Назад в библиотеку

Опыт применения коксового орешка в доменных печах

Автор: Кузин А.В., Яшин И.Н.
Источник: Металлургические процессы / Материалы 1-й Международной научно-практической конференции студентов и магистрантов "Литье и металлургия 2018". - Минск, БНТУ - 2018, Часть 1, с. 139-140.

Аннотация

Кузин А.В., Яшин И.Н. Опыт применения коксового орешка в доменных печах. В этой статье был выполнен литературный обзор применения коксового орешка в доменных печах по всему миру.

Общая постановка проблемы

В связи с тем, что количество коксующегося угля по всему миру снижается, ведутся работы по снижению его удельных затрат на производство кокса.

Одним из самых распространенных методов по снижению расхода кокса в доменном производстве является подготовка последнего по фракционному составу, что благоприятно сказывается на удельном расходе кокса и на производительности ДП.

Процесс подготовки кокса по фракционному составу заключается в выделении таких вредных фракций, как +80 мм и 0-25 мм; в связи с ростом количества отходов кокса, стал вопрос об его возможной утилизации в ДП.

Цель работы

В этой статье был выполнен литературный обзор применения мелкофракционного кокса - коксового орешка, в доменных печах по всему миру.

Содержание работы

Известно, что себестоимость чугуна на 35-45% зависит от стоимости основного топлива доменной плавки – кокса, поэтому ученые и исследователи всего мира продолжают работы над снижением его удельного расхода в доменных печах..

Одним из наиболее распространенных путей снижения удельного расхода кокса является предварительная подготовка его по фракционному составу. Мероприятие по отсеву из кокса таких фракций, как <25 мм и >80 мм, позволяет повысить качество скипового кокса по таким показателям как механическая прочность (М40, М25, М10), горячая прочность (CSR) и реакционная способность (CRI). Применение такого мероприятия благоприятно влияет на ход доменной плавки: улучшается газодинамика столба шихты и снижается удельный расход скипового кокса [1].

Известно, что наиболее эффективной для доменных печей среднего и большого объёмов является фракция кокса 40-80 мм, применение которой обеспечивает выход на максимальный уровень производительности. Подготовка кокса по фракционному составу к доменной плавке предопределяет образование большого количества отсева кокса фракции менее 40 мм. Как один из вариантов по рациональному использованию отсева кокса предлагается его пересеивать с выделением так называемого коксового орешка с последующей загрузкой его в доменную печь в смеси с железорудной частью шихты.

Однако, вследствие широкомасштабного внедрения использования коксового орешка в доменной печи за последние 10-15 лет, возникает вопрос как о рациональном его использовании, так и влиянии на доменный процесс.

Первые опыты по применению косового орешка относятся к середине прошлого века. Впервые коксовый орешек применили на Днепропетровском металлургическом заводе в 1967 году. Коксовый орешек фракции 10-40 мм в количестве 93-97 кг/т чугуна загрузили в доменные печи в смеси с агломератом. Опыты показали, что введение коксового орешка в количестве 16,3-17,6% от удельного расхода кокса снижает суммарный расход твердого топлива на 1,8-9,9% [2].

Основательные исследования влияния перемешивания кокса с железорудными материалами были выполнены под руководством проф. В.И. Логинова. Показано, что при смешивании кокса с агломератом на 12-25% уменьшается газодинамическое сопротивление шихты по сравнению с послойной укладкой, наблюдается повышение степени использования газа СО на 1-3%. Вследствие перечисленных выше причин производительность доменной печи увеличивалась на 1,5-4,0% при снижении расхода кокса на 4-8% [3].

В доменных печах POSCO (Южная Корея) происходит смешивание коксового орешка с мелкой железной рудой, при дальнейшей дифференцированной загрузке в зону гребня шихты. Такой подход позволяет интенсифицировать восстановление оксидов железа.

Проведены опытно-промышленные плавки по использованию коксового орешка в доменном цехе ОАО «Северсталь». Нарушения газодинамического режима или ухудшение дренажной способности коксовой насадки обнаружены не были. Коэффициент замены кокса коксовым орешком составил 0,895 кг/кг.

Применение коксового орешка на ПрАО «Донецксталь» – металлургический завод» в количестве 27 кг/т чугуна позволило снизить удельный расход кокса с 463 до 455 кг/т чугуна (1,7%). Коэффициент замены в среднем составил 1 кг/кг кокса. Было зафиксировано, что использование коксового орешка создает условия для снижения потерь металлургического кокса – степень использования кокса в доменной печи увеличилась с 93,7 до 94,4%. Таким образом, экономия металлургического кокса на выплавку 1 т чугуна составила 21 кг (4,5%).

Использование коксового орешка фракцией 15-36 мм на доменной печи № 1 ПАО «Енакиевский металлургический завод» в количестве 25 кг/т чугуна способствовало снижению фактического расхода кокса на 10,7 кг/т чугуна, в том числе, на 4,0 кг/т чугуна – за счет совершенствования технологического режима доменной плавки, а 6,7 кг/т чугуна – за счет снижения потерь при высеве мелочи (менее 15 мм) из металлургического кокса.

Исследовательской группой профессора С.Л. Ярошевского было показано, что применение коксового орешка в смеси с железорудной частью позволяет улучшить газопроницаемость железорудной линзы. Оптимальные размеры коксового орешка: нижний – 10-15 мм, верхний – 35-40 мм. Введение первых порций коксового орешка в количестве 20-30% оказывает положительное влияние на газопроницаемость столба шихтовых материалов: газопроницаемость улучшается на 11,5-13,5% [1].

На доменной печи 3 Kakogawa (фирма Kobe Steel, Япония) проведены исследования по оценке использования коксового орешка в доменной плавке. Показано, что применение коксового орешка различной крупности в смеси с железорудной частью шихты позволило сохранить на периферии неизменный средний размер кусков кокса от уровня засыпи до распара. Так, например, при введении в железорудный слой коксового орешка в количестве 17 30 кг/т чугуна средний размер кусков кокса в распаре снижался всего на 1 мм по сравнению с загружаемым коксом, и составил 47 мм. Авторы пришли к выводу о возможности влияния на средний размер кусков кокса по высоте печи за счет оптимизации режима газификации углерода коксового орешка [4].

Заслуживают внимания работы специалистов Института черной металлургии Аахенского университета (г. Аахен, Германия), которые изучали влияние введения коксового орешка на степень восстановления агломерата и окатышей в условиях, характерных для зоны когезии доменной печи. Восстановлению в атмосфере 30% CO и 70% N2 подвергались железорудные материалы в смеси с коксовым орешком в соотношении 3 к 1, при постоянной температуре. Так, например, при выдержке в течение 120 минут и температуре восстановления 1100оС введение коксового орешка в слой окатышей позволило повысить их степень восстановления примерно на 25% [5].

В странах Западной Европы к началу 90-х годов прошлого столетия практически на всех доменных печах уже широко применяли коксовый орешек фракции, в основном, 10 35 мм, и считалось обычной практикой использование его в количестве от 20 до 100 кг/т чугуна, особенно при применении технологии пылевдувания. Отличительной особенностью применения коксового орешка в настоящее время является обеспечение газопроницаемости рудного слоя ввиду уменьшения коксовой линзы в отличие от первых опытов в 70-х годах прошлого века, когда применение коксового орешка было обусловлено, по всей видимости, стремлением более полного использования металлургического кокса в доменных печах.

Теоретические и экспериментальные соображения дают основание рассчитывать на существенную интенсификацию процесса восстановления оксидов железа в железорудном слое, при введении в него коксового орешка [6]. Нами планируется в дальнейшем проведение исследований об оценке влияния введения в железорудный слой коксового орешка различной крупности.

Таким образом, выполнен литературный анализ применения коксового орешка в доменных печах. Показано, что применение коксового орешка в смеси с железорудной частью шихты позволяет улучшить газопроницаемость рудной части шихты, а также будет способствовать значительной активизации процесса восстановления оксидов железа за счет использования углерода коксового орешка.

Список использованной литературы

  1. Исследование прочностных свойств кокса различных классов крупности / А.В. Емченко, С.А. Медянцев, С.Л. Ярошевский, А.В. Кузин // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Металургія. Випуск 14-15 (212) – Донецьк: ДонНТУ, 2012. – С. 14-19.
  2. Коробов, И.И. О возможности использования мелкого кокса в современной доменной технологии / И.И. Коробов, К.И. Котов, С.И. Пинчук // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 1969. – № 5. – 40-43 с.
  3. Логинов, В.И. Работа доменной печи при совместной загрузке железорудных материалов и кокса в скип / В.И. Логинов, К.А. Мусиенко, Д.В. Воронков и др.// Сталь. – 1987. – № 12 – С. 7-12.
  4. Low Coke Rate Operation of Blast Furnace by Controlling Size of Coke Mixed Into Ore Layer / Muneyoshi S., Kazuya M., Kentaro N. et al. // Proc. The 5th Int. Cong. on the Science and Technology of Ironmaking : ICSTI 2009, Shanghai, China. November, 19–23, 2009. – Shanghai, 2009. – P. 663–667.
  5. Mousa, E. Reduction of Pellets-Nut Coke Mixture under Simulating Blast Furnace Conditions / E. Mousa, D. Senk, А. Babich // Steel research international. – 2010. – V. 81. – № 9. – Р. 706-715.
  6. Кузин, А.В. Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа / А. В. Кузин // Металл и литье Украины. – 2013. – № 1. – 3-9 с.