автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Рациональное использование коксового орешка на доменных печах с компактным БЗУ лоткового типа

КОМІРОльный

ЭКЗЕМПЛЯР

На правах рукописи

005018760

ХАРЧЕНКО Александр Сергеевич

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОКСОВОГО ОРЕШКА НА ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ С КОМПАКТНЫМ БЗУ ЛОТКОВОГО ТИПА

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

з МАЙ 2012

Магнитогорск - 2012

005018760

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Сибагатуллин Салават Камилович.

Официальные оппоненты:

Спирин Николай Александрович доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина», кафедра теплофизики и информатики в металлургии, заведующий кафедрой.

Шаповалов Алексей Николаевич кандидат технических наук, доцент, Новотроицкий филиал национального исследовательского технологического университета «МИСиС», кафедра металлургических технологий, доцент.

Ведущая организация:

ОАО ГНЦ «Уральский институт металлов», г. Екатеринбург.

Защита состоится 15 мая 2012 года в 14- часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.01, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан « 9 » апреля 2012 г.

Ученый секретарь \/

диссертационного советам, Д) /^¿¿¿^беливанов Валентин Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из ключевых направлений совершенствования технологии металлургического производства России является энергосбережение во всех технологических переделах. Черная металлургия - одна из наиболее энергоемких отраслей промышленности. Около 20 % от общезаводских затрат приходится на приобретение топливно-энергетических ресурсов. Самым крупным их потребителем остается доменное производство. На его долю приходится около 50 % энергоресурсов, используемых черной металлургией.

Из производимого для доменных печей кокса пригодная по крупности часть для непосредственного применения составляет около 80 %. Ввиду этого происходит избыточное расходование дефицитных и дорогостоящих коксующихся углей, мировые разведанные запасы которых в настоящее время не превышают 400 млрд т. Для выполнения стратегического направления, утвержденного правительством РФ в апреле 2003 года, об организации и комплексном использовании минерально-сырьевых ресурсов в интересах нынешних и будущих поколений необходимо рациональное расходование кокса. Одним из направлений снижения потребления углей является вовлечение в технологию производства чугуна коксового орешка крупностью 10-25 мм. Хотя способы его использования совместно с железорудной частью шихты уже известны, они не нашли широкого применений, поскольку наряду с положительными сторонами - наличие углерода, повышенная холодная прочность по сравнению со скиповым коксом, более высокая эквивалентная по поверхности крупность, чем у агломерата и окатышей - имеются и отрицательные. Недостаточно высокие результаты в значительной мере обусловлены большим влиянием дренажа продуктов плавки в горне печи на ее работу. Одной из причин негативного влияния орешка на фильтрующую способность коксовой насадки является неравномерное его распределение по окружности колошника. Особенно это проявляется на печах, оснащенных компактным бесконусным загрузочным устройством лоткового типа.

В связи с этим актуальной задачей для производства чугуна является разработка режима использования орешка в печах, оснащенных компактным лотковым загрузочным устройством, исключающая негативное действие его на фильтрующую способность коксовой насадки в горне с достижением повышенного эквивалента замены им кокса.

Цель работы - разработка режима использования коксового орешка, обеспечивающего эффективное его потребление в составе железорудной части шихты доменных печей, оснащенных компактным БЗУ лоткового типа. Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи:

- исследовать поступление шихтовых материалов из бункера БЗУ в колошниковое пространство и выявить рациональный режим загрузки коксового орешка в доменную печь;

- установить влияние характеристик дутья, кокса и железорудного сырья, включающего коксовый орешек, на коэффициент сопротивления шихты движению газов в нижней части печи;

- исследовать действие расхода орешка на ход плавки, в том числе дренажную способность горна печей, работающих в условиях нижней и верхней определяющих по газодинамике зон;

- выявить и исследовать различные мероприятия, обеспечивающие снижение удельного расхода кокса путем компенсации отрицательного действия орешка на фильтрующую способность.горна печи.

Научная новизна:

1. Выявлена последовательность размещения компонентов шихты в бункере БЗУ, обеспечивающая максимальную равномерность выхода коксового орешка из него в колошниковое пространство печи и пониженный удельный расход кокса.

2. Установлено действие расхода коксового орешка на дренажную способность горна печи в зависимости от расположения определяющей зоны силового взаимодействия потоков шихты и газа.

" 3. Получено уравнение, описывающее влияние характеристик дутья, железорудного сырья и качества кокса на коэффициент сопротивления шихты движению газов в нижней части печи, позволяющее выявить мероприятия, компенсирующие негативное действие орешка на дренажную

способность горна.

4. Установлено влияние расхода коксового орешка и коэффициента равномерности поступления его из бункера БЗУ в колошниковое пространство на газодинамические процессы по высоте печи, ее тепловую работу и степень восстановления железа из БеО различными

восстановителями.

Практическая ценность. Достигнуто снижение удельного расхода скипового кокса путем увеличения потребления коксового орешка без ухудшения хода доменной плавки и повышения коэффициента замены им кокса. Долевой экономический эффект от внедрения разработанной технологии в условиях ОАО «ММК» составил 3,54 млн руб.

На основе выполненных лабораторных экспериментов создана программа для ЭВМ «Определение рационального режима загрузки коксового орешка в колошниковое пространство доменной печи, оснащенной БЗУ лоткового типа», имеющая государственную регистрацию. Программа позволяет определить коэффициент равномерности поступления коксового орешка в зависимости от последовательности загрузки компонентов шихты, расхода орешка и степени открытия шихтового затвора. Его повышение обеспечивает эффективное использование орешка и снижение удельного

расхода скипового кокса.

Реализация работы. Полученные в работе результаты позволили эффективно использовать коксовый орешек в шихте доменных печей ММК с

доведением коэффициента замены им кокса до 0,91 кг/кг, что подтверждено актом внедрения.

Материалы исследований включены в методическое указание по курсовой работе «Анализ причин изменения удельного расхода кокса и производительности доменной печи по производственным данным». Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ», 2011. - 18 с.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на 68-й и 69-й межрегиональных научно-технических конференциях МГТУ им. Носова (г. Магнитогорск, 2010-2011 гг.); 10-й и 11-й международных научно-технических конференциях молодых специалистов ОАО «ММК» (г. Магнитогорск, 2010-2011 гг.); 11-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов «Энергетики и металлурги настоящему и будущему России» (Магнитогорск, 2010 г.); Третьем международном конгрессе по аглококсодоменному производствам «Проблемы доменного производства в современных экономических условиях работы горно-металлургического и топливно-энергетического комплексов» (Украина, Ялта, 2010); четвертом международном промышленном форуме «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении» (Челябинск, 2011 г.).

По материалам диссертационной работы проведено обучение технологического персонала доменного цеха ММК в процессе повышения ими квалификации.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 1 программа для ЭВМ, 15 статей в журналах и сборниках научных трудов, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов диссертационной работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 150 наименований и 6 приложений. Она изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 41 таблицу.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены ее цель, решаемые задачи, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе представлен литературный обзор по накопленному опыту использования коксового орешка в составе шихты доменных печей России и зарубежья.

Из анализа изученных работ следует, что использование кокса класса 10-25 мм в шихте доменных печей не сопровождалось всесторонним изучением дренажной способности горна, анализом действия расхода орешка на работу печей, работающих с нижней и верхней лимитирующей по

газодинамике зоной. Его вовлечение в доменную плавку часто приводит к ухудшению хода процесса, снижению производительности печи. Исследованиями показано, что БЗУ лоткового типа недостаточно обеспечивает равномерное распределение орешка по окружности колошника. Исходя из этого сформировали цель, определили задачи, обосновали выбор

направления исследования.

Во второй главе приведены результаты лабораторных испытании коксового орешка и физического моделирования влияния различных факторов на равномерность поступления орешка из шихтового бункера БЗУ в колошниковое пространство доменной печи. Разработана программа для расчета на ЭВМ рационального режима загрузки коксового орешка в доменную печь, обеспечивающего высокую равномерность его поступления

из шихтового бункера БЗУ.

Орешек, выделенный из вновь испеченного кокса, содержит на 20 /о больше фракции 19-25 мм по сравнению с полученным путем отсева у доменной печи (табл. 1).

Таблица 1

Ситовый состав исследуемого коксового орешка__

Содержание (%) по классам крупности (мм)

Вид коксового орешка 10-13 13-19 19-22,4 22,4-25

Сухого тушения 4,8 22,2 42,1 30,9

Мокрого тушения 5,8 23,9 40,6 29,7

С рассева у доменной печи: сухого тушения мокрого тушения 9,2 12,8 34,8 38,7 30,7 26,4 25,3 22,1

Коксовый орешек по сравнению со скиповым коксом имеет меньшее содержание углерода, повышенную влажность, зольность, холодную прочность, реакционную способность и пониженную горячую прочность.

Для физического моделирования применили трехфакторный план эксперимента Бокса - Бенкина при варьировании на трех уровнях.

Рассмотрены следующие факторы:

- последовательность загрузки коксового орешка в бункер;

- степень открытия шихтового затвора;

- расход коксового орешка в подачу.

В качестве параметра оптимизации использовали коэффициент равномерности поступления коксового орешка из шихтового бункера:

где о; — среднеквадратическое отклонение по массе ьх порций коксового орешка, поступающих из шихтового бункера;

КОср - среднее значение поступающих из бункера порций орешка по массе.

Для математического описания выходного параметра от указанных факторов выбран полином второй степени.

У =Ь0 + Ь,х, + Ь2х2 + Ь3х3 +Ь12х|2 + Ь23х23 +Ь,3х13 +Ь22х2 +Ь33х3, (2)

где хрхз - факторы, влияние которых на параметр оптимизации исследуются;

Ь„ - коэффициенты уравнения регрессии.

Исследования провели на физической модели компактного бесконусного загрузочного устройства лоткового типа, изготовленной в масштабе 1:5 по отношению к линейным размерам БЗУ доменных печей ОАО «ММК» полезным объемом 1370 м3. Поперечные размеры модели составляют 1600 х 1500 мм, высота - 3720 мм.

В ходе эксперимента было соблюдено равенство критерия Ньютона для реальной печи (№дп) и модели (№м). Коксовый орешек загружали в составе железорудного сырья, включающего 75 % агломерата и 25 % окатышей. Количество орешка в бункере модели БЗУ соответствовало расходу его 100, 550 и 1000 кг в порции весом 16 т для реальной печи. Располагали его под агломератом, в середине его слоя и над ним. Окатыши при этом в эксперименте 1 находились сверху, в эксперименте 2 - снизу. Варьируя долями загружаемых в бункер материалов, оставляя неизменным общее количество, производили их выпуск при различной степени открытия шихтового затвора. По ходу выпуска отбирали пробы и отделяли материалы друг от друга. Определяли долю коксового орешка и окатышей в смеси с агломератом по ходу выпуска и затем, по формуле (1), рассчитывали коэффициент равномерности поступления коксового орешка из бункера.

Каждый опыт дублировали, после чего находили дисперсию эксперимента. Затем по критерию Кохрена определяли однородность данного ряда дисперсий.

Обработкой экспериментальных данных определены коэффициенты уравнения (2), значимость которых оценили по критерию Стьюдента.

Коэффициент равномерности выхода коксового орешка из шихтового бункера БЗУ для экспериментов № 1 и 2 описывается полиномами:

К ко =0,476 + 0,660А + 0,080о:шз-0,123А:0 + 0,032Ао'шз+ (3)

+ О.ОЗЗКОашз -0,150АКО-0,860А2 -0,085а2, +0,064К02;

К ко = 0,273 - 0,272А+ 0,13 5КО - 0,145КОогшз - 0,099а: 23 -0,049К02, (4)

где ССШЗ - степень открытия шихтового затвора; КО - количество коксового орешка в подаче;

А - доля агломерата, располагающаяся над коксовым орешком в шихтовом бункере БЗУ. В полученных уравнениях все факторы представлены в кодированной форме и изменяются от -1 до 1.

По критерию Фишера эти уравнения адекватно отражают экспериментальные данные. Расчетные значения составили 0,20 и 0,30 против табличных 2,67 и 2,92 в экспериментах 1 и 2 соответственно. Коэффициент детерминации Я2, равный 0,99, показывает, что построенная

регрессия объясняет более 99 % разброса значений переменной хк0

относительно среднего.

В эксперименте 1 наиболее высокую равномерность обеспечивала загрузка материалов в следующей последовательности: на дно шихтового бункера 70 % агломерата, затем коксового орешка, далее загрузка оставшегося 30 % агломерата (рис. 1). Окатыши загружали последними. Такая очередность приводит к расположению орешка в середине объема шихты.

20

40

60

80

100

Доля агломерата, находящегося на коксовом орешке, %

Рис. 1. Зависимость равномерности поступления коксового орешка из шихтового бункера на лоток БЗУ от доли агломерата над ним при расходе орешка 100 кг/подачу и угле открытия шихтового затвора 50° (-»"). 55° С"1"-) и 60° (-*-)

В эксперименте 2 коксовый орешек поступал из шихтового бункера на лоток БЗУ равномернее при следующей загрузке: на дно бункера окатышей, затем коксового орешка, далее агломерата (рис. 2).

н к <0 К Я К

К н о о к

Оч

<и 2

о

к «

св &

Доля агломерата, находящегося на коксовом орешке, %

Рис. 2. Зависимость равномерности поступления коксового орешка из шихтового бункера на лоток БЗУ от доли агломерата над ним при расходе орешка 1000 кг/подачу и угле открытия шихтового затвора 50° (-♦-), 55° ("■") и 60° С"'1")

Таким образом, наилучший коэффициент равномерности поступления орешка из шихтового бункера БЗУ получили при выпуске его из середины объема материалов в бункере, располагая окатыши после агломерата и орешка. При угле открытия шихтового затвора 50° максимальное значение коэффициента равномерности составило 0,85.

В третьей главе приведены результаты нейросетевого моделирования. С помощью нейронных сетей исследовали влияние различных факторов на коэффициент сопротивления шихты в зоне, характеризуемой нижним перепадом давления газов.

Для построения нейронной сети использовали характеристики дутья, железорудной части шихты и кокса.

Выходным параметром служил коэффициент сопротивления шихты в нижней части печи, вычисленный по формуле:

_(2хРд- АРИ) х АРи

«"/ тгт , (5)

Д

где Рд - давление горячего дутья, кПа;

ДР„ - нижний перепад давления газов, кПа;

Уд - расход холодного дутья, м3/мин на 1 м3 полезного объема печи.

В результате исследований выбрали сеть (рис. 3) с минимальными значениями ошибок.

Рис. 3. Структура нейронной сети для определения коэффициента сопротивления шихты в нижней части печи

Представленная нейронная сеть построена на основе многослойного персептрона. Она состоит из четырех слоев: входной, образованный 14 нейронами, первый скрытый - 13, второй скрытый - 6 и выходной - 1 нейроном.

Тестировали модель на адекватность, используя данные, не входящие в обучающую выборку, а значит, неизвестные сети. Средняя относительная ошибка прогноза не превысила 0,28, максимальная из всей выборки - 2,82 %.

Аналитическое описание результатов нейросетевого моделирования дало безразмерное уравнение следующего вида:

Л =1,96+ 0,88Д +12,71 ЖРС +15,91 К -2,48Д • ЖРС + (6)

+ 6,57Д-К-5,93ЖРС • К-1,68Д2-0,3ЖРС2 -14,22К2,

где Д - комплексный показатель, характеризуемый содержанием кислорода в дутье, его температурой, расходами природного газа и водяного пара;

ЖРС - комплексный показатель, включающий расход сырья в единицу времени, содержание в нем FeO, MgO, А12Оэ, фракции 0-5 мм и-основность;

К - комплексный показатель, включающий истираемость по М10, прочность на удар по М25, горячую прочность (CSR) и реакционную способность (CRI) кокса.

Относительная ошибка расчетных величин не превышает 3,52 %.

Действия рассматриваемых факторов на коэффициент сопротивления шихты характеризуются данными, приведенными в табл. 2.

Таким путем выявлены мероприятия, компенсирующие отрицательное действие орешка на дренажную способность коксовой насадки в горне печи.

Характеристики дутья, железорудного сырья, кокса и степень их влияния на _коэффициент сопротивления шихты в исследуемый период_

Наименование показателей Значение Коэффициент

min max

Содержание кислорода в дутье, % 24,3 29 1,78

Расход природного газа, mj/t чугуна 84,5 131,9 1,20

Расход пара на увлажнение, г/м3 0 12,2 1,08

Температура горячего дутья, °С 1103 1187 1,44

Содержание в шихте, %: FeO MgO А120з 7,4 1,52 1,97 10,62 1,72 2,29 1,01 1,13 1,36

Основность шихты 0,93 1,09 1,04

Характеристики кокса, %: М10 М25 CRI CSR 8,33 84,9 30,5 55,5 9,63 87 31,9 57,4 1,17 1,34 1,16

Содержание в агломерате фракции 0-5 мм, % 6,8 16,65 1,06

Интенсивность по железорудному сырью, t/(mj • сут) 2,95 4,43 1,10

Негативное действие коксового орешка на ход доменной плавки в количестве 4 кг/т чугуна компенсировало изменение одного из показателей качества кокса: снижение истираемости М10 на 0,05 % абс., или повышение горячей прочности CSR на 0,14 % абс.

В зависимости от условий доменной плавки было выявлено прямое и обратное влияние исследуемых параметров на коэффициент сопротивления шихты. Так, компенсирование негативного действия расхода коксового орешка на ход доменной плавки, в том числе на дренажную способность горна печи, обеспечивалось либо уменьшением расхода природного газа, либо его увеличением.

Влияние расхода природного газа на коэффициент сопротивления шихты движению газов в нижней части печи зависело от содержания кислорода в дутье. При его концентрации менее 25,2 % увеличение расхода природного газа ухудшало газодинамические условия в нижней части печи в соответствии с рис. 4.

При увеличении содержания кислорода в дутье влияние расхода природного газа на коэффициент сопротивления шихты менялось в противоположенную сторону (рис. 5).

80 90 100 110 120 130 140 Расход природного газа, м3/т чугуна

Рис. 4. Влияние расхода природного газа на коэффициент сопротивления шихты при содержании кислорода в дутье 24,3 %

о ]2)1 -1--1--¡

80 90 100 110 120 130 140

Расход природного газа, м^т чугуна

Рис. 5. Влияние расхода природного газа на коэффициент сопротивления шихты при содержании кислорода в дутье 29 %

В четвертой главе приведены результаты промышленных исследований по влиянию коксового орешка на работу доменных печей.

Оценили изменение хода доменной плавки, в том числе фильтрующей способности горна печей, от действия следующих факторов:

- расхода коксового орешка в составе железорудной части шихты доменных печей, имеющих различную определяющую зону силового взаимодействия потоков шихты и газа;

- использования орешка с компенсацией его негативного влияния применением промывочных материалов (михайловская железная руда, марганцевая руда) и кокса повышенного качества;

- равномерности перемешивания коксового орешка с железорудной частью шихты в процессе их поступления из бункера БЗУ в колошниковое пространство.

Для оценки дренажной способности горна использовали два типа показателей. Первый характеризует фильтрацию продуктов плавки через слой кокса в период их накопления в нижней части доменной печи. В это время изменение ряда показателей во второй половине межвыпускового периода относительно первой зависит от проницаемости коксовой насадки.

В качестве показателей этого типа использовали:

- нижний перепад давления газов;

- коэффициент сопротивления шихты движению газов в нижней части печи;

- количество подач, загружаемых в единицу времени.

Второй тип характеризует сформировавшиеся продукты плавки. К показателям данного типа отнесли:

- вязкость шлар;

- количество шлака, остающегося в горне после выпуска;

- интервал времени от начала выпуска до появления шлака;

- интенсивность выпуска чугуна;

- растворимость углерода в чугуне;

- содержание кремния в чугуне;

- температуру чугуна.

Вовлечение коксового орешка в шихту доменной печи № 6, работающей в условиях нижней определяющей зоны, в количестве 12,8 кг/т чугуна без использования компенсирующих мероприятий привело к ухудшению дренажной способности горна. Коэффициент замены кокса коксовым орешком составил 0,61 кг/кг.

Применение орешка на доменной печи № 4, работающей с верхней определяющей зоной, в количестве 12,2 кг/т чугуна без использования компенсирующих мероприятий сопровождалось увеличением производительности печи. Дренажная способность горна не изменилась. Коэффициент замены составил 0,68 кг/кг. Увеличение расхода орешка до 22,6 кг/т чугуна без использования компенсирующих мероприятий привело к ухудшению фильтрующей способности коксовой насадки и снижению производительности печи. Коэффициент замены снизился до 0,61 кг/кг.

На доменной печи № 4 негативное действие коксового орешка в количестве 19,7 кг/т чугуна на фильтрующую способность горна компенсировали равномерным перемешиванием его с железорудной частью шихты в процессе их истечения из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи. Это обеспечили выпуском его из середины объема шихтовых материалов в бункере. Повышение равномерности поступления коксового орешка в колошниковое пространство увеличило коэффициент замены кокса с 0,64 до 0,85 кг/кг.

На доменной печи № 10, работающей с нижней определяющей зоной, исследовали два периода. Расход коксового орешка в них составил 7,7 и 13,9 кг/т чугуна. Отрицательное его влияние на фильтрующую способность коксовой насадки компенсировали, во-первых, равномерным перемешиванием коксового орешка с железорудной частью шихты в процессе их поступления в колошниковое пространство печи; во-вторых, использованием промывочных материалов (марганцевая и михайловская железная руды). В исследуемые периоды была стабильная дренажная способность горна и ровный ход печи. Коэффициент замены кокса орешком составил 0,91 кг/кг.

Использование орешка в количестве 27 кг/подачу на доменной печи № 9, работающей с верхней лимитирующей зоной, с. компенсацией его негативного влияния на фильтрующую способность коксовой насадки путем использования тех же мероприятий, что на печи № 10, и дополнительного применения кокса повышенного качества не привело к ухудшению дренажной способности горна. Коэффициент замены в этом случае составил 0,90 кг/кг.

В целом по доменному цеху удельный расход кокса снижался при использовании орешка до 20 кг/т чугуна (рис. 6). Дальнейшее увеличение его в шихте до 27 кг/т чугуна не снижало удельного расхода кокса. Величина достоверности аппроксимации составила 0,86.

0 5 10 15 20 25

Расход коксового орешка, кг/т чугуна

Рис. 6. Влияние расхода коксового орешка на удельный расход кокса

Рассмотрели влияние расхода коксового орешка на изменение хода процессов доменной плавки. На печи № 4, работающей с верхней определяющей зоной, эффективное использование 12,2 кг/т чугуна орешка сопровождалось снижением суммарного расхода тепла на проведение всех процессов и его потерь в определяющей по теплообмену зоне (табл. 3).

Показатели тепловой работы доменной печи № 4

с различным расходом коксового орешка_

Показатель Расход коксового орешка, кг/т чугуна

0 12,2 22,6

Длительность периода, сут 9 9 9

Производительность, т/сут 3654 3760 3664

Удельный расход кокса, кг/т чугуна 434,3 425,2 418,8

Суммарный расход тепла на проведение всех процессов в определяющей зоне по теплообмену, МДж/т чугуна 2771 2685 2860

Потери тепла в определяющей зоне по теплообмену, % 23,7 16,5 27,3

Соотношение теплоемкостей потоков шихты и газа: в нижней части печи (t > 850 °С) в верхней части печи (t < 850 °С) 1,87 0,81 1,82 0,78 1,82 0,78

Суммарный расход тепла в периоде с расходом орешка 12,2 кг/т чугуна снизился с 2771 до 2685 МДж/т, а его потери в определяющей зоне по теплообмену уменьшились с 23,7 до 16,5 %. Дальнейшее увеличение расхода коксового орешка до 22,6 кг/т чугуна без применения компенсирующих мероприятий менее эффективно использовалось, что сопровождалось повышением этих величин до 2860 МДж/т и 27,3 % соответственно.

Применение коксового орешка в составе шихты доменных печей № 4, 6, 9 ОАО «ММК» сопровождалось изменением соотношения теплоемкостей потоков шихты и газа в верхней и нижней частях печи. Так, при использовании орешка в количестве 12,2 кг/т чугуна на доменной печи № 4 соотношение теплоемкостей потоков шихты и газа уменьшилось в верхней ее части с 1,87 до 1,82 и в нижней с 0,81 до 0,78 (см. табл. 3). Это свидетельствует о снижении интенсивности теплообмена в нижней части печи и увеличении ее в верхней.

На этой же печи исследовали действие равномерности поступления 19,7 кг/т чугуна орешка в колошниковое пространство. Для этого его загружали в шихтовый бункер первым, последним и в середину объема шихтовых материалов (табл. 4).

Равномерность поступления орешка характеризовали коэффициентом, рассчитанным по формуле (1). Проведенными исследованиями на модели БЗУ установлено, что при загрузке орешка первым в низ бункера коэффициент равномерности его поступления равен (- 1), в условиях загрузки орешка последним он составляет 0,13, что свидетельствует о более равномерном его выпуске. Наиболее высокий коэффициент, равный 0,85, обеспечило размещение орешка в середине объема материалов.

Показатели хода восстановления Ре из БеО на доменной печи № 4 _при различном расположении орешка в бункере БЗУ

Показатель

Коэффициент равномерности поступления орешка в колошниковое пространство Длительность периода, сут

Расход коксового орешка, кг/т чугуна

Производительность, т/сут

Удельный расход кокса, кг/т чугуна Степень восстановления Ре из РеО различными восстановителями, %: углеродом

монооксидом углерода водородом_

Место размещения коксового орешка

низ

19,6

3460

461,5

39.6

29.7 30,7

верх

0,13

19,8

3447

462,3

39,9 33,4 26,7

середина

0,85

19,8

3483

457,3

38,7 30,0 31,3

При повышении коэффициента равномерности до 0,85 степень прямого восстановления Ре из РеО снизилась с 39,6 до 38,7 % абс., степени восстановления монооксидом углерода и водородом повысились с 29,7 до 30,0 % абс. и с 30,7 до 31,3 % абс. соответственно (см. табл. 4).

Увеличение равномерности поступления орешка из бункера БЗУ сопровождалось повышением интенсивности по газу и снижением коэффициента сопротивления шихты движению газового потока (табл. 5).

Таблица 5

Показатели интенсивности работы доменной печи № 4 и сопротивления шихты по зонам при различном расположении орешка в бункере БЗУ

Показатель

Расход коксового орешка, кг/т чугуна

Интенсивность по газу, м /(м^-мин):

колошниковому фурменному в распаре в шахте

Коэффициент сопротивления шихты движению газов: на колошнике в распаре _в горне_

Место размещения коксового орешка

низ

19,6

3,12 2,79 2,92 3,01

1,27 10,33 6,13

верх

19,8

3,37 3,02 3,15 3,25

1,16 8,87 5,16

середина

19,8

3,59 3,24 3,38 3,48

0,82 6,59 3,78

Согласно табл. 5 эффективное использование коксового орешка в периоде с загрузкой его в середину объема компонентов шихты являлось одной из причин снижения коэффициента сопротивления шихты по высоте печи на 36 %.

Заключение

1. Физическим моделированием установлено влияние последовательности расположения компонентов шихты в бункере БЗУ на коэффициент равномерности поступления коксового орешка из него. Наиболее высокий коэффициент, равный 0,85, обеспечило размещение его в середине объема материалов; Это достигалось загрузкой на дно шихтового бункера 70 % агломерата, затем коксового орешка, далее загрузка оставшегося 30 % агломерата, после чего окатышей.

2. Создана математическая модель, основанная на использовании искусственных нейронных сетей, для определения коэффициента сопротивления шихты движению газов в нижней части доменной печи в зависимости от действия показателей качества кокса, характеристик дутья и железорудной части шихты, включающей коксовый орешек.

3. Выявлено, что использование коксового орешка в количестве до 12 кг/т чугуна на доменных печах, работающих с верхней определяющей по газодинамике зоной, не требует компенсации негативного его действия на дренаж горна, при дальнейшем увеличении расхода орешка определяющей становится нижняя зона, вследствие чего необходимо использовать компенсирующие мероприятия.

4. В качестве компенсирующих мероприятий целесообразно использовать промывочные материалы (марганцевая или михайловская железная руды в количестве 1,7 и 2,9 кг на 1 кг орешка соответственно), кокс повышенного качества. Применение кокса с более высокой на 0,14 % абс. горячей прочностью либо пониженной на 0,05 % абс. истираемостью устранит отрицательное действие расхода орешка в количестве 4 кг/т чугуна.

5. Промышленными испытаниями установлено, что использование орешка в количестве до 27 кг/т чугуна на доменных печах объемом 2014 м3, оборудованных компактным БЗУ лоткового типа, с компенсацией его негативного влияния на дренажную способность горна не ухудшило ход доменной плавки, в том числе фильтрующую способность коксовой насадки. Коэффициент замены кокса орешком составил 0,91 кг/кг.

6. Реализация предложенного способа увеличения коэффициента равномерности поступления коксового орешка из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи до 0,85 обеспечила рост коэффициента замены кокса с 0,64 до 0,85 кг/кг. Эффективное использование орешка сопровождалось снижением коэффициента сопротивления шихты движению газового потока на 36 % на колошнике и в распаре, повышением интенсивности по газу с 3,12 до 3,59 на колошнике и с 2,92 до

3,38 м7(м3-мин) в распаре, уменьшением доли прямого восстановления с 39,6 до 38,7 %.

7. Долевой экономический эффект от внедрения разработанной технологии использования коксового орешка в условиях ОАО «ММК» составил 3,54 млн руб.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Харченко A.C., Сибагатуллин С.К., Сысоев Н.П. Поступление коксового орешка совместно с агломератом и окатышами из шихтового бункера БЗУ в колошниковое пространство доменной печи // Изв. вузов. Черная металлургия. 2011. № 8. С. 18-19. (рекомендованная ВАК).

2. Харченко A.C., Сибагатуллин С.К., Колосов A.B. Использование нейросетевого моделирования для изучения газодинамического режима в нижней части доменной печи в условиях ее работы с коксовым орешком // Изв. вузов. Черная металлургия. 2011. № 11. С. 23-26. (рекомендованная ВАК).

3. Сравнение качества коксового орешка различного вида / С.К. Сибагатуллин, А.С Харченко, Е.О. Теплых и др. // Кокс и химия. 2012. № 2. С. 29-32. (рекомендованная ВАК).

4. Результаты использования в доменной печи коксового орешка с одновременным улучшением качества скипового кокса / С.К. Сибагатуллин, A.C. Харченко, A.A. Полинов и др. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2010. № 2. С. 24 — 27. (рекомендованная ВАК).

5. Влияние коксового орешка на фильтрацию жидких продуктов плавки в горне доменной печи / С.К. Сибагатуллин, А.С Харченко, A.B. Чевычелов и др. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2010. № 4. С. 26-28. (рекомендованная ВАК).

6. Прочностные характеристики коксового орешка различного происхождения / С.К. Сибагатуллин, A.C. Харченко, Е.О. Теплых и др. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2012. № 1. С. 19-21. (рекомендованная ВАК).

7. Использование коксового орешка в шихте доменной печи с компенсацией его негативного воздействия на дренаж продуктов плавки / В.А. Гостенин, С.К. Сибагатуллин, A.C. Харченко и др. // Труды третьего международного конгресса по аглококсодоменному производствам. Украина, Ялта, 2010. С. 143-152.

8. Повышение эффективности работы доменных печей, использующих в шихте коксовый орешек / С.К. Сибагатуллин, A.C. Харченко, Е.О. Теплых, и др. // Четвертый международный промышленный форум «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении». Челябинск, 2011. С 149—151.

9. Истечение материалов из шихтового бункера лоткового загрузочного устройства доменной печи по видам крупности

/ C.K. Сибагатуллин, A.C Харченко, С.И. Гаврюшкин, и др. // Теория и технология металлургического производства: межрегион, сб. науч. трудов / под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 9. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. С. 21-25.

10. Оценка фильтрации продуктов плавки в доменной печи по динамическим характеристикам при использовании в шихте коксового орешка / С.К. Сибагатуллин, A.C. Харченко, В.Л. Терентьев и др. // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: сб. докл. 68-й межрегион, научно-технической конференции. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2010. Т. 1. С. 135-138.

11. Сибагатуллин С.К., Харченко A.C. Оценка дренажа продуктов плавки в доменной печи с использованием коксового орешка // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России: сб. докл. 11-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2010. С. 165-168.

12. Влияние различных факторов на равномерность распределения коксового орешка в колошниковом пространстве доменной гпечи, оснащенной БЗУ лоткового типа / А.С Харченко, С.К. Сибагатуллин, Е.О. Теплых и др. // Теория и технология металлургического производства: межрегион, сб. науч. трудов / под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 10. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. С. 33-38.

13. Об условиях, необходимых для эффективного использования коксового орешка в шихте доменной печи / A.C. Харченко, Е.О. Теплых, A.A. Полинов, и др. // Теория и технология металлургического производства: межрегион, сб. науч. трудов / под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 10. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. С. 26-30.

14. Харченко A.C., Сибагатуллин С.К. Эффективное использование коксового орешка в составе шихты доменных печей // Тезисы докладов научно-технической конференции молодых специалистов. Магнитогорск: ОАО «ММК», 2011. С. 15-16.

15. Сибагатуллин С.К., Теплых Е.О., Харченко A.C. Влияние последовательности загрузки компонентов шихты в бункер БЗУ на равномерность их поступления в колошниковое пространство доменной печи // Теория и технология металлургического производства: межрегион, сб. науч. трудов / под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 11. Магнитогорск:

ГОУ ВПО «МГТУ», 2011. С. 12-16.

16. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011616895. Определение рационального режима загрузки коксового орешка в колошниковое пространство доменной печи, оснащенной БЗУ лоткового типа / В.М. Колокольцев, С.К. Сибагатуллин, A.C. Харченко и др.

Подписано в печать 04.04.2012. Формат 60x84 1/16. Бумага тип. № 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 214.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ФГБОУ ВПО «МГТУ»

61 12-5/2901

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им Г.И. НОСОВА»

ХАРЧЕНКО Александр Сергеевич

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОКСОВОГО ОРЕШКА НА ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ С КОМПАКТНЫМ БЗУ ЛОТКОВОГО ТИПА

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

Диссертация

На соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор техн. наук, профессор Сибагатуллин С.К.

Магнитогорск - 2012

Содержание

Введение............................................................................................5

Глава 1. Состояние вопроса. Постановка цели и задач исследования.....,...........7

1.1. Опыт применения коксового орешка в шихте доменной печи............7

1.1.1. Целесообразность вовлечения коксового орешка в доменное производство............................................................7

1.1.2.Результаты использования коксового орешка......................10

1.2. Бесконусные загрузочные устройства лоткового типа..................16

1.2.1. Эффективность применения БЗУ......................................16

1.2.2. Истечение сыпучих материалов из шихтового

бункера БЗУ.......................................................................19

1.3. Дренажная способность горна доменной печи.............................31

1.4. Цели и задачи исследования...................................................34

Глава 2. Физическое моделирование поступления коксового орешка

из шихтового бункера компактного БЗУ лоткового типа в

колошниковое пространство доменной печи...........................................36

2.1. Исследование свойств коксового орешка...................................36

2.1.1. Структурная прочность....................................................36

2.1.2. Холодная механическая прочность..................................38

2.1.3. Горячая прочность и реакционная способность....................39

2.1.4. Технический анализ......................................................41

2.2. Свойства агломерата и окатышей.............................................42

2.3. Планирование эксперимента...................................................43

2.4. Проверка однородности ряда дисперсий....................................48

2.5. Расчет математической модели поступления коксового орешка из шихтового бункера компактного БЗУ в

колошниковое пространство доменной печи....................................51

2.6. Проверка адекватности математической модели..............................54

2.7. Анализ результатов эксперимента............................................56

Глава 3. Формирование нейросетевой модели для прогнозирования газодинамических параметров в нижней части доменной печи......................61

3.1. Построение нейросетевой модели, прогнозирующей коэффициент сопротивления шихты в нижней части доменной

печи........................................................................................62

3.1.1. Структура нейронной сети...............................................63

3.1.2. Обучение и тестирование нейронной сети..........................63

3.2. Результаты нейросетевого моделирования...................................66

3.3. Аналитическая аппроксимация результатов нейросетевого моделирования.........................................................................78

Глава 4. Исследование доменных печей ОАО "ММК" в период их работы с коксовым орешком.............................................................................83

4.1. Условия работы доменных печей в исследуемые периоды.............83

4.2. Влияние коксового орешка на дренажную способность

горна доменных печей..........................................................92

4.2.1. Перепады давления газов в нижней части печи.....................94

4.2.2. Коэффициент сопротивления шихты движению газов

в нижней части печи........................................................95

4.2.3. Количество подач, загружаемых в единицу времени.............96

4.2.4. Подвижность шлака......................................................99

4.2.5. Количество шлака, остающегося после выпуска...................100

4.2.6. Интервал времени от начала выпуска до появления

шлака..............................................................................102

4.2.7. Характеристики чугуна..................................................104

4.3. Влияние коксового орешка на показатели хода доменной

плавки.............................................................................107

4.3.1. Интенсивность по дутью, газу и шихтовым материалам.........108

4.3.2. Восстановление железа из оксидов......................................110

4.3.3. Состояние зоны горения.................................................111

4.3.4. Тепловая работа печи по зонам........................................113

4.3.5. Газодинамический режим печи.......................................116

Заключение............................................................................121

Библиографический список...............................................................123

Приложения......................................................................................140

Введение

Одним из ключевых направлений совершенствования технологии металлургического производства России является энергосбережение во всех технологических переделах [1]. Черная металлургия - одна из наиболее энергоемких отраслей промышленности. Около 20 % от общезаводских затрат приходится на приобретение топливно-энергетических ресурсов [2]. Самым крупным их потребителем остается доменное производство. На его долю приходится около 50 % энергоресурсов, используемых черной металлургией [2].

Из производимого для доменных печей кокса пригодная по крупности часть для непосредственного применения составляет около 80 %. В виду этого происходит избыточное расходование дефицитных и дорогостоящих коксующихся углей, мировые разведанные запасы которых в настоящее время не превышают 400 млрд. тонн [3,4]. Для выполнения стратегического направления, утвержденного правительством РФ в апреле 2003 года об организации и комплексном использовании минерально-сырьевых ресурсов в интересах нынешних и будущих поколений, необходимо рациональное расходование кокса [512]. Одним из направлений снижения потребления углей является вовлечение в технологию производства чугуна коксового орешка крупностью 10-25 мм. Хотя способы его использования совместно с железорудной частью шихты уже известны, они не нашли широкого применения, поскольку наряду с положительными сторонами - наличие углерода, повышенная холодная прочность по сравнению со скиповым коксом, более высокая эквивалентная по поверхности крупность, чем у агломерата и окатышей - имеются и отрицательные. Недостаточно высокие результаты в значительной мере обусловлены большим влиянием дренажа продуктов плавки в горне печи на ее работу. Одной из причин негативного влияния орешка на фильтрующую способность коксовой насадки является неравномерное его распределение по окружности колошника. Особенно это проявляется на печах, оснащенных компактным БЗУ лоткового типа.

В связи с этим актуальной задачей для производства чугуна является разработка режима использования коксового орешка на доменных печах, оснащенных компактным БЗУ лоткового типа, исключающего негативное его действие на фильтрующую способность горна с достижением повышенного эквивалента замены им кокса.

1. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Опыт применения коксового орешка в шихте доменной печи

1.1.1. Целесообразность вовлечения коксового орешка в доменное производство

Экономия удельного расхода кокса является одной из главных задач доменного производства на любом этапе его развития. Особенно обостряется решение этой проблемы в последние годы в условиях непрерывного снижения запасов коксующихся углей и повышения цен на кокс. Существуют различные способы частичной замены кокса. К ним относятся нагрев дутья, вдувание природного, коксового и восстановительного газов, мазута, пылеугольного топлива (ПУТ) [13-16 и др.], введение в состав шихты кускового антрацита [3, 5, 17-19] и т.д. При применении данных мероприятий основным носителем твердого углерода по-прежнему остается кокс. Наиболее полно требованиям доменной плавки соответствует его крупность 40-60 мм [20-22]. Для обеспечения высокой газопроницаемости столба шихты, в зависимости от объема доменных печей, используется кокс крупностью более 35-40 мм. В связи с этим происходит его избыточное расходование. С целью снижения потребления скипового кокса (более 35-40 мм) и уменьшения газодинамического сопротивления шихты [23, 24] целесообразно в железорудную часть шихты вовлекать отсев кокса.

В условиях ОАО."ММК" в 1998 году в смеси с железорудными материалами в печь вводили фракцию 25-40 мм с эквивалентом замены им металлургического кокса 0,83 кг/кг [22]. Результаты показали, что кокс пониженной крупности не успевал расходоваться до горна печи и поступал в него с меньшей величиной по сравнению с исходной крупностью. Это привело к ухудшению фильтрации жидких продуктов плавки, уменьшению коэффициента распределения серы в системе чугун-шлак и степени приближения его к равновесной

величине, повышению колеблемости составов чугуна и шлака. Вовлечение коксового орешка крупностью 10-25 мм исключило бы эти проблемы, вследствие чего сохранился бы ровный и стабильный ход доменной плавки.

Кокс фракции 25-40 мм в количестве 30 % к общей массе кокса также использовали при выплавке ферромарганцев на одной из доменных печей полез-

о

ным объемом 608 м завода им. Дзержинского. В результате при использовании его в течение трех месяцев существенно понизилась производительность печи, выполнение плана составило 83,3 % [25]. В данных исследованиях не производилась оценка дренажной способности горна, что привело к невозможности своевременно оценить ее ухудшение и предотвратить простои печи.

В доменном цехе ЗАО "ДМЗ" опробована технология с введением металлургического кокса в смеси с железорудной шихтой. Расход кокса крупностью > 25 мм без отсева составил 400 кг/подачу. В скипе располагали его между 5,5 т окатышей и 11 т агломерата, что создавало благоприятные условия для смешивания его с железорудной частью шихты. В результате суммарный расход приведенного скипового и металлургического кокса понизился на 1,4 кг/т чугуна (0,3 %), производительность доменной печи несколько уменьшилась, увеличились потери тепла на 43 кДж/кг (1,76 %) [26]. В приведенной работе нет зависимостей изменения дренажной способности горна, что затрудняет объективно оценивать работу горна печи в условиях использования кокса мелких фракций.

Одним из вариантов решения задачи по выявлению рациональной крупности отсева кокса является технология доменной плавки с введением в печь коксового орешка [27-34]. Для этого отсев кокса фракции 10-25 мм загружают совместно с железорудной частью шихты.

Помимо увеличения степени использования металлургического кокса вовлечение коксового орешка в доменное производство улучшает газопроницаемость столба шихты [35]. Эффект от этого мероприятия возможен при совместном использовании его с окатышами как материалами, соответствующими друг другу по гранулометрическому составу [36].

Физическим моделированием на установке, уменьшенной в 35 раз от натуральной величины "сухой" зоны доменной печи объемом 1033 м3, авторы работы [37] получили зависимость перепада давления воздуха в слое шихты от доли в ней коксового орешка (рис. 1.1).

Расход орешка, заменяющего кокс, %

Рис. 1.1. Влияние расхода коксового орешка на перепад давления в слое смеси агломерата и коксового орешка в модели (0=0,2м; Н= 0,5м) [37]: - экспериментальная зависимость по средним данным при среднем расходе воздуха 102 м3/час; — - аналитическая зависимость для фракции коксового орешка 15-25 мм

Аналитическая зависимость установлена по формуле изменения потерь напора газа в слое сыпучих материалов. Из графика видно, что особенно эффективно введение в агломерат первых 10-20 % коксового орешка от расхода кокса, что обеспечивает снижение перепада в слое смеси на 10 % и более. Улучшение газопроницаемости способствует повышению массы оптимального расхода и эффективности потребления дополнительных видов топлива [38].

Введение коксового орешка в агломерат и окатыши существенно влияет на температуру начала и конца размягчения этих материалов (табл. 1.1) [39, 40] и степень восстановления агломерата и окатышей [41]. Из приведенных в таблице данных видно, что введение коксового орешка в железорудные материалы снижает температуру начала размягчения на 70-105 °С, а температуру конца размягчения - на 80-90 °С.

Таблица 1.1

Температура начала и конца размягчения железосодержащих материалов без и

при введении в них коксового орешка [39]

Материал Без введения коксового орешка, °С С введением коксового орешка, °С Изменение температуры, °С Вероятное изменение толщины зоны когезии, %

и 1к дг 1„ дг

Окатыши 1130 1235 105 1060 1145 85 -70 -90 -20 -19

Агломерат 1175 1240 65 1070 1160 90 -105 -80 +25 +38,5

Окатыши+ агломерат 1130 1240 110 1060 1160 100 -70 -80 -10 -9,1

Использование орешка совместно с окатышами снижает температурный интервал размягчения на 19 %. Применение орешка с агломератом существенно увеличивает (на 38 %) температурный интервал размягчения с 65 до 90 °С.

Восстановление агломерата и окатышей в смеси с орешком улучшается за счет протекания реакции Будуара. Кроме того, присутствие орешка в слое агломерата предотвращает слипание кусков [41].

1.1.2. Результаты использования коксового орешка

Использование коксового орешка в доменной печи совместно с железорудной шихтой получило широкое применение в странах Европы в начале 90-х годов XX века. Причиной этому стало освоение использования ПУТ. Применение орешка приводит к улучшению газопроницаемости шихты как за счет разрыхления столба шихты, так и за счет улучшения однородности по фракционному составу скипового кокса, снижению в нем содержания мелочи -25 мм и особенно -10 мм [42]. Это обеспечивается общепринятой схемой подготовки кокса, включающей высев из металлургического кокса мелочи менее 32-40 мм, высев и дробление фракции более 80 мм, высев из отсева коксового орешка

фракции от 5-15 до 32-40 мм с последующей его загрузкой в печь в смеси с железорудной шихтой [43].

Статистическая обработка среднегодовых показателей работы доменных печей предприятий Европы показывает, что, при введении в шихту 5-30 % (от расхода кокса) коксового орешка, коэффициент замены им кокса близок к 1 кг/кг (рис. 1.2) [44].

S? 'I

щШЩ'/Л

'""тщ ■ШШш ри КИПР"

• ---- «

f

»/ . « •

1 13 5 4 8 10 ,13 _15 7 9 11 12 ] 6 14 П 1S S • 19 20

25 50 75 100

Расход коксового орешка, кг/т чугуна

125

Рис. 1.2. Зависимость основных показателей доменной плавки от расхода коксового орешка (среднегодовые данные 1997-1996 гг.)

1 - Германия, Thyssen, Schwelgern, ДП 1

2 - Германия, Stahlwerke, Bremen, ДП 2;

3 - Италия, ILVA, Taranto, ДП 2;

4 - Италия, ILVA, Taranto, ДП 5;

5 - Бельгия, Cockerill, Sambre, ДП Marcmelle 4;

6 - Германия, EKO, Eisenhuttensadt, ДП 2;

7 - Франция, SOLLAC, FOS, ДП BF1(1995);

8 - Бельгия, Cockerill, Sambre, Ougree B;

9 - Франция, SOLLAC, FOS, ДП BF1(1996);

10 - Германия, Thyssen, Schweigern, ДП 2;

11 - Германия, Thyssen, Hamborn, ДП 4;

12 - Германия, Preussag, Saizgitter, ДП B(1995);

13 - Франция, SOLLAC, Dunkerque, ДП 2;

14 - Германия, Preussag, Saizgitter, ДПВ(1996);

15 - Германия, Thyssen, Hamborn, ДП 9;

16 - Германия, HKM, Huckingen, ДП А;

17 - Германия, HKM, Huckingen, ДП В;

18 - Германия, Preussag, Saizgitter, ДП А;

19 - Австрия, VA, Linz, ДП А;

20 - Финляндия, Fundia AB, ДП Koverhar.

В этих исследованиях при малом использовании кокса фракции 10-25 мм производительность доменных печей сохраняется на исходном уровне. Дальнейшее увеличение расхода коксового орешка приводит к ее снижению.

В 2000 году более чем в 25 развитых странах мира применяли совместное использование коксового орешка и ПУТ. К 2002 году из 56 доменных печей Европы коксовый орешек загружали 52. Наиболее эффективно его употребляли на печи № 9 фирмы TKS Hamborn (Ураб = 1833 м ). Здесь расход орешка составил 116,8 кг/т чугуна при вдувании более 150 кг/т чугуна ПУТ (табл. 1.'2) [35].

Использование в доменной плавке коксового орешка обеспечивает снижение потерь металлургического кокса до 8-9 %.

В мощных доменных печах фирмы "POSCO" (Южная Корея) загрузка коксового орешка в зону гребня шихты позволяет использовать мелкую железную руды без ухудшения газопроницаемости слоя шихты, что обеспечивает высокий расход ПУТ [45].

Таблица 1.2

Показатели работы доменных печей Европы [35]

Показатели Германия Франция Австрия Бельгия Нидерланды

g fe a m й s в § -s g ^ +3 »-i ,о m ffl X TSK Hamborn BF № 9 "К U ^ 1 ^ w ra fe H <g PC SOLLAC Atlantique Dunkerque BF № 2 VA Linz, BF A SIDMAR Gent BF В Corus Ijmul-den BF № 6

Рабочий объем печи, м*3 1424 1833 1853 1620 2454 2067 2328

Производительность, т/(м3 сутки) 2,47 2,92 2,81 2,56 2,39 2,45 2,84

Расход шихтового материалов, кг/т чугуна:

железная руда (>42% Бе) 175 213 242 232 522 12 21

агломерат 1 979 1132 1253 629 1537 726

окатыши 1269 370 254 126 475 36 767

известняк 121 6 0 0 18 0 0

другие добавки 59 49 27 0 0 4 16

сухого кокса и орешка 388,9 326 368 345 389,5 342 318

орешек 60,7 116,8 48,7 45,0 • 33,0 43,0 38,6

Размер коксового орешка, мм 0-30 7-35 10-30 6-30 0-20 8-35 6-30

Дутьё: расход, м3/т 1117 888 927 958 1084 907 905

давление, бар 3,52 3,62 3,76 3,64 4,85 3,92 • 4,24

содержание О2, % 22,1 25,7 26,6 24,1 22,1 25,1 30,4

температура, иС 1130 1110 1181 1107 1084 1085 1123

ПУТ, кг/т чугуна 0 153,1 139,3 136,0 0 153,4 192,8

мазут, кг/т чугуна 46,7 0 0 0 68,7 0 0

Коксовый газ:

температура, С 158 109 88 128 120 110 126

давление, бар 2,03 2,39 2,32 2,32 3,20 2,44 2,64

С02, % 21,4 23,3 22,8 22,3 21,6 22,5 24,9

н2, % 4,0 2,8 5,1 3,7 3,9 3,4 6,1

Степень использования СО,% 49,9 48,9 48,0 49,3 47,8 48,0 48,5

Химсостав шлака, % 8,90 8,30 8,00 8,15 8,70 10,50 10,31

А120З 10,90 11,60 11,60 11,77 9,51 11,70 16,86

СаО/ ЭЮг 1,05 1,16 1,09 1,15 0,97 1,15 1,17

(Са0+М£0)/8Ю2 1,29 1,40 1,30 1,38 1,20 1,44 . 1,49

Выход шлака, кг/т чугуна 184 268 292 296 283 263 204

Химсостав чугуна, % Б! 0,52 0,41 0,70 0,52 0,55 0,44 0,45

Мп 0,15 0,21 0,21 0,20 0,64 0,27 0,38

Р 0,105 0,071 0,076 0,068 0,071 0,094 0,058

Б 0,062 0,042 0,039 0,026 0,054 0,014 0,038

Т чугуна на выпуске, "С 1463 1508 1493 1477 1469 1494 1520

В Гливине при загрузке в печь орешка возросла ст�