ДонНТУ   Портал магистров

Содержание

Введение

Жидкий чугун, несмотря на рост производства DRI, темпы которого не уступают темпам роста производства чугуна, остается основным и главным компонентом металлошихты при выплавке стали, и его доля в общей массе железа, получаемого из железорудного сырья, сохраняется стабильной. Факторами, определяющими экономические преимущества доменного процесса перед другими, являются: длительность кампании ДП, их производительность, удельные расходы кокса и вдуваемого топлива.

Вдувание ПУТ в доменную печь является эффективной технологией с точки зрения снижения себестоимости чугуна, повышения производительности печи и защиты окружающей среды. Эта идея защищена патентом еще в 1831 г. Однако ее массовое промышленное внедрение началось в 80–90 гг. XX века после теоретического исследования и разработки специализированного оборудования, обеспечивающего эффективное вдувание ПУТ в доменные печи, взрыво- и пожаробезопасности и др. Итогом стало введение в 80-х гг. прошлого столетия в эксплуатацию первых промышленных установок фирмы «Armco Steel» (г. Эшленд, США) и ПАО «Донецксталь»-МЗ» (Украина). На базе многолетнего опыта были сформулированы научные принципы технологии, позволившие строго рассчитывать оптимальные расходы ПУТ.

1. Актуальность темы

В последние 30 лет в мире непрерывно расширяется внедрение технологии доменной плавки с заменой части кокса пылеугольным топливом (ПУТ).

Отечественная и зарубежная практика целиком подтверждает известные теоретические предпосылки об эффективности ПУТ. Преимущества применения ПУТ в металлургии чугуна подтверждаются также следующими обстоятельствами:

– практически все новые или реконструируемые доменные печи за рубежом строились в комплексе с современными пылеугольными установками: Испания, Бразилия, Ю. Корея, Турция и др.;

– сегодня в мире с применением ПУТ выплавляется 600 млн. т чугуна/год, доля замены им скипового кокса возросла до 45-50 %, а расход последнего практически сократился до 240 кг/т чугуна [1];

– практика зарубежных фирм подтвердила, что массовое промышленное внедрение пылеугольной технологии и соответственное сокращение объема производства кокса определяют для коксодоменного комплекса снижение капитальных затрат и площадей, занятых оборудованием, эксплуатационных расходов, повышение производительности труда, условия для повышения доли спекающихся углей в коксошихте и улучшение качества производимого кокса, снижения загрязнения водного и воздушного бассейнов вредными выбросами.

Массовый промышленный опыт, новейшие теоретические разработки подтверждают принципиальную возможность снижения расхода скипового кокса на 1 т чугуна до 100-200 кг за счет введения технологии доменной плавки с вдуванием 200-260 кг т/чугуна ПУТ и реализации технологии полной и комплексной компенсации [2].

Несмотря на бесспорные успехи Украины в 70-90 гг. прошлого века в освоении промышленной технологии с применением ПУТ, на сегодняшний день в использовании и внедрении такой технологии она отстает от большинства капиталистических стран на 20-25 лет. Очевидно, что решение вопроса о массовом промышленном внедрении ПУТ технологии в доменных цехах Украины с целью замены им части или всего ПГ и значительного снижения расхода скипового кокса, не терпит отсрочки.

2. Цель и задачи исследования

Цель работы - разработка и оценка эффективности для условий доменной печи №3 ПАО «ЕМЗ» пылеугольной технологии доменной плавки с заменой до 60 % кокса. На ДП №3 полезным объемом 1719 м3 начато строительство пылеугольного комплекса по контракту с фирмой Kuttner.

Для оценки эффективности предлагаемых мероприятий базовыми были приняты расчетные показатели плавки ДП №3 с высоким расходом ПУТ, разработанные лабораторией использования ПУТ ДонНТУ. Принятая методика расчета создана на основе работ профессора А.Н. Рамма [3].

В качестве базового периода приняли показатели работы печи в мае 2012 г.: производительность 2860 т/сутки; Qk скип = 464,3 кг/т; Qк ореш = 41,7 кг/т; расход ПГ: 43,0 м3/т чугуна. Доменная печь выплавляет предельный чугун с использованием кокса улучшенного качества «Премиум», местного агломерата, основностью (CaO/SiO2) = 1,3, окатышей СевГОК, магнезиальных шлаков, основностью (CaO/SiO2) =1,15. На основе принципа полной и комплексной компенсации (вывод из состава дутья ПГ, обогащения дутья кислородом и применения высокоосновного агломерата, качество кокса) выполнен расчет технологических режимов с применением ПУТ, который показал, что при использовании имеющейся в распоряжении ПАО «ЕМЗ» железорудной шихты оптимальный расход ПУТ равен 160 кг/т чугуна. Это обеспечивает снижение расхода кокса на 170,3 кг/т (33,5 %), вывод из состава дутья ПГ (43,0 м3/т), снижение расхода условного топлива на 59,5 кг/т (10,56 %), прирост производительности печи на 14,5 %, себестоимость чугуна снизится на 219 грн./т чугуна.



Таблица - Уровень компенсирующих мероприятий в технологических режимах с вдуванием ПУТ

Показатели База 1 2 3 4 5 6 7
  Расход материалов, кг/т чугуна
    ПУТ, кг/т чугуна045135160185210220230
    ПГ, м3/т чугуна4326000000
    агломерат ЕМЗ (В=1,3)498498000000
    агломерат ЕМЗ высокоосновный00715715715580490400
    агломерат ММК им. Ильича598598000000
    агломерат ЮГОК153153000000
    окатыши СевГОК4454459534690000
    окатыши ЦГОК 00004701039948858
    конвертерный шлак 7474000000
    брикеты из отсева00232323232323
    железная руда (Украина)2424000000
    железная руда (имп.)000000160320
  Основность шлака1,151,151,121,121,121,121,121,12
  О2 в дутье, %21212122,925,127,528,529,9
  Температура дутья, оС11361136120012001200120012001200



Таблица - Технико-экономические показатели доменной плавки в технологических режимах с вдуванием ПУТ

ПоказателиБаза1234567
 Производительность,
  т/сутки		28292820311232393463368537613857
 Расход кокса и коксового орешка,
  кг/т чугуна		506,0475,3359,8335,7302,8271,2259,2247,9
 Расход условного топлива,
  кг/т чугуна		564,!558,9503,6504,5496,5489,8487,8486,5
 Изменение себестоимости чугуна,
  грн/т чугуна		0,0-79,9-197,8-219,8-251,0-253,3-216,2-174,9



Дальнейшее повышение расхода ПУТ до 230 кг при сохранении высокого уровня оптимальности и стабильности технологии возможно при обогащении дутья кислородом до 29,9 % и замене части агломерата и окатышей СевГОК импортной железной рудой.

Выводы

Реализация указанных комплексных мероприятий позволит снизить выход шлака с 475 до 212 кг/т чугуна (51,5 %), приход серы с шихтой с 6,6 до 4,4 кг/т чугуна (33 %) и выход горновых газов на 645 м3/т чугуна (35 %). При наличии соответствующих компенсирующих мероприятий реальной становится возможность замены до 60 % скипового кокса дополнительным топливом. Таким образом, можно сделать вывод, что построение установки ПУТ на ПАО «ЕМЗ» является необходимостью на пути становления экономически стабильного предприятия.

Список источников

  1. Ярошевский С.Л. Выплавка чугуна с применением пылеугольного топлива.- М.: Металлургия, 1988.- 176 с.
  2. Ярошевский С.Л. Основной ресурс повышения эффективности доменной технологии – снижение расхода кокса до 100-200 кг/т чугуна С.Л. Ярошевский, А.А. Минаев, И.В. Мишин, А.В. Кузин и др. // 5й международный конгресс по агло-коксо-доменному производствам, Ялта, 21-25 мая 2012 г. – С. 35-45.
  3. Рамм А.Н. Современный доменный процесс / А.Н. Рамм. – Металлургия, 1980. – 304 с.
  4. Ярошевский С.Л Перспективность и эффективность доменной технологии определяется степенью замены кокса пылеугольным топливом. Доклад на конференции «Пылеугольное топливо – альтернатива природному газу при выплавке чугуна» //Донецк, 18-21 декабря 2006 г. – Донецк, Норд компьютер, 2007. – 21 с.
  5. Ярошевский С.Л., Афанасьева З.К., Кузин А.В. Основные принципы расчета и организации технологии доменной плавки при замене дополнительными видами топлив 30 – 60 % кокса (отечественный и зарубежный опыт) // Труды международной научно-практической конференции «Творческое наследие Б.И. Китаева», Екатеринбург, УГТУ –УПИ. – 2009 . – С.138-148.
  6. Минаев А.А. Снижение расхода и дефицитности потребляемых энергоресурсов на производство чугуна – основной резерв качественного повышения рентабельности черной металлургии Украины / Минаев А.А., Ярошевский С.Л., Афанасьева З.К., Голухин Н.В., Мишин И.В. // материалы VIII международной научно-технической конференции «Тепло- массообменные процессы в металлургических системах» – Мариуполь: ПГТУ. – 7-9 сентября 2010 г. – С.19-27.
  7. Доменное производство Японии в новом столетии. Исследования и технические разработки/ Новости черной металлургии за рубежом.-2007.- № 4.- С. 22-31.
  8. Китаев Б.И., Ярошенко Ю.Г., Лазарев Б.Л. Теплообмен в доменной печи. –М.: Металлургия, 1966. – 355 с.
  9. Савчук Н.А., Курунов И.Ф. Доменное производство на рубеже ХХI века // Новости черной металлургии за рубежом. – 2000. – Часть ІІ. – Приложение 5. – М.: ОАО "Черметинформация".– 42 с.
  10. Ярошевский С.Л., Кузнецов А.М., Афанасьева З.К. Резервы эффективности комбинированного дутья в доменных цехах Украины. – Донецк: Норд компьютер, 2006. – 31 с.
  11. Ярошевский С.Л., Хлапонин Н.С. Качество шихты доменных печей, работающих с применением пылеугольного топлива// Труды международной научно-технической конференции «Пылеугольное топливо – альтернатива природному газу при выплавке чугуна» г. Донецк, 18-21 декабря 2006 г. – Донецк: УНИТЕХ, 2006. – С. 59-64.
  12. Золотухин Ю.А., Андрейчиков Н.С., Куколев Я.Б. Требования к качеству кокса для доменных печей, работающих с различным удельным расходом пылеугольного топлива// Кокс и химия. – 2009. – № 3. – С. 25-31.