2.Топливо

Основным топливом доменной плавки является кокс - куско­вой пористый материал из спекшейся углеродистой (83-88%С) массы, получающейся при прокаливании каменного угля без доступа воздуха. Вследствие своей прочности, термо­стойкости (способности не растрескиваться) и способности не спекаться кокс сохраняет форму кусков на всем пути движения шихты от колошника до горна. Благодаря этому кокс разрыхляет столб шихты в печи, обеспечивая необходи­мую ее газопроницаемость. В нижней части печи (в заплечи­ках и горне) только кокс остается в твердом состоянии, образуя как бы подвижную дренажную решетку (коксовую на­садку), через которую в горн стекают жидкие продукты плавки, а вверх проходят газы.

Рис.12.Кокс каменноугольный

Как топливо кокс, сгорая у фурм, обеспечивает доменную печь теплом, необходимым для нагрева и расплавления шихтыи протекания процессов восстановления железа из оксидов. Кроме того, углерод кокса является восстановителем и слу­жит для науглероживания железа, а продукт сгорания кок­са — газ СО также является восстановителем.

Производство кокса. Кокс получают сухой перегонкой (нагревом до 1100 °С без доступа воздуха) коксующихся каменных углей в коксовых печах, представляющих собой ка­меры из динасового кирпича высотой 5-7, длиной 15-17 и шириной 0,4-0,45 м; их объем составляет 30-42 м³. В каме­ру объемом 30 м³ загружают 22 т шихты.

1 - приемный бункер для сырого каменного угля; 2 — конвейер; 3 — рампа вы­грузки охлажденного кокса; 4 - тушильный вагон; 5 - кокс; 6 - регенераторы; 7 — камера коксования; 8 — штанга коксовыталкивателя; 9 — коксовыталкива­тель; 10 — отвод коксового газа; 11 — загрузочный вагон; 12 — распредели­тельная башня; 13 — тушильная башня; 14 — отделение для дробления и смеши­вания угля

Рис. 13. Общий вид коксовой батареи

Свойства кокса. Кокс содержит 83-88 % углерода; 8-13 % золы; 0,7-1,5% летучих; 0,5-5% влаги; 0,4-1,8% серы; 0,02-0,05 % фосфора. Кокс хорошего качества светло-серого цвета и при ударе куска о кусок издает легкий звон. Удельное количество тепла при сгорании кокса 28000-31500 кДж/кг. Наряду с высокой теплотой сгорания кокс как доменное топливо должен обладать определенным комплексом свойств, эти основные свойства следующие:

- высокая прочность, чтобы кокс не был раздавлен стол­бом вышележащей шихты в печи и не истирался при движении от колошника до фурм, а также высокая термостойкость, чтобы он не растрескивался при нагреве. В случае измельчения в печи кокса сильно снижается газопроницаемость шихты. Прочность кокса определяют в барабане диаметром 1м и длиной 1 м, на внутренней поверхности которого по всей длине приварены четыре угловых профиля. Для истира­ния берут 50 кг кокса. Барабан вращается с частотой 25 об/мин в течение 4 мин. Затем кокс рассеивают на сите. Показателями прочности кокса служат величины выхода клас­са более 40 мм (показатель М40) и менее 10 мм (показатель М10), выраженные в процентах. Величина М40 должна состав­лять 72-82, а М10 8,5-10%;

- малое содержание золы, основными составляющими кото­рой являются Si0₂ и А1₂О_э. Для их ошлакования необходимо увеличивать расход флюса, что увеличивает количество шла­ка. Увеличение зольности кокса на 1 % вызывает снижение производительности печи на 1,3% и увеличение расхода кокса на 1,3 %. Зола также снижает прочность кокса;

- неспекаемость в условиях доменного процесса;

- определенный размер кусков— от 25 до 60мм; загру­жать в печь более мелкий кокс недопустимо, так как при этом ухудшается газопроницаемость шихты;

-малое содержание вредных примесей серы и фосфора.

-малое и, что особенно важно, постоянное содержание влаги. Неучитываемые колебания количества влаги во взвешиваемом коксе при его дозировании приводят к тому, что действительное количество поступающего в печь кокса будет отличаться от расчетного, а это нарушает заданный тепловой режим работы печи. При сухом тушении влажность кокса составляет 0,4-1 %, при тушении водой 2-5 %;

- высокая пористость, благодаря чему достигается высо­кая скорость сгорания кокса. Обычно пористость кокса на­ходится в пределах 37-53 %.

Другие виды топлива. Кокс является дорогостоящим и де­фицитным материалом, поскольку запасы коксующихся углей во многих странах невелики. В связи с этим в последние годы при доменной плавке часть кокса заменяют природным газом, пыле­видным топливом.

Природный газ содержит 90-98% углево­дородов (главным образом, СН₄и С₂Н₆) и небольшое коли­чество азота (около 1%, а в газе Ишимбайского месторож­дения до 10%).

В ка­честве пылевидного топлива обычно используют молотый каменный уголь. В настоящее время общей тенденцией в доменном производстве является неуклонное сокращение доли металлургического кокса в энергетическом и материальном балансе доменной плавки по причине его высокой стоимости. Сокращение достигается путем замены части металлургического кокса другими видами технологического топлива, такими как: природный газ, мазут, каменноугольная смола или пылеугольное топливо (ПУТ). Последнее по разным источникам может заменить до 30-50% массы кокса, расходуемого на выплавку чугуна.Выбор исходных компонентов для ПУТ определяется свойствами, которыми должно обладать пылеугольное топливо, а именно:

- теплотворная способность ПУТ должна быть приближена к теплотворной способности кокса;

- ПУТ должен быстро сгорать (около 7-9 мкс), т.к. он должен сгорать в фурменной зоне, чтобы не образовывать замусоренность столба шихтовых материалов, ухудшающую газопроницаемость и фильтрацию жидких продуктов;

- зола, образующаяся при сгорании ПУТ должна быть легкоплавкой;

- также необходимо, чтобы ПУТ обладал, низкой абразивностью, слипаемостью, коксуемостью.

В настоящее время в большинстве доменных печей для достижения оптимального результата используют ПУТ со следующими характеристиками:

- влажность: не более 12,0%;

- зольность: не более 13,0%

- углерод в целом: 85,0%;

- содержание летучих веществ: 10,0-40,0%;

- содержание серы: не более 1,0%;

- содержание хлоридов: не более 0,2%;

- теплотворная способность: 33,4 МДж/кг.

Для производства ПУТ чаще всего используют малозольные угли (как правило, смесь из 2-3 типов углей).

Использование угля в качестве ПУТ для доменного производства не обеспечивает достаточного удешевления процесса плавки чугуна, поскольку из-за роста спроса стоимость угля постоянно возрастает. В связи с такой тенденцией появляется необходимость в замене угля альтернативными, менее дорогими веществами и продуктами.