Оценка влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП

В качестве флюса выбирают материал с химическими свойствами, противоположными химическим свойствам пустой породы железосодержащих материалов. Так как пустая порода руд преимущественно кремнеземистая (кислая), то роль флюса выполняют основные оксиды СаО и частично MgO Их роль в доменной печи состоит в основном в понижении температуры плавления пустой породы, ошлакования золы кокса и получения жидкоподвижного шлака с высокой серопоглотшельной способностью. Иногда, в зависимости от состава пустой породы флюсы могут быть кислыми или глиноземистыми.

Оксид кальция входит в  состав минерала кальцита СаСО3, называемого известняком. В кальците содержится 56% СаО и 44% СО2. Кроме известняка, для руд с кислой пустой породой в качестве флюса используют доломитизированный известняк, состоящий из смеси кальцита СаСО3 и доломита СаСО3 MgCO3. Содержание оксида магния в доломитизированном известняке может достигать 14%. Доломитизированный известняк применяют для улучшения подвижности шлака, доводя содержание MgO в шлаке до 6-8%.

Важнейшим требованием, предъявляемым к основным флюсам, является низкое содержание в них кремнезема и глинозема и вредных примесей -серы и фосфора.

С развитием безотходных  технологий все большее значение приобре¬тает использование отходов производства в шихте доменных печей. К числу отходов производства относятся:

1. Колошниковая пыль, получаемая  при очистке доменного газа, со-держание железа в которой находится в пределах 43-50% и зависит от содержания железа в исходной шихте. Кроме того, в колошниковой пыли содержится 5-10% углерода При производстве агломерата колошниковую пыль используют как заменитель железной руды и частично топлива.

2. Пиритные или колчеданные  огарки, которые получают в виде  отходов сернокислотной промышленности  при обжиге серного колчедана  FeS2, содержат окисленное железо  в виде Fe2O3 и Fe3O4 в количестве 48-51%. Содержание серы в огарках  достигает 2,5-3,5%. Поэтому пиритные  огарки можно использовать в  доменной печи, предварительно подвергнув  их агломерации с целью удаления  серы.

3. Шлак кислородно-конверторного  передела содержит 14-20% Fe, 4-8 Мn; 0,2-0,5 Р; 45-54 СаО; 2-4 MgO и 16-20% (SiO2+Аl2O3). При проплавлений его в доменной печи утилизируется железо, частично марганец, а оксиды кальция и магния используются как заменители флюса, особенно в составе задувочной шихты

4 Окалина, которая образуется  вследствие окисления металла  при на¬греве и прокатке и содержит 68-72% Fe в виде Fe3O4, используется при производстве агломерата.

5. Сварочный шлак, образующийся  в нагревательных печах при  взаимодействии оксидов железа (окалины)  с футеровкой печи с содержанием  железа до 50-55%. В доменной печи  используется чаще как технологическое  средство для разжижения и  активации шлака.

6. Чугунный скрап получают  в виде отходов при выпуске  чугуна из печи и разливке  его на разливочных машинах.  Значительное количество чугунного  скрапа получают при разработке  шлаковых отвалов методом магнитной  сепарации шлака. После дробления  скрап загружают в доменные  печи в виде металлодобавки.

Таким образом, качество окатышей определяется их прочностью, гранулометрическим и химическим составом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Взаимосвязь показателей качества доменного кокса

Качество кокса на большинстве  предприятий традиционно оценивали  зольностью, содержанием серы, классами крупности > 80мм и < 25 мм в скиповом коксе, его дробимостью (М25) и истираемостью (М10). Одна из задач нашей работы – рассмотреть взаимосвязь показателей качества скипового кокса, полученных при его испытаниях в холодном и горячем состоянии в ОАО «Тулачермет», где для оценки качества кокса наряду с упомянутыми показателями применяют дополнительный Bash (основность золы кокса) и ТУ – термическая устойчивость кокса.

Фактические данные для определения  качества кокса приведены в таблице №9.

Период
	Ad, %	S1d, %	М25, %	М10, %	CRI, %	CSR, %	термическая устойчивость	Bash
2003г.	11,4	0,45	85,1	9	34	52	1,53	2,2
2008г.	11,4	0,44	84,2	8,7	35	50	1,43	2,44
2010г.:
январь	11,2	0,48	Н.д.*	Н.д.	40	48	1,21	2,78
февраль	11,4	0,47	Н.д.	Н.д.	40	46	1,15	2,82
март	11,1	0,47	Н.д.	Н.д.	37	47	1,27	2,7
апрель	11,2	0,47	Н.д.	Н.д.	39	46	1,18	2,69
май	11,5	0,48	Н.д.	Н.д.	41	43	1,05	2,84
июнь	11,9	0,47	82,3	9,9	43	40	0,93	3
июль	11,8	0,47	81,7	10,1	42	40	0,93	3,25
август	12	0,48	81,5	10,3	48	35	0,73	3,46
сентябрь	12,1	0,48	84,1	9,7	48	40	0,83	3,62
октябрь	12,1	0,48	82,9	9,8	43	39	0,91	3,69
ноябрь	12,1	0,49	82,9	9,9	45	36	0,78	3,71
11 мес. 2010г.	11,7	0,48	82,5	9,9	41,6	42,4	1	3,14
Н.д. – нет данных

 

Таблица №9. – Фактические показатели качества кокса в условиях ОАО «Тулачермет»

Между показателями CSR и CRI имеется тесная корреляция, одновременное их использование приводит к двойному учету взаимосвязанных параметров, поэтому при анализе результатов доменной плавки следует использовать один из них. Термическая устойчивость (прочность) кокса (ТУ) – отношение CSR к CRI: ТУ=CSR/CRI. Этим отношением мы приводим показатели CSR и CRI к одному, который не теряет физического смысла. Чем больше это отношение, тем выше качество кокса.

Например, корреляционная зависимость  показателей CSR и CRI для скипового кокса ОАО «Тулачермет» в 2003г. Выражалась следующим соотношением: CRI=62,56-0,55*CSR при следующих значениях CRI=34% и CSR=51,9%. Таким образом, показатель ТУ=51,9/34=1,53. Термическая устойчивость определяет, в первую очередь, газодинамические характеристики столба шихты в печи. Появление мелких фракций при разрушении непрочного кокса ухудшает газопроницаемость слоя шихты, приводит к загромождению горна и потере его емкости, значительно снижает фильтрующую способность коксовой насадки в горне печи. Для коксов, рекомендованных для внедрения ПУТ, ТУ должен быть >=2,29.

В целом в 2010г. по сравнению  с 2003г. качество кокса ухудшилось: по результатам испытаний в холодном состоянии М25 на 3% ниже, М10 на 1% выше, термическая устойчивость кокса  в 2010г. Составляла всего 64% от термической  устойчивости кокса в 2003г. Термическая  устойчивость кокса более чувствительна  к изменениям качества кокса, в том  числе сырьевой базы коксования, которая в сравниваемые периоды кардинально изменилась. Так, если CRI и CSR в относительных процентах в сравниваемые периоды изменились на 24,7 и 20%, то изменение ТУ составило 36%.

Для установления связи показателей  механической прочности скипового  кокса М25 и М10 с термической устойчивостью воспользуемся среднегодовыми данными за 2008 год и среднемесячными в 2010 году (Таблица №9).

Зависимость ТУ от М10 в общем виде имеет следующий вид: ТУ=4,99-0,41*М10. Тесную корреляционную связь между показателями ТУ и М10 можно объяснить тем, что оба параметра отражают сопротивление кокса истиранию: М10 характеризует истираемость кокса в верхних зонах печи, ТУ – после химического воздействия с СО2, то есть в нижних зонах печи. При этом структура кокса после «химического разрушения» не меняется, что говорит в пользу установленной зависимости, позволяющей заключить, что чем больше исходная прочность кокса (М10 меньше), тем больше ТУ – его сопротивление «химическому разрушению». Корреляционная зависимость между дробимостью в холодном состоянии М25 и ТУ находится на стадии исследования.

При подготовке угольной шихты  для коксования в кокс попадают минеральные  примеси, о количестве которых судят  по зольности кокса, о размере  – по уровню измельчения шихты. В  процессе коксования минеральные включения  в теле кокса образуют внутренние напряжения, так как усадочные  свойства примесей и пористого тела кокса сильно разнятся. Реализация этих напряжений происходит при механических нагрузках на кокс во время транспортировки его в печь и при вторичном нагреве, которому он подвергается в печи, и приводит к дополнительному образованию мелочи. Ее количество, на наш взгляд, косвенно связано с показателями М10, Bash, ТУ.

Зависимость CSR от изменения общей зольности кокса и химического состава его золы можно выразить соотношением: CSR=68,84-7,43*Bash, %, где Bash=Ad(K2O+Na2O+MgO+CaO+Fe2O3)/100, при этом изменение Bash или зольности кокса на 1% приводило к изменению CSR на 7,4 и 1,7% соответственно. По данным работы, изменение зольности кокса на 1% приводит к изменению CSR на 3,48%, но при более высоких значениях CSR.

С существенным изменением сырьевой базы коксования (анализируемый  период) основного поставщика кокса  ОАО «Тулачермет» корреляционная зависимость показателей CSR и Bash для скипового кокса приняла вид CSR=89,88-15,7*Bash, %, с коэффициентом корреляции-0,892. Анализ этого уравнения показал, что влияние зольности и ее химического состава на «горячую» прочность возрастает. На каждый 1% увеличения зольности кокса CSR снижается на 2,6%, а каждый процент увеличения Bash приводит к снижению «горячей» прочности на 9,9%. Поэтому при существенном изменении значений CSR и Bash (состава угольной шихты) следует корректировать установленные зависимости. Вместе с тем если мы в последнем выражении учтем зависимость показателя ТУ, то оно приобретает вид: ТУ=2,41-0,446*Bash, при этом коэффициент корреляции становится равным 1. Поэтому при анализе работы доменных печей предлагаем использовать показатели ТУ и Bash.

Таким образом, мы рассмотрели  корреляционные зависимости между  показателями качества кокса, характеризующие  его свойства в холодном и «горячем»  состоянии.

Кроме того, нами предложен  показатель ТУ – термическая устойчивость кокса для оценки качества доменного  кокса. Также нами показана тесная связь  термической устойчивости с М10 и  Bash.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Влияние качества кокса на работу доменных печей

Одна из задач нашей  работы – оценка влияния термической устойчивости кокса на работу доменной печи. Для анализа приведем пример - работа, которая проводилась на ДП-3 ОАО «Тулачермет» объемом 2200 куб. метров. За базовый вариант принята работа ДП-3 в январе 2010г., сравнительные периоды – апрель, май, июнь, июль и 15 дней августа 2010г., характеризующиеся устойчивой работой печи. Влияние отдельных технологических параметров оценивали по методике, принятой на ОАО «Тулачермет» (Таблица №10).

№	Изменяемый параметр	Величина изменения	Расход кокса, %	Производство чугуна, %
1	Увеличение содержания Fe в железнорудной части шихты, %	1	-1,0	1,7
2	Уменьшение расхода сырых  флюсов, кг/т	10	-0,5	0,5
3	Сокращение простоев, %	1	-0,5	1,5
4	Сокращение тихих ходов, %	1	-0,5	1
5	Обогащение дутья кислородом, %	1	0,2	2,4
6	Повышение температуры горячего дутья, С	10	-0,28	0,22
7	Увеличение расхода природного газа, куб. метров	1	0,7кг/т	-
8	Увеличение давления газа под колошником, атм	0,1	-0,2	1
9	Уменьшение содержания, %:
	Si в чугуне	0,1	-1,2	1,2
	Mn в чугуне	0,1	-0,2	0,2
	S в чугуне	0,01	1,0	-1
	S в коксе	0,1	-0,3	0,3
	золы в коксе	1	-1,3	1,3
10	Увеличение интенсивности  плавки по коксу, %	1	0,2	0,5
11	Уменьшение показателя, %:
	М10	1	-4	5
	М25	1	1,2	-2,5
12	Увеличение колеблемости кокса, %	0,1	1,6	-1,2
13	Повышение в скиповом коксе  фракции < 40 мм, %	1	0,19	-0,4
14	Повышение прочности кокса  по CSR, %	1	-0,25	0,3