1.2.2.Технико-экономические показатели доменного процесса

1. Производительность печи оценивается в тоннах передельного чугуна, выплавляемого на печи в сутки. Если выплавляют чугун других марок, то при помощи определенных коэффициентов их пересчитывают на передельный. Например, для литейного чугуна коэффициенты пересчета равны 1,15 - 1,40. Для сравнения работы печей различного объема служит коэффициент использования полезного объема (к. и. п. о.). Он равен отношению полезного объема печи в м³ к суточной производительности печи в тоннах, т.е. показывает, сколько чугуна в сутки производится одним кубическим метром полезного объема. Так, при к. и. п. о. равном 0,5, с каждого кубического метра получают в сутки 2 т чугуна. Чем меньше этот показатель, тем лучше работает доменная печь.

Производительность доменных печей зависит от сорта выплавляемого чугуна. Для сопоставления работы печей в формулу к.и.п.о. вносят выплавку передельного чугуна в тоннах в сутки. А при выплавке других марок чугуна вводятся переводные коэффициенты, которые равны:

передельный мартеновский чугун…….1,00,

передельный высококачественный…...1,34,

литейный чугун………………………...1,26,

доменный ферросилиций……………….2,5,

доменный ферромарганец………………2,5.

2. Удельный расход кокса. Поскольку кокс является дорогим топливом и в настоящее время дефицитным, то его расход является одним из важнейших показателей процесса получения чугуна. Удельный расход кокса непосредственно влияет на производительность печи. При одной и той же интенсивности плавки производительность возрастает по мере снижения расхода кокса. Средний расход кокса в России составляет около 540 кг/т чугуна. На лучших доменных печах мира 360 кг/т.

1.2.3.Способы экономии топлива

1. Улучшение подготовки и качества сырых материалов: повышение прочности агломератов, отсев мелких фракций, обеспечение однородности и химического состава сырья.

Повышение содержания железа в сырье на 1 % сопровождается повышением производительности печи на 2,5 % и снижением расхода кокса на 1,5 - 2,0 %. Замена обычного агломерата офлюсованным позволяет исключить из шихты доменной печи известняк. Снижение расхода известняка на 100 кг/т чугуна приводит к снижению расхода кокса на 3 %.

Понижение содержания мелочи в шихте улучшает газопроницаемость столба шихтовых материалов и обеспечивает более равномерный ход газов в шахте печи. Уменьшение содержания мелочи в агломерате на 10 % приводит к увеличению производительности доменной печи на 10 %.

Каждый килограмм серы, выведенный из состава шихты, дает экономию 17 - 20 кг кокса, а снижение содержания серы в коксе на 1 % приводит к уменьшению его расхода на 2,5 % и на столько же повышает производительность печи.

2. Применение высоконагретого дутья. Дутье создает воздушную подушку, на которой держится вся масса сырья, заполняющего внутреннее пространство печи.

Дутье – столь важный фактор, что доменщики ввод печи в эксплуатацию называют задувкой. На каждый м³ полезного объема печи воздуходувка подает более 2000 м³ воздуха в минуту. Этот ураган обеспечивает горение огромной массы кокса.

Впервые нагрев дутья до 150 ^оС применили в 1829 г. По мере развития конструкций воздухонагревателей температура дутья постепенно повышалась и в настоящее время достигла 1350 ^оС. Повышение температуры дутья является одним из самых действенных факторов по снижению расхода кокса. С горячим дутьем в доменную печь поступает большое количество физического тепла. Это заменяет тепло, которое получают от сжигания кокса.

При повышении температуры дутья от 1000 до 1200 ^оС расход кокса снижается на 4,5 %. В ближайшее время температура дутья может достичь 1250 – 1400 ^оС, что потребует разработки новых конструкций воздухонагревателей и более стойких огнеупоров.

3. Вдувание топлива в печь для замены кокса. Самой дорогой составляющей шихты доменного процесса является кокс. На долю кокса приходится 40-50 % себестоимости передельного чугуна. Поскольку заменить полностью кокс в доменном процессе пока невозможно, ученые и металлурги всего мира постоянно ищут топливно-восстановительные добавки, позволяющие снизить расход кокса (так называемое комбинированное дутье). В настоящее время такими добавками являются кислород, природный газ, мазут, пылеугольное топливо.

При увеличении содержания кислорода в дутье до 30 % производительность печи повышается на 10 %, а расход кокса уменьшается на 9 %. Расход природного газа на дутье обогащенным кислородом до 30 % составляет 150 - 200 м³/т чугуна.

Практически применение природного газа является сейчас эффективным только в Северной Америке и России (причем используется газ собственных месторождений), а использование мазута экономически целесообразно для условий Западной Европы. В остальных регионах мира, где производятся черные металлы, основным заменителем кокса служит пылеугольное топливо (табл. 8).

Пылеугольное топливо (ПУТ) нашло широкое применение в 1993 - 1996 гг. в связи с необходимостью реконструкции большого числа коксовых батарей.

Таблица 8

Затраты основных энергоносителей на производство чугуна в главных регионах мира (по данным 1998 – первой половины 1999 гг.)

Регион	Доля от мирового производства чугуна, %	Общие затраты энергии в аглодоменном переделе, ГДж/т чугуна	Затраты энергоносителей, кг (м3)/т чугуна
			кокс	пылеуголное топливо	нефтепродукты	природный газ
Западная Европа (страны ЕС)	19	16,19	360	84	37	0
Северная Америка (США и Канада)	12	16,07	375	77	21	14
Дальний Восток (Япония, Южная Корея, Тайвань)	22	15,68	360	120	-	-
Средняя Азия (Китай, Индия, Северная Корея)	24	20,73	620	30	-	-
СНГ и Восточная Европа	13	19,00	530	-	0	65
Мир в среднем	-	17,68	456	65	11	22

Расход мазута составляет 60 кг/т чугуна. Это топливо вызывает в доменном процессе те же изменения, что и природный газ. Использование мазута повышает производительность доменных печей на 2 % и снижает расход кокса на 8-16 %.

Количество пыли, вводимой в печь, составляет 60-80 кг/т чугуна, что понижает расход кокса примерно на такое же количество. Вдувание угольной пыли требует разработки процессов ее подготовки: измельчения, осушения, транспортировки. Еще более эффективным является совместное применение природного газа и угольной пыли.

Во многих странах мира (Японии, Германии, Южной Корее, Бразилии, Китае и др.) в настоящее время ведутся активные исследования по применению в агломерационном и доменном производствах техногенных энергоносителей: пластмасс, древесных опилок, отработанных технических масел, спиртов, пищевых отходов производства сахара, риса, муки и т. п. Наиболее перспективным большинством специалистов признается применение в качестве заменителя кокса отходов пластмасс, как производственных, так и в виде ТБО. Пластмассы по энерго-металлургическим характеристикам не уступают либо превосходят известные топливно-восстановительные материалы (табл. 9).

Впервые пластмассы начала использовать в доменной печи немецкая фирма «Штальверке Бремен ГмбХ» в 1993 г. Для подачи пластмасс в фурмы была использована модернизированная система вдувания ПУТ. Предварительная подготовка пластмассовых ТБО включала сортировку, после которой пленочные материалы плавят и гранулируют, а твердые пластмассы дробят. Затем оба компонента смешивают и вдувают в доменную печь.

Таблица 9

Сопоставление химического состава пластмасс с другими видами топлив, %

Составные элементы топлив	Топливные добавки к доменному дутью
	природный газ	ПУТ	мазут	пластмассы
Углерод	70-75	75-80	85-87	75-80
Водород	22-26	4-5	10-12	10-14
Зола	0	8-12	0,05-0,10	4-6
Сера	менее 0,001	0,6-1,2	2,0-2,5	0,5-1,5
Хлор	0	0,1-0,3	менее 0,05	до 1,5
Фтор	0	менее 0,01	до 0,001	до 1,5
Калий	0	0,2-0,3	до 0,001	0,03-0,06
Натрий	0	менее 0,1	до 0,001	0,08-0,12
Теплота сгорания, МДж/м3	30,0-38,5	13,0-28,0	40,0-42,5	38,0-45,0

4. Повышение давления газов в печи значительно увеличивает производительность печи и несколько снижает расход кокса.

Для повышения давления газа в доменной печи используется специальное дроссельное устройство на газопроводе очищенного колошникового газа. Это позволяет увеличить количество воздуха, подаваемого в печь. Расход кокса снижается потому, что улучшается использование газов в печи.

Кроме повышения производительности печи на 5-7 % и снижения расхода кокса, повышение давления способствует уменьшению выноса пыли из-за снижения скорости газов на колошнике на 20-50 %.