- •Глава 1.6. Особенности газодинамики печей большой мощности
- •Глава 1.6. Перспективы развития доменного производства
- •1.6.1. Технико-экономические показатели доменной плавки
- •1.6.2. Дальнейшее развитие существующих способов подготовки шихтовых материалов
- •1.6.3. Перспективы развития доменного производства
- •1.6.4. Увеличение размеров доменных печей с установкой бесконусных загрузочных устройств
- •117 В.П. Тарасов, п.В. Тарасов
1.6.3. Перспективы развития доменного производства
Высокая экономичность противоточного процесса и массовая выплавка металла в доменных печах предопределила их использование и в XXI столетии. Однако существуют проблемы. из-за которых дальние перспективы развития доменного производства находятся под большим сомнением. Во-первых, это относится, как было сказано во введении, к ограниченному запасу на планете коксующихся углей, во вторых добыча железных руд, их обогащение, окускование и наконец сама доменная плавка являются источниками загрязнения земной поверхности и атмосферы различными отходами (громадные свалки мусора, неиспользованных шлаков, шламов и др.), пылью и газами. Кроме того, двойной передел при производстве черных металлов должен быть конкурентоспособным по отношению к другим способам их получения. Все это вместе взятое определяет важность перспективы развития доменного процесса, последовательность внедрения в промышленность научных открытий и разработок с учетом законченности теоретических обоснований, экспериментальных данных, и наличия необходимых средств для практической реализации новых проектов.
На первом плане, как это было указано, стоит подготовка железорудных материалов к доменной плавке. К тому, что сказано по этому поводу, следует добавить о необходимости в ближайшие годы резко снизить выделение пыли на аглофабриках и фабриках по производству окатышей. Не исключено решение международных организаций о введении значительных штрафных санкций за превышение норм запыленности, как в цехах самих фабрик, так и во внешнее пространство. Следует также изменить способы отделения влаги из шламов, поскольку в настоящее время под шламы используется большая площадь пахотных земель. Необходимо все шламы возвращать в оборотный цикл металлургического производства.
Следует быстрее решать вопросы с установкой на доменных печах оборудования для использования каменноугольной пыли с дутьем. Экономия кокса при этом достигает 200 кг/т. чугуна при существующих способах подготовки шихты. Это позволит сохранить запасы коксующихся углей на более продолжительное время. Запасы же углей, пригодных для пылеугольного топлива достаточны для долговременного их использования [53,75,76,771.
Со временем доменные печи частично или полностью перейдут на работу с формованным коксом, производство которого основано на малококсующихся углях. Важно при этом знать, как изменится дренажная насадка в горне и газодинамика в нижней и в верхней частях печи. Проведенные в бывшем СССР опытные плавки на формованном коксе показали, что в образцах, извлеченных на горизонте воздушных фурм, содержание фракции 40-60 и < 25 мм составило 81,6 и 9,7%, а в кусковом коксе соответственно 35,0 и 15,3%. Следовательно формованный кокс на уровне фурм имел меньшее количество мелочи, т.е. в условиях доменной печи он оказался прочнее обычного кокса. Это наиболее существенное преимущество формованного кокса. По другим показателям он уступает кусковому коксу. В табл. 1.17 приведены средняя порозность и потери давления в слое формованного и обычного кокса в смеси с агломератом (числитель) и окатышами (знаменатель) [3, 38].
Таблиця 1.17 – Сравнение основных технических характеристик формованного и обычного кокса
Двухслойная загрузка кокса с агломератом или окатышами |
Общая высота слоя с учетом внедрения верхнего в нижний, м |
Средняя порозрность слоя, м3/м3 |
Потери давления, Па/м |
|
В слое кокса |
В коксо-рудном слое |
|||
FK20 |
1,075/0,876 |
0,481/0,411 |
500 |
1141/1027 |
FK50 |
1,075/0,875 |
0,496/0,403 |
485 |
991/1093 |
FK100 |
1,064/0,856 |
0,476/0,397 |
370 |
1077/1175 |
FK300 |
1,051/0,847 |
0,868/0,394 |
250 |
1076/1208 |
K15-45 |
1,330/1,116 |
0,534/0,474 |
600 |
1025/1075 |
K40-120 |
1,305/1,097 |
0,522/0,450 |
200 |
916/940 |
K40-90 |
1,303/1,097 |
0,524/0,466 |
250 |
980/1007 |
K40 |
1,179 |
0,495 |
640 |
1283 |
Примечания: 1. FK - формованный кокс;
2. К - обычный кокс;
3. Внизу у символов FK и К стоят размеры кусков, мм;
4. В числителе кокс с агломератом, в знаменателе - кокс с окатышами; ΔР определяли при скорости воздуха 1 м/с для сечения пустого цилиндра.
Из табл. 1.17 видно, что порозность формованного кокса и с агломератом, и с окатышами меньше, чем соответственная порозность обычного кокса с теми же железорудными материалами, поскольку формованный кокс плотнее, его удельный вес 625 кг/м3, а для кускового кокса 450-500 кг/м3. Однако, потери давления на один метр высоты слоя при смешанной загрузке формованного и обычного коксов с агломератом и окатышами разнятся не столь значительно. Для FK50 ΔР/Н составили 991 Па/м с агломератом и 1093 Па/м с окатышами. Для обычного кокса К40-90 с агломератом и окатышами ΔР/Н составили соответственно 980 и 1007 Па/м.
Таким образом, газодинамические характеристики слоя шихты из формованного и обычного коксов с агломератом и окатышами примерно одинаковы, а прочность формованного кокса в печи оказалась выше, чем прочность обычного кокса.
Опытные плавки проводили в доменной печи 700 м3 метзавода им. Петровского при замене 25% кускового кокса (I период - числитель) формованным (II период - знаменатель) приведены ниже:
Производительность печи, т/сут 1045,0/1131,0
Общий расход кокса, кг/т чугуна 611,0/622,0
Расход природного газа, м3/т, чугуна 77,8/73,4
Содержание в шихте Fe, % 54,8/54,9
Рудная нагрузка, т/т. кокса 2,68/2,72
Количество металлодобавок, кг/т. чугуна 130/80
Количество шлака, кг/т. чугуна 488/444
Количество дутья, м3/мин 1470/1530
Температура дутья, 0С 1018/1025
Видно, что производительность печи в опытном периоде возросла на 86 т чугуна в сутки, а фактический расход кокса стал выше на 11 кг/т чугуна. Расход природного газа и металлодобавок был разным в сравниваемых периодах и после приведения к равным условиям расход кокса во II периоде был на 1,5 кг/т чугуна ниже, по сравнению с плавкой на 100% обычного кокса. Хороший дренаж продуктов плавки и высокие показатели работы печи позволили увеличить долю формованного кокса в шихте до 50%. Печь работала с обычным расходом дутья и несколько меньшим ΔР. Применение формованного кокса является весьма перспективным в доменном производстве.
Для черной металлургии стран СНГ большое значение имеет использование кинетической энергии колошникового газа для получения электроэнергии. В дроссельной группе для создания повышенного давления газа на колошнике все количество печных газов проходит через узкое сечение диаметром не более 100-160 мм. Если на пути газа поставить турбину на одном валу с ротором, то вырабатываемой электроэнергии на 4-х доменных печах среднего объема достаточно для работы всего металлургического предприятия. Капитальные затраты для сооружения электростанции в доменном цехе, примерно такие же, как и при строительстве новой тепловой электростанции, но в первом случае не нужно потом затрачивать топливо.
Известно, что черная металлургия в бывшем СССР потребляла примерно 8% от всей вырабатываемой электроэнергии. В настоящее время на Украине этот процент намного выше, поскольку здесь производится 30-35% чугуна от общего его производства в странах СНГ. Учитывая недостаточное производство электроэнергии на Украине и закрытие Чернобыльской АЭС, следует новые электростанции строить на металлургических комбинатах с использованием энергии доменного газа для выработки дешевой электроэнергии.
За последние годы на Украине резко снизилась температура дутья (примерно с 1180-1250 до 1000-1060 0С). Только на этом дополнительный расход кокса составляет около одного миллиона тонн в год. При увеличении калорийности сжигаемого в воздухонагревателях газа, можно на тех же воздухонагревателях восстановить температуру дутья до 1150-1200 0С с соответствующим снижением расхода кокса.
Перспективным является также обогащение дутья кислородом до 35-40% с одновременным вдуванием водородсодержащих добавок (природный, коксовый, генераторный газы, мазут и др.). Особенно это целесообразно при получении кислорода по более низким ценам, по сравнению с настоящим временем. Известно, что обогащение дутья кислородом увеличивает производство чугуна на 2,0-2,1% на каждый процент О2 (табл. 1.14). Расход кокса при этом, как правило, остается без изменения или повышается на 0,18-0,22% на каждый процент увеличения кислорода в дутье. Поскольку при этом необходимо вдувать водородсодержащие добавки, то удельный расход кокса уменьшится.
В перспективе будут найдены сравнительно дешевые способы отмывки доменного газа от диоксида углерода и подачи его снова в доменную печь. Это позволит значительно снизить расход кокса и водородсодержащих добавок. Надо полагать, что в результате применения указанных перспективных способов ведения доменной плавки, ее конкурентоспособность будет расти и в XXI веке.