| Вид брикета | Feмет | FeO | Fe2O3 | C | MnO | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | SO3 | P2O5 | TiO2 | V2O5 | H2Oгидр |
| Б1 | 47,92 | 1,26 | 1,18 | 18,65 | 0,68 | 4,93 | 1,53 | 8,75 | 0,46 | 0,13 | 0,03 | 0,31 | 0,49 | 13,04 |
| Б2 | 48,68 | - | 1,18 | 20,67 | 0,31 | 4,35 | 1,53 | 8,66 | 0,46 | 0,13 | 0,03 | 0,03 | - | 13,04 |
| Б3 | 0,47 | 32,8 | 18,63 | 18,67 | 0,54 | 4,35 | 1,64 | 8,66 | 0,46 | 0,15 | 0,06 | 0,04 | - | 13,04 |
Для определения восстановимости брикетов в соответствии с ГОСТ 21707-76 непрерывно контролировали изменение массы образца в процессе его восстановления водородом при 800°С и расходе газа-восстановителя 1,5 л/мин. Установлено, что незначительное количество оксидов железа в брикетах Б1 и Б2 восстанавливается в первые минуты эксперимента, брикеты БЗ восстанавливаются практически полностью за 40 мин (рисунок 1).
Размягчаемость брикетов определяли на установке конструкции МИСиС по изменению высоты слоя (60 мм) пробы материала крупностью 5-8 мм при его нагреве в восстановительной атмосфере со скоростью 14°С/мин в течение первых 45 мин, а затем со скоростью 5-6°С/мин. При нагреве пробы до 900°С расход восстановительных газов H2 и N2 составлял 0,3 и 1,1 л/мин, а выше 900°С - 1,1 и 0,3 л/мин соответственно. Давление на восстанавливаемую пробу повышали от О до 65 кПа. Установлено, что при нагреве в интервале температур 900-1300°С железококсовые брикетыпрактически не размягчаются. При этом брикеты БЗ размягчаются в большей степени, чем брикеты Б2 (рис. 2), но в меньшей степени, чем обычное железорудное сырье. Причиной является структура брикетов, образующаяся при их нагреве в восстановительной атмосфере: железная матрица из спекшихся частиц железа (исходного или восстановленного), включающая кусочки кокса в оболочке из тугоплавких кальций-алюмосиликатов.
Нагрев в восстановительной атмосфере со скоростью 500°С/ч до 1000°С и со скоростью 50°С/ч до 1150°С с последующим охлаждением их в инертной атмосфере до 40-50°С не повлиял на форму и размеры железококсовых брикетов из металлоотсева. На их поверхности появились лишь мелкие (10-15 мм) трещины.
Таким образом, результаты исследований показали, что железококсовые брикеты пригодны для проплавки в доменной печи, где они должны сохранять свою форму и размеры вплоть до зоны температур 1250-1300°С.
Опытные плавки с применением железококсовых брикетов в шихте провели на доменной печи № 1 ОАО «Свободный Сокол» (полезный объем 700 м3, 12 фурм, подача шихты к скипам вагон-весами). Печь работает на привозном коксе и выплавляет литейный и передельный чугуны из Лебединских окатышей с использованием в качестве флюсов известняка и доломита. При выплавке литейного чугуна для частичной замены кокса применяется шунгит в количестве до 100 кг/т. В шихте используется также небольшое количество металлодобавок и марганцевой руды (табл. 2).
используемых при выплавке передельного и литейного чугунов в доменной печи, %
| Материалы | Fe | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | Mn | P | W,% |
| Окатыши Лебединские | 65,73 | 5,96 | 0,45 | 0,3 | 0,5 | 0,053 | 0,020 | 2,6 |
| Руда Михайловская | 37,51 | 47,81 | 0,74 | 0,84 | 0,51 | 0,03 | 0,061 | 1,15 |
| Руда марганцевая | 5,77 | 14,27 | 2,92 | 3,52 | 1,13 | 38,07 | 0,151 | 11,4 |
| Известняк | 0,50 | 1,02 | 0,90 | 52,91 | 0,79 | - | - | 1,40 |
| Доломит | 1,38 | 1,6 | 0,84 | 31,36 | 19,30 | - | - | 2,10 |
Опытные плавки с использованием в шихте железококсовых брикетов начали при работе печи на передельный чугун, однако через 2 сут ее перевели на выплавку литейного чугуна. При этом загрузку брикетов прекратили и возобновили лишь через 3 сут. В итоге партия брикетов массой 500 т была проплавлена частично при выплавке передельного чугуна и частично - при выплавке литейного чугуна. Никаких негативных изменений в работе доменной печи и в отработке продуктов плавки при использовании брикетов не отмечено.
Известно, что усреднение информации о работе печи за периоды менее 5-7 сут практически всегда искажает (иногда существенно) показатели удельных расходов сырьевых материалов и топлива по причинам, несвязанным с технологией плавки [4]. С учетом этого для оценки влияния использования брикетов в шихте на технико-экономические показатели работы печи и уменьшения искажения полученной информации о работе печи сформированы средневзвешенные по массе чугуна базовый и опытный периоды. В базовый период включили 3 сут работы печи на передельном чугуне перед началом использования брикетов и 3 сут на литейном чугуне после окончания использования брикетов, в опытный период - 2 сут работы печи на передельном чугуне и 5 сут на литейном чугуне с использованием железококсовых брикетов в шихте (табл. 3). Установлено, что использование в шихте железококсовых брикетов в количестве 51,83 кг/т привело к повышению производительности печи на 91,71 т/сут и уменьшению расхода кокса на 6,14 кг/т.
при выплавке передельного и литейного чугунов в базовом и опытных периодах
| Показатель | Периоды | Изменение показателя | dK, кг/т | dП, т/сут | |
| базовый | опытный | ||||
| Производство, т/сут | 1009,97 | 966,65 | -42,32 | - | - |
| Простои, % | 0,09 | 0,56 | +0,47 | -1,24 | +7,12 |
| Тихий ход, % | 0,897 | 1,97 | +1,073 | -2,84 | 16,3 |
| Удельный расход сухого скипового кокса, кг/т | 529,64 | 558,99 | +29,34 | - | - |
| Содержание железа в железорудной части шихты, % | 65,94 | 65,3 | -0,64 | -3,39 | +12,3 |
| Расход материалов, кг/т | |||||
| окатыши ЛГОКа | 1307,2 | 1481,9 | +174,7 | - | - |
| руда железная | - | 8,344 | 8,344 | - | - |
| Брикеты металлургические | - | 51,83 | +51,83 | - | - |
| Скрап оборотный | 185,04 | 8,977 | -176,1 | -16,8 | +53,3 |
| Руды марганцевая | 7,51 | 11,99 | +4,48 | - | - |
| Шунгит | 12,74 | 37,07 | -24,37 | +19,5 | - |
| Известняк | 108,76 | 121,72 | +12,96 | -3,43 | +6,5 |
| Доломита | 67,07 | 91,7 | +24,63 | -5,21 | +9,9 |
| Температура дутья, С | 1029,18 | 993 | -36,18 | -7,68 | +14,64 |
| Расход природного газа, м2/т | 64,21 | 54,81 | -9,4 | -7,52 | - |
| Давление колошникового газа, ати | 0,71 | 0,742 | +0,032 | +0,33 | -0,3 |
| Содержание в чугуне, % | |||||
| Si | 1,671 | 2,049 | +0,378 | -4,45 | +8,48 |
| Mn | 0,247 | 0,405 | +0,158 | -1,673 | +0,319 |
| S | 0,022 | 0,022 | - | - | - |
| Основность шлака (CaO/SiO2) | 1,02 | 1,031 | +0,011 | - | - |
| Выход шлака, кг/т | 243,92 | 249,64 | +5,72 | -1,059 | +3,43 |
| Приведенный расход кокса, кг/т | 529,64 | 523,5 | - | -35,5 | - |
| Приведенная производительность, т/сут | 1009,97 | 1101,68 | - | - | +135,00 |
Оценку влияния железококсовых брикетов Б1 на технико-экономические показатели работы печи выполнили путем компьютерного моделирования доменной плавки для условий периодов базового и опытного с применением в шихте брикетов Б1 в количестве 69,5 и 260 кг/т чугуна. Для адаптации математической модели к условиям работы доменной печи № 1 ОАО "Свободный Сокол" использовали усредненные показатели базового периода, с которым сравнивали результаты моделирования.
Эти результаты подтвердили высокую эффективность применения железококсовых брикетов: существенное снижение расхода кокса и повышение производительности печи при сокращении расхода окатышей на выплавку чугуна. Для брикетов Б1 коэффициент замены кокса брикетами составил 0,40-0,41 кг/кг. Снижение расхода кокса достигается благодаря действию следующих факторов:
-прямая замена углерода кокса углеродом, содержащимся в брикетах и участвующем в реакции газификации и в прямом восстановлении железа из железистых первичных и промежуточных шлаков;
-в связи с частичным выводом известняка из шихты благодаря повышенной основности железококсовых брикетов;
-отсутствие затрат тепла на прямое восстановление железа брикетов, которое поступает в печь в металлическом виде.
Повышение производительности печи при применении железококсовых брикетов менее существенно и оно обусловлено главным образом сокращением расхода кокса, т.е. увеличением рудной нагрузки. Весьма значительно (на 0,2 МДж/м3) повысилась калорийность колошникового газа при применении железококсовых брикетов в количестве 260 кг/т.
Выводы:
Железококсовые брикеты на цементной связке, изготовляемые из мелкодисперсных металлических отсевов производства феррованадия или из металлической стружки, имеют высокую термостойкость, не разрушаются при высокой скорости нагрева в восстановительной атмосфере под нагрузками, характерными для условий доменной печи, и являются высококачественным комплексным сырьем для доменной печи, содержащим в себе металлическое железо, восстановитель и флюсующие компоненты. Производство железококсовых брикетов на цементной основе позволяет решать проблему производственного рециклинга коксовой мелочи и мелкодисперсных металлических отходов для предприятий, не имеющих аглофабрики. Применение брикетов может быть особенно эффективным на печах, работающих на неофлюсованном железорудном сырье с применением известняка и доломита. Кроме того, железококсовые брикеты, снижая содержание кислорода в шихте, увеличивают долю СО в колошниковом газе и его калорийность, что может быть использовано в специальных технологических режимах доменной плавки с целью получения в доменной печи колошникового газа заданного состава [5].
Литература
-
Равич Б.М - Брикетирование в черной и цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1975. - 232 с.
М. Р. Landow, Mark I. Crawford and M.Martinez. Benefits of Recycling Blast Furnace Waste Materials at National Steel - Great Lakes Division by Cold Bonded Briquetting: 59th Ironmaking conference proceedings. Pittsburgh. Pennsylvania. March 26-29.2000. PP. 225-231.
Cupola furnace forthe recycling of steel mill waste materials to liquid hot metal/ KUTTNER: Presentation on occasion of the Russo-Ukrainian blast furnace conference. Kosice. June 18-24.2001.
Товаровский И.Г. Совершенствование и оптимизация параметров доменного процесса. - М.: Металлургия, 1987. -192с.
Курунов И.Ф., Тихонов Д.Н., Свитко С.В, Доменная печь - агрегат для получения восстановительного газа// Черная металлургия. Бюлл. ин-та "Черметмнформация". 2002. № 10. С 28-31.