.12

[103Kcal/t]

2) Căldura aerului:-1168.21*1200*0.336=476.87

-9.64*1200*0.506=476.87

[103Kcal/t]

3) Oxidarea hidrogenului:-47.26*2560=120.99

[103Kcal/t]

4) Zgurificare:2.7*451.6*0.4643=0.57

Component [Nm3/tfo] %calculate

CO2 345.67 19.76

CO 405.46 23.18

CH4 6.10 0.35

H2 103.88 5.94

N2 888.22 50.77

1749.33[Nm3] 100.00%

TOTAL:2566.55[103Kcal/t]

Călduri consumate:

[103Kcal/t]

1) Disociere oxizi: - - - - - - - - - - - - - - - - =1661.80

2) Evaporarea apei (încărcătura):

[103Kcal/t]

43.04*595=25.60

3) Evaporarea şi supraîncălzirea apei (călduri):

[103Kcal/t]

1.67[KgH2O]*695=1.16

1.67[KgH2O]*1100[0C]*0.506=0.93

TOTAL:2.09[Kcal/t]

4) Încălzirea cărbunilor:

50[Kg]*1200[0C]*0.5[Kcal/Kg

0C]=30.0

5) Disociere apă (aer + cărbune):

11.31[KgH2O]*3212=36.33

6)Disociere gaze combustibile:

CH4:57.59[Nm3*815=46.94

C2H2+C6H6:1.61[Nm3]*815*1.1=1.44

TOTAL:48.38

7) Căldura fontei: - - - - - - - - - - - - - - - - =278.0

8) Căldura zgurii: 451.6*420=189.67

9) Căldura gazului:

1749.33*160*0.338=94.64

81.02*160*0.464=6.01

TOTAL:100.61

10) Diferenţa de bilanţ (7.56%)=194.07

TOTAL:2566.55

Randamentul termic:

t=1661 8 2 09 30 0 36 33 48 38 278 189 67

2566 55100 87 52%

. . . . . .

..

t=87.52%

Randamentul carbonului:

c=1968 12 10

398 46 7950100 62 13%

3. *

. *.

c=62.13%

COEFICIENTI DE INLOCUIRE AI COCSULUI:

Provenienţa H2 care participa la Ri(47.26[Nm3H2]:

-H2(CH4-insuflat):-50[Nm3CH4] - - - - - - - - - - 100[Nm

3H2]=100[Nm

3H2]

-H2(cărbune):-3.98[KgH2] - - - - - - 3.8922 4

2

.=43.57[Nm

3H2]

-2.08[Nm3H2] - - - - - - - - - - - - - - - - - =2.08[Nm

3H2]

Total:45065[Nm3H2]

TOTAL:145.65[Nm3H2]

H2 provine 68.7% din CH4(insuflat) si 31.3%din materiile volatile si umiditatea cărbunilor.

Cantitatea de căldură obţinută prin oxidarea H2 (120.99*103Kcal), se împarte astfel:

- pentru CH4(insuflat):

120.99*103*0.687=83.12*10

3[Kcal]

- pentru cărbune:

120.99*103*0.313=37.87*10

3[Kcal]

1) Cocs înlocuit prin CH4(insuflat):

Varianta A(cu compensare):

C(CH4)=50*0.5357=26.79[KgC]

C(ech. oxid. H2)=83 12 10

493916 83

3. *

. [ ]KgC

TOTAL:43.62[KgC]

Cocs înlocuit:43.62:0.862=50.6[Kgcocs]

Coeficientul de înlocuire:(A)=50 6

501 01

3

4

..

[ ]

[ ]

Kgcocs

Nm CH

Varianta B (fara compensare)

a) C(CH4)=50*0.5357=26.79

b) C(ech. oxid H2)=83 12 10 50 815

49398 58

3. * *

.

Din a),b) 35.37[KgC]

- Cocs înlocuit: 35.37:0.862=41.03[Kgcocs]

- Coeficient de înlocuire (B): 41 03

50032

3

4

. [ ]

[ ]

Kgcocs

Nm CH

2) Cocs înlocuit prin cărbune:

- Varianta A(cu compensare)

a) C(comb.+carbune) =33.96[KgC]

b) C(ech.oxid.H2]=37 87 10

49397 67

3. *

. [ ]KgC

Din a) si b) 41.63[KgC]

- Cocs înlocuit:41.63:0.862=48.29[Kgcocs]

- Coeficient de înlocuire(A):48 29

500 97

..

[ ]

[ ]

Kgcocs

Kgcarbune

Varianta B (fara compensare):

- C(cărbune+combustibil): =33.46[KgC]

C(ech.oxid.H2):2

37 8 10 7 59 815 1 44 10

49 39

2 09 10 1 67 3212

49394 60

3 3 3. * . * . *

.

. * . *. [ ]KgC

Total C înlocuit :33.96+4.60=38.56[KgC]

Cocs înlocuit:38.56:0.862=44.73[Kgcocs]

Coeficient de înlocuire(B):44 73

500 89

..

[ ]

[ ]

Kgcocs

Kgcarbune

TEMPERATURA TEORETICA DE ARDERE LA GURILE DE VANT

Totul se raportează la 1[KgC(cocs)]ars la gurile de vânt

t(ta)=4537 55

2 331947

.

.[ ]

oC

Consum specific de cocs (echivalent):Kt(carb.)

cocs tehnic =455.0[Kg]

gaz metan 50[Nm3/t]-*1.01[Kg/Nm

3CH4]=50.5[Kg]

cărbuni (anh) 50[Kg/t]*0.97[Kgcocs/Kgcarb=48.5[Kg]

554.0[Kgcocsechivalent/tfonta]

VARIANTA-II(varianta propusa)-

Se insuflă pe la gurile de vânt numai praf de cărbune.

Ipoteza de lucru adoptată în Varianta a -II-(fără gaz metan) adopta un consum de praf

de cărbune de 125[Kg/t], ţinând seama de faptul că există un conţinut de cărbune în zona de

ardere.

Consumuri specifice de 100-150[Kg P.C./t] se practică la numeroase furnale din

Germania, Japonia, Franţa, China.

Se iau ca bază de calcul rezultatele obţinute în Varianta-I-.

Evaluarea consumurilor de combustibili în Varianta -I-a:

kt=554[Kg/t]-varianta-I-

kt(cocs)=554-125*0.97=432.75[Kg cocs/t]-varianta-II-

Se ia în calcul kt=430[Kg cocs/t]

GAZUL DE FURNAL

CO2=352.26 20.0%

CO=410.39 23.3%

CH4=6.07 0.3%

H2=79.87 4.5%

N2=912.18 51.9%

TOTAL:1760.77[Nm3] 100.00%

CO

CO CO

2

2

100=46.19%

CO

CO 2

100=1.17%

CO=351 26

351 26 410 39 1 65 9 04

.

. . . .100=46.77%

H2

=32%

BILANŢUL TERMIC

Călduri intrate:

1) Ardere carbon

CO2:188.18*7950=1496.03

CO:212.89*2400=510.94

TOTAL:401.07*5004=2006.972*103[Kcal]

2) Căldura aerului:

1190.09*1200*0.336=479.84

14.88*1200*0.506=9.02

TOTAL:488.86*103[Kcal]

3) Oxidare H2:40.77*2560=104.37

4) Zgurificare:2.7*466*0.4751=0.60

TOTAL:2606.20*103[Kcal]

Călduri consumate:

1) Disociere oxizi:=1661.80

2) Evaporare apă (încărcătura):41.89*595=24.92

3) Evaporare şi supraîncălzire apă (cărbuni):

5.22[KgH2O]*6.95=3.63

5.22*1100oC*0.506=2.91

TOTAL:6.54*103[Kcal]

4) Încălzire carbuni:125[Kg]*1200oC*0.5[Kcal/Kg

oC]=75.00

5) Disociere H2O (aer+carb.):14.86[KgH2O]*32.12=47.73

6) Disociere gaze combustibile:

CH4:18.48*815=15.47

C2H2+C6H6:4.02[Nm3]*815*1.1=3.60

TOTAL:19.07*103[Kcal]

7) Căldura fontei: =278.00

8) Căldura zgurii: 466*420=195.72

9) Căldura gazului:

1760.77[Nm3]*160[

oC]*0.338=95.22

74.65[Kg]*160[oC]*0.464=5.54

TOTAL:100.76*103[Kcal]

10) Diferenţa de bilanţ: (7.55%) =196.65

TOTAL:2606.20*103[Kcal

RANDAMENTUL TERMIC

t=1661 8 6 54 75 0 47 73 19 07 278 195 72

2606 20100 87 63%

. . . . . .

.* .

RANDAMENTUL CARBONULUI

C=2006 97 10

401 07 7950100 62 94%

3. *

. ** .

COEFICIENTUL DE INLOCUIRE AL COCSULUI PRIN CARBUNI

Varianta A(cu compensare):

C(comb.+carb.) =84.90[Kg]

C(ech.oxidareH2) 104 97 10

500420 86

3. *

. [ ]Kg

TOTAL:105.76[KgC]

Cocs înlocuit:105.76:0.862=122.69[Kg]

Coeficient de înlocuire (A):122 69

1250 98

.. [ / . ]Kgcocs Kgcarb

Varianta B (fără compensare):

C(comb.+carb.) =84.90[Kg]

C(ech.oxidareH2): ( . . ) *

. [ ]104 37 19 07 10

500417 05

3

Kg

TOTAL:101.95[KgC]

Cocs înlocuit:101.95:0.862=118.27[Kg]

Coeficientul de înlocuire (B):118 27

1250 95

.. [ / ]Kgcocs Kgcarb

TEMPERATURA TEORETICĂ DE ARDERE LA GURILE DE VÂNT

Totul se raportează la 1[KgC] (cocs) ars la gurile de vânt (g.d.v.).

tta=5148 95

2 58

.

.=1996[

0C]

Consumul specific de cocs(echivalent):

- cocs tehnic - - - - - - - - - - - -- =430.20[Kg/t]

- cărbune anh.:125[Kg/t]*0.98=122.5[Kg/t]

TOTAL:552.5[Kg/t]

INDICATORII FURNALULUI NR. 5- ARCELOR MITTAL Galaţi .- PENTRU

VARIANTELE CALCULATE Variante propuse Nr. Indicator Comp. Var.de.ref. -I- -II-

uzuala

1 Încărcătură

[Kg/tfo.]

- aglm.

- pelete

- min.Mn

- min.Braz.

- TOTAL

1327.5

484.4

7.6

-

1819.5

1327.5

484.4

7.6

-

1819.5

1341.9

484.4

7.6

-

1833.9

2

[Kg/t]

[Nm3/t]

[Kg/t]

- cocs tehn.

-CH4

- cărb.anh.

TOTAL

508.7

53.9

-

562.6

455.0

50

50

555.0

430.0

-

125.0

555.0

3 Aer suflat

[Nm3]

- debit calc.

- umiditate

- oxigen

- temp.[0C]

1336.5

1

22

970

1168.21

1

24

1200

1202.1

1

23.5

1200

4 [tfo/m3zief] Iu 1.165 1.805 1.80

5 [tfo/m3

.zief] Ia-cocs

-comb.

0.59

0.654

0.8213

1.00

0.778

1.00

6 [%] -scoatere de

fonta 55 55 54.53

7

Reducerea

oxidului de

Fe

-Rd/Ri

- CO

- H2

42/58

44.8

32.5

40/60

46.3

30.0

40/60

46.77

32.0

8 Gaz de furnal

[Nm3/t]

CO2[%]

CO[%]

H2[%]

1888

18.35

22.64

4.01

1749.33

19.76

23.18

5.96

1760.7

20.0

23.3

4.5

9 Calitatea fontei

Si[%]

Mn[%]

S[%]

C[%]

0.84

0.88

0.023

4.55

0.84

0.88

0.023

4.55

0.84

0.88

0.023

4.55

10 Zgura

[Kg/tfo]

CaO/SiO2

(CaO+MgO):SiO2

451.9

1.25

1.33

451.6

1.25

1.33

466.0

1.32

1.419

11 Căldura 103[Kcal/t] 2535.9 2566.55 2606.22

12 Resurse de

căldura

-oxid.C

-oxid.H2

-Qaer

79.0

4.0

17.0

76.7

4.7

18.6

77.0

4.0

18.8

13 Bilanţ termic

- t[%]

- C[%]

-dif.[103Kcal/t]

87.1

61.0

192.1/7.6

87.52

62.13

194/7.5

87.63

69.94

196/7.5

14 Raport de

înlocuire

-A[Kgk/Nm3CH4]

-B - -

-A - -

-B - -

1.07

0.87

-

-

1.01

0.82

0.97

0.89

-

-

0.98

0.95

15 teoretica

de înloc. [

0C] 1809 1947 1996

CONCLUZII LA DATELE OBTINUTE PRIN CALCULE TEHNOLOGICE

Pentru aceste calcule s-a luat în considerare faptul că furnalul va funcţiona cu o

intensitate de ardere I-a normală inclusiv cu o capacitate normală de încălzire a cauperelor. S-

a mai considerat un adaus de O2 astfel încât să se poată menţine o temperatură corectă tta şi să

se poată obţine rapoarte de înlocuire favorabile.

Am efectuat calcule tehnologice în două variante şi anume, varianta I-a unde am

considerat 50[Nm3 gaz metan] şi 50[Kgcărbune] (praf de cărbune) şi varianta a-II-a unde am

considerat 100% praf de cărbune, adică 125[Kg cărbune]. Trebuie menţionat ca pentru

proiectarea instalaţiei de insuflare din capitolul -II- au luat ăn calcul varianta a-II-a.

Avantajele economice se observă din următoarele:

- consumul specific de cocs tehnic a scăzut de la 508.7[Kg/t], (la funcţionarea

furnalului în luna martie 2001, la 455.0[Kg/t](pentru varianta a-II-a). Se poate observa ca

suma totală de combustibili a scăzut de la 562.6 la 555.

Ipotezele de calcul sunt acoperitoare şi se poate conta în realitate pe economie de

combustibili mai mare, deoarece s-au păstrat unele rezerve de căldură care să poată acoperi

variaţiile posibile în cazurile în care cărbunii ar prezenta neuniformităţi de compoziţie sau în

cazul în care condiţiile de insuflare nu ar fi cele mai bune. Economiile la consumurile de cocs

respectiv la consumurile totale de combustibili sunt datorate funcţionării furnalului cu un

regim normal de la şi cu o corectă circulaţie a gazelor reducătoare, ceea ce nu este cazul în

prezent, când furnalul are o funcţionare anormal de lentă, aceasta antrenând circulaţii

unilaterale ale gazelor. În afara de aceasta se asigură un regim corect de temperatură în faţa

gurilor de vânt prin preîncălzirea aerului. La 1200[0C] temperatura ce corespunde

caracteristicilor normale a cauperelor de la ARCELOR MITTAL Galati şi prin adausuri de

O2 în aerul suflat în corelaţie cu cantităţile de combustibili neauxiliari insuflaţi.

Randamentul CO ( CO) a crescut de la 44.6 până la 46.77, iar randamentul H2 a avut

o uşoară scădere în varianta I-a. Tragem concluzia că s-au obţinut randamente comparabile cu

cele ce se realizează la furnale cum ar fi cele din Germania, S.U.A, Japonia etc. Funcţie de

aceste randamente s-a obţinut o proporţie între reducerile directe şi indirecte, (de la FeO la

Fe), de circa 40/60.

Calitatea fontei a rămas aceeaşi cu cea de la funcţionarea furnalului în luna martie

2007, la zgură observându-se o mică creştere a cantităţii pentru varianta 100% cărbune.

Raportul de înlocuire a cocsului din combustibilii auxiliari a putut fi crescut de la 0 la

1.01 si 0.97(pentru varianta -I-), inclusiv la 0.98 (în cazul variantei a-II-a).

Din cele menţionate anterior, consider varianta cea mai plauzibilă pentru furnalele de

la ARCELOR MITTAL Galati . ca fiind varianta -I-, însă poate fi impusă şi varianta -II- din

motive economice. Tocmai de aceea dimensionarea instalaţiei de insuflare a fost făcută pe

varianta 100% praf de cărbune

Instalaţiile permit conducerea procesului din furnal în condiţiile în care adausurile de

combustibili auxiliari pot varia în limite largi. Aceasta înseamnă că furnalul poate funcţiona

fie numai cu gaz metan sau numai cu praf de cărbune, fie cu ambii combustibili auxiliari în

cantităţi diferite, însă corelate în aşa fel încât regimul de temperatura în zona de ardere din

faţa gurilor de vânt şi în general regimul de temperatură al creuzetului să fie menţinut cât mai

constant şi la un nivel favorabil condiţiilor de elaborare în furnalul respectiv a fontei de

afinare.

Este de dorit ca în toate variantele de funcţionare, regimul de preîncălzire al aerului

suflat să fie menţinut în vecinătatea nivelului normal de 1200[0C] şi să nu se accepte scăderi

importante ale temperaturii de preîncălzire a aerului aşa cum este cazul în prezent, cu efecte

defavorabile asupra funcţionarii furnalului şi a integrităţii grătarelor din material refractar

superior al cauperelor.

3.2. DETERMINAREA INDICELUI DE INLOCUIRE COCS/PRAF DE CARBUNE,

PE BAZA ANALIZEI STATISTICE DE CORELARE SI REGRESIE A

CONSUMURILOR SPECIFICE

3.2.1. Consideraţii generale Atunci cînd se analizează desfăşurarea unui proces tehnologic sau un aspect al unui

proces de producţie, în practică se obţin numeroase date sub formă de valori numerice

condiţionate de o multitudine de cauze ce nu pot fi supuse întotdeauna unui control riguros.

Metodele statistice au ca obiect obţinerea din haosul aparent al datelor numerice şi

observaţiilor a anumitor tendinţe şi legităţi. Plecînd de la aceste constatări se va căuta

stabilirea unor metodologii pentru determinarea cu ajutorul analizei statistice de corelare şi

regresie a raportului de înlocuire cocs / PC. Se vor considera consumurile specifice şi alţi

parametri tehnologici ai procesului de elaborare a fontei la furnalele 4 şi 5 de la MITTAL

STEEL Galati

In acest mod pe lîngă metoda teoretică bazată pe analiza pe model matematic a

efectului insuflării prafului de cărbune prezentată anterior sau a altor metode indirecte de

calcul bazate pe elemente de bilanţ termic se va dispune de un instrument de analiză deosebit

de eficient, aplicat de altfel pe scară largă în străinătate pentru determinarea, plecînd de la date

experimentale, a acestui parametru caracteristic exploatării moderne a furnalului.

Determinarea indicelui de înlocuire se poate face prin prelucrarea rezultatelor

experimentale de pe un anumit interval de timp, de exemplu considerarea datelor medii lunare

între ele pe un interval mai lung de timp (semestru, an etc.) sau a datelor medii zilnice,

săptămînale sau decadale pe intervale mai scurte.

Rezultatele analizei pe medii lunare pot diferi de acela pe mediile unor intervale mai

scurte de timp din cauza caracterului mai omogen al primelor în raport cu mediile unor

intervale mai scurte. Acestea pot prezenta influenţe cauzate de specificul procesului ce

necesită un anumit timp de răspuns la modificările intrărilor în sistem şi care nu pot fi

reprezentate totdeauna suficient de veridic la intervale de exemplu de numai 24 ore. Din acest

motiv s-a introdus ca metodologie în afară de considerarea datelor medii zilnice şi

considerarea mediilor acestora pe intervale mai largi de 5 ... 6 zile. Selectarea grupării

adecvate se poate face şi ţinîndu-se seama de elemente statistice precum gradul de corelare (r)

sau gradul de determinare (R = r

2) ce caracterizează precizia estimaţiei dreptei de regresie şi

intensitatea corelaţiei.

Protocoalele zilnice redau mediile observaţiilor prelevate de sensorii instalaţiilor AMC

şi a acelora introduse manual de operatori sau tehnologi şi conţin şi prelucrări ale datelor

precum bilanţuri de materiale şi termice.

Alte protocoale se obţin sub formă de medii lunare, sau pentru alte intervale

programate. Ele sunt completate în cadrul S. Tehnic UAF în special prin raportare la

perioadele efective de funcţionare.

Consideraţiile noastre se vor referi cu precădere la furnalele nr.4 şi 5 ce funcţionează

cu insuflare de praf de cărbune din anul 2006.

In scopul arătat se vor interpreta statistic pe bază de analiză de corelaţie şi regresie

informaţiile pentru următoarele perioade:

- valorile medii lunare (iulie - dec.) 2006,

- valorile medii lunare pe anul 2007,

- valorile medii lunare (ian. - mai) 2007,

- ansamblul perioadelor 2006-2007 considerate,

- valori medii săptămînale (5-6 zile) pe durate de 2 luni în 2007,

- valori medii zilnice pe durată de 1 lună în 2007.

Se vor avea în vedere numai lunile sau respectiv zilele cînd s-a insuflat praf de

cărbune.

Analiza se va referi la date efective (aparente - brute) şi la date corectate privind:

a) Corecţii pentru utilizarea gazelor naturale drept combustibil auxiliar, pe lîngă praful

de cărbune (dar nu concomitent) în special la furnalul 4, cînd nu s-a suflat continuu praf de

cărbune.

In cazul utilizării parţiale a gazelor naturale, astfel cum apare din datele medii lunare

se face echivalarea în praf de cărbune pe baza corecţiilor:

1 Nm3CH4 0,8 kg cocs, 1kgPC 0,9 kg cocs, de unde 1 Nm

3CH4 0,89kg PC

O corecţie de acest tip se regăseşte şi în raportările privind parametrii furnalelor din

SUA şi Japonia unde se utilizează şi insuflări mixte de PC + CH4 + păcură (SUA) şi PC +

păcură (Japonia şi SUA).

b) Corecţii metalurgice pentru compensarea variaţiei unor parametri prin echivalări în

kg cocs/t fontă, de exemplu:

scoatere în fontă: 8 kg/1 % Sc

temperatura aerului: 0,16 kg/1oC

umiditatea aerului: 0,6/kg, t fo sau 0,8 kg/g H2O, Nm3 aer

conţinut în Si al fontei: 6 kg/0,1% Si.

Se vor prezenta în continuare elemente de analiză statistică de corelaţie şi regresie cu

aplicare în cazul de faţă.

Se consideră două variabile şi anume variabila independentă x(consumul specific de

praf de cărbune) şi variabila dependentă de aceasta y (consumul specific de cocs).

Dacă pentru o valoare determinată a variabilei independente x, variabila dependentă y

ia de asemenea o valoare determinată, discretă, se spune că ele sunt legate funcţional y = f (x).

Dacă fiecărei valori x îi corespunde nu o singură valoare y ci o “distribuţie legată” de

valori y (legată de valoarea lui x) caracterizată fiecare printr-o medie y legată, există o

legătură statistică (stohastică) respectiv o corelaţie între y şi x. Această situaţie se regăseşte şi

în cazul consumurilor specifice de praf de cărbune (x) şi de cocs (y) la furnalele ce

funcţionează în condiţii normale.

Dacă se cunoaşte x se poate estima valoarea lui y. Mediile distribuţiilor legate se pot

plasa aproximativ pe o dreaptă care trece cel mai aproape de toate punctele. Această dreaptă

reprezentînd aceste medii se numeşte dreapta de regresie a lui y în raport cu x.

Termenul de regresie derivă din latinescul “regresio” care înseamnă întoarcere şi a fost

introdus în statistică de englezul Francis Galton. In cadrul cercetărilor sale privind ereditatea

Galton a constatat că din părinţi cu talie mai mare decît media pe colectivitate se nasc copii cu

o talie inferioară mediei colectivităţii şi invers. Acest termen deşi impropriu sub forma

generală, a devenit o noţiune consacrată în statistică.

In fig.2.1 se prezintă legătura dintre două variabile; a reprezintă legătura funcţională y

= f (x) şi b legătura de corelaţie între x şi y caracterizată prin aceea că fiecărei valori a lui x îi

corespunde o distribuţie de valori pentru y, definită prin media legată y /x şi dispersia legată

s2/x. Dreapta figurată care trece cel mai aproape de mediile legate este dreapta de regresie.

Precizia estimării dreptei de regresie este cu atît mai mare cu cît corelaţia este mai

intensă.

Coeficientul de corelaţie r se poate exprima prin relaţia:

(x - x) (y - y)

r = ----------------------- (1.6)

(n - 1) sx .sy

unde x şi y sunt datele de observaţie, x şi y mediile, n numărul de perechi de observaţii, sx şi

sy abaterile medii pătratice de selecţie.

O altă relaţie bazată numai pe observaţiile iniţiale este:

x y

xy - ----------

n

r = ---------------------------------- (1.7)

(n - 1) sx sy

Coeficientul de corelaţie caracterizează intensitatea legăturii lineare luînd valori

cuprinse între -1 şi + 1 astfel:

- cu cît r este mai apropiat de - 1 sau de + 1 cu atît corelaţia este mai intensă;

- dacă r este aproape de zero cele două variabile nu sunt linear corelate existînd

alternativa de a fi corelate după altă lege decît aceea lineară sau a nu fi corelate deloc;

- cînd valori mari ale lui x corespund cu valori mari ale lui y, r este pozitiv şi

variabilele sunt corelate pozitiv şi în cazul invers variabilele au o corelaţie inversă sau

negativa. In cazul urmarit al corelatiei dintre consumul specific de cocs şi de praf de cărbune

insuflat corelaţia este negativă, consumul de cocs micşorîndu-se la creşterea consumului de

PC. Coeficientul de corelaţie rxy reprezintă o estimare a unui coeficient de corelaţie teoretic

şi ca urmare este testat sub aspectul nivelului de încredere folosind valorile tabelate din anexa

4. Dacă r calculat > r teoretic atunci corelaţia este dovedită cu o probabilitate P = 1 - pentru

n - 2 grade de libertate, unde este pragul de probabilitate ( = 0,1 = 10%).

Pătratul coeficientului de corelaţie r2 = Rxy poartă numele de coeficient de

determinare şi exprimă proporţia din variaţia variabilei y care poate fi atribuită factorului x,

respectiv proporţia participării propriuzise a prafului de cărbune la modificarea consumului

specific de cocs restul variatiei putînd fi datorat altor influenţe.

In continuare se prezintă un exemplu de stabilire a ecuaţiei dreptei de regresie a

consumului specific de cocs tehnic în funcţie de consumul specific de cărbune insuflat la

furnalul 5 în iulie - decembrie 1996. Calculul se poate face manual sau cu calculatorul

electronic de exemplu CASIO fx 7000 prevăzut cu mod statistic de funcţionare sau cu

calculator tip IBM-486 cu ajutorul unui program statistic, care trasează dreptele de regresie cu

limitele de încredere şi intervalul maxim admis.

In varianta manuală de calcul care explicitează algoritmul analizei statistice de

corelare şi regresie se determină succesiv:

a) Coeficienţii ecuaţiei dreptei de regresie:

y = a - bx (1.8)

- Valoarea pantei b cu relaţia:

n xy - ( x) ( y)

b = -------------------------- (1.9)

n x2 - ( x)

2

şi a ordonatei a:

y + b x

a = -------------------- (1.10)

n

- Gradul sau coeficientul de corelaţie r se stabileşte de preferinţă cu relaţia

n

(1.7) şi cu ajutorul dispersiei Sx2 = (xi - x)

2 / (n - 1) (1.11)

i=1

şi

n

Sy2 = (yi - y)

2 / (n - 1) (1.12)

i=1

- Gradul sau coeficientul de determinare rezultă din ridicarea la pătrat a lui r.

3.2.2. Exemplu de determinare a indicelui de înlocuire pe baza analizei de

corelaţie şi regresie

In continuare se prezintă modul de calcul în varianta manuală a indicelui de înlocuire

pe baza determinării ecuaţiei dreptei de regresie. Se exemplifică calculul pentru o situaţie

concretă perioada iulie - decembrie 2006 - F5 pe baza datelor de exploatare prezentate în

studiul anterior. Consumul specific de PC este corectat cu adaosul echivalat în PC a CH4

utilizat temporar în lunile respective.

Tabel Calculul dreptei de regresie a consumului specific de cocs în funcţie de consumul

specific de PC (kg/t fo) la F5 MITTAL STEEL iulie - decembrie 2006

Nr.

crt

Luna PC

x

Cocs

y

x2

y2

xy

1. 07 41,97 498 1761,5 248004 20901,1

2 08 85,18 441 7255,6 194481 37564,4

3. 09 130,71 426 17085,1 181476 55682,5

4. 10 121,79 423 14832,8 178929 51517,2

5. 11 111,80 436 12499,2 190096 48744,8

6. 12 83,77 479 7017,4 229441 40125,8

x=575,22

x=95,87

( x)2=330878

y=2703

y=450,5

x2=60451,6 y

2=1222427 xy=254535,8

n xy - ( x) ( y) 6 .254535,8 - 575,22 .2703

b = -------------------------- = ----------------------------------------- =

n x2 - ( x)

2 6 . 60451,6 - 330878

- 27604,9

= ----------------- = - 0, 8672 ~ - 0,87

31831,6

y - b x 2703 + 0,8672 . 575,22

a = ----------------- = -------------------------------- = 533,64

n 6

- Ecuaţia dreptei de regresie a consumului specific de cocs funcţie de PC:

y = a + bx = 533,64 - 0,8672 x sau

y = 533 - 0,87x

- Raportul de înlocuire (indicele de echivalare) pentru x = 1 kg PC este ~

0,87 kg cocs/kgPC

- Dispersia:

n

Sx2 = (xi - x)

2 / (n - 1) = [(x1 - x)

2 + (x2 - x)

2 + ..... +(xn -x)

2] / (n - 1) =

i=1

= [(41,97 -95,87)2 + (85,18 -95,87)

2 + (130,71 -95,87)

2 +(121,79 -95,87)

2 +

+ (111,80 - 95,87)2 + (83,77 - 97,87)

2]/ (6-1) = 1061,068 ~ 1061,1

de unde:

Sx = S2x = 1061,1 = 32,57

n

Sy2 = (yi - y)

2 / (n - 1) = [(y1 - y)

2 + (y2 - y)

2 + ..... +(yn -y)

2] / (n - 1) =

i=1

Sy2 = [(498 -450,5)

2 + (441 -450,5)

2 + (426 -450,5)

2 + (423 -450,5)

2 +

+ (436 - 450,5)2 + (479 - 450,5)

2]/ (6-1) = 945,1

de unde:

Sy = S2y = 945,1 = 30,74

- Gradul de corelare:

x . y

r = [ xy - ------------------ ] / (n -1) . Sx Sy =

n

575,22 . 2703

= [254535,8 - --------------------- ] /(6-1) .32,57 . 30,74 = - 0,919 ~ - 0,92

6

Rezultă că precizia estimaţiei dreptei de regresie este înaltă.

- Gradul de determinare:

R = r2 = 0,8446 ~ 0,86

Intensitatea corelaţiei este ridicată.

Se obţin rezultate identice cu acelea determinate cu ajutorul calculatorului electronic.

Se recomandă aplicarea metodei în situaţii de necesitate (lipsa mijloacelor electronice de

calcul) şi ca metodă de verificare.

3.3. INFLUENTA CONTINUTULUI DE CENUSA A PC SI COCSULUI ASUPRA

INDICELUI DE INLOCUIRE DETERMINATA PRIN ANALIZA STATISTICA DE

CORELARE SI REGRESIE

Economia de cocs ce rezultă în urma IPC este influenţată de conţinutul de cenuşă al

cărbunelui. Cercetătorii spanioli au determinat pe baze statistice următoarea ecuaţie de

regresie [ 3 ]:

E = 1,48 - 0,66 (%Ac / % Ak)

unde:

E este indicele de înlocuire al cocsului prin cărbune, kg/kg

Ac - conţinutul în cenuşă al cărbunelui, %

Ak - conţinutul în cenuşă al cocsului, %

Gradul de corelare al ecuaţiei este r = 0,594. Valabilitatea rezultatelor este

circumscrisă cazului studiat dar sub aspect principal formularea poate fi generalizată. In

practică prezintă interes reducerea conţinutului în cenuşă atît în cărbune cît şi în cocs.

Influenţa asupra consumului de combustibil a variaţiei cantităţii de cenuşă cu PC apare a fi

mai mare decît a unei variaţii similare cu cocsul.

3.4.EFICIENTIZAREA PROCESULUI DE ELABORARE A FONTEI PRIN

INSUFLAREA MIXTÃ LA GURILE DE VANT ALE FURNALULUI A PRAFULUI DE

CÃRBUNE IN AMESTEC CU MINEREURI SI/SAU FONDANTI

Tehnologia de insuflare mixtã la gurile de vânt ale furnalului a prafului de cãrbune în

amestec cu minereuri şi/sau fondanţi reprezintã o problematicã cu abordare şi dezbatere

relativ recentã pe plan mondial /1-7/. Avantajele aplicãrii acestei tehnologii sunt multiple:

- creşterea permeabilitãţii la gaze a coloanei de materiale prin îmbunãtãţirea raportului

grosimii straturilor minereu/cocs; aceasta permite creşterea cantitãţii de praf de cãrbune

insuflat la gurile de vânt şi deci, reducerea consumului specific de cocs şi creazã implicit

condiţii de creşterea a productivitãţii furnalului;

- îmbunãtãţirea calitãţii fontei, în principal, prin reducerea conţinutului de siliciu; un

calcul estimativ aratã cã aceasta ar putea conduce la o reducere a costurilor de producţie la

elaborarea oţelului cu 0,3 ... 0,5%/t pentru fiecare 0,1% Si redus în fontã;

- creşterea gradului de combustie a cãrbunelui pulverizat insuflat la gurile de vânt,

fiind posibilã astfel îmbunãtãţirea raportului de înlocuire cocs/praf cãrbune precum şi

creşterea cantitãţii de praf de cãrbune insuflat la gurile de vânt.

In plus, utilizarea directã a minereurilor fine şi foarte fine la furnale, fãrã aglomerare

prealabilã ar avea ca efect o reducere a cheltuielilor de exploatare şi energetice; aceasta ar

conduce implicit la reducerea efectului poluant al siderurgiei asupra mediului.

Sub aspect ecologic, dezvoltarea unei tehnologii de insuflare a pulberilor în furnal

prezintã importanţã şi din alt punct de vedere. Aceasta ar permite reciclarea unor deşeuri

feroase din siderurgie (prafuri de la epurarea gazelor, şlamuri uscate, ţunder de laminare etc),

prin insuflare direct în furnal, fãrã a fi prelucrate în procesul de aglomerare, unde utilizarea lor

poate ridica probleme (degajãri de volatile care influenţeazã negativ funcţionarea

electrofiltrelor etc) /5/.

De asemenea, tehnologia de insuflare a pulberilor se poate aplica cu succes şi la

insuflarea ilmenitului în furnal pentru protecţia zidãriei creuzetului.

Dintre obiectivele enunţate mai sus, obţinerea fontei de afinare cu conţinut scãzut de

siliciu prezintã interes şi pentru ARCELOR MITTAL GALAŢI ; în prezent, fonta produsã

în mod curent la UAF prezintã un conţinut de Si 0,7%. Alte cãi de reducere a conţinutului

de siliciu în fontã, respectiv:

- controlul strict asupra procesului tehnologic de elaborare a fontei prin conducere

automatã pe calculator, sau

- pretratarea fontei în afara furnalului,

presupun investiţii ridicate, greu de realizat în momentul de faţã.

Pe de altã parte, la ARCELOR MITTAL GALAŢI se analizeazã implementarea

tehnologiei de insuflare a ilmenitului în furnal pentru protecţia creuzetului. In prezent, la

furnalele UAF se practicã adaosuri de ilmenit cu aglomeratul în cazuri de încãlzire zonalã a

zidãriei creuzetului. Aceastã metodã însã, este foarte costisitoare necesitînd consumuri

ridicate de ilmenit; în plus, antreneazã modificãri ale proprietãţilor încãrcãturii, unele cu

efecte negative asupra funcţionãrii furnalului. Prin aplicarea tehnologiei de insuflare se

eliminã aceste inconveniente, fiind posibilã reducerea consumului specific de ilmenit cu cca.

80% şi obţinerea de rezultate pozitive imediate.

Se apreciazã cã dezvoltarea unei tehnologii de insuflare a pulberilor în furnal este

motivatã tehnic şi economic şi este aplicabilã în condiţii de investiţii minime la ARCELOR

MITTAL GALAŢI unde s-a implementat tehnologia de insuflare a prafului de cãrbune.

FUNDAMENTAREA TEORETICĂ A INSUFLĂRII COMBINATE ÎN FURNAL

O caracteristicã a procedeului o reprezintã desfãşurarea unor reacţii

fundamentale de reducere şi topire în perioade de timp foarte scurte (de ordinul a 20

milisecunde). Procesele de disociere şi reducere care au loc la insuflarea mixtã influenţeazã

proprietãţile de ardere a cãrbunelui. La insuflarea unor cantitãţi mici de minereu reacţiile cu

cãrbunii sunt accelerate. La insuflarea unor proporţii ridicate reacţiile de ardere sunt frânate

din cauza consumurilor mari de cãldurã pentru încãlzirea materialelor insuflate şi a reducerii

directe endoterme.

Cercetãrile realizate de cãtre Institutul din Aachen (Germania), utilizînd o instalaţie

experimentalã care simuleazã procesul de ardere din faţa gurilor de vînt, au arãtat cã prin

pãstrarea unei proporţii optime de minereuri de fier în amestec, respectiv a unui raport O/C

între limite optime, randamentul de ardere creşte, minereul de fier avînd proprietãţi catalitice.

Pentru a putea insufla cantitãţi mari de minereu de fier în amestec cu cãrbunele,

cãrbunele trebuie sã prezinte o cotã ridicatã de componente volatile, iar minereul de fier sã fie

uşor reductibil.

Pentru menţinerea regimului de ardere şi a temperaturii, în condiţii corespunzãtoare de

funcţionare a furnalului este necesarã utilizarea materialelor de granulaţie foarte finã (< 0,1

mm) stabilirea proporţiei optime de minereu sau fondant în amestec cu cãrbunele pulverizat,

reglarea parametrilor de insuflare (temperatura aerului, conţinutul de O2 în aerul insuflat etc)

şi eventual sã se practice adaosuri de intensificare a arderii.

Literatura de specialitate consemneazã cã insuflarea unor cantitãţii de minereu de fier,

de pânã la 50 kg /t fontã (10-50% în amestec cu cãrbune), a permis diminuarea conţinutului de

siliciu din fontã, cu 35-40% (procente relative) în condiţiile menţinerii temperaturii fontei la

nivel aproape constant /2-6/.

Prin insuflarea unor fondanţi bazici (cu conţinuturi ridicate de CaO şi MgO), în

amestec cu cãrbune s-a stabilit cã fondanţii cu conţinut preponderent magnezitic sunt mai

eficienţi decît cei cu CaO; dintre fondanţii cu MgO, magnezita (MgCO3) s-a dovedit a fi cea

mai eficientã.

Pentru fiecare 10 kg/t fontã magnezitã insuflatã prin gurile de vînt, conţinutul de

siliciu se reduce cu cca. 25% (procente relative); pentru fiecare 1% creştere a MgO în zgurã,

conţinutul de siliciu se reduce cu cca. 20% (procente relative).

Insuflarea unei cantitãţi de pînã la 15 kg dolomitã/t fontã (cca. 10% în amestec cu PC)

a permis diminuarea conţinutului de siliciu cu cca. 20% (procente relative); în acelaşi timp, s-

a remarcat o diminuare a conţinutului de sulf cu cca.10% (procente relative).

Tehnologia de insuflare a minereurilor de fier şi a fondanţilor la gurile de vînt prezintã

avantajul cã permite ajustarea zonalã a conţinutului de siliciu, fãrã a modifica regimul de

funcţionare a furnalului şi menţinînd temperatura fontei la nivelul necesar.

La experimentãrile industriale studiate, pentru unele regimuri de insuflare

dezavantajoase pentru bilanţul energetic din zona gurilor de vînt s-au înregistrat creşteri ale

consumului specific de cocs de 2-5 kg / t fontã.

Pentru a verifica posibilitãţile de valorificare la furnalele din ţarã, a tehnologiei

studiate, s-au efectuat calcule pentru o situaţie realã, de exploatare curentã a unui furnal

funcţionând în regim de insuflare a prafului de cãrbune la gurile de vânt, furnal la care s-ar

putea aplica insuflarea mixtã (praf de cãrbune + minereu de fier + fondant) cu investiţii

minime.

In aceastã idee s-au prelucrat şi interpretat parametrii medii de funcţionare ai

furnalului nr.5 (2700 m3 - volum util nominal) de la ARCELOR MITTAL GALAŢI ,pentru o

perioadã consideratã reprezentativã pentru regimul normal de elaborare a fontei.

Pe baza datelor obţinute, s-a efectuat bilanţul de materiale, bilanţul termic şi s-a

stabilit regimul de funcţionare de referinţã pentru variantele tehnologice de insuflare mixtã,

calculate ulterior.

Pornind de la mersul de referinţã stabilit pentru condiţiile reale industriale s-a efectuat

calculul pentru douã variante tehnologice de insuflare mixtã:

A. aer îmbogãţit în oxigen (23,85%) + praf de cãrbune + minereu de fier

B. aer îmbogãţit în oxigen + praf de cãrbune + minereu de fier + fondant.

Rezultatele obţinute sunt prezentate în tabelul 3.4.1.

Tabelul 3.4.1. Regimul de funcţionare U.M Etapa

Referinţa Exp. A Exp. B

1 2 3 4 5

1. Consumuri specifice de materii prime:

- aglomerat I

- aglomerat III

- pelete CSI

- minereu Brazilia: . în încãrcãturã

. la gurile de vânt

- minereu India

- dolomitã (insufl. la gurile de vânt)

- praf cãrbune (insufl. la gurile de vânt)

- cocs tehnic (% umid.)

- cocs tehnologic (2,82% umid.)

- cocs aprovizionat (8,5% mãrunt)

- aer necesar (calculat)

- aer mãsurat (9,5% pierderi)

kg/t fontã

“

“

“

“

“

“

“

“

“

“

“Nm3/t fo

“

4,82

1400,04

118,19

176.76

-

17,86

-

121,28

423,00

435,27

475,70

1146,86

1267,25

4,82

1400,04

118.19

125,21

51,55

17,86

-

121,28

427,11

439,50

480,33

1146,86

1267,25

4,82

1389,14

118.19

125,21

51,55

17,86

20,00

121,28

427,11

439,50

480,33

1146,86

1267,25

2. Regimul termic al furnalului:

La gurile de vânt:

- debit aer insuflat

- presiune aer

- temperaturã aer

- oxigen în aer

- umiditate aer

- adaos praf de cãrbune

- adaos minereu de fier

- adaos dolomitã

La gura furnalului

- presiune gaze

- temperaturã gaze

Nm3/orã

atm. oC

% vol.

% vol.

g/Nm3

“

“

bar oC

248750

2,61

1087

23,85

1,25

105,75

-

-

1,36

116

253713

2,61

1087

23,85

1,25

105,75

44,95

-

1,33

117

253713

2,61

1087

23,85

1,25

105,75

44,95

17,44

1,33

117

3. Fonta:

- producţia

- compoziţia chimicã

C

Si

Mn

P

S

t/zi funcţ.

%

“

“

“

“

4711,00

3,90

0,74

0,65

0,106

0,029

4804,98

4,26

0,38

0,65

0,106

0,030

4804,98

4,26

0,30

0,65

0,106

0,028

1 2 3 4 5

4. Zgura:

- producţie specificã

- compoziţie chimicã

SiO2

Al2O3

CaOtot

MgO

FeO

MnO

CaS

- I.B: (CaO + MgO)/ SiO2 +Al2O3)

kg/t fontã

%

“

“

“

“

“

“

-

385,06

34,33

13,30

44,36

5,86

0,49

0,93

1,658

1,054

392,77

35,61

13,04

43,49

5,74

0,48

0,91

1,621

1,012

394,50

35,89

12,99

43,30

5,72

0,48

0,90

1,625

1,003

5. Gazul de furnal (uscat):

- producţia specificã

Nm3/t fo

1673,0

1673,0

1676,1

- compoziţia chimicã:

CO

CO2

H2

CH4

N2

- puterea calorificã

% vol.

“

“

“

“

kcal/Nm3

22,28

22,63

2,73

0,40

51,96

799,8

22,61

22,30

2,73

0,40

51,96

809,8

22,64

22,37

2,72

0,40

51,87

810,4

6. Indici de exploatare:

- indice de utilizare a vol. util

- intensitatea de ardere a cocsului

- intensitatea de ardere a Canh

fix

- scoatere de fontã

- scoatere de praf (apreciatã)

t/m3zi funcţ.

“

“

%

kg/t fontã

1,745

0,738

0,756

58,22

15,00

1,780

0,760

0,778

58,22

14,64

1,780

0,760

0,778

58,22

14,58

7. Bilanţ termic:

Cãlduri intrate:

- arderea C la CO2

- arderea C la CO

- arderea CO la CO2

- aerul cald

- cãldura fizicã a materialelor

total

kcal/kg fo

“

“

“

“

721,10

220,78

1143,90

422,86

6,57

2515,22

721,10

227,65

1127,34

422,86

6,57

2505,52

721,10

229,16

1123,45

422,86

6,57

2503,24

1 2 3 4 5

8. Consumuri de cãldurã

- disocierea oxizilor

- zgurificarea sulfului

- disocierea carbonaţilor

- evacuatã cu fonta

- evacuatã cu zgura

- evacuatã cu gazul de furnal

- disocierea umiditãţii la g.d.v.

- disocierea hidraţilor şi încãlz. vap.apã

- evaporarea umiditãţii şi încãlz. vap.apã

- pierderi de cãldurã (diferenţa bilanţ)

total

kcal/kg fo

“

“

“

“

“

“

“

“

“

1706,63

3,67

-

300,00

173,28

64,58

38,96

17,11

11,26

199,72

2515,22

1679,97

3,66

-

300,00

176,74

64,58

47,19

13,21

10,29

209,88

2505,52

1674,03

3,69

5,66

300,00

177,52

64,70

47,19

13,21

10,29

206,95

2503,24

Din datele obţinute rezultã cã schimbarea regimului de insuflare influenţeazã în

principal compoziţia chimicã şi producţia de fontã. Astfel, în situaţia menţinerii unui nivel de

insuflare de cca. 120 kg praf cãrbune/t fontã, prin insuflarea a 50 kg minereu de fier (cu

64,6% Fe) se poate realiza o scãdere a conţinutului de siliciu în fontã de la 0,74 la 0,38% şi o

mãrire a producţiei cu cca. 2% însoţitã însã de o creştere a consumului specific de cocs tehnic

de 4 kg/t fontã. Prin adãugarea la insuflarea mixtã (cãrbune + minereu) şi a 20 kg dolomitã

(cu 33,77% CaO şi 17,24% MgO), conţinutul de [Si]fontã poate fi diminuat de la 0,38 la

0,30%, fãrã a se modifica valoarea consumului specific de cocs şi a producţiei.

Pentru evidenţierea influenţei conţinutului de Si din fontã asupra bilanţurilor, de

materiale şi termic, ale procesului de elaborare a oţelului în convertizor s-a analizat efectul a

diferite conţinuturi de Si în domeniul 0,2-1,0% pentru o fontã avînd compoziţia chimicã:

C = 4,30%

Si = 0,2; 0,4; 0,7; 1,0%

Mn = 0,70%

S = 0,02%

P = 0,10%

S-au considerat: temperatura fontei 1380oC, temperatura oţelului lichid de 1650

oC şi

1700oC, încãrcãtura metalicã de 1100 kg, conţinutul de Fe legat chimic în zgurã de 20% şi

acela al Fe met. antrenat cu zgura de 12%.

Rezultatele calculului sunt prezentate în tabelul 3.4.2, pentru temperatura de 1700oC,

mai apropiatã de regimul actual de elaborare.

Tabelul 3.4.2 - Indicatori ai procesului de elaborare în convertizorul cu oxigen

kg/t oţel/ oC

Var Zgurã Fontã Fier vechi Fier în zgurã

[Si] % 1650 1700 1650 1700 1650 1700 1650 1700 1650 1700

1,0 64,8 67,0 116,1 120,0 832 860 268 240 37,1 38,4

0,7 47,1 48,7 86,2 89,1 844 872 256 228 27,6 28,5

0,4 29,4 30,3 56,7 58,3 876 902 224 198 18,1 18,7

0,2 16,4 17,4 35,7 36,8 899 927 201 173 11,4 11,8

Se observã tendinţa de scãdere importantã a necesarului de var, a cantitãţii de zgurã şi

implicit a fierului pierdut cu zgura, o datã cu micşorarea conţinutului de Si din fonta lichidã.

Pentru o temperaturã a oţelului produs de 1700oC, pierderea de metal cu zgura scade cu cca.

3,2 kg/t oţel . 0,1% [Si], necesarul de var se reduce cu cca. 6,2 kg/t oţel . 0,1% [Si], cantitatea

de zgurã cu cca. 10,4 kg/t oţel . 0,1% [Si] şi costurile de producţie se pot reduce cu 0,3 ...

0,5% / t oţel . 0,1% [Si].