Застосування антрациту як замінника коксу в доменному виробництві
А.М. Новохатский, Г.Д. Михайлюк, А.В. Карпов
Введення
Основною статтею вартості виплавленого чавуну є вартість коксу . У зв'язку з цим доменщики безперервно шукаються шляхи зниження витрати дорогого і дефіцитного коксу. На поточний момент економію коксу забезпечують зазвичай такі його замінники:
- природний газ: в сучасних умовах, при його високу вартість і дефіцитність, використання є економічно недоцільним, так як коефіцієнт заміни коксу природним газом в реальних умови зазвичай не перевищує значення 0,7;
- коксовий газ: застосування його в доменній плавці ускладнюється тим, що для вдування в піч необхідно підвищувати тиск в газодувки, робота яких утруднена через вміст в ньому смолистих речовин, від яких необхідно попередньо його очистити. Крім того, наявні обсяги коксового газу доцільніше застосовувати як паливо в прокатному виробництві і т.д .;
- пиловугільне паливо: для вдування плутати необхідна закупівля великої кількості додаткового дорогого обладнання, а також подальше обслуговування його, що є серйозним недоліком.
Основна частина
Всі перераховані вище методи припускають подачу замінників коксу безпосередньо через фурми в зону горіння. В силу цього неможливо забезпечити витрата коксу нижче 250-300 кг / т чавуну. Це пояснюється тим, що кокс повинен виконувати ще й роль «розпушувача» стовпа шихтових матеріалів.
Ефективним напрямком коксозаменяющей технології є використання антрациту. Використання антрациту не приводить до істотної зміни основних технологічних параметрів процесу: продуктивність, вихід колошникового газу, освіту шлаку і його основність коливаються в межах, характерних для роботи печей. Чавун за хімічним складом відповідає стандарту. Крім того, перевага заміни коксу кам'яним вугіллям також в тому, що він подається через вищий.
У 1985-1991 рр. ДонНДІчормет спільно з Краматорська металургійним заводом виконана серія наукових досліджень з відпрацювання технології доменної плавки з частковою заміною металургійного коксу кам'яним вугіллям різних марок: донецьким антрацитом марки АС, донецьким вугіллям марки Т (пісне), вугіллям марки ТПК (худий, пластовий, калібрований) Краснобродський вугільного розрізу (м Белово Кемеровської обл.) [1].
Отримані результати плавок показали доцільність і необхідність часткової заміни коксу вугіллям без обмеження корисного об'єму доменних печей. Економічна ефективність використання кам'яного вугілля в доменній плавці визначається співвідношенням вартості коксу і вугілля, кількістю заміненого коксу вугіллям і коефіцієнтом заміни.
Застосування антрациту в доменній плавці ускладнюється його порівняно низькими властивостями міцності. Для збереження газопроницаемости шару шихтових матеріалів існує ряд систем завантажень його на вищий доменної печі .
Існує спосіб доменної плавки із завантаженням в доменну піч пошарово руди і коксу, з додаванням в шар руди додавати до 20% вугілля [2].
У способі доменної плавки [3], для виключення захаращення горна, передбачається вести завантаження через колошник подач, що складаються з коксу, рудної частини шихти і кам'яного вугілля, що вводиться в піч з періодом, рівним часу перебування шихти в печі, при заданому масовому співвідношенні вугілля до коксу. При цьому завантаження подач з кам'яним вугіллям слід проводити з періодом від часу перебування шихти в печі, до величини твори часу перебування шихти в печі на співвідношення насипних ваг коксу і вугілля.
З цієї причини максимальна тривалість періоду завантаження подач, паливна частина яких складається з 100% вугілля, повинна бути в стільки ж разів менше періоду завантаження подач зі 100% коксу, з тим, щоб не допускати заповнення горна тільки вугіллям і забезпечити його повне видалення.
Крім цього були проведені дослідження розподілу вугілля по перетину колошника в залежності від типу завантаження, на моделі колошника печі об'ємом 1719 м3, виконаному в масштабі 1:10 [4].
У промислових обсягах антрацит так само застосовувався в ВАТ «АМК» . При цьому показники якості антрациту відповідали наступним вимогам: зола, не більше 7,0%; сірка, не більше 0,7%; волога, не більше 5,0%.
Результати застосування антрациту на доменних печах №3 і №5 представлені на малюнках 1 і 2.
Малюнок 1 - Зміна продуктивності і витрати антрациту за часом на ДП№3 (тисяча триста вісімдесят шість м) ВАТ «АМК»
Малюнок 2 - Зміна продуктивності і витрати антрациту за часом на ДП№5 (1719 м) ВАТ «АМК»
З графіків видно, що питома витрата антрациту в окремі періоди масового надходження антрациту досягав 60 кг / т чавуну. При цьому істотного погіршення ходу доменних печей не відзначалося, вміст вуглецю в колошникового пилу не збільшилася, ознаки захаращення горна були відсутні. Виконаний пофакторний аналіз витрат коксу на виробництво чавуну за підсумками 2008 року показав, що коефіцієнт заміни коксу антрацитом склав 0,95-1,0 т / т.
Результати промислового випробування показали хаотичні зміни продуктивності при заміні коксу антрацитом. Це так само підтверджується аналізом показників роботи печі при застосування антрациту в ВАТ «ЄМЗ» [5].
З метою забезпечення рівного ходу печі, під час застосування антрациту, необхідно підтримувати високу якість шихтових матеріалів, зокрема антрациту. Цього можна досягти, знаючи його механічні властивості.
У холодному стані антрацит і кокс схожі по міцності, однак при нагріванні міцність антрациту стає значно нижче міцності коксу. У зв'язку з цим за запропонованою методикою [6], були виконані дослідження гарячої міцності антрациту.
Для забезпечення найбільшої показності результатів значення показника міцності на стиск, визначати для заготовок у формі кубів 15 мм, так як це найбільш відповідає розміру шматків антрациту в доменній печі.
Для виготовлення кубів були відібрані проби, представлені в таблиці 1.
Таблиця 1 - Хімічний склад проб антрациту
Для кожної з проби були отримані по 4 показника холодного стиснення (при кімнатній температурі), міцності при тепловому ударі (проби різко нагріваються до 350оC і гарячого стиснення (нагрів до 900оС).
Для кожної проби було виконано випробування в чотири рази. Результати досліджень представлені в таблиці 2.
Таблиця 2 - Показники міцності антрациту стисненням, МПа
Зіставлення міцності антрацитів, видобутих із різних шахт, представлено на малюнку 3.
Малюнок 3 - Усереднені показники міцності антрацитів стисненням при різних температурах
З малюнка видно, що зв'язок між холодною і гарячою міцністю відсутня. Наприклад, вугілля від постачальників ЦЗФ Нагольчанская і Дар'ївка має практично однакове значення холодної міцності, однак антрациту від ЦЗФ Нагольчанская на 34,4% мають вищий показник гарячої міцності. Температура колошникового газу становить приблизно 350оС, через це весь матеріал, що завантажується в піч відразу піддається тепловому удару. Це вплив не погіршує міцність залізорудних матеріалів і коксу, але знижує міцність антрациту.
У антрацитах міститься приблизно 5% вологи, при нагріванні їх до 350оС відбувається активне випаровування води.В зв'язку з цим підвищується внутрішнє напруження в шматках антрациту і падає його міцність. В середньому міцність при тепловому ударі падає на 20%.
Найбільш високими показниками холодної і гарячої міцності володіють вугілля від наступних постачальників: Ровеньки-Антрацит, Лобовское Копальні, ЦЗФ Нагольчанская. Відповідно дані вугілля рекомендується використовувати в якості замінника коксу.
висновки
В результаті вищевикладеного видно, що при застосуванні антрациту в якості замінника коксу необхідно ретельно контролювати його міцність. Оскільки запропоновану методику [4] складно реалізувати в промислових масштабах, то в якості контролю гарячої міцності необхідно використовувати метод визначення індексу реакційної здатності коксу та міцності залишку [6]. Використання даного методу дозволить контролювати міцність завантажується антрациту, що забезпечить прогнозована зміна продуктивності доменної печі.
Срісок літератури
- Котельников І.В. Досвід доменної плавки з частковою заміною коксу кам'яним вугіллям. / І.В. Котельников, М.М. Попов, Н.Д. Прядко. та ін .// Сталь. - 1994. - №8. - С. 15-20.
- Спосіб ведення доменної плавки. Заявка №1-28802. Японія. - МКІ4 З 21 В 5/00. - Винаходи за кордоном. - М .: ВНІІГПЕ, 1982.
- Спосіб доменної плавки. В.Г. Воскобойников, Б.М. Герман, В.Т. Белолипецкий і ін. А.с. СРСР №1158591. - МКІ4 З 21В3 / 00. - М .: Бюлетень ВНІІГПЕ СССР.-1985.-№20.
- Бочка В. В. Розподіл матеріалів на колошником доменної печі при частковій заміні коксу кусковим вугіллям. Праці V Міжнародного конгресу доменщиков. - Дніпропетровськ: Пороги, 1999. - с. 315-317.
- Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д., Карпов А.В. Проблеми використання антрациту як замінника коксу в доменному виробництві / Збірник наук. праць ДонДТУ, випуск 28 2009.
- Кокс. Метод визначення індексу реакційної здатності коксу (CRI) и міцності Залишки коксу после Реакції (CSR). ДСТУ 4703: 2006 (ISO 18894: 2006, MOD). - [Діє з 01.01.2008]. - К .: Держспоживстандарт України, 2008. - 23 с. 34.
Рецензент д.т.н., проф. С.Л. Ярошевський
© А.М. Новохатский, Г.Д. Михайлюк, А.В. Карпов