Уровень энергетических затрат при выплавке чугуна в решающей степени предопределяет себестоимость чугуна и конечной металлопродукции. В Украине в 60-х годах XX века впервые в мире в промышленном масштабе была освоена технология вдувания в горн доменных печей (ДП) природного газа (ПГ) и дутья, обогащенного кислородом (O2). Однако в последние годы по уровню технико-экономических показателей доменной плавки украинские предприятия черной металлургии значительно отстали от современных металлургических предприятий Европы и других промышленно развитых стран. Теоретические соображения, отечественный и зарубежный опыт показывают, что за счет совершенствования технологии доменной плавки и применения пылеугольного топлива (ПУТ) эффективность применения комбинированного дутья может быть значительно увеличена.
Исследование эффективности использования ПГ и кислорода.
Разработана и использовалась в 2000...2005 гг.. программа для оптимизации технологического режима доменной плавки, основанная на обработке и исследовании первичной информации. В качестве единичного опыта рассматривали среднесменные данные работы ДП. Информация ежемесячно обновлялась. Минимальный объем выборки для исследования - 200...300 опытов. Оптимальный технологический режим для ДП №1 исследован в период с 01.10.03 по 30.11.04 гг.. ДП №1 работала в относительно благоприятных условиях: постоянный вид окатышей - ОАО "Северный горно-обогатительный комбинат" (СевГОК) (Кривой Рог, Украина), агломерат с содержанием железа 56,5%, температура дутья - 1000... 1050 °С, с отсевом из кокса мелочи 32...36 мм, введением в печь коксового орешка. В этих условиях оптимальный коэффициент КK (кислорода природным газом) составил 0,45 м3/мм3 при расходе кислорода 125 м3/т чугуна и ПГ 105 м3/т чугуна. Эти условия позволили снизить расход кокса до 495 кг/т чугуна, повысить производительность до 890 т/смену снизить до минимума приведенные затраты.
Исследованием подтверждена недостаточность в условиях ОАО "Енакиевский металлургический завод" (ОАО "ЕМЗ") (Украина) обогащения дутья кислородом как компенсирующего фактора для дальнейшего существенного повышсния расхода ПГ, необходимость для решения этой задачи полной и комплексной компенсации.
Обоснование и расчет оптимального технологического режима для строящейся ДП №5
Выполнены расчеты оптимальных технологического режима ДП №5 (Vп=1513 м3), задувка которой планируется в 2007 году. На первом этапе ДП №5 будет работать на горячем, обогащенном кислородом дутье, с вдуванием ПГ. Однако, проектом комплекса ДП (2-я очередь) предусмотрено строительство пылсугольной установки, рассчитанной на вдувание на 1 т чугуна 100...250 кг ПУТ. В связи с изложенным, выполнены соответствующие расчеты. В соответствии с реальными возможностями завода и доменного цеха, с учетом проектных данных ДП №5, для обеспечения полной и комплексной компенсации при вдувании в горн ПГ и ПУТ в количестве 100...250 кг/т чугуна предлагается использовать следующие компенсирующие мероприятия:
Расчет вариантов технологии ПГ+ПУТ+O2 и ПГ+О2 выполнили по методике профессора Рамма А.Н. На основании расчетов, исследования отечественного и мирового промышленного опыта, выполнили оценку реальности осуществления расчётных вариантов технологии с применением ПУТ исходя из значений определяющих комплексных параметров, предельными значениями которых приняты: рудная нагрузка - 5,8 т/т кокса; выход шлака - 1000 кг/т кокса; выход горнового газа - 5000 м3/т кокса; приход мелочи 5...0 мм с железорудной шихтой - 250 кг/т кокса; скорость газа в распаре - 20 м/с. В соответствии с набором компенсирующих мероприятий, рассмотрены 1-й, 2-й и 3-й режимы технологии с вдуванием на 1 т чугуна соответственно 60...160, 120...180, 160...240 кг ПУТ, а также, на основе 2-го режима, варианты технологии с повышенным расходом ПГ (+5, +10 и +15 м3/т чугуна).
Режим 1-й. Компенсирующие мероприятия для этого режима позволят снизить базовый расход кокса на 31,0...35,2 кг/т чугуна (6,2...7,1%), повысить производительность печей на 10,0...15,6%, снизить себестоимость чугуна на 5,5...22,9 грн./т. При этом улучшаются значения определяющих комплексных показателей плавки. Учитывая сложившиеся конъюнктуру и перспективы для реализации 1-го режима, рассмотрели, прежде всего, шихту на основе окатышей СевГОК. В этом режиме наибольшую эффективность при удовлетворительном значении определяющих комплексных параметров обеспечило использование ПУТ из угля марки Т (120 кг/т чугуна) и АС (100 кг/т чугуна). Реализация рассмотренных вариантов обеспечит снижение расхода кокса на 118,7...119,3 кг/т чугуна (23,8%), расхода ПГ - на 40...51,6 м3/т чугуна (43,9...56,6%), условного топлива - на 68,1...74,0 кг/т чугуна (10,8...11,7%), себестоимости чугуна — на 73,5...75 грн./т чугуна, прирост производительности - на 10,2... 11,3%. Величина суммарного коэффициента замены (∑KЗ)(0,99... 1,19 кг/кг), уровень определяющих комплексных параметров плавки свидетельствуют о том, что указанные варианты технологии обеспечены полной и комплексной компенсацией, поэтому могут быть реализованы на основе сложившихся в доменном цехе шихтовых и технологических условий.
Режим 2-й. При работе на окатышах СевГОК практически все варианты с вдуванием ПУТ имеют повышенный выход шлака - более 1000 кг/т кокса, что исключает возможность их стабильной промышленной реализации. Выход шлака при плавке на окатышах ОАО "Центральный горно-обогатительный комбинат" (ЦГОК)(Кривой Рог, Украина) на 82 кг/т чугуна (22,7%) ниже, чем при плавке на окатышах СевГОК: соответственно, при плавке на окатышах ЦГОК все варианты с вдуванием ПУТ имеют выход шлака ниже предельного уровня, также как и другие определяющие комплексные параметры. Оптимальными при работе на окатышах ЦГОК являются варианты с использованием ПУТ из угля марки Т и смеси АС+Г при расходе его на 1 т чугуна 160 кг. Реализация этих вариантов обеспечит снижение расхода кокса yа 163,5...164,5 кг/т чугуна (32,7 %), ПГ - на 67,2...68,8 м3/т чугуна (73,8...75,5%), себестоимости чугуна - на 77,7...82,1 грн./т чугуна, прирост производительности печи - на 22,2...22,9%. Величина ∑KЗ в рассматриваемых вариантах технологии - >1, значения других определяющих комплексных параметров свидетельствуют о наличии полной и комплексной компенсации.
Режим 3-й. Также как и во втором режиме, варианты пылеугольной технологии с использованием окатышей СевГОК не рассматривали, поскольку эти варианты имеют высокие, превышающие предельные, значения выхода шлака на 1 т кокса и скорости газа в распаре. Для окатышей ЦГОК компенсация обеспечивает снижение расхода кокса на 73,1 кг/т чугуна (14,6%), условного топлива - на 77,4 кг/т чугуна (12,3%), себестоимости чугуна - на 33,8 грн./т, прирост производства - на 34,3%. Соответственно снижение выхода шлака на 1 т кокса составило 205 кг (25,5%), скорости газа в распаре на 2,48 м/с (22,9%), выхода колошникового газа - на 789 м3(18,9%).
По сравнению с 1-м и 2-м режимами, в 3-м режиме компенсация усилена за счёт повышения доли окатышей в шихте (80%), расхода металлодобавки (120 кг/т чугуна), вывода из состава дутья ПГ и его увлажнения. Удовлетворительный уровень определяющих комплексных показателей обеспечен при вдувании в горн на 1 т чугуна 180 кг ПУТ, приготовленного из углей марок Т и АС+Г. Реализация этих режимов обеспечит снижение расхода кокса на 182,4...182.6 кг/т чугуна (36,6%), ПГ - на 91.1 м3/т чугуна, себестоимости чугуна - на 96,8..100 грн./т, повышение производительности - на 35,6... 36.9%. Эффективность повышения расхода ПГ оценили на примере 2-го режима. Из расчета следует, что дальнейшее повышение расхода ПГ в 1,7...2,3 раза менее эффективно, чем вдувание ПУТ. Это является прямым следствием повышения выхода восстановительных газов и расхода условного топлива на 1 т чугуна, снижения теоретической температуры горения и т.д.
Из изложенного очевидно, что реализация 2-го и 3-го режимов пылеугольной технологии может быть возможна при условии существенного изменения имеющихся технологических условий, прежде всего за счет замены окатышей СевГОК на ЦГОК, значительного улучшения прочностных показателей кокса, улучшения химического состава ПУТ, дальнейшего повышения параметров дутьевого режима. Выполненным расчетом показано, что применение ПУТ в сочетании с комплексом компенсирующих мероприятий позволит в технологических условиях ОАО "ЕМЗ" повысить долю замены кокса дополнительными топливами до 23,8...36,6%, что в 1,9...2,6 раза больше, чем при вдувании в горн ПГ+O2. Все рассмотренные и обеспеченные полной и комплексной компенсацией варианты технологии с применением ПУТ высокоэффективны: их реализация обеспечит на протяжении 2 лет окупаемость капитальных вложений, необходимых на строительство пылеугольного комплекса и реализацию компенсационных мероприятий.Выводы