Требования к качеству шихты n

Требования к качеству шихты

n Решающими условиями успешного освоения технологии доменной плавки с применением ПУТ является работа на высококачественном железорудном сырье и коксе. n При замене кокса пылеугольным топливом, наблюдаются увеличение рудной нагрузки, снижение газопроницаемости слоя и ухудшение тепло- массообменных процессов, прежде всего в сухой зоне печи. n С учетом этих обстоятельств, применение пылеугольного топлива должно сопровождаться повышением качества железорудного сырья. 2

n Требования, предъявляемые к качеству шихтовых материалов, используемых в доменной плавке с вдуванием ПУТ, можно разделить на две группы. Это требования к физическим параметрам материалов и требования к их химическому составу. n При использовании в доменной плавке пылеугольного топлива снижается удельный расход кокса – материала, который определяет, главным образом, аэродинамическое сопротивление доменной шихты. n Стабильность теплового режима доменной плавки зависит: n от колебаний свойств железорудного сырья и топлива, n усреднение железных руд и углей, при производстве агломерата, окатышей, кокса. 3

n Кокс в доменной печи выполняет три основные функции: восстановитель металла из руды, источник тепла для осуществления эндотермических реакций восстановления, разрыхлитель столба доменной шихты. Все заменители, принимают на себя лишь первые две из отмеченных функций. n Кокс как разрыхлитель доменной шихты на данном уровне развития науки и техники заменить нечем. В нижних горизонтах доменной печи кокс является единственным твердофазным компонентом, воспринимающим давление всего вышележащего столба шихтовых материалов и формирующим требуемую газопроницаемость слоя в условиях повышенных температур и воздействия окислителей. n Кроме стабилизации агломерата важную роль приобретает стабилизация физических свойств кокса, т. к. его качество должно быть достаточно высоким для того, чтобы при его сниженном расходе противостоять воздействию комплекса механических, термических и химических воздействий. 4

n Стабилизация гранулометрического состава кокса требует ограничения размеров его кусков в пределах узких классов - 10 -25 мм; 25 -40 мм; и не смешивания их в процессе загрузки в доменную печь, необходимо полностью исключить классы более 80 мм и менее 5. n При вдувании пылеугольного топлива роль кокса как разрыхлителя значительно возрастает вследствие снижения его объемной доли в шихте доменной печи на 10 -15%. Из-за увеличения рудных нагрузок на кокс и времени пребывания материалов в печи. Пропорционально времени пребывания кокса в печи возрастает количество проходящих через него чугуна, шлака, горновых газов, диоксида углерода, щелочей. n Оценка качества кокса и степень его влияния на работу доменных печей оценивают по показателям горячей прочности CSR и реакционной способности CRI кокса. 5

n CRI - реакционная способность кокса, зависит от состава угольной шихты и технологии коксования. n На CRI влияет наличие щелочных соединений, от которых структура кокса ослабевает и быстро разрушается. Поэтому в европейских странах установлена жесткая норма содержания в доменном коксе щелочных металлов, в большинстве случаев не более 0, 2%. n Влияние сернистости кокса на CRI. Наиболее «вредна» сульфидная сера, которая интенсивно газифицируясь в пределах от 1000 до 1500ºС, ослабляет его структуру и освобождает поры кокса для быстрой газификации углерода восстановительным газом. 6

n Послереакционная прочность (CSR) - выход фракции плюс 10 мм после барабанных испытаний кокса, подвергнутого высокотемпературной обработке в атмосфере CO 2. . n Считается, что CSR определяет проницаемость столба шихты для газа и жидких продуктов плавки и, тем самым, влияет на расход топлива в доменной плавке, на возможность по вдуванию ПУТ, и применения в качестве топлива коксового орешка (фракция кокса 10 - 25 мм). n Кокс с высокой послереакционной прочностью позволяет увеличивать расход вдуваемого угля, снижать расход кокса и достигать максимальной производительности печи при получении физически более горячего чугуна с более высоким содержанием углерода за счет уменьшения коксовой мелочи. n Важное значение имеет механическая прочность, определяемая барабанными испытаниями. Для оценки используются показатели M 40, M 25, M 10 при использовании кокса с высокой механической прочностью и с низкой реакционной способностью в домне скапливается меньшее количество коксовой мелочи и обеспечивается высокая проницаемость. 7

Качество кокса необходимое для внедрения пылеугольного вдувания в горн доменных печей на ОАО НТМК Требования к качеству кокса при различных объемах вдувания пылеугольного топлива 8

n Известно, что при прохождении кокса от бункера до распара доменной печи средний диаметр кусков кокса уменьшается. n Наименее разрушаемой в печи является фракция кокса 40 -60 мм. В зависимости от технологических условий допустимо использование кокса фракцией 60 -80 мм и в меньшей степени 25 -40 мм. n Однако, фракции кокса 25 -0 и +80 мм уже в современных, а тем более в перспективных технологических условиях, нежелательны. 9

10

n Данное снижение расхода кокса было обеспечено существенным снижением выхода шлака, увеличения содержания железа в шихте, применением металлодобавки, повышением температуры дутья и содержания в нём кислорода. n Дальнейшее снижение расхода кокса в доменной плавке проблематично без существенного повышения качества кокса по таким показателям как горячая прочность. Зарубежный опыт показывает, что высокоэффективную доменную технологию с расходом ПУТ 200 кг/т чугуна и более удается внедрить лишь на предприятиях, имеющих кокс с показателями CSR более 65 %. n Увеличение расхода ПУТ свыше 300 кг/т чугуна, по- видимому, будет возможно только при повышении горячей прочности кокса до 80 -90 %. 11

12

Требования к качеству шихты: n железорудная часть должна состоять из стабилизированных и отсеянных от мелкой фракции ( 5 мм) офлюсованных и частично восстановленных окатышей и агломерата с максимальным отношением Fe/Si. О 2; содержание кремния < 3%; содержание железа >56%; содержание серы min; содержание фосфора min. n кокс должен иметь максимальные значения горячей прочности – CSR ( > 62%), минимальные значения реакционной способности – CRI (< 28%) и фракционный состав (40 - 80) мм; M 40 > 82, 5%, M 10 < 8%, зольность <10, 0%, сернистость < 0, 75%, летучие < 1, 0%, влажность < 5, 0%, щелочи < 0, 3%. n – угли должны содержать до 37% летучих и 12% золы и вдуваться в печь в соотношениях: до 60% легковоспламеняющиеся (марки Г), остальное – высококалорийные (марок А, и Т); 13

n – угольная зола должна иметь температуру плавления более 1400 °С; n – соотношение толщин слоев руды и кокса не должно превышать 0, 73; n дутье следует обогащать кислородом до величин 23 - 33% из расчета 0, 5 - 0, 8 м 3 О 2 /кг угля для поддержания теоретической температуры в пределах 2000 - 2300 °С. n Работа доменных печей на таком сырье позволяет при существующей технологии плавки уменьшить расход кокса на 30 -50 кг/т или использовать до 200 кг/т чугуна угольной пыли и получить удельный расход кокса < 350 кг/т чугуна. 14

n Подводя итог под вышесказанным, стоит отметить, что основные мероприятия по улучшению качества шихты, используемой для выплавки чугуна, должны быть направлены: n на повышение прочности агломерата и кокса, а также других компонентов шихты; n отсев мелких фракций, улучшение однородности гранулометрического состава шихты; n обеспечение постоянного среднего химического состава используемого сырья. 15

n Высокое качество главного компонента доменных шихт агломерата и применение пылеугольного топлива в больших количествах (140 -190 кг/т чугуна) являются определяющими факторами, обеспечивающими на доменных печах стран Западной Европы низкий удельный расход кокса при практически полном исключении природного газа и мазута из дутья доменных печей. n При использовании освобожденных от мелких фракций агломерата и кокса уменьшается количество вредных выбросов в атмосферу - пыли, оксида углерода, оксидов серы, азота. n Таким образом, применение стабилизированного металлургического сырья – агломерата и кокса, позволит улучшить газодинамику доменной печи и обеспечит устойчивую ее работу при снижении расхода кокса в результате вдувания ПУТ 16

n Показатель горячей прочности CSR более точно определяет качество кокса, поскольку характеризует его поведение в доменной печи при высоких температурах в процессе выплавки чугуна. С повышением значений показателя CSR уменьшается разрушение кокса в печи, улучшается проницаемость для газов и жидкостей в зоне плавления доменной печи, повышается производительность, снижаются выбросы вредных веществ и т. д. n Использование углей с благоприятными (низкой основностью) свойствами золы позволяет значительно повысить в целом показатель СSR кокса. Снижение СSR кокса в основном связано с использованием углей высокой основностью золы и низким выходом летучих. 17

18

При максимальном расходе ПУТ требования по сырью сводятся к следующему: • Кокс: • Показатель прочности влажного кокса : М 40 - не менее 75%, М 10 – не более 8, 0%, • Показатель прочности сухого кокса: М 25 – не менее 90%, М 10 – не более 7, 0% • CSR ( «горячая» прочность кокса) - не менее 60%, • CRI (реакционная способность кокса) – не более 30, 0% • Агломерат: • Содержание фракции 0÷ 5 мм – не более 5, 0 % • Механическая прочность агломерата на удар (Х 1) – не менее 73% • Механическая прочность агломерата на истирание (Х 2) – не более 3, 2% На ОАО «НТМК» качество агломерата ВГОК позволяет работать с расходом ПУТ до 150 кг/т чугуна 19