Руднотермические процессы и малоотходные технологии
Автор: Синчук А.А.
Источник: Охорона навколишньго середовища та раціональне використання природних ресурсів/ Матеріали XXVIII всеукраїнської наукової конференції аспірантів і студентів. - Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2013, Том 2, с. 138-139.
Горно-металлургический комплекс является мощным потребителем природных ресурсов: железных, марганцевых и других руд, флюсов, коксующихся и энергетических углей, природного газа и других ископаемых. Удельный расход материальных и энергетических ресурсов на единицу произведенной продукции характеризует технический уровень отрасли, ее экономическую эффективность и, что особо важно, – ее природоемкость и экологоемкость. Производство чугуна и сопряженные с ним производства кокса и агломерата, ввиду их особой специфики, создают преобладающую часть экологических проблем в отрасли. В Украине предприятиями полного металлургического цикла, аглофабриками и заводами по производству кокса выбрасывается в атмосферу от общего количества более 50% пыли, 62% сернистого ангидрида и сероводорода, 90% монооксида углерода и 38% токсичных оксидов азота; в совокупности это более 500 тыс. т/год только в Донбассе. Коксохимическому производству принадлежит более 70% выбросов бензапирена, основная часть выбросов аммиака, цианистого водорода, фенола, бензола, сажи и др.
Принимая во внимание минимальный расход кокса при выплавке чугуна, достигнутый в производственных условиях в странах Европы и Азии, – 240 – 300 кг/т чугуна, очевидно, что снижение расхода и дефицитности энергоресурсов на 1 т чугуна – является определяющим резервом снижения себестоимости, повышения рентабельности, конкурентоспособности и экологической безопасности Украинской металлургии.
В последние 20 лет в мире непрерывно расширяется внедрение технологии доменной плавки с заменой части кокса пылеугольным топливом (ПУТ). С его применением ежегодно выплавляется около 600 млн. т чугуна. Расход на 1 т чугуна: ПУТ – 100 – 260 кг, кокса – 240 – 300 кг, доля замены кокса ПУТ – 30 – 50%. Реализация пылеугольной технологии определяется необходимостью внедрения компенсирующих мероприятий, обеспечивающих эффективность работы доменной печи в условиях снижения доли кокса в шихте. При значительном расходе дополнительного топлива и уменьшении расхода кокса наравне с температурным режимом должны компенсироваться условия сгорания ПУТ и нагрева продуктов плавки, газодинамический режим и другие показатели, т.е. компенсация должна быть комплексной. Практикой доменного производства установлено, что существует статистическая взаимосвязь между вышеуказанными технологическими параметрами плавки. Учитывая возрастающую роль вычислительной техники в анализе и управлении технологическими процессами, изложенные соображения позволяют сделать вывод о возможности создания системы оптимизации технологического процесса выплавки чугуна. На основе материальных балансов посменной информации методами статистической обработки рассчитываются технологические режимы плавки, исходя из минимизации расхода кокса и себестоимости чугуна.
В качестве единичного опыта для решения вопроса оптимизации технологии доменной плавки выполнено статистическое исследование работы доменной печи № 2 ПАО «Донецксталь» – МЗ». Минимальный объем выборки 504 опыта, 1988 выпусков.
Обработка полученных данных проводились при помощи специально разработанного программного обеспечения. За рассматриваемый период средний расход кокса «Премиум» составил 431 кг/т чугуна и коксового орешка 17 кг/т чугуна. Средний расход дутья составил 1895 м3/мин, содержание О2 в дутье поддерживалось приблизительно на уровне 25%. Реализация комплекса компенсирующих мероприятий и вдувание на 1 т чугуна 134 кг ПУТ, приготовленного из смеси тощего и газового углей, позволили полностью вывести из состава дутья природный газ и увеличить суточную производительность на 48 т/сутки. За исследуемый период наблюдаются снижение выхода горновых газов на 36 м3/т чугуна, снижение температуры колошниковых газов на 10 °C, снижение степени прямого восстановления железа на 2,7% , снижение теоретической температуры горения на 74 °C и уменьшение интенсивности плавки на 80 кг/м3 сутки.
Рекомендуемая оптимальная теоретическая температура горения (2100 °C) превышает на 25 °C установившийся уровень. Сближение фактической температуры горения с оптимальной обеспечит снижение расхода кокса на 5 кг/т чугуна, прирост производства на 25 т/сутки, улучшение интенсивности плавки до 1040 кг/(м3 сутки), увеличение степени использования СО, снижение себестоимости чугуна на 45 грн/т чугуна. Повышение уровня теоретической температуры по сравнению с работой доменной печи с вдуванием природного газа, вполне закономерно, и является необходимым компенсирующим фактором, обеспечивающим интенсификацию газификации ПУТ в печи. Оптимальные значения основности шлака (CaO/SiO2) и содержание в чугуне [Si], равные соответственно (1,15 – 1,20) и (0,75 – 0,85)%, по основности ниже фактических значений на 0,015, а по содержанию кремния – превышают их на 0,1%. Повышение содержания кремния в оптимальных пределах сопровождается снижениями расхода кокса на 2 кг/т чугуна. Статистическими исследованиями показано, что в сложившихся на ПАО «Донецксталь» – МЗ» технологических условиях существенным резервом работы доменной печи и эффективным компенсирующим фактором является снижение выхода шлака до 310 – 330 кг/т чугуна (табл. 1).
Таблица 1 – Эффективность оптимизации параметров доменной плавки (ПАО «Донецксталь» - МЗ»; ДП №2; 1.11.10 – 30.04.11)
| Параметры | Изменение параметра | |||
| ΔQкокса, кг/т | ΔП, т/сутки | Δ[S], % | ΔПриведенные затраты, грн/т | |
| [Si] | - 2 | - 3 | - 0,0012 | + 6 |
| CaO/SiO2 | + 0,3 | - 0,3 | + 0, 0004 | - 6 |
| Теоретическая температура | - 5 | + 25 | - 0,0001 | - 25 |
| Выход шлака | +4 | + 10 | + 0,0004 | + 10 |
| Всего | - 2,7 | + 31,7 | - 0,0005 | - 15 |
Таким образом, комплексное приведение основных параметров технологического режима доменной плавки к оптимальным их пределам влечет за собой снижение расхода кокса (–10,7 кг/т чугуна), значительное увеличение производства на 31,7 т/сутки, снижение содержания серы в чугуне на 0,0005% и себестоимости чугуна на 15 грн/т чугуна. Приведенные мероприятия указывают на совершенствование доменного процесса и возможность уменьшения производства кокса.