Оценка влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП

 

Таблица №10. – Влияние различных факторов на расход кокса и производство чугуна

В таблице №11 представлены технологические показатели работы ДП-3 по периодам и приведенные значения производительности печи и расхода кокса без учета его качества (Таблица №11).

№	Показатель	Базовый период	Сравнительные периоды
		январь	апрель	май	июнь	июль	август
1	Производство чугуна, т/сут	4107	4394	4106	4036	3704	3450
2	Расход сухого скипового  кокса, кг/т	467	490	507	514	520	578
3	Содержание Fe в шихте, %	58,21	57,7	57,74	57,55	56,94	56,27
4	Расход сырых флюсов, кг/т	2	9	0,2	0,12	2	4
5	Простои, % номинального времени	4,81	1,59	1,76	0,97	2,06	4,93
6	Тихий ход, % номинального времени	0	0	0,07	0	0,08	0,28
7	Содержание кислорода  в дутье, %	26,2	26,4	26,6	26,3	26,2	25,2
8	Температура горячего дутья, С	1101	1062	1072	1057	1064	1048
9	Расход природного газа, куб. метр/т	85,3	88	87,3	77,4	70	63,3
10	Давление газа под колошником, атм	1,43	1,4	1,42	1,41	1,36	1,45
11	Содержание в чугуне, %:
	Si	0,69	0,65	0,66	0,67	0,71	0,75
	Mn	0,037	0,033	0,04	0,036	0,036	0,037
	S	0,026	0,028	0,023	0,026	0,026	0,029
12	Интенсивность плавки по коксу, т/(куб. метр в сутки)	0,872	0,979	0,949	0,943	0,875	0,907
13	Изменение общее:
	расхода кокса, кг/чугуна		23	40	43	53	111
	производительности		287	-1	-71	-403	-657
14	Изменение по факторам 1-10 (технология):
	расхода кокса, кг/чугуна (% общего изменения)		8,6 (37)	5,7 (14)	12,3 (26)	17,7 (33)	37,8 (34)
	производительности, т/сут		389	332	319	0	-249
15	Приведенные значения (без  качества кокса):
	расход кокса, кг/т		481	501	502	502	540
	производительность, т/сут		4005	3774	3717	3704	3699

 

Таблица №11. – Изменение технологических показателей работы ДП-3 по периодам и приведенные значения производительности печи и расхода кокса без учета качества кокса

Из таблицы №9 следует, что колебания технологических параметров приводили к изменению кокса от 5,7 кг/т чугуна (май) до 37,8 кг/т чугуна (август), что составило 14-37% общего изменения расхода кокса. Изменения в производстве чугуна за счет колебаний технологических параметров составили от 0 т/сут (июль) до 389 т/сут (апрель), то есть максимальное изменение составило 9,5 % от производства чугуна.

Для выявления общего характера  влияния термической устойчивости на расход кокса и производительность печи рассмотрим графические зависимости (рисунок №8). Видно, что зависимость расхода кокса и объема выпуска чугуна от ТУ имеет полиномиальный характер с высокой корреляцией. В общем виде можно утверждать, что чем выше термическая устойчивость кокса, тем выше производительность и ниже удельный расход кокса и наоборот.

Рисунок №8. – Влияние термической устойчивости кокса на его расход, кг/т жидкого чугуна

Отмеченная особенность  повышенного расхода кокса при  низком выходе чугуна при ТУ < 1,0 обусловлена низким качеством кокса. Именно при этих значениях термической устойчивости происходит резкое увеличение образования мелочи в нижних зонах печи, скопление ее в зонах с низкой скоростью газа и загромождение горна, что ухудшает газопроницаемость шихты и нарушает рациональное распределение газового потока в печи. Можно сделать аналогичный вывод, указа значение CSR < 45%, что соответствует диапазону ТУ < 1 в нашем случае (Таблица №12).

№	Показатели	Период
		январь	апрель	май	июнь	июль	август
1	Производство, т/сут	4107	4005	3774	3717	3704	3699
2	Расход кокса, кг/т	467	481	501	502	502	540
3	Качество кокса:
	Зольность Ad, %	11,2	11,2	11,5	11,9	11,8	12
	Сера Sd1, %	0,47	0,47	0,48	0,47	0,47	0,48
	Фосфор в золе Pd, %	0,312	0,257	0,266	0,262	0,256	0,216
	Выход летучих веществ  Vdaf %	0,4	0,4	0,7	0,8	0,9	1
	М25, %	Н.д.*	Н.д.	Н.д.	82,3	81,7	81,4
	М10, %	Н.д.	Н.д.	Н.д.	9,9	10,1	10,4
	CSR, %	48	46	43	40	40	35
	CRI, %	40	39	41	43	42	45
	ТУ	1,2	1,18	1,05	0,93	0,95	0,78
	Bash**	2,76	2,72	2,83	3	3,27	3,41
*Н.д. – нет данных. **Общая зольность с  учетом химического состава.

 

Таблица №12. – Качество скипового кокса ДП-3 в анализируемые периоды и приведенные показатели работы доменной печи

Таким образом, установлена  тесная взаимосвязь термической  устойчивости кокса с показателями работы доменной печи. Определены количественные соотношения между термической  устойчивостью кокса, удельным расходом сухого скипового кокса и производством  жидкого чугуна.

 

 

 

 

 

 

8. Влияние снижения зольности и влажности шихты на экономические показатели коксохимического и доменного производства

Влага и золообразующие компоненты коксующихся углей являются наиболее

вредным балластом шихт коксохимических  заводов. Приведены технико-экономические данные, показывающие, что снижение влажности и зольности коксующихся углей позволяет получить существенный экономический эффект как на стадии коксохимического, так и доменного производства.

Угольная сырьевая база коксования заводов Украины характеризуется  постоянным ростом влажности и зольности, т.е. содержания в угле тех компонентов, которые являются главным балластом в технологии производства качественного металлургического кокса. В таблице №13 показаны изменения этих параметров за период 1985-2009 гг. по данным УХИНа.

Таблица №13.- Изменение влажности и зольности шихт заводов Украины

Анализ представленных данных показывает, что за рассматриваемый  период существенно повысились влажность и зольность шихты – в среднем на 1,0 % и 1,3 % соответственно. При этом влажность украинских углей явилась основной причиной повышения влажности всей шихты (в сравнении с аналогичным показателем

импортных углей превышение составило более 2 %). В отношении  зольности следует отметить, что  ее рост связан с двумя факторами: дефицитом отечественных коксующихся углей и привлечением импортных углей, имеющих высокую зольность товарных концентратов. Дефицит украинских углей обусловил переход на их обогащение по более высокой плотности (1600-1650 кг/м3 вместо обычно принятой 1500 кг/м3) и на использование высокозольных шламов, что позволило увеличить производство украинского концентрата в среднем на 2 % или на 500-600 тыс. т в

год. Это означает, что  при среднем выходе концентрата  всех углеобогатительных фабрик Украины 56 % в их товарной продукции находится около 54 % концентрата зольностью до 7,6 % и 2 % промпродукта и шламов зольностью до 38 %, что обусловливает повышенную трещиноватость кокса и приводит к росту его истираемости.

Что касается влажности шихты, то она существенно влияет на тепловой режим коксовых печей, а также  расход тепла на коксование. Повышенная влажность не только увеличивает расход тепла, но и способствует образованию более неравномерного по крупности кокса, снижению механической прочности и увеличению пористости, а также приводит к уменьшению срока службы печей.

Исследования показали, что  роль влаги в процессе коксования значительно больше, чем просто нагревание и испарение. Влага изменяет тепловые свойства шихты при загрузке: для влажного материала коэффициенттеплопроводности значительно выше, чем для сухого и воды в отдельности. Полученные УХИНом данные об изменении расхода тепла при увеличении влажности загружаемой шихты с 8 до 12 % составили: от 8 до 10 % –33,5-38,0 кДж; от 10 до 12% – 38,0-53,0 кДж соответственно.

Представляет интерес  рассмотрение влияния зольности  и влажности угольной сырьевой базы на изменение технико-экономических показателей углекоксового и доменного производств на примере предприятий ЗАО«Донецксталь».

Данная компания имеет  в своем составе шахту «Красноармейская Западная № 1» (ш/у «Покровское»), добывающую около 6 млн. тонн в год малосернистого угля марки К; современную углеобогатительную фабрику «Свято-Варваринскую», технологическая схема которой позволяет получать товарный концентрат влажностью 8,0-8,5 % и зольностью 7-8 %; коксохимические заводы (ОАО «Ясиновский КХЗ» и ЗАО «Макеевкокс»); металлургический завод с двумя доменными печами (1033 м3 каждая), оснащенными технологией производства и вдувания пылеугольного топлива (ПУТ). Авторами рассмотрена сырьевая база ЗАО «Макеевкокс», влияние ее качественных характеристик по влаге изольности на выход и качество кокса (Таблица №14).

Таблица №14. – Факторы, изменяющие затраты и прибыль при снижении влаги и зольности углей

Сырьевая база ЗАО «Макеевкокс» в 2008-2010 гг. (I кв.) характеризовалась незначительным количеством компонентов (4-5), в том числе обогащенных на собственной фабрике. При этом участие в шихте концентрата шахты «Красноармейская Западная № 1» увеличилось в среднем с 40,6 % в 2008 г до 71,9 % в первом квартале 2010 г., достигая в отдельные периоды 83,9 %. За этот период влажность шихты завода снизилась с 10,7 до 9,5 %, а зольность – с 8,4 до 8,1 %. Снижение этих показателей произошло, в основном, за счет использования концентрата новой обогатительной фабрики со средними показателями влажности 8,0 % и зольности 7,8 %. Кроме того, проводилась систематическая работа по контролю соблюдения предельных норм и показателей качеств концентратов и шихты [2]. Это привело к улучшению технико-экономических показателей ЗАО «Макеевкокс»

применительно к отчетным показателям данного предприятия  за 2009 г. При переработке 1522885 т угольного концентрата фактической массы снижение влажности с 10,7 до 9,5 % равноценно дополнительному получению 18810 т сухой шихты.

В разрезе отдельных подразделений  коксохимического завода снижение влажности  и зольности и увеличение объема переработки шихты в сухой массе приводит к изменению затрат и прибыли под влиянием факторов, представленных в таблице №12.

Из приведенных данных видно, что изменение влажности  и зольности шихты изменяет затраты  и прибыль практически по всем основным подразделениям коксохимического производства, к которым относятся: углеподготовительный и коксовый цеха, отделения конденсации смолы, сульфатное и бензольное; цеха

ректификации бензола  и смолоперегонный; участок биохимической очистки сточных вод.

Основными факторами, влияющими  на изменение затрат и прибыли, являются: снижение себестоимости за счет условно-постоянных расходов (углеподготовительный и коксовый цеха, цех ректификации бензола, отделения

конденсации смолы, сульфатное и бензольное), снижение себестоимости шихты, кокса, коксового газа; снижение расхода пара. При этом имеет место увеличение объема производства кокса, коксового газа и др. продуктов коксования.

Выполненные расчеты показывают, что при переработке 1522,9 тыс. т  шихты с влажностью, сниженной  с 10,7 до 9,5 %, в условиях ЗАО «Макеевкокс» дополнительная сумма годовой операционной прибыли составит 20226,5 тыс. грн. (Таблица №15).

Таблица №15. - Дополнительная прибыль ЗАО «Макеевкокс» в результате снижения влажности и зольности концентрата

В расчете на тонну доменного  кокса сухой массы увеличение прибыли составит 18,76 грн. Если влажность шихты существенно влияет на теплотехнический режим и выход продуктов коксования, то ее зольность сказывается на качественных параметрах металлургического кокса, а, следовательно, и на показателях доменного производства.

Поскольку уголь шахты  «Красноармейская Западная № 1» является основным компонентом шихт Ясиновского и Макеевского коксохимических заводов, исследовали влияние уровня зольности полученного из него концентрата на зольность и механическую прочность (М25 и М10) металлургического кокса. Повышение зольности концентрата на 1 % приводит к повышению зольности кокса на 1,3 %, что в свою очередь ухудшает показатели дробимости (М25) и истираемости (М10) на 0,5 % каждый.

Таким образом, при снижении зольности шихты с 8,4 до 8,1 % качество доменного кокса изменяется следующим образом:

– зольность снижается  на 0,36 %;

– прочность по М25 повышается на 0,15 %;

– истираемость по М10 снижается на 0,15 %.

Для дальнейших расчетов приняты  известные нормативы влияния  качества кокса на его удельный расход в доменной печи и на производительность доменной печи [4]:

– снижение зольности кокса  на 1 % приводит к снижению его удельного  расхода и к повышению производительности доменной печи на 1,2 %;