Показатели работы доменной печи объёмом 1000 м3 по результатам моделирования

Условия и показатели работы доменной печи	Базовый вариант	Шихта
		С брикетами	С горячебрикетированным железом
Агломерат, кг/т	1482	-	322
Окатыши, кг/т	147	889	767
Брикеты, кг/т	-	836	-
Горячебрикетированное железо, кг/т	-	-	445
Содержание Fe в шихте, %	59,5	54,44	63,3
Расход:
Кислорода, м3/т	51,5	-	38,6
Кокса, кг/т	418	375	384
Природного газа, м3/т	100	50	90
Температура дутья, С	1200	1000	1200
Содержание О2 в дутье, %	26	21	25
Теоретическая температура горения, С	2140	2056	2133
Давление на колошнике (абс.), кПа	270	190	260
Выход колошникового газа, м3/т	1622	1890	1536
Калорийность колошникового газа, МДж/м3	3,96	3,36	4,4
Выход шлака, кг/т	300	309	284
Основность шлака СаО/SiO2	0,995	0,9	1,0
Производительность печи, т/сут	2396	2135	2 11 733

Суммарный расход углерода (табл. 5) оценивали с учётом расхода топлива на производство агломерата, обжиг окатышей, металлизацию брикетов и на производство электроэнергии, расходуемой на получение кислорода, потребляемого в процессах выплавки чугуна в расчёте на 1 т чугуна. Содержание углерода в брикетах и горячебрикетированном железе также учитывали. Долю в доменной шихте брикетов и горячебрикетированного железа, полученных из этих брикетов, задавали из расчёта утилизации в год 600 тыс. т шламов или 640 тыс.т брикетов приведённого выше состава. Для металлизации такого количества брикетов требуется две печи с вращающимся подом производительностью по 320 тыс. т в год, а для проплавки этих брикетов в процессе OXYCUP – две вагранки. Для металлизации брикетов вельц-процессом требуется три вращающихся печи диаметром 4 м и длиной 60 м.

Таблица 5

Расход углерода по вариантам, кг/т чугуна

Статьи расхода углерода, кг/т чугуна	Базовый вариант	Брикеты	Горячебрекитированное железо Fastmet	Горячебрекитированное железо Velz	Процесс OXYCUP
Производство агломерата	65	-	14	14	-
Производство окатышей	2,5	15	13	13	-
Металлизация	-	-	71	393	-
В брикетах	-	108	-	-	262,5
Содержится в горячебрикетированном железе	-	-	4,5	4,5
Кокс	315	277	285	285	263
Природный газ	56	28	50	50	-
Кислород в дутьё	11,5	-	9	9	39
Израсходаванно углерода	451,0	428,0	446,5	768,5	564,5

С

12

уммарный расход углерода на 1 т выплавляемого чугуна в процессе OXYCUP, рассчитанный по составу и выходу колошниковой пыли, составляет 564,5 кг/т с учётом расхода топлива на производство кислорода, расход которого в процессе составляет 174 м³/т чугуна.

В расчёте на 1 т чугуна эмиссия СО₂ составляет по вариантам, кг/т:

Базовый вариант (обычная доменная плавка) – 1654;

Вариант 1 (доменная плавка с брикетами) – 1569;

Вариант 2 (металлизация в печи с вращающимся подом) – 1637;

Вариант 3 (металлизация вельц-процессом + домена плавка) – 2817;

Вариант 4 (процесс OXYCUP) – 2070.

Из приведённых выше данных мы видим наиболее оптимальным технологическим процессом является доменная плавка брикетов из железоцинкосодержащих доменных и конвертерных шламов (428 кг С/т) и доменная плавка горячебрикетированного железа, полученного путём металлизации этих брикетов в печи с вращающимся подом(446,5 кг С/т). По эмиссии СО₂ и расходу топлива этим технологиям уступают процесс OXYCUP (564,5 кг С/т) и доменная плавка горячебрикетированного железа, полученного путём металлизации вельц-процессом (768,5 кг С/т). доменный и конвертерные шламы малопригодны для переработки вельц-процессом, так как по содержанию цинка они не удовлетворяют требованиям к цинкосодержащему сырью (Zn не менее 9%) для этого процесса.

Рассмотрим переработку шламов на предприятиях чёрной металлургии при помощи другой технологии. Технологии, в которой шламы утилизируют путём добавления их в шихту агломерата. Но в то же время количество шламов, которое можно добавить в шихту ограничивают. Основная причина – ухудшение получения и разрушаемость гранул в зонах сушки и переувлажнения. В результате падает производительность агломерационных машин и качество агломерата.

Н

13

а аглофабрике Новолипецкого металлургического комбината спекали агломерат с использованием в шихте конвертерных шламов. На начальной стадии цинковая нагрузка в доменных печах составляла 500-600 г/т чугуна, что вызвало образование во всех доменных печах цинковистых настылей в верхней неохлаждаемой части шихты и на колошниковой защите. Масса отдельных настылей достигала 300-400т. Они обрушались при капитальных ремонтах III разряда. Это приводило к тяжёлым раздувам печей. Поэтому цинковую нагрузку в доменных печах снизили до уровня 80-90 г/т чугуна, чтобы полностью устранить риски возникновения таких настылеобразований. По некоторым данным, например, для нормальной работы доменной печиприход цинка с шихтой может быть и большим, но не должно превышать 200-250 г/т чугуна.

Изучена агломерация с вводом в шихту собственных шламовых отходов, ухудшающих её газопроницаемость. Установлено, что её можно не только сохранить, но и повысить, если одновременно в шихту ввести материал, обладающий бентонитовыми свойствами. Таким материалом может быть отход производства глинозёма из бокситов – так называемый красный шлам. Он значительно дешевле бентонита и содержит в 5-7 раз больше железа. Содержание цинка в красных шламах меньше, чем в шламах чёрной металлургии в 8-10 раз. Красный шлам улучшает окомкование шихты и сохраняет её гранулы в зонах переувлажнения и сушки.

Опытно-промышленные спекания проводили в агломерационной чаше. Испытывались шихты шести действующих агломерационных фабрик. Изучали влияние на шихту красного шлама в количестве 25 кг/т агломерата и собственных шламов 150 кг/т агломерата, причём содержание извести меняли до 80 кг/т агломерата, а концентрата – до 80%.

Во всех без исключения вариантах получены получены положительные результаты. Прочность спёка и производительность агломерационной установки во всех без исключения вариантах увеличилась. А в среднем прирост выхода «годного»агломерата составил 8%. Упрочнение агломерата объясняется сокращением разрушаемости спёка в следствие полиморфизма содержащейся в нём фазы двухкальциевого силиката, способствующего увеличению объёма вещества на 10%. От его скоплений при охлаждении уже затвердевшего агломерата ниже 670С исходят трещины.

Проводили испытания горячей прочности агломератов и окатышей, полученных из шихты, содержащей 2-3% красного шлама. Установлено, что разрушение их в шахте доменной печи (по фракции 0-0,5 мм) сокращается на 20-40% отн., что заметно уменьшит выброс пыли из доменных печей.

Ввод в указанных количествах красных шламов «Факринта» в шихту аглофабрик, как показали испытания с доменной плавкой на 4 предприятиях, повышает производительность доменных печей на 1,2-2,5% с одновременной экономией дорогостоящего кокса. Прочные агломераты и окатыши нужны и для плавки металлизированного сырья не только в доменных печах, но и в сталеплавильных агрегатах.

И

14

сследования технологии использования цинкосодержащих железных руд в металлургии путём их металлизации и последующей выплавки металлизированного сырья в сталеплавильных агрегатах показали, что содержащийся в металлическом сырье (стальной лом, металлизованные окатыши или агломерат) вредного влияния ни на качество стали, ни на срок службы сталеплавильных агрегатов не оказывает. Это подтверждает тот факт, что в стандартах на поставку стального лома для металлургии содержание цинка (в отличие от других цветных металлов, например меди и никеля) не лимитируется.

Металлизация окускованного цинкосодержащего железорудного сырья (окатыши, агломерат) производится в агрегате, имеющем высокий восстановительный потенциал. Оксид цинка при металлизации восстанавливается до металлического цинка. В производстве агломерата в большей мере развиты окислительно-восстановительные процессы с плавлением шихты. В этих условиях большая часть железа связывается в трудновосстанавливаемые химические соединения с оксидами пустой породы, в том числе и с оксидами цинка.

При высоких температурах металлизации (700-900С) значительная часть цинка остаётся в металлизованном продукте, порядка 50% от содержащегося в исходной шихте. Остальная часть беспрепятственно выносится из агрегата металлизации с отходящими газами и осаждается вместе с пылью в пылеулавливающих устройствах.

Металлошихта, содержащая металлический цинк, после загрузки попадает в высокотемпературные зоны сталеплавильных устройств (электропечи, конвертеры, мартеновские печи), где цинк быстро восстанавливается и выносится с отходящими газами и осаждается вместе с пылью в пылеулавливающих устройствах.

Накопление цинка в сталеплавильных шламах со временем приводит к повышению его количества до уровня порядка 9%. Такое обогащение шламов по цинку может стать экономически выгодным для извлечения цинка в самостоятельный товарный продукт.

Приведённые результаты, в том числе по упрочнению спёка агломератов и окатышей, могут быть использованы при обеспечении шахтных печей окатышами и обжиге окатышей, получаемых с помощью современных машин высокой производительности от фирмы «Лурги».

Уменьшение выброса цинкосодержащей пыли улучшит экологию промышленных предприятий чёрной металлургии.

П

15

рименяя данную технологию при переработке шламов, содержащих цинк, возможно его концентрирование до уровня, выгодного для его извлечения. Применение отхода глинозёмного производства – красного шлама в шихте, содержащей цинк минимизирует вынос последнего в атмосферу за счёт повышения механической и горячей прочности агломератов и окатышей.