научная статья по теме ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ КОКСА К ДОМЕННОЙ ПЛАВКЕ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ КОКСА К ДОМЕННОЙ ПЛАВКЕ»

УДК 669.162.16

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ КОКСА К ДОМЕННОЙ ПЛАВКЕ

© Подкорытов Александр Леонидович, Кузнецов Александр Михайлович, канд. техн. наук; Дымченко Евгений Николавеич, Падалка Владимир Павлович, канд. техн. наук, ОАО «Енакиевский металлургический завод». Украина, 86429, Донецкая область, г. Енакиево, пр. Металлургов, 9. Тел.: +38 (06252) 9 2301

Ярошевский Станислав Львович, д-р техн. наук, проф.; Кузин Андрей Викторович, канд. техн. наук Донецкий национальный технический университет. Украина, 83001, г. Донецк, ул. Артема, 58. Тел.: +38 (062) 301 0842, e-mail: yarosh@fizmet.dgtu.donetsk.ua

Статья поступила 25.05.2009 г.

В статье рассмотрен вопрос подготовки кокса к доменной плавке, наиболее полно отвечающей требованиям доменной технологии: высев отсева фракции -36 мм, выделение коксового орешка фракции 15-36 мм и загрузки его в смеси с железорудной шихтой. Проанализирован опыт по применению кокса класса «Премиум» на доменной печи № 5 ОАО ЕМЗ, позволивший дополнительно снизить расход скипового кокса на 3,2-4,1 %.

Ключевые слова: металлургический кокс, скиповый кокс, коксовый орешек, фракция, однородность кокса, порозность.

Последние десятилетия отмечены значительным прогрессом доменной технологии, обеспечившим прирост производительности доменных печей до 2,53,5 т/(м3-сут), снижение расхода кокса до 250-300 кг/т чугуна, содержание серы в чугуне до 0,011-0,015% [1]. Основой указанных изменений стало массовое применение дополнительных видов топлива в комплексе с улучшением всех определяющих компонентов технологии: качеством шихтовых материалов, шлаковым и дутьевым режимами, совершенствованием конструкции печи и оборудования.

Важнейшее и определяющее влияние на возможность реализация этих изменений оказало улучшение качества кокса, на который возросли механические, температурные, химические, истирающие и другие нагрузки. По данным немецких исследователей, прочностные показатели качества кокса в Германии за последние 20-30 лет возросли вдвое и более.

В зарубежной практике повышение качества скипового кокса совместно с требованиями доменной технологии успешно решается как за счет улучшения качества коксовой составляющей шихты и режима коксования, так и за счет целенаправленной подготовки кокса к доменной плавке. В соответствии с требованиями современной технологии в большинстве развитых стран минимальный уровень показателя горячей прочности кокса (СБЕ) составляет 60-65 % и выше, а реакционная способность - меньше 25-30% [2].

В отечественной практике имеется значительный теоретический и экспериментальный задел по повышению качества скипового кокса: классические работы И.Д.Балона, И.И.Коробова, В.И.Логинова и др., 2 а также их учеников Г.В.Журавлева, К.А.Мусиенко, £ А.П.Лихорадова, А.И.Васюченко, Д.В.Воронкова и др. ^ Фундаментальные работы по исследованию изменения • качества кокса на пути его следования от рампы кок-| сохимического завода (КХЗ) до доменной печи были < проведены на Череповецком, Карагандинском и Ниж-г нетагильском металлургических комбинатах.

Однако на практике, в современных доменных цехах металлургических предприятий Украины и России до настоящего времени, в основном, используется традиционная, действующая с середины прошлого века, схема подготовки металлургического кокса к плавке (отсев фракции менее 18-30 мм перед загрузкой кокса в печь), в значительной мере ограничивающая и сдерживающая возможности совершенствования и повышения эффективности доменной технологии.

В ОАО «Енакиевский металлургический завод» (ОАО ЕМЗ) работа по подготовке кокса к доменной плавке начата в 2000 г., и в настоящее время на ДП-5 успешно внедрена современная схема, суть которой заключается в минимизации содержания в скиповом коксе как мелких (-36 мм), так и крупных (+80 мм) фракций [3].

Обоснование оптимальной схемы подготовки кокса к доменной плавке. Снижение газопроницаемости столба кокса в печи происходит из-за наличия в массе кокса мелких фракций (10-0 и 10-25 мм), а также неизбежно разрушающихся в печи крупных фракций (60-80 и +80 мм), снижения прочности кокса и его разрушения из-за взаимодействия со щелочами, механических и термических нагрузок [4]. Наиболее устойчивой по физическим свойствам и газопроницаемости является фракция кокса 40-60 мм, в меньшей степени, но достаточно благоприятными, являются фракции 25-40 и 60-80 мм [5]. Следовательно, наиболее важными и эффективными мероприятиями при подготовке кокса к плавке являются: нейтрализация влияния щелочей; минимизация содержания в коксе мелких (10-0 и 10-25 мм) и крупных (+80 мм) фракций.

Нейтрализация влияния щелочей. Известно, что высокий приход щелочей с шихтой в доменной печи крайне негативно влияет на прочность агломерата и кокса, нарушает режим гарнисажеобразования, провоцирует настылеобразование. Из рис. 1 следует, что на 2/3-3/4 разрушение кокса в доменной печи опре-

Причины Уменьшение размера, мм

5

Дробление Истирание

Реакция газификации 3

--^

Уровень засыпи

900 °С

20

Воздействие

щелочей

--

Термический 10 удар -

1100°С

1400°С 1600 °С

55 45 35 25 Рис. 1. Разрушение кокса в доменной печи [4]

»

15

деляется влиянием щелочей и термическим ударом. В ряде исследований негативное влияние повышенного прихода щелочей определяет перерасход кокса и потери производительности печи на 5%. Согласно отечественной и зарубежной практике, достаточно безопасный уровень прихода щелочей с шихтой составляет 1,5-2 кг/т чугуна [6].

Практика показывает, что в доменных цехах Донбасса приход щелочей на 1 т чугуна составляет 5-11 кг, причем в значительной мере, щелочи поступают с коксом. Так, содержание щелочей в донецких коксах составляет 0,3-0,5% и как правило, не контролируется и не регламентируется ни на КХЗ, ни в доменных цехах.

В зарубежной практике содержание щелочей в коксе регламентируется наравне с прочностными показателями и фракционным составом - не более 0,2% [1].

Очевидно, что работу по повышению качества кокса в Украине необходимо начинать с освоения контроля и регламентации содержания в нем щелочей.

Обоснование оптимального размера кусков скипового кокса. Для расчета показателей кокса в качестве базового (табл. 1, вариант 1) принят фракционный состав металлургического кокса Авдеевского КХЗ. Варианты 2-7 фракционных составов кокса рассчитаны исходя из условия повышения содержания фракций 40-60 и 60-80 мм в сумме от 75 до 97% и пропорционального уменьшения фракций 25-0, 25-40 и +80 мм (табл. 1).

Перепад давления газа рассчитывали по известному уравнению Дарси-Вейсбаха

Ар = /Н1-! • ^ (Па),

( Г

гарм

Ф,

(1)

где/ - коэффициент сопротивления; Н - высота слоя, м; е - порозность, доли единицы; р - действительная плотность газа, кг/м3; V - действительная скорость

Таблица 1. Исходные данные для расчета показателей качества кокса

Номер варианта Фракция кокса, % Содержание фракции 40-80 мм, %

-25 25-40 40-60 60-80 +80

1 3,6 13,7 42,6 27,3 12,8 69,9

2 3,0 11,3 45,7 29,3 10,7 75,0

4 1,8 6,8 51,8 33,2 6,4 85,0

6 0,6 2,3 57,9 37,1 2,1 95,0

7 0,4 1,3 59,1 37,9 1,3 97,0

газа, м/с; ^ м - среднегармонический размер частиц, м; Ф1 - фактор формы куска кокса.

В качестве исходных использовали следующие данные:

- коэффициент / определяли исходя из критерия Рейнольдса по формуле/= 1,75 + (150/Ие);

- за величину Н приняли путь, пройденный газом через коксовую линзу в зоне когезии; Н определяется исходя из насыпной массы кокса, массы кокса в подаче, угла наклона коксовой линзы в зоне когезии по отношению к горизонту (примерно 15°), системы загрузки шихты;

- порозность слоя кокса рассчитывали по формуле А.А.Томаша [7]:

е £

1-

^ 1 —£° ^ е°Ф2/зу

(I

1-Я

1-

1-е' е°Ф

2/3 У

(I

(м3/м3),

(2)

где g - содержание мелкой фракции материала, доли единицы; е° - порозность кокса, не содержащего мелких частиц, м3/м3; Ф2/3 - фактор формы для шаров, равный 0,52; йм, - мелкая и крупная фракция кокса; - скорость газа определяли по формуле

п = 1 - РН

Ук

Та

Б (м/с),

(3)

где 0 - среднее значение количества газа, проходящее через зону когезии, приведенное по температуре и давлению, м3/с; 5 - площадь боковой поверхности зоны когезии*, м2; РН - рудная нагрузка, т/т; ук и уа -насыпная масса кокса и агломерата соответственно, рудная нагрузка, м3/т;

- среднюю плотность газа в печи определяли исходя из среднего состава газа с учетом поправки на температуру начала и конца размягчения агломерата и его давления.

Для сопоставления порозности, рассчитанной по формуле (2), определяли порозность и в зависимости от среднегармонического размера кокса:

е = 0,222(г°ар2м2 (м3/м3). (4)

*В расчетах принято, что зона когезии имеет форму конуса, и газ проходит через боковую поверхность зоны когезии через «коксовые окна». Угол в вершине конуса принят равным 60°.

2

Однородность фракционного состава кокса оценивали по формуле П.А.Щукина

(40-80 мм) % Ко = . (5)

(> 80 мм) % + (25-40 мм) %

Результаты расчета перепада давления, среднегар-монического диаметра, порозности кокса и однородности кокса приведены на рис. 2. Видно, что при увеличении содержания фракции 40-60 и 60-80 мм от 69,8 до 97% и, следовательно, однородности кокса от 2,9 до 14,5 перепад давления газа, проходящего через слой кокса, снижается от 69,2 до 49 Па, т.е. на 29,2%; при этом происходят повышение порозности, рассчитанное по формулам (3) и (5) и среднегармоническо-го диаметра кусков кокса от 47,8 до 55,3 мм. Характер кривой свидетельствует о том, что при высоких требованиях к качеству кокса, связанных, прежде всего, со снижением его расхода до 350 кг/т чугуна и ниже, оптимальное значение содержания классов 40-60 и 60-80 мм должно быть выше 95%. При этом достигается минимальное значение и высокая устойчивость перепада давления газа в слое кокса при значительных колебаниях его однородности (10-15 ед.).

Ряд исследователей изучали динамику разрушения кокса и отдельных его фракций в барабане и при сбрасывании на металлическую плиту [8, 9]. Большее значение имеют опыты по разрушению кокса и отдельных его фракций в барабане. Считается, что воздействие дробящих и

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком