Полная версия

Главная arrow Агропромышленность arrow Возможность улучшения качества кокса вне печной камеры

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ДОМЕННЫЙ КОКС

Наибольшая масса производимого кокса используется в доменном процессе.

Современный доменный процесс характеризуется высокой интенсивностью, которая достигается за счет предварительной подготовки железосодержащей части шихты (использование офлюсованного агломерата и окатышей), высокой температуры дутья (до 1000°С и более), использования природного газа и др. Это снижает расход кокса на тонну выплавляемого чугуна, но к качеству кокса требования становятся более жесткими.

Чтобы обеспечить наилучшие условия нагрева и протекания химических реакций, необходим одинаковый контакт реагирующих веществ на каждом участке любого поперечного сечения доменной печи. Это требование выполняется не столько за счет равномерного распределения плавильных материалов по сечению печи, сколько за счет равномерной их газопроницаемости. Если газопроницаемость шихты на каком-то горизонте будет по сечению разной, газы устремятся через каналы с меньшим сопротивлением, что неблагоприятно повлияет на процесс.

В доменной печи объем загружаемого кокса за последнее время существенно снизился, но если учесть, что плавильные материалы к нижним частям печи подходят в жидком состоянии, а кокс является единственным твердым материалом, роль кокса как основного наполнителя и разрыхлителя столба шихтовых материалов продолжает оставаться высокой.

В результате совершенствования подготовки железорудных материалов к доменной плавке значительно снижается их крупность (сортированный агломерат до 10-30 мм, окатыши до 10-15 мм), повышается прочность и абразивность. Поэтому актуально снижение верхнего предела крупности и повышение равномерности гранулометрического состава кокса, что должно способствовать снижению его удельного расхода на выплавку чугуна.

Кокс, как и прежде, является важным источником тепла, восстановителем и разрыхлителем. Но потребление кокса определяется уже не столько тепловым балансом доменной плавки, сколько необходимостью обеспечить определенную газопроницаемость столба шихтовых материалов, которая во многом зависит от крупности и равномерности кусков кокса. В связи с этим роль этих характеристик возрастает. Грансостав кокса должен быть близок к грансоставу остальной части шихты.

При движении сверху вниз в доменной печи кокс истирается в результате трения кусков друг о друга, а также о другие компоненты шихты и кладку доменной печи. Этому способствует восходящий поток газов, насыщенный пылевидными частичками шихтовых материалов. Образующаяся в результате истирания коксовая мелочь, как и другие мелкие материалы, сосредотачивается в осевой части доменной печи, делая этот участок малопроницаемым для газов. По этой причине нежелательно разрушение крупных кусков кокса внутри домен, обязательно сопровождающееся образованием мелочи. Коксовая мелочь повышает вязкость шлаков, а следовательно, и дренируемость их и определяет ряд других последствий, вызывающих расстройство нормальной работы печей. Поэтому большое значение имеет снабжение доменных печей прочным коксом.

Нижний предел крупности кокса на большинстве заводов СССР принимался 25 или 40 мм (последний для крупных доменных печей). В отдельных случаях применяли узкие классы крупности кокса 40-60 мм, 40-80 мм и 25-60 мм, а для небольших доменных печей - класс крупности 25-40 мм. Во всех случаях увеличение равномерности гранулометрического состава благоприятно сказывалось на показателях доменной плавки.

Характеристикой крупности являлось содержание в коксе кусков размерами более 60 мм (% по массе). Особый упор делался на увеличение содержания кокса класса 60-80 мм в связи с увеличением размеров доменных печей и снижением расхода кокса на тонну чугуна. Многие специалисты России и Украины считают, что в современных условиях целесообразно использовать в доменных печах кокс крупностью 30-60 мм.

Можно предположить, что в перспективе основным требованием к грансоставу будет являться уровень содержания в нем класса 40-60 мм, совокупность металлургических свойств которого в наибольшей степени отвечает требованиям доменного процесса. В то же время нет достаточных оснований для отказа от применения в доменной плавке кокса крупностью 60-80 мм и от сортировки товарного кокса крупностью 25-80 мм на узкие классы 25-40 и 40-80 мм или другие с раздельной подачей их в доменные печи. Целесообразность применения для выплавки чугуна кокса крупностью 25(30)-60 мм требует дополнительных экспериментальных подтверждений [22].

За рубежом используют для доменной плавки крупные классы кокса более 40 мм, более 60 мм и даже более 80 мм (ФРГ, Франция) и мелкий кокс, иногда специально дробленый [2]. В США, например, для доменных печей, используется кокс с размерами кусков менее 70 мм. Имеются данные о хороших результатах использования кокса крупностью 20-50 мм [3]. В Японии применяют кокс крупностью от 25 мм, но некоторые доменные печи работают на узких классах мелкого кокса (20-40 мм, 25-60 мм, 25-70 мм и даже 10-40 мм).

Таким образом, гранулометрическая характеристика используемого кокса весьма разнообразна. Вероятно, это связано с условиями технологии и спецификой конкретного производства. Отсюда следует, что эта характеристика должна определяться потребителем, а коксохимики должны иметь возможность производить кокс требуемой гранулометрической характеристики.

Прочность кокса определяется степенью изменения его грансостава при воздействии разрушающих усилий. Различают дробимость кусков (склонность к разделению на большее число кусков меньших размеров) и истираемость (склонность к потере мелочи с поверхности кусков). Во всем мире широко применялся и применяется поныне определение механических свойств кокса по его прочности в холодном состоянии (140,110, М40, М25, М10). Эти и подобные им характеристики находят

Таблица 2.1

Связь между качеством кокса и работой доменных печей

Факторы и единицы измерения

Снижение расхода кокса, %

Производительность,

%

Повышение прочности кокса по индексу М25 на 1 %

0,6

+0,6

Уменьшение истираемости по индексу М10 на 1 %

2,8

+2,8

Снижение количества кокса >80 мм на 1 %

0,2

по остатку кокса крупности более 40 или 25 мм, а также количеству мелочи менее 10 мм после стандартизированного разрушения в барабане или сбрасыванием.

Разработанный в Институте черной металлургии (ИЧМ) единый отраслевой документ, утвержденный в 1984 г. Министерством черной металлургии СССР, содержит следующие зависимости удельного расхода кокса и производительности доменной печи от показателей его качества (табл. 2.1).

Исследования, выполненные в конце 1990-х - начале 2000 года, и применение теории преобразования грансостава кокса под влиянием нагрузок различной интенсивности (как по величине разовых нагрузок, так и по их количеству) позволили доказать возможность пересчета результатов испытания в одних условиях на результаты испытания в других. Предложена и методика такого пересчета. Одновременно показано, что целесообразней оценивать кокс по динамике трансформации грансостава и предложены показатели оценки дробимости и истираемости кокса [4].

В последнее время получила распространение оценка так называемой горячей прочности и химической активности. Предложенные японской фирмой Nippon Steel Corporation методы определения реакционной способности (CRI) и прочности кокса после его высокотемпературного взаимодействия с С02, (CSR) привлекли внимание во многих странах и стали определяться, как чуть ли не основные показатели качества доменного кокса. Определены оптимальные их величины: CRI<32%, CSR>58% [2, 3]. На некоторых заводах определено, что эти показатели существенно влияют на эксплуатационные характеристики доменной печи. При росте критерия CSR уменьшается разрушение кокса, улучшается проницаемость газов и жидких шлака и металла в зоне плавления печи, повышается ее производительность, снижается удельный расход кокса на выплавку чугуна.

Однако последующие исследования, проведенные в разных странах [6-14 и др.], поставили под сомнение высокую эффективность и целесообразность оценивать качество кокса преимущественно этими показателями. В первую очередь это касается производства кокса из углей бассейнов бывшего СССР. Кроме того, установлена достаточно тесная взаимосвязь между ранее использовавшимися показателями прочности и, особенно, реакционной способности кокса и показателями, предложенными «Ниппон Стил Корпорейшн», а также взаимосвязь этих показателей между собой [12].

Тем не менее, согласно принятым в Европе стандартам, качество доменного кокса должно отвечать параметрам, приведенным в табл. 2.2. Такие же требования были озвучены и в 2010 г. [15].

Требования к качеству кокса в Европе

Таблица 2.2

Показатели

Требования

Физические свойства, %

CSR (>10 мм)

>65

CRI

<23

Lio (>40 мм)

>57

1щ (<Ю мм)

<18

Влага

Гоансостав состав. %:

<10 мм

<3

<40 мм

<18

>80 мм

<10

>100 мм

0

Таблица 2.3

Требования к качеству кокса для доменных печей в Китае

Показатели качества

Объем доменной печи, м3

1000

2000

3000

4000

5000

М40, %

> 78

> 82

> 84

> 85

> 86

М10, %

< 8,0

< 7,5

< 7,0

< 6,5

< 6,0

CSR, %

> 58

> 60

> 62

> 64

> 65

CRI, %

< 28

< 26

< 25

< 25

< 25

Зольность, %

< 13

< 13

< 12,5

< 12

< 12

Сернистость, %

< 0,8

< 0,7

< 0,7

< 0,6

< 0,6

Класс крупности, мм

75-25

75-25

75-25

75-25

75-30

Таблица 2.4

Влияние качества кокса на работу доменных печей Китая

Изменение качественных характеристик кокса, %

Расход

топлива

Выход чугуна, %

М40, +1,0

-5кг/т

+1,5

М10,%, -0,2

-7,0

+4,0

Зольность на сухую массу, +1

+(1,0-2,0)%

+(2,0-2,5)

Сернистость, на сухую, +0,1

1,5-2,0)

-(2,0-5,0)

Влажность, +1,0

+(1,1-1,3)%

-5,0

CSR, +1,0

-(5-11)%

CR1, +1,0

+(2-3)%

Размер кусков <5 мм

+7

В Китае, самом крупном в мире производителе кокса, в настоящее время, поданным VIII Китайского международного конгресса по технологии коксования и рынку кокса, проходившего в 2010 г., предъявляют требования к качеству дифференцированно, в зависимости от объема доменных печей (табл. 2.3). Китайское общество металлургов приводит данные о влиянии качества кокса на основные характеристики работы доменных печей (табл. 2.4) [15]. Такие данные могут быть основой экономических взаимоотношений между металлургами и коксовиками.

Роль химической активности кокса неоднозначна на разных горизонтах доменной печи. Бытовало мнение о том, что при больших удельных расходах кокса в фурменной зоне кокс должен быть химически более активным (быстро сгорать у фурм), определяя этим быстрое опускание шихтовых материалов и образование большого количества восстановительного газа.

По поводу показателей CSR и CRI. В начале XXI века Центр экологии и промышленной технологии фирмы Nippon Steel Corporation (г. Тиба, Япония) - разработчик оценки «горячей прочности и реакционной способности» - выдвинул новую концепцию: работа доменных печей целесообразна на высокореакционном коксе. Обосновывается это повышением эффективности химических реакций в доменной печи при снижении температуры в зоне теплового резерва.

Размеры кусков кокса и их прочность должны быть увеличены. Это позволит сохранить газопроницаемость столба шихтовых материалов в доменной печи от верхних до нижних горизонтов. Предложено регулировать реакционную способность кокса введением в угольную шихту кальция [6].

Большое значение придается не только качественным показателям кокса, но и их стабильности. Анализ работы некоторых металлургических заводов показал, что резкие колебания качества кокса в течение суток в большей степени снижают производительность, чем стабильное ухудшение качества кокса [5]. Постоянству показателей качества кокса уделяется большое внимание в Северной Америке [3]. Институт черной металлургии США установил следующие количественные зависимости между уровнем некоторых показателей качества кокса и удельным расходом кокса на тонну чугуна (табл. 2.5).

Специалисты, имеющие опыт эксплуатации доменных печей большого объема, считают, что современная форсированная доменная плавка требует кокса пониженной реакционной споТаблица 2.5

Влияние индекса стабильности и CSR на удельный расход кокса

Влияние на работу домен

Значения индекса стабильности

Значение CSR,%

<55

55-62

>62

>58

<58

Изменение на 1 % показателей качества изменяет расход кокса, кг/т, на

8,0

4,0

2,0

1,5

0,75

собности. Справедливо также то, что чем лучше подготовлены плавильные материалы, тем меньше реакционная способность кокса влияет на его расход и интенсивность плавки.

Абсолютные показатели влажности кокса в доменном производстве практически значения не имеют, так как влага испаряется на колошнике доменной печи. Там желательно снизить температуру. Таким образом, на восстановление рудной части шихты и образование продуктов доменной плавки влажность кокса не влияет. Но содержание влаги в коксе должно быть постоянным, поскольку его подают в доменную печь по массе. Так как изменения влажности отражаются на содержании углерода в единице массы кокса, то колебания ее могут сказаться на тепловом состоянии доменной печи.

Необходимым условием хорошей работы доменных печей является постоянство всех показателей качества кокса.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>