книги из ГПНТБ / Сидоров, Н. Е. Технический прогресс и снижение энергоемкости продукции черной металлургии

Расчеты показывают, что в условиях работы назван­ ной доменной печи при выплавке передельного чугуна минимальный расход кокса достигается при удельном расходе природного газа 76 м3, а максимальная произ­ водительность печи — при 63 м3/т чугуна [82]. Такое количество подаваемого природного газа близко к сред­ нему по УССР значению — 80 м3/т чугуна, вместе с тем оно значительно отличается от возможного его значения при «идеальных» условиях доменной плавки: при тем­ пературе дутья 800° С — 180 м3/т чугуна, при 1000° С — 230 и при 1200° С — 280 м3/т чугуна, что указывает на большие резервы повышения эффективности доменного производства от возможного увеличения расхода такого заменителя кокса, каким является природный газ.

Повышение эффективности применения природного газа в доменных печах может быть достигнуто при обо­ гащении дутья кислородом. Это положение подтвержда­ ется результатами многочисленных исследований, посвя­ щенных данному вопросу [6, 130, 187, 121, 183, 12, 49].

Так, расчетами А. Е. Паренькова и др. [130] показано, что обогащение дутья с повышением содержания в нем кислорода от 30 до 50% при одновременном расходе природного газа до 220—310 м31т чугуна обеспечивает повышение производительности печи на 80% и уменьше­ ние относительного расхода кокса на 20%.

В опытах, проведенных на трех доменных печах Енакиевского металлургического завода (каждая полезным объемом 1033 мг), применение природного газа в соче­ тании с повышенным содержанием кислорода в дутье дало значительный экономический эффект (табл. 30).

Из приведенных данных видно, что обогащение дутья кислородом позволяет увеличить удельный расход при­ родного газа и, как результат этого, снизить расход кок­ са на 1 т чугуна. При этом оптимальное соотношение между дополнительным расходом природного газа и ки­ слорода равно 0,614 м3/м3.

На тех же доменных печах Енакиевского металлур­ гического завода А. А. Тольским и др. [187] установле­ но, что в условиях применения дутья с содержанием кислорода более 26% и дополнительного расхода при­ родного газа в количестве 425 м3 на каждые 1000 м3 добавочного количества вводимого кислорода расход кокса уменьшается на 355 кг (коэффициент замены соста­

62

вил 0,834 кг кокса на 1 м3 природного газа), а выплавка чугуна увеличивается на 0,584 г / 1000 м3 кислорода.

Аналогичный вывод сделан и в работе [121], в ко­ торой обобщен опыт применения комбинированного дутья в доменных печах металлургических заводов Донбасса. Авторы исследования установили, что при

Т а б л и ц а 3q

ВЛИЯНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ РАСХОДА ПРИРОДНОГО ГАЗА В СОЧЕТАНИИ е ОБОГАЩЕНИЕМ ДУТЬЯ КИСЛОРОДОМ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ [12]

оптимальном расходе природного газа дополнительный его расход может дать ожидаемый эффект, если на каждый кубический метр этого заменителя в печь будет введено 2 м3 кислорода.

Применение в доменном производстве конвертирован­ ного природного газа взамен сырого дает преимущество, заключающееся в том, что представляется возможность довести нагрев этого газа до 1200—1600° С.

Физическое тепло нагретого конвертированного газа позволяет получить добавочную экономию кокса по сравнению с достигаемой экономией при вдувании сырого природного газа. Дополнительная экономия кокса, кроме того, может быть получена в результате возможного снижения степени прямого восстановления в связи с по­ вышением концентрации водорода в горне и шихте сверх той, которая достигается при вдувании сырого природ­ ного газа.

63

По мнению Н. И. Красавцева и др., при применении конвертированного природного газа может быть достиг­ нута дополнительная экономия кокса в доменной печи

впределах 80—100 кг/т чугуна [44, 148].

Врасчетах, выполненных В. Г. Воскобойниковым

идр. [44], приняты 6 вариантов состава дутья:

1)дутье атмосферное, нагретое до 1200° С, с приме ­ нением сырого природного газа;

2)дутье с содержанием кислорода 30% и температу­ рой 1200° С, с применением сырого природного газа;

3) , 4), 5) и 6) вдувание горячих восстановительны газов (1200° С) при содержании восстановителей соот­ ветственно 70, 80, 90 и 97,5% на холодном (50° С) техно­ логическом кислороде (96% О2, 3% N2 и 1% Н20 ).

Во всех вариантах с применением конвертированного

табл. 31.

Основываясь на данных табл. 32, можно заключить, что при плавке с вдуванием горячих восстановительных газов и холодного технологического кислорода (без ат­ мосферного дутья) достигается увеличение производи­ тельности доменных печей на 23—29% и’ снижение удельного расхода кокса на 25—28% по сравнению с уровнем этих показателей при плавке на дутье, обога­ щенном кислородом до 30%, с вдуванием сырого при­ родного газа.

В 1965—1966 гг. на доменной печи полезным объемом 1300 мг завода «Азовсталь» были проведены опытные доменные плавки с подачей конвертированного природ­ ного газа и дутья, обогащенного кислородом до 30%. Результаты этих плавок сравнивались с соответствую­ щими показателями, полученными при работе доменной печи с применением сырого природного газа. В опытный период расход природного газа был увеличен на 26 мъ/т чугуна. В результате подачи конвергированного природ­ ного газа производительность доменной печи увеличи­ лась на 6,4—9,2%, а удельный расход кокса снизился на 2,6—3,5% [78]. Однако в связи с высокими затрата­ ми на конверсию природного газа (применялась кон­ версия паром) авторы исследования пришли к выводу об экономической нецелесообразности применения кон­ вертированного дутья в доменных печах.

64

Исследования по применению конвертированного природного газа проводились и на Новотульском метал­ лургическом заводе, где этот заменитель кокса подавал

с вдуванием сырого природного газа и дутья, содержа­ щего 30% кислорода.

В опытном периоде расход конвертированного газа (температура 1200°С), равный 950 м3/т чугуна, позволил дополнительно уменьшить удельный расход кокса на 95 кг/т чугуна по сравнению с тем, что было достигнуто, когда применялись сырой природный газ и обогащенное кислородное дутье. И все же, несмотря на столь значи­ тельное снижение удельного расхода кокса, полученные

результаты по применению конвертированного природ­ ного газа нельзя признать удовлетворительными по сле­ дующим причинам:

1) на образование 950 м3 конвертированного газа расход сырого природного газа составил 300 м3/т чугу­ на. Следовательно, коэффициент замены кокса природ-

ным газом составил 95 = 0,3 кг/м3, что следует при­

знать весьма низким;

2)на образование 950 м3 конвертированного газа по­ требовалось 160 м3 кислорода, на выработку которого израсходовано примерно 100 кет • ч электроэнергии, а на

еепроизводство — 45 кг у. т., что эквивалентно почти половине сэкономленного кокса;

3)применение конвертированного природного газа на Новотульском металлургическом заводе сопровожда­

лось уменьшением производительности доменной печи на

18—20%.

Таким образом, пока еще нет оснований считать полностью подтвержденной опытами экономическую це­ лесообразность применения конвертированного природ­ ного газа в доменном производстве. Более того, совер­ шенно очевидно, что экономический эффект может быть получен не в тех условиях, в которых ныне работают доменные печи: необходимо значительное улучшение ситового состава железорудного сырья путем отсева от него мелких фракций, а также повышение содержания в нем железа в целях уменьшения выхода шлака до 220—230 кг/т чугуна; необходима разработка дешевых промышленных способов конверсии природного газа и способов выработки кислорода со значительно меньшим расходом энергоресурсов (включая и их расход на про­ изводство электроэнергии). Только тогда окажется целе­ сообразным применение комбинированного, нагретого до 1200° С дутья, в котором на каждый дополнительный м3 природного газа (сверх расходуемых ныне 80 м3/т чу­ гуна) будет вводиться 2 м3 кислорода. В этом случае, наряду с сохранением достигнутого коэффициента заме­ ны кокса природным газом 0,8 кг/м3, увеличится про­ изводительность доменных печей на 0,5—0,6 тна каждые 1000 м3 введенного кислорода. Все это обеспечит замет­ ное изменен»е народнохозяйственной энергоемкости 1 т передельного чугуна (табл. 32).

66

При увеличении расхода природного газа с 80 до 120 л 3/г чугуна расход кислорода должен быть увеличен на 80 м31тчугуна. Как вытекает из табл. 32, за счет ука­ занного фактора при практически неизменных народно­ хозяйственной энергоемкости и капиталоемкости 1 т чугуна затраты на топливо снизятся примерно на 0,5 руб. Это указывает на целесообразность осуществления на­ званного мероприятия, тем более, что его эффективность будет заметно возрастать по мере совершенствования способов выработки кислорода и снижения удельного расхода топлива на производство электроэнергии.

Эффективно также применение в доменном производ­ стве коксового газа: это дает возможность экономить примерно 10% кокса [65, 66]. Однако в нашей стране в связи с наличием значительных ресурсов природного газа коксовый газ как заменитель кокса в доменных печах широкого распространения не получил. Объясняет­ ся это еще и тем, что, в отличие от природного газа, коксовый газ содержит значительное количество серы (10—20 г/л3) [163] и, кроме того, для подачи в домен­ ные печи он должен компрометироваться. Удаление серы и сжатие коксового газа требует дополнительных эк­ сплуатационных и капитальных затрат. Все это ставит его для районов, имеющих ресурсы природного газа,

в ряд неконкурентных заменителей кокса по сравнению

суказанным газом.

В1948 г. на металлургическом заводе им. Дзержин­

ского проводились первые в СССР опыты по применению пылеугольного топлива [97, 98, 99].

С апреля 1965 г. на пылеугольном топливе постоянно работает доменная печь № 2 объемом 1719 м3 Караган­ динского металлургического завода. На этой печи приме­ няется пыль, содержащая примерно 88% фракции ниже 0,1 мм. Печь работает на офлюсованном агломерате основностью 1,19—1,31, содержащем 49—50,2% железа.

Недостатком применяемого на Карагандинском за­ воде угля является его высокая зольность [62, 63]. Несмотря на это, при расходе угольной пыли до 100 кг/т чугуна на этом заводе достигнут коэффициент замены кокса, равный 0,625—0,708 кг/кг, а в пересчете на угле­ род — 1,02 кг.

Производительность доменной печи № 2 Карагандин­ ского металлургического завода от подачи в нее уголь­ ной пыл'и возросла незначительно — в среднем на 0,7%.

скоксом— 1,08 против 0,79—0,80%.

Сприменением угольной пыли в СССР работают так­ же доменные печи № 3 объемом 1300 мъ завода «Запорожсталь» [118, 119, 120] и доменная печь № 1 объемом

700 м3 Донецкого металлургического завода [129]. На этих печах благодаря применению угольной пыли удалось снизить удельный расход кокса на 10—15%.

Угольная пыль не менее эффективный заменитель кокса, чем природный газ. Напротив, как вытекает из

меняемых заменителей кокса угольная пыль является наиболее эффективным видом топлива. При ее примене­ нии в количестве 78 кг!т максимальное снижение себе­ стоимости чугуна (14 руб./т) за счет замены части кокса может быть получено при работе печи на атмосферном дутье с нагревом его до 1200° С. Такой же результат может быть достигнут и при применении природного

68

газа, однако расход его должен составить 102 м3/т чугу­

в горн доменной печи. Поэтому решение проблемы со­ здания надежных способов подачи пылеугольного топли­ ва в горн доменных печей поставит этот вид топлива в ряд наиболее перспективных для замены кокса.

Из зарубежных стран, где пылеугольное топливо ис­ пользуется для замены части кокса, можно указать на США: там постоянно на таком режиме работают четыре доменные печи, однако за рубежом в целях экономии кокса широко применяется жидкое топливо. Более 250 доменных печей Японии, Франции, ФРГ, Англии, США, Австралии, Канады, Италии, Бельгии и других капиталистических стран работают с вдуванием мазута или каменноугольной смолы в количестве от 25 до 75 кг/т чугуна. Достигнутый коэффициент замены кок­ са в этих странах равен примерно 1,2 кг!кг [35].

На доменных печах (объемом 1133 и 1200 м3) в Дюделанже и Дифферданже фирмы АРБУД (Франция) при расходе мазута в пределах от 62 до 95 кг/т чугуна коэффициент замены кокса составил 1,33—1,8 [67].

Высокий эффект от применения мазута получен и на ряде доменных печей СССР. Так, на доменных печах Серовского металлургического завода в результате при­ менения этого топлива удельный расход кокса снизился с 710 до 633 /сг/г чугуна, а коэффициент замены составил 1,3—2,25 кг!кг. На этом заводе вдувание мазута повыси­ ло производительность доменных печей на 7—8% [136].

По своим качествам мазут как заменитель кокса ана­ логичен природному газу. Содержащиеся в нем углеводо­ роды также разлагаются в горне на окись углерода и водорода, тем самым понижая температуру горновых газов, в связи с чем применение мазута вызывает не­ обходимость-повышения степени нагрева дутья и обога­ щения его кислородом. Поэтому количество вводимого в доменные печи мазута зависит от наличия условий для

69

до 27,4% удалось ввести в печь 153 кг мазута на 1 т чугуна, в результате чего удельный расход кокса на этой печи снизился до 367 кг [32].

Аналогично подаче в доменные печи конвертирован­ ного природного газа ввод мазута после его предвари­ тельного крекинга дает возможность увеличить примене­ ние этого заменителя кокса в доменном производстве. Считают, что подача газа-— продукта крекинга позволит сэкономить 10% кокса [212].

Заслуживает внимания предложение о вдувании в горн колошникового газа, очищенного от углекислоты. В очищенном от углекислоты колошниковом газе нет ни сажистого углерода, ни углеводорода, поэтому его мож­ но подавать в доменные печи в нагретом состоянии. В этом преимущество этого топлива перед природным или коксовым газами.

По мнению некоторых авторов [146], вдуваемый газ может быть получен из циркулирующего колошникового газа путем промежуточной очистки с удалением из него СОг и последующего подогрева в регенеративных аппа­ ратах типа обычных доменных воздухонагревателей. Из их расчета вытекает, что применение очищенного от С 02 колошникового газа выгоднее подачи в печь природного газа (табл. 33).

Как следует из табл. 33, при подаче в доменные печи очищенного от углекислоты колошникового газа вместе с технологическим кислородом энергозатраты в самом доменном производстве снизятся на 2,66 руб./т чугуна. В этот период общий выход колошникового газа соста­ вит 1272 м3/т чугуна, из которых должно быть рецирку­ лировано 765 м3/т чугуна (60% общего выхода колошни­ кового газа). Значит, если судить о пригодности указан­ ного предложения по величине общих энергозатрат, то оно может считаться экономически оправданным, когда

значительно ниже фактической на действующих химиче­ ских предприятиях нашей страны (5,5—6 руб.). Отсюда следует, что решение вопроса о приемлемости предложе­ ния о внедрении рециркуляции колошникового газа в целях снижения расхода кокса при выплавке чугуна зависит от успеха в решении вопроса по изысканию про-.

7Q

кислоты. При решении этой задачи путем внедрения указанного предложения возможно не только существен­ ное уменьшение удельного расхода кокса (на 14—15%),

Т а б л и ц а 33

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ОБ ЭНЕРГОЗАТРАТАХ В ДОМЕННЫХ ЦЕХАХ

на 7—11% по сравнению с режимом их работы на сыром природном газе и дутье, обогащенном кислородом до 27%. Более того, это позволит из образующейся при этом углекислоты организовать на металлургических заводах выпуск мочевины, используемой для производ­ ства удобрений и другой продукции химической промыш­ ленности [20, 167]. Желательность осуществления такого предложения основывается и на наличии на металлурги­ ческих заводах практически неограниченного количества

71