Основные пути снижения расхода кокса в современных условиях

 

Содержание. 

1. Введение.

 

     2. Мероприятия по снижению расхода  кокса на выплавку чугуна.

1. Комплексная подготовки кокса к доменной плавке.
2. Применение качественного железорудного сырья.
3. Совершенствование технологии загрузки печей.
4. Использование высокого температурно-кислородного потенциала дутья.
5. Вдувание дополнительных видов топлива.
6. Повышение давления газов под колошником.
7. Автоматизация доменного процесса.

 

Литература. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тема: Основные пути снижения расхода кокса  на выплавку чугуна в современных условиях. 

1. Введение.

     Уровень энергетических затрат при выплавке чугуна определяет его стоимость  и себестоимость конечной металлопродукции. Таким образом, производство чугуна тесно связано с производством  кокса и зависит от него. Качество и стоимость кокса, во многом определяющее технико-экономические показатели производства чугуна, в свою очередь сильно зависят от доли в шихте для коксования коксующихся углей, дефицит которых неизбежно увеличивается.

     Кроме дефицита коксующихся углей, производство кокса практически во всех странах с развитой черной металлургией связано со следующими основными проблемами:

     - ужесточение требований по защите окружающей среды, выполнение которых в коксохимическом производстве требует инвестиций на модернизацию коксовых батарей;

     - устаревший парк коксовых батарей и высокие капитальные затраты на строительство новых коксовых батарей.

     Кокс  является наиболее дорогим и дефицитным компонентом шихты при выплавке чугуна. Согласно статистическим данным, доля стоимости кокса в себестоимости чугуна составляет от 40 до 60%, поэтому себестоимость чугуна в решающей степени определяется удельным расходом кокса. Сокращение расхода кокса сопровождается увеличением производительности доменных печей, улучшением качества чугуна, сокращением капитальных вложений на единицу чугуна, уменьшением потребности в коксующемся угле.

     Снижение  удельного расхода кокса в  доменной плавке достигается решением двух относительно независимых задач:

     -снижение суммарного расхода топлива на выплавку чугуна в доменной печи;

     - снижение расхода кокса, за счет увеличения расхода вдуваемого в фурмы топлива.

     Первая  задача решается путем улучшения  качества железорудных материалов и  кокса, повышения эффективности  теплообмена в печи за счет оптимизации  распределения шихтовых материалов и газа по радиусу печи и снижения потерь тепла, повышения температуры дутья, модернизации доменных печей и их инфраструктуры, уменьшения времени их простоя, увеличения длительности их кампании, повышения производительности печей.

     Экономическая эффективность решения второй задачи определяется техникой и технологией вдувания топлива и соотношением стоимости вдуваемого топлива и кокса. Решение этой задачи еще в большей мере, особенно при вдувании пылеугольного топлива, зависит от качества применяемого кокса и железорудных материалов.

     2. Мероприятия по снижению расхода кокса на выплавку чугуна. 

1. Комплексная подготовки кокса  к доменной плавке.

 

     Известно, что при прохождении кокса  от бункера до распара доменной печи средний диаметр кусков кокса  уменьшается. Были обобщены результаты ранее известных исследований по изучению динамики разрушения кокса в барабане. Показано, что наименее разрушаемой в печи является фракция кокса 40-60 мм. В зависимости от технологических условий допустимо использование кокса фракцией 60-80 мм и в меньшей степени 25-40 мм. Однако, фракции кокса 25-0 и более 80 мм уже в современных, а тем более в перспективных технологических условиях, нежелательны.

     Исследования  показали, что увеличение расхода  коксового орешка фракцией 10-40 мм в количестве от 5 до 30 % позволит улучшить газопроницаемость в «сухой» зоне доменной печи на 7-18 % и снизить расход скипового кокса на 1,61-4,21 %.

     Очевидно, что традиционная схема подготовки кокса к доменной плавке в Украине, заключающаяся только в выделении из металлургического кокса фракции менее 25 мм, не отвечает современным требованием доменной технологии.

     На  металлургических предприятиях Украины  качество кокса по фракционному составу  можно существенно улучшить путём  его предварительной обработки за счёт

     - выделения из металлургического кокса фракции более 80 мм с последующим её дроблением с целью снижения содержания фракции более 80 до 5 %;

     - отсева из металлургического кокса фракции менее 40 мм;

     - выделения на отдельном виброгрохоте из отсева кокса фракции более 10 мм, и получение коксового орешка;

     - загрузки коксового орешка в доменную печь в качестве кускового топлива в смеси с железорудной шихтой;

     - передачи мелочи кокса фракции менее 10 мм на аглофабрику.

     Данная  подготовка способствует сохранению или повышению производительности доменных печей, особенно при их работе с применением большого количества пылеугольного топлива (далее ПУТ) и расходом кокса до 300 кг/т чугуна и ниже.

     

Рисунок 1 - Зависимости комплексных показателей  качества кокса от его однородности (заштрихованная область – оптимальное значение)

     Подготовка  кокса к доменной плавке позволит:

     - снизить количество поступающей фракции более 80 мм в печь и, как следствие, образование в печи мелочи фракции менее 10 мм;

     - существенно улучшить однородность скипового кокса;

     - улучшить прочностные характеристики кокса;

     - улучшить газопроницаемость столба шихты и работу доменной печи в целом;

     - снизить потери кокса в виде класса 10-0 мм при грохочении;

     - повысить степень использования металлургического кокса в доменной плавке;

     - интенсифицировать процессы прямого восстановления оксидов железа в рудной части шихты.

     Дальнейшее  снижение расхода кокса в доменной плавке проблематично без существенного  повышения качества кокса по таким  показателям как горячая прочность. Зарубежный опыт показывает, что высокоэффективную доменную технологию с расходом ПУТ 200 кг/т чугуна и более удается внедрить лишь на предприятиях, имеющих кокс с показателями CSR более 65 %. На рис. 2 показано, что увеличение расхода ПУТ свыше 300 кг/т чугуна, по-видимому, будет возможно только при повышении горячей прочности кокса до 80-90 %. 

Рисунок 2 – Зависимость удельного расхода ПУТ от горячей прочности кокса: точки – экспериментальные значения; штриховая линия – прогноз.

   Помимо соблюдения требований по горячей прочности и равномерности кокса необходимо принимать меры к снижению содержания в коксе золы и серы. Каждый килограмм серы, выведенный из состава шихты, дает экономию ~17—20 кг кокса, а снижение содержания серы в коксе на 1 % приводит к уменьшению его расхода на 2,5 % и на столько же повышает производительность печи. 

2. Применение качественного железорудного сырья.

 

     Основные  мероприятия в области подготовки железорудного сырья должны быть направлены на повышение прочности агломерата, отсев мелких фракций, улучшение однородности гранулометрического состава, обеспечение постоянного среднего химического состава сырья.

     Повышение содержания железа в сырье на 1 % сопровождается повышением производительности печи на 2,5 % и снижением расхода кокса на 1,5—2,0 %. Замена обычного агломерата офлюсованным позволяет исключить из шихты доменной печи известняк. Снижение расхода известняка на 100 кг/т чугуна приводит к снижению расхода кокса на 3 %• Понижение содержания мелочи в шихте улучшает газопроницаемость столба шихтовых материалов и обеспечивает более равномерный ход газов в шахте печи. Уменьшение содержания мелочи в агломерате на 10 % приводит к увеличению производительности доменной печи на 10 %•.

      Офлюсованный  агломерат, железная руда и окатыши в доменной печи превращаются в мелкие частицы уже в верхних горизонтах шахты, т.е. в сухой части столба шихтовых материалов. Объем агломерата и кокса примерно одинаков и столб шихты имеет низкую порозность, т.к. объемная доля мелочи равна m = 0,4-0,5. Поэтому наиболее важным для оптимизации газодинамики доменной плавки является не только отсев мелочи из агломерата и окатышей, но и получение этих материалов с такими свойствами, которые увеличивали бы их прочность в процессе восстановительно-тепловой обработки.

      Установлено, что разрушение агломерата и окатышей происходит вдоль зерен гематита (Fe₂O₃), с увеличением количества гематита в агломерате пропорционально возрастает и показатель измельчения. В настоящее время основной задачей является получение агломерата и окатышей, в которых бы исключалось содержание гематита или снижалась бы скорость их восстановления. Для этой цели охлаждение агломерата производят в восстановительной среде, исключающей образование гематита. Однако получение восстановительных газов является дорогостоящей операцией и практически мало применяется. Более технологичной является вторичная термообработка агломерата в атмосфере азота и воздуха Наилучшие показатели достигнуты при температуре 1300-1350⁰С в атмосфере азота. Количество гематита снизилось более чем в три раза, а масса мелких частиц < 5 мм и < 3 мм снизилась в 5-6 раз. При термообработке в атмосфере воздуха измельчаемость снижается в меньшей мере с 52,3 % в необработанном агломерате до 32 % после термообработки (для частиц < 5 мм). Поскольку на металлургических комбинатах передел чугуна в сталь производят в конверторах с продувкой кислородом сверху, всегда имеется азот, который и нужно использовать для термообработки агломерата. Такую же термообработку следует применять и для окатышей.

      Возможны  и другие варианты упрочнения агломерата и окатышей в условиях восстановительно-тепловой обработки. Например, получение вместо зерен ромбоэдрального гематита зерен глобулярного гематита, которые в меньшей мере подвергаются разрушению в процессе нагрева и восстановления. Для окатышей возможно быстрое их охлаждение со скоростью 400-500⁰С/мин. с образованием высокопрочного закаленного стекла из расплавленной части нерудных компонентов (кремнезем, флюс и др.). Наличие указанного стекла повышает прочность окатышей в 1,2-1,5 раза в исходном состоянии и резко увеличивает их прочность при восстановительно-тепловой обработке.

     В настоящее время проведены опытные  плавки нового вида сырья при степени  металлизации до 90%, подтвердившие возможность дальнейшего значительного снижения расхода кокса и повышения производительности печи. Увеличение степени металлизации шихты на 10% дает снижение расхода кокса на 6,8–7,4% и увеличение производительности печей на 4,4–10,0%. Широкое внедрение в промышленность данного мероприятия определяется разработкой надежного, производительного и экономичного способа получения металлизированной шихты, объемом капитальных вложений, соотношением стоимости и расхода топлива, используемого для предварительного восстановления шихты.

3. Совершенствование технологии загрузки печей.

 

     Равномерное распределение мелочи по окружности печи улучшает показатели доменной плавки, в частности снижается удельный расход кокса. Практика показала, что при диаметральной загрузке материалов расход кокса снижается на 3-5 % при равной, примерно, производительности печи.

      Более равномерное окружное распределение  шихты для каждой подачи можно  получить и за счет вращения воронки  в момент опрокидывания скипа. Этому же способствует наличие пережима во вращающейся воронке, уменьшение ее выходного отверстия, установка в ней рассекателей и делителей. Все указанные конструктивные изменения воронок были апробированы в промышленности и подтвердили улучшение равномерности в распределении материалов и газов по окружности печи.

      Положительные результаты оптимизации окружного  и радиального распределения материалов и газов по концентрическим окружностям доменной печи при загрузке ее типовым загрузочным устройством позволили разработать новые ЗУ, которые увеличивали возможности варьирования противотоком шихтовых материалов и газов. Наиболее равномерное распределение шихты по окружности печи получили с помощью быстровращающейся воронки с четырьмя направляющими лопастями (БВНЛ). В момент высыпания шихты из скипа через подвижную приемную воронку, БВНЛ вращалась со скоростью 18-20 об/мин. и материалы прижимались центробежной силой к ее лопастям. Затем электропривод отключался и БВНЛ по инерции вращалась с замедлением. Центробежные силы уменьшались и шихта четырьмя потоками ссыпалась на верхний конус. На верхний конус набиралась вся подача, а затем она ссыпалась на нижний конус и на колошник печи. Это позволяло держать в межконусном пространстве все время такое же давление газа, как и на колошнике. Нижний конус находился в качестве газового затвора только на период открывания верхнего конуса, т.е. в 4-5 раз меньше, чем это имеет место в типовом загрузочном устройстве. Более равномерное распределение материалов и газов при загрузке печи многорежимным распределителем позволило снизить расход кокса на 7 % и увеличить удельную производительность с 1,75-1,90 до 2,0 т/м³ сутки.