Зміст
Введення
За даними World Steel Association світове виробництво чавуну з 2000 по 2014 рр. збільшилося практично вдвічі з 572,2 до 1179500000. т. Понад 75% від світового виробництва чавуну було виплавлено в Азії. Найбільшими світовими виробниками чавуну в 2014 р стали дев'ять країн, що забезпечили більше 90% від усього виробництва, млн. Т / рік (%): Китай - 711,6 (60,3); Японія - 83,9 (7,1); Індія - 53,8 (4,6); Росія - 51,5 (4,4); Пд.Корея - 46,9 (4,0); США - 29,4 (2,5); Німеччина - 27,6 (2,3); Бразилія - 26,9; (2,3) Україна - 24,8 (2,1). Значний прогрес в доменній технології в останні десятиліття забезпечив зростання продуктивності доменних печей до 2,5-3,5т / (м3·добу) і зниження витрати об'ємної частки коксу до 35-40% . Він обумовлений масовим застосуванням додаткових видів палив в комплексі з поліпшенням визначальних технологічних факторів. Однак у зв'язку зі зниженням об'ємної частки коксу в шихті на нього істотно зросли механічні, термічні та хімічні навантаження.
Актуальність теми
Підготовка коксу в доменному цеху - це важливий визначальний компонент доменної технології прийнятий у всьому світі. Розвиток доменного процесу йде в бік зменшення кількості та підвищення якості коксу. З 56 доменних печей Європи - 54 печі працюють з підготовленим коксом. Показано, що помітне поліпшення якості коксу (у тому числі за реакційною здатністю та післяреакційною міцністю) є необхідною умовою для скорочення його витрат в доменних печах шляхом заміни іншими видами палива (в першу чергу пиловугільним).
Сучасні вимоги до якості кокса
Виконуючи фізичні функції кокс:
‒ забезпечує проникність для газу стовпа шихти в зоні твердих кускових матеріалів і в зоні когезії;
‒ забезпечує проникність для газу і рідких продуктів плавки в зоні рухомого коксу;
‒ забезпечує дренаж продуктів плавки в коксовому тотермане;
‒ підтримує стовп шихтових матеріалів в печі, що спирається на коксовий тотерман;
Таким чином, кокс в стовпі шихти в доменній печі є матеріалом, що забезпечує проникність цього стовпа і створює для нього опору, Виконання цих функцій коксу залежить виключно від його фізичних властивостей. Ніякий інший компонент доменної шихти не може замінити кокс у виконанні зазначених фізичних функцій.
Виконуючи хімічні функції вуглець коксу:
‒ утворює відновлювальний газ, окислюючись киснем і парами води в фурмених зонах;
‒ утворює відновлювальний газ, окислюючись вуглекислотою;
‒ відновлює залізо і марганець з первинних шлаків;
‒ відновлює кремній із золи коксу і шлаку, фосфор та інші елементи з шлаку.
Теплова функція коксу полягає в генерації тепла в фурменій зоні, де, згораючи, 1 кг вуглецю коксу виділяє близько 10 МДж тепла
З урахуванням перелічених функцій, виконуваних коксом в доменній печі, найголовнішою характеристикою якості коксу є його механічна міцність, що забезпечує збереження первинних розмірів і форми його шматків під впливом гнітючих, стираючих та ударних навантажень на них в доменній печі. Стирання або руйнування шматків коксу робить сильний негативний вплив на проникність стовпа шихти та ефективність протиточного тепло- й масообміну в печі та відпрацювання продуктів плавки.
Рисунок 3 – Изменение среднего размера кокса при опускании его от уровня засыпи до фурменной зоны в доменной печи при вдувании ПУТ
З мал. 1 видно, що середній розмір шматків коксу змінюється незначно від рівня засипу до межі температур близько 1100°С (приблизно низ шахти доменної печі). При подальшому опусканні коксу його середній розмір на 2 / 3-3 / 4 в доменній печі визначається впливом лугів і термічним ударом. Наприкінці минулого століття в зарубіжних країнах почали широко використовувати метод з оцінки гарячої міцності коксу (CSR) і його реакційної здатності (CRI) запропонований японською фірмою «Nippon Steel Corp.». У теперішній час ці показники досить широко застосовуються на металургійних підприємствах.
Проведені великі дослідження показали зв'язок між цими показниками і роботою доменної печі. Так, наприклад, підвищення показника CSR на 1% дозволяє знизити витрату коксу на 0,2-1% . Крім того, між показниками якості коксу CSR і CRI існує тісна лінійна залежність (мал. 2)
Проведені дослідження на доменних печах металургійного заводу в Діллінгені (Німеччина) показали, що при збільшенні CSR коксу з 45 до 58% вдвічі знизилася величина зміни середнього розміру шматків коксу при опусканні його від колошника до горна (мал 3).
Малюнок 2 - Взаємозв'язок між показниками якості коксу CSR і CRI
Малюнок 3 - Вплив гарячої міцності коксу на зміні середнього розміру коксу при опусканні його від колошника до горна доменної печі
Таблица 1‒Сучасні вимоги до якості кокса к при вдуванні ПВП
| Показники | ЕС | США | Китай | Россия | Украина(КДП1) |
| Фізичні властивості,%: | |||||
| 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) |
| Хімічні властивості,%: | |||||
| Зола | <9,0 | <8,5 | ≤12 | ≤11 | ≤10,7 |
| S | <0,7 | <0,75 | ≤0,6 | ≤0,85 | ≤0,85 |
| Луги | <0,2 | <0,2 | ≤0,2 | ≤0,2 | - |
| Фракційний склад,%: | |||||
| >80мм | <10,0 | <10,0 | ≤10,0 | ≤10,0 | ≤15,0 |
| 40‒ 80мм | 75‒ 85 | 75‒ 80 | 75‒ 85 | 65‒ 75 | 60‒ 70 |
Як видно з табл. 1, у більшості країн основних виробників чавуну вимоги до якості коксу досить жорсткі, за винятком Росії та України. Це пояснюється тим, що Україна і Росія істотно відстають у впровадженні ПВП-технології.
Для прогнозування гранулометричного складу коксу в горнилі і заплічок нами була виведена формула, що описує крупність частинок коксу в залежності від його гарячої міцності (CSR) на основі статистичного розподілу Вейбула (рівняння Розіна - Раммлера) [3]:
F(d) = 1 – exp{-[0,000136(CSR)2 – 0,0184(CSR) + 0,643]d0,0168(CSR) + 0,231}.
Гранулометричний склад коксу в горнилі і заплічок відповідно до рівняння наведено на мал. 4. Збільшення показника міцності CSR супроводжується зниженням вмісту в горновому коксі дрібних частинок 0-1 ,1-3 і 3-5 мм. Зміст фракції 5-10 мм мало змінюється при збільшенні гарячої міцності коксу. У той же час кількість відносно великих шматків 10-25 і 25-40 мм значно збільшується по мірі підвищення міцності після реакції.
Малюнок 4 - Зміна гранулометричного складу коксу різної гарячої міцності CSR в горнилі і заплічок: числа на діаграмі - крупність частинок коксу, мм
Малюнок 5 - Схема підготовки коксу за фракційним складом
Дана підготовка дозволяє зберегти або підвищити продуктивність доменних печей, особливо при їх роботі з застосуванням великої кількості ПВП і витратою коксу до 300 кг / т чавуну і нижче.
Підготовка коксу до доменної плавки дозволить:
‒ істотно поліпшити однорідність скіпового коксу;
‒ поліпшити характеристики міцності коксу;
‒ поліпшити газопроникність стовпа шихти і роботу доменної печі в цілому;
‒ знизити витрати коксу у вигляді класу 10-0 мм при грохочении;
‒ підвищити ступінь використання металургійного коксу в доменній плавці.
Подальше зниження витрати коксу в доменній плавці проблематично без суттєвого підвищення якості коксу за такими показниками як гаряча міцність.
Висновки
Таким чином, аналіз показує, що сучасна підготовка коксу за фракційним складом включає висів з металургійного коксу дрібниці менш 32-40 мм, висів і зниження фракції більше 80 мм за рахунок її дроблення до 5%, висів з відсіву коксового горішка фракції від 5-15 до 32-40 мм з подальшою його завантаженням у піч з залізорудної шихтою. Застосування коксу з більш гарячої міцністю забезпечує підвищення середніх розмірів шматків коксу в коксовій насадці і як наслідок її порозности. Це дозволить поліпшити дренажну здатність горна, знизити ймовірність масового горіння фурмених приладів, підвищити витрату добавок, що вдуваються, зокрема ПВП.
Список джерел
- Курунов И.Ф. Качество кокса, его поведение в доменной печи и влияние на ее работу/ Курунов И.Ф.// Новости черной металлургии за рубежом. - Приложение – М.: ОАО «Черметинформация», 2003. – 38 с
- 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.