Автореферат магистерской работы

Мунтян А.В.

Цели и задачи работы:

Целью работы является разработка мероприятий направленных на:

1. Внедрение технологии вдувания пылеугольного топлива в горн доменной печи №3 «ОАО «Енакиевский Металлургический Завод»;
2. Снижение расхода кокса и себестоимости чугуна в доменной плавке на примере «ОАО «Енакиевский Металлургический Завод».

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать методы усовершенствования и повышения эффективности доменной плавки без вдувания в горн природного газа в качестве дополнительного топлива в сложившихся технологических условиях доменной печи №3 «ОАО «Енакиевский Металлургический Завод»;
2. Исследовать методы усовершенствования и повышения эффективности доменной плавки с вдуванием в горн ПУТ в качестве дополнительного топлива в сложившихся технологических условиях доменной печи №3 «ОАО «Енакиевский Металлургический Завод»;
3. На основе принципа полной компенсации разработать технологический режим с оптимальными производственными показателями для доменной печи №3 «ОАО «Енакиевский Металлургический Завод»;
4. Рассмотреть мероприятия и системы по улучшению контроля и оптимизации технологического процесса доменной плавки при вдувании в горн пылеугольного топлива;

Актуальность темы.

Черная металлургия – ведущая область промышленности Украины, во многом определяющая экономический потенциал страны. Основной стадией производства черных металлов является доменное производство.

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.

Однако в последние годы уровень технико-экономических показателей доменной плавки предприятий черной металлургии Украины значительно отстал от уровня промышленно развитых стран. Природный газ в Украине стал дефицитным и импортным энергоносителем, стоимость которого выросла в несколько раз и практически достигла стоимости кокса.

Технические и экономические трудности в решении этих проблем являются мощным стимулом для поиска возможностей снижения расхода кокса в черной металлургии. При доминирующей в производстве чугуна позиции доменного процесса основным путем в решении этой задачи в ближайшей перспективе может быть только снижение расхода кокса в доменной плавке.

Удовлетворение природоохранных требований при производстве кокса возможно также путем применения для производства кокса новых технологических процессов и агрегатов, позволяющих расширять спектр углей в коксовой шихте без ухудшения качества получаемого кокса.

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.

Объект исследования.

Технология доменной плавки с применением вдувания в горн доменной печи в качестве дополнительного топлива ПУТ.

Предмет исследования.

Повышение ресурса технологии с использованием дополнительных видов топлива на основе полной и комплексной компенсации, их негативного влияния на технологические параметры доменной плавки.

Научная новизна данной работы

Заключается в том, что впервые показано, что рассчитанная для технологических условий доменной печи №3 «ОАО «Енакиевский Металлургический Завод» на основе полной и комплексной компенсации технология доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топлива и без использования природного газа, может обеспечить замену дополнительными видами топлива до 50% кокса, повышение производительности печи, снижение себестоимости чугуна.

Планируемые практические результаты.

Результаты данной работы будут использованы на строящейся доменной печи №3 «ОАО «Енакиевский Металлургический Завод».

Краткое изложение собственных результатов, имеющихся к моменту завершения работы над авторефератом.

В настоящее время известно более 1000 различных способов получения чугуна без использования кокса и природного газа. Однако, за последние 50 лет доля черных металлов, производимых альтернативными домне способами, возросла от 3...4 до 7...8%. Судя по темпам совершенствования доменной технологии в последние 50 лет, тысячелетняя история домны на Земле еще далека от завершения: применение ПУТ и замена им в перспективе до 60...70% кокса могут продлить эту историю еще минимум на 30...50 лет.

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.

Непрерывное снижение относительного расхода кокса является наиболее характерной чертой развития технологии выплавки чугуна, как в Украине, так и в передовых зарубежных странах.

Анализ опыта совершенствования технологии выплавки чугуна на передовых металлургических заводах Украины показывает, что достигнутое в последние 20 лет значительное снижение расхода кокса и повышение производительности печей определено, прежде всего, увеличением доли агломерата в шихте до 90–100%, сокращением выхода шлака до 350–450 кг/т чугуна и расхода известняка до 0–50 кг/т чугуна, повышением температуры дутья до 1100–1200 ºС, применением ПГ в сочетании с обогащением дутья кислородом, снижением содержания в чугуне кремния до 0,6 и марганца до 0,2%, повышением давления газов под колошником от 0,8 до 2,3–3,1 ати, улучшением степени использования химической энергии газов от 0,30–0,37 до 0,45–0,48. Эффективность некоторых мероприятий по снижению расхода кокса, таких, как увеличение доли агломерата, снижение расхода сырого известняка, повышение температуры и давления дутья, сокращение содержания в чугуне кремния и марганца, практически использована полностью.

В настоящее время предложены новые мероприятия, обеспечивающие значительное улучшение основных технико-экономических показателей плавки. К таким мероприятиям относятся:

• применение предварительно восстановленной шихты. 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. По данным, 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;
• увеличение объема печей. Увеличение полезного объема доменных печей позволило увеличить выплавку чугуна, снизить капитальные вложения на единицу продукции, повысить степень механизации работ и производительность печей на одного работающего. С увеличением объема печей газовый поток и тепловой режим печи более устойчивы, что определяет лучшую степень использования горновых газов и соответственно снижение относительного расхода кокса;
• применение в доменной плавке дополнительных видов топлива. Проведенные в последние годы исследования указывают на возможность значительного повышения эффективности применения дополнительных видов топлива за счет совершенствования технологического режима доменной плавки, увеличения расхода топлива в сочетании с повышением температуры дутья и обогащением дутья кислородом и др.

В работе использованы положения теории полной и комплексной компенсации. Основой данной теории является компенсация, по мере повышения расхода ПУТ, нарушений технологии, определяемых горением ПУТ и снижением доли кокса в шихте. Очевидно, что повышение расхода ПУТ определяет снижение температуры горения, ухудшает газодинамический режим, условия сгорания ПУТ, схода шихты и т.д. – т.е. вызывает нарушение оптимального технологического режима.

Восстановление и стабилизация базового оптимального режима при вдувании ПУТ и является главной задачей полной и комплексной компенсации, это единственное, что может обеспечить повышение расхода и сохранение эффективности применения ПУТ.

Для оценки эффективности компенсирующих мероприятий использовали понятие суммарного коэффициента замены (∑К₃) кокса дополнительным топливом:

Где ΔQ_КДТ и ΔQ_ККМ – экономия кокса за счёт повышения расхода дополнительного топлива и реализованных компенсирующих мероприятий, кг/т чугуна; ΔQ_ДТ – прирост расхода дополнительного топлива, кг/т чугуна.

Зарубежный промышленный опыт показывает, что при величине суммарного коэффициента замены, равном 1 и более, по мере увеличения расхода ПУТ, не происходит негативных изменений в состоянии технологического режима, которые бы снижали эффективность его применения и величину оптимального расхода. Следовательно, в этом случае обеспечена полная и комплексная компенсация негативного влияния дополнительных топлив на технологию доменной плавки (рисунок 1).

Рисунок 1 – Зависимость основных технологических показателей плавки от расхода ПУТ:

цифры у кривых – суммарный коэффициент замены, кг/кг;
η_СО/η_СОравн – отношение фактической и равновесной степеней использования СО при восстановлении вюстита

Выводы

Ближайшие 50-70 лет доменное производство будет занимать лидирующие позиции в сфере производства чугуна, не смотря на стремительное развитие и внедрение процессов альтернативных доменному.

В сложившихся технологических условиях «ОАО «Енакиевский Металлургический Завод» применение ПУТ может стать основой технологического режима, обеспечивающего вывод из состава дутья природного газа, снижение расхода кокса и повышение параметров доменной плавки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шульц Л.А. Элементы безотходной технологии в металлургии, М.: Металлургия, 1991 г., 174 с.
2. Материалы конференции доменщиков в г. Кривой Рог, 2005 г., Днепропетровск: Пороги, 2005 г.
3. Ярошевский С.Л. ПЕРСПЕКТИВЫ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДОМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ СТЕПЕНЬЮ ЗАМЕНЫ КОКСА ПЫЛЕУГОЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ // Металлургические процессы и оборудование. - 2008 - № 11 - С. 35-44
4. Применение пылеугольного топлива для выплавки чугуна. Ярошевский С.Л., Рябенко А.И. и др., «Техніка», 1974 г, 188 с.
5. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук, Кузнецова А.М., на тему «Повышение эффективности доменной плавки за счёт оптимизации процесса и использования пылеугольного топлива».
6. «Металлургические процессы и оборудование», Сталь 1 (11)’2008
7. Новости чёрной металлургии за рубежом, 4-2007

Важное замечание

При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2009 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.