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