Abstract
TABLE DES MATIERES
Introduction
Selon les donnees de World Steel Association la production mondiale de la fonte de 2000 a 2014 a augmente presque double de 572,2 a 1179,5 mln.t. Plus de 75% de la production mondiale de la fonte a ete produit en Asie. Les plus grands producteurs mondiales de la fonte en 2014 sont devenus 9 pays qui ont assure plus de 90% de la production totale, mln. t. en (%):Chine - 711,6 (60,3); Japon - 83,9 (7,1); Inde - 53,8 (4,6); Russie - 51,5 (4,4); Coree du Sud - 46,9 (4,0); Etats-Unis - 29,4 (2,5); Allemagne - 27,6 (2,3); Bresil - 26,9; (2.3), Ukraine - 24,8 (2,1). Le progres grave dans le domaine de la production de la fonte au cours des dernieres decennies a assure l’ augmentation de la productivite des hauts fourneaux a 2,5-3,5t / (м3·jour) et la diminution de la consommation de la portion volumique de coke a 35-40% .Il est determine a l'utilisation massive de combustibles supplementaires en combinaison avec l'amelioration des facteurs determines technologiques. Toutefois, en raison de la diminution de la portion volumique de coke les efforts mecaniques, thermiques et chimiques ont augmente.
Actualite
La preparation de coke dans l’atelier des hauts fourneaux est une composante determinee de la technologie adoptee dans le monde entier. Le developpement de processus de haut fourneau est rapporte sur la diminution de la quantite et sur l’augmentation de la qualite du coke. Parmi des 56 hauts fourneaux en Europe – 54 fonctionnent avec le coke prepare . Il est demontre que l’amelioration sensible de la qualite du coke (y compris par sa reactivite et sa la resistance a chaud ) est necessaire pour diminuer sa consommation dans les hauts-fourneaux lors remplacement d'autres combustibles (par le charbon pulverise principalement).
Les exigences actuelles envers la qualite de coke
Le coke execute dans les hauts fourneax les fonctions physiques suivantes:
‒ l’assurance de la permeabilite aux gaz de la colonne de la charge dans une zone des materiels solides et dans la zone de la cohesion;
‒ l’assurance de la permeabilite aux gaz dans une zone de coke mobile;
‒ l’assurance du drainage des produits de la fusion dans «homme mort»;
‒ le coke supporte la colonne de la charge qui s'appuye sur «homme mort»;
Ainsi, coke dans une colonne de la charge dans un haut fourneau est un materiel qui assure une permeabilite aux gaz de cette colonne et cree l’appui pour lui. La realisation de ces fonctions depend exclusivement de ses proprietes physiques.
Aucune autre composante du lit de fusion ne peut pas remplacer le coke dans la mise en oeuvre de ces fonctions physiques.
Le coke execute dans les hauts fourneax les fonctions chimiques suivantes:
‒ il forme le gaz reducteur oxydant par l'oxygene et la vapeur d'eau dans la zone des tuyeres;
‒ il forme le gaz reducteur , oxydant par dioxyde de carbone;
‒ il reduit le fer et le manganese a partir des laitiers primairs;
‒ il reduit le silicium a partir des scories et des cendres de coke, le phosphore et autres elements a partir de laitier;
La fonction thermique de coke est la generation de la chaleur dans la zone des tuyeres ou la combustion de 1 kg carbone du coke alloue environ 10 MJ de chaleur.
Compte tenu de ces fonctions indiquees realisants par le coke dans le haut fourneau, la caracteristique la plus importante de la qualite du coke est sa resistance mecanique, assurant la conservation des dimensions initiales et la forme des morceaux sous l'influence des efforts compressif, abrasifs et de choc dans le haut fourneau. L’ abrasion ou la destruction des morceaux de coke influencent negativement intensivement sur la permeabilite aux gaz de la colonne de la charge et sur l’ efficacite de echange de masse et de chaleur a contre-courant dans le four et le mise au point des produits de fusion.
Figure 1 – Changement de la taille moyenne de coke lors de l'abaissement de niveau de comblement a la zone des tuyeres dans le haut fourneau lors l’utilisation de charbon pulverise
La figure 1 montre que la taille moyenne des morceaux de coke varie legerement de niveau de comblement a la frontiere des temperatures d'environ 1100°С (environ le bas de la cuve de haut fourneau). Sur abaissement suivant de la taille moyenne de coke de 2 / 3-3 / 4 dans le haut-fourneau est determinee par l'influence des alcalis et choc thermique. A la fin du siecle dernier dans les pays etrangers on a commence utiliser largement le methode proposant par la societe japonaise «Nippon Steel Corp.» pour evaluer la resistance a chaud de coke (CSR) et sa reactivite (CRI) . Actuellement, ces indices sont largement utilises dans les entreprises metallurgiques
Les recherches vastes realisees ont montre une liaison entre ces indicateurs et le travail de haut fourneau. Par exemple, l’accroissement d'exposant de la RSE a 1% permet diminuer la consommation de coke a 0,2-1% . En outre, entre les indices de la qualite du coke CSR et CRI est une dependance lineaire (Fig. 2).
Les recherches realisees sur les hauts fourneaux en Dilingeme (Allemagne) ont montre que l'augmentation de la CSR de coke de 45 a 58% la valeur de la changement de la dimension moyenne des morceaux de coke lors de l’ abaissement du guelard au creuset (Fig. 3)
Figure 2 – Liaison reciproque entre l’ indices de la qualite de coke CSR и et CRI
Figure 3 – L’influence de la resistance a chaud sur la changement de la dimension moyenne des morceaux de coke lors de l’ abaissement du guelard au creuset
Tableau 1‒ Les exigences actuelles envers la qualite de coke lors l’utilisation de charbon pulverise
| Indice | Union Europeenne | Etats-Unis | Chine | Russie | Ukraine (КДП1) |
| Proprietes physiques, %: | |||||
| CSR | >65 | >61 | ≥65 | ≥50 | ≥56 |
| CRI | <23 | <22 | ≤25 | ≤35 | ≤29 |
| I40(M40) | >57 | ≥(60) | ≥(86) | ≥(87) | ≥(78) |
| I10(M10) | <18 | - | ≤(6,0) | ≤(8,0) | ≤(7,2) |
| Proprietes chimiques, % a l’ etat seche: | |||||
| Cendre de coke | <9,0 | <8,5 | ≤12 | ≤11 | ≤10,7 |
| S | <0,7 | <0,75 | ≤0,6 | ≤0,85 | ≤0,85 |
| Les alcalis | <0,2 | <0,2 | ≤0,2 | ≤0,2 | - |
| Composition granulometrique, % | |||||
| >80мм | <10,0 | <10,0 | ≤10,0 | ≤10,0 | ≤15,0 |
| 40‒ 80мм | 75‒ 85 | 75‒ 80 | 75‒ 85 | 65‒ 75 | 60‒ 70 |
Comme le tableau 1 montre, dans la plupart des pays, les producteurs principaux de la fonte les exigences envers la qualite de coke sont assez contraignant a l'exception de la Russie et de l'Ukraine. Cela est determine par decollement de l'Ukraine et de la Russie dans la mise en ?uvre de charbon pulverise.
Pour prevision de la composition granulometrique du coke dans le creuset et les etalages nous avons derive une formule decrivant la dimension des morceaux du coke en fonction de la resistance a chaud (CSR), sur la base de la distribution statistique de Weibull (equation de Rosin - Rammler) [3]:
F(d) = 1 – exp{-[0,000136(CSR)2 – 0,0184(CSR) + 0,643]d0,0168(CSR) + 0,231}.
La composition granulometrique du coke dans le creuset et les etalages en rapport de l’equation representee sur la Fig. 4. L'augmentation d’indice de CSR est accompagnee d'une diminution de la teneur en fines de coke 0-1, 1-3 et 3-5 mm. La teneur en fraction 5-10 mm varie peu avec l'augmentation de la resistance a chaud de coke. Dans le meme temps, la quantite des morceaux gros 10 - 25 et 25 - 40 mm augmente a force de augmenter de la resistance apres reaction.
Figure 4 - La changement de la composition granulometrique de coke la resistance a chaud differente dans le creuset et les etalages
Figure 5 –Le schema de la preparation de coke par la composition granulometrique
Cette preparation permet de sauvegarder ou d'ameliorer la productivite des hauts fourneaux, exclusivement lorsque de leur travail avec l’utilisation des grandes quantites de charbon pulverise et une consommation de coke a 300 kg / tf ou moins. La preparation de coke pour les hauts fourneaux permettra: ‒ ameliorer considerablement l’homogeneite du coke; ‒ ameliorer les caracteristiques de resistance du coke; ‒ ameliorer la permeabilite aux gaz de la colonne de la charge et le travail du haut-fourneau ensemble; ‒ diminuer les pertes de coke sous la forme de la fraction de 10-0 mm pendant de la criblage ; ‒ accroitre l'utilisation de coke metallurgique dans le haut fourneau. Une diminution supplementaire de la consommation de coke dans le haut fourneau est problematique sans une augmentation significative de la qualite de coke sur des indices tels que la resistance a chaud.
Conclusions
Таким образом, анализ показывает, что современная подготовка кокса по фракционному составу включает высев из металлургического кокса мелочи менее 32-40 мм, высев и снижение фракции более 80 мм за счет ее дробления до 5 %, высев из отсева коксового орешка фракции от 5-15 до 32-40 мм с последующей его загрузкой в печь с железорудной шихтой. Применение кокса с более горячей прочностью обеспечивает повышение средних размеров кусков кокса в коксовой насадке и как следствие ее порозности. Это позволить улучшить дренажную способность горна, снизить вероятность массового горения фурменных приборов, повысить расход вдуваемых добавок, в частности ПУТ.
Litterature
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- Ухмылова Г.С. Проблемы коксохимического производства / Г.С. Ухмылова // Новости черной металлургии за рубежом. Приложение – М.: ОАО «Черметинформация», 2002. – 35 с.
- Ярошевский С.Л.,Хлапонин Н.С., Кузнецов А.М. К вопросу об оптимальном размере кусков скипового кокса / С.Л. Ярошевский, Н.С. Хлапонин, А.М. Кузнецов [и др.] // Металл и литье Украины. - 2009. - № 3. – С. 25-27.
- Гусак В.Г.,Кузнецов А.М.,Емченко А.В.,Попов В.Е.,КузинА.В. Теория и практика подготовки металлургического кокса к доменной плавке: Монография / В.Г. Гусак, А.М. Кузнецов, А.В. Емченко, В.Е. Попов, А.В. Кузин. — Киев: Наукова думка, 2011. — 216 с
- Кузин А.В. Оценка гранулометрического состава кокса и порозности в нижней части доменной печи / А.В. Кузин, С.Л. Ярошевский, Р.В. Ковальчик, А.А. Томаш // Збірник наукових праць Донбаського державного технічного університету. – Алчевськ: ДонДТУ, 2008. – С. 125-133.