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

отбросного азота, получаемого на кислородных установ­ ках.

Расчеты показывают, что в условиях работы метал­ лургических заводов УССР в 1975 г. выход углекислоты с колошниковыми газами на 1 млн. т выплавленного чугуна составит 270 млн. м3 (за вычетом 5% на потери). При удельном расходе С 02 на 1 г мочевины 380 м3 ее производство на 1 млн. твыплавленного чугуна может составить 270 - 106 : 380 = 700 тыс. т, но учитывая, что часть углекислоты может быть направлена на создание углекислотно-кислородного дутья (в составе: кислород — 29,5%, углекислота — 5,5%, азот — 65%), для чего по­ требуется примерно 100 м3 углекислоты на 1 т чугуна, выход мочевины на 1 млн. т чугуна может составить: (270 — 100) • 106 : 380 = 450 тыс. т.

Замена атмосферного дутья дутьем указанного со­ става изменит концентрацию восстановительных газов

вгорне доменных печей, в результате их содержание увеличится с 35 до 50% общего количества газообразных продуктов в горне, или с 850 до 1200 м3/т чугуна.

Увеличение выхода восстановительных газов в горне

в1,4 раза обусловит повышение скорости восстановле­ ния железорудного сырья в доменных печах на 10%, при принятой степени прямого восстановления 0,5.

Один кубический метр углекислоты содержит 535 г углерода. Следовательно, ввод в горн печи с дутьем углекислого газа в количестве 100 м3 чугуна (при одно­ временном увеличении расхода кислорода на 150 м31т

чугуна) снизит удельный расход кокса на 65 /сг/г чугуна.

Расчеты показывают, что применение углекислотно­ кислородного дутья с предварительным извлечением С 02 из колошникового газа хотя и увеличит капиталоемкость 1 т чугуна на 1,55 руб., зато за счет снижения эксплуа­ тационных расходов в доменном производстве уменьшит общие эксплуатационные расходы на 2,2 руб./г чугуна. Следовательно, дополнительные капиталовложения на строительство установок для очистки колошникового газа окупятся менее чем за один год. И это без учета тех выгод, которые могут быть получены в химическом производстве в результате использования отбросного азота.

72

4.ПРИМЕНЕНИЕ ЗАМЕНИТЕЛЕЙ КОКСОВОЙ МЕЛОЧИ

ВАГЛОМЕРАЦИОННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Современная технология доменного производства не­ мыслима без стадии окускования железорудного сырья. Основными способами окускования руд, получившими в мировой практике широкое промышленное распростра­ нение, являются агломерация и окомкование.

В нашей стране наибольшее распространение получи­ ло производство агломерата. Так, на предприятиях чер­ ной металлургии УССР из общего количества окускованного сырья в 1970 г. на долю агломерата пришлось 93,6%, на долю окатышей — 6,4%. В ближайшее десяти­ летие это соотношение несколько изменится (доля агло­ мерата снизится примерно до 85%), однако преобладаю­ щим процессом подготовки сырья останется агломера­ ционный. Поэтому весьма важным является принятие мер по улучшению качества этого вида сырья. Одним из факторов, существенно влияющим на качество аг­ ломерата, является вид применяемого в аглошихте топлива, его химический и гранулометрический состав. Кстати, доля топлива в аглошихте составляет примерно 90% общего его расхода в агломерационном производ­ стве.

Наилучшим топливом в агломерационной шихте является коксовая мелочь, образующаяся в результате разрушения кокса в процессе его обработки На коксо­ химических заводах и при транспортировке к потреби­ телям.

За период с 1960 по 1970 г. выпуск кокса в целом по

СССР, и в частности по Украинской ССР, увеличился примерно в 1,25 раза, а производство агломерата за это же время возросло в 1,95 раза.

Более высокий темп развития агломерационного про­ изводства по сравнению с выпуском кокса привел к де­ фициту коксовой мелочи. В Украинской ССР все ресур­ сы коксовой мелочи в 1970 г. составили 2892,7 тыс. т (табл. 34), действительная потребность в ней в респуб­ лике для нужд агломерационного производства была равна 5180 тыс. г.

С учетом расхода коксовой мелочи на предприятиях других министерств и ведомств, а также отгрузки коксо­ вой мелочи за пределы УССР дефицит коксовой мелочи

73

составил 2708 тыс. т. Имеются все основания полагать, что в перспективе дефицит этого топлива возрастет.

В связи с образовавшимся дефицитом коксовой ме­ лочи в нашей стране с конца 50-х годов стали широко применяться ее заменители в агломерационном произ­ водстве (антрацитовый штыб, каменные угли, шлам).

И хотя в отдельных опытах применение заменителей коксовой мелочи в пределах 40—50% не оказало отри­

процесса [7, 131], в целом такая замена является неже­ лательной: во-первых, наличие летучих веществ в углях

ишламе при длительном их использовании в аглошихте «забивает» лопатки роторов эксгаустеров, в связи с чем производительность последних, а, следовательно, и агло­ машин снижается; во-вторых, применение нескольких видов твердого топлива в аглошихте требует дробления

искладирования его по видам, а затем тщательного перемешивания и усреднения полученной смеси топлива. Практически таких условий ни на одной из действующих аглофабрик нет. Поэтому в нынешних условиях зачастую

всоставе аглошихт попеременно участвуют или 100% коксовой мелочи, или 100% ее заменителей, в то время

74

мелочи в аглошихте должна составлять не более 20% [47].

Решение проблемы устранения дефицита коксовой мелочи может быть осуществлено, помимо применения

еезаменителей, двумя путями:

1)организацией производства кокса из слабококсующихся, малозольных и с низким содержанием серы углей с последующим дроблением продуктов коксования. Такой путь принят, например, во Франции, где в каче­ стве агломерационного топлива применяют полукокс, получаемый посредством коксования низкосортных углей в кипящем слое. Применение этого топлива в аглошихте обеспечило увеличение производительности агломашин

на 20% [57].

Произведенные нами расчеты также показали эконо­ мическую целесообразность такого пути [177];

2) осуществлением мер по уменьшению общей ее по­ требности, в частности применением нагретого воздуха в агломерационном процессе.

Первые опыты по применению нагретого воздуха в аглопроцессе были проведены в 1929 г. под руководством А. М. Парфенова в Ленинградском институте «Механобр».

В этих опытах для подогрева воздуха были использо­ ваны рекуператоры, так что содержание кислорода в про­ сасываемом через аглошихту воздухе оставалось не­ изменным. При помощи нагрева дутья до 600—700° С удалось уменьшить удельный расход твердого топлива

ваглошихте на 30%. Несмотря на положительный эф­ фект, полученный в исследованиях, его авторы не дали рекомендации о внедрении нового режима агломерации

всвязи со сложностью конструкции их устройств для нагрева воздуха с подачей его под высоким давлением, требующей коренного переоборудования агломерацион­ ных машин.

Начиная с 50-х годов опыты по применению нагрето­ го воздуха в аглопроцессе получили широкое распро­ странение как в нашей стране, так и за рубежом.

Характерно, что во всех последующих опытах выдер­ живались два условия: во-первых, подача нагретого воздуха осуществлялась не по всей площади спекания шихты, а лишь в первой трети или половине ее [149, 164, 166, 218] и, во-вторых, сохранялась конструкция

7 5

действующих агломашин, что диктовалось необходи­ мостью минимальных капиталовложений на реализацию новой технологии спекания аглошихт.

При применении в агломерационном процессе на­ гретого воздуха использовались два способа повышения его температуры: первый — в рекуператорах или каупе­ рах и второй — под расположенным над спекаемой ших­ той сводом, где происходит смешение нагреваемого воздуха с продуктами горения газового топлива.

Преимуществами первого способа нагрева воздуха является возможность точного регулирования степени нагрева и содержания кислорода в дутье.

Г. А. Соколовым и др. [178] при спекании железных руд Атасуйской группы (Каражальское и Соколовское месторождения), являющихся основной базой Караган­ динского металлургического завода, путем нагрева воз­ духа до 800° С получено снижение удельного расхода твердого топлива на 15—20% и увеличение производи­ тельности аглоустановки на 10—15%.

А. В. Ростембергский и др. [152], нагревая воздух до 1000° С, достигли снижения расхода твердого топли­ ва на 40—60% и увеличения удельной производитель­ ности агломерационной установки с 1,7 до 2,5 т/м2 (на

47%).

Исследованием, проведенным сотрудниками Магнито­ горского металлургического комбината совместно с со­ трудниками Института черной металлургии им. А. А. Бай­ кова АН СССР [198], установлено, что, применив в агло­ процессе нагретый до 725° С воздух, м^жно не только уменьшить удельный расход топлива на 30% и повысить восстановимость агломерата до 50% (против 45% при обычной технологии), но и на 35—40% снизить содер­ жание серы в агломерате.

На агломерационной фабрике (в составе четырех агломашин общей площадью спекания 132 м2) метал­ лургического завода акционерного общества «Рейхлингше унд Штальверке» (ФРГ) в 1957—1958 гг. сооружены установки типа кауперов для нагрева воздуха, просасы­ ваемого через аглошихту на участке протяженностью 6 л от зажигательного горна.

Результаты от применения на этой аглофабрике на­ гретого до 840° С воздуха характеризуются следующими показателями:

76

экономия твердого топлива — 25% общего его рас­ хода:

увеличение производительности аглолент — 8,3%.

К недостаткам этого способа нагрева дутья относится сравнительно высокая стоимость нагревательных уст­ ройств и относительно невысокий тепловой КПД устано­ вок (для кауперов 70—75%, для рекуператоров — менее 50%). Сюда же можно отнести и необходимость нали­ чия дополнительной производственной площади для нагревательных устройств, что в условиях ряда дей­ ствующих аглофабрик делает применение этого способа нагрева воздуха невозможным.

Второй способ нагрева воздуха дешевле и проще по сравнению с первым. Однако при его применении, вопервых, значительно (до 15—16% абс) снижается содер­ жание кислорода в дутье (а это может привести к умень­ шению производительности аглолент) и, во-вторых,весь­ ма ограничена степень нагрева дутья (как правило, 300—500°С). При этом способе затруднено точное регу­ лирование степени нагрева воздуха.

Наиболее широкое применение в практике нашел способ нагрева воздуха над сводом, над спекаемой ших­ той, т. е. способ применения комбинированного топлива в аглопроцессе. Он позволяет сэкономить 10—20% дефи­ цитной коксовой мелочи при общем снижении расхода тепла в аглопроцессе на 5—15% и улучшить металлурги­ ческие свойства агломерата.

На аглолентах № 1 и № 2 Енакиевского металлурги­

топлива в аглошихте. С учетом дополнительного расхода на тонну агломерата 12,5 м3 смеси коксового и домен­

снизились на 1,8 коп.

Экономия тепла при применении нагретого воздуха указанным способом становится возможной благодаря повышению полноты сгорания газообразного топлива над

77

слоем шихты (85—90%) по сравнению с твердым в самой шихте (65—75%) [216]. Экономия тепла обусловлена и тем, что в обычных условиях спекания агломерата дефицит тепла в верхних горизонтах шихты компенси­ руется избытком углерода во всей шихте; при комбини­ рованном нагреве такая необходимость отпадает.

При проведении исследований на Енакиевском метал­ лургическом заводе производительность аглолент, не­ смотря на уменьшение содержания в дутье кислорода до 17,2%, практически не изменилась. Этому способство­ вало увеличение выхода годного агломерата на 4,9% благодаря повышению температуры в верхней части спе­ каемого слоя шихты и устранению «термического удара», которому в обычных условиях подвергается верхний слой агломерата, полученного непосредственно за зажигатель­ ным горном, на участке, равном ’/з длины аглоленты.

По этой причине улучшился и ситовый состав агло­ мерата. Так, в пробах, отобранных из бункеров домен­ ного цеха, содержание фракции +10 мм в опытном агло­ мерате оказалось выше на 6,2%, а содержание мелочи (—5 мм) — меньше на 4,3% по сравнению с агломера­ том, полученным при обычной технологии. Это благо­ приятно сказалось и на результатах доменной плавки.

нию ситового состава агломерата и повышению его восстановимости за счет применения в аглопроцессе на­ гретого воздуха производительность доменных печей уве­ личилась на 0,8—3,1%, а удельный расход кокса в до­ менных печах снизился на 0,5—2,1%.

На Качканарском горнообогатительном комбинате [196, 199] вместо части коксовой мелочи в аглошихте (10%) подавался сжигаемый над слоем шихты (на уча­ стке '/з длины ленты от горна) мазут. В этих опытах общий расход топлива уменьшился на 5%, а производи­ тельность агломашин возросла на 7%.

Технология производства агломерата с использова­ нием комбинированного топлива применяется в США [133], Японии [154, 155] и других странах, в том числе и на аглолентах большой мощности — площадью спека­ ния 125— 130 м2.

Существует множество установок для применения комбинированного топлива в аглопроцессе. В нашей стране широкое распространение получили газогорелоч-

78

ные устройства, разработанные «Механобрчерметом» и ЮГОКом. Применение таких устройств, например, на Новотульском металлургическом заводе позволило со­ кратить расход коксовой мелочи на 13% и уменьшить содержание закиси железа в агломерате с 18—25 до 9—12%, что повышает его восстановимость.

На аглофабрике завода «Запорожсталь» вместо газогорелочных устройств применяют усиленные зажигатель­ ные горны. В результате температура зажигания шихты повысилась с 1170—1190° С до 1200—1220°, а интен­ сивность зажигания увеличилась с 7500 до 9000— 9300 ккал/м2; выход возврата сократился с 36—38% до 30—32%, производительность агломашин' возросла на 2,5—3%; расход твердого топлива уменьшился на 14% [74, 75].

Заслуживает внимания применение трехзонных зажи­ гательных горнов на агломашинах аглофабрик № 2 и № 3 Магнитогорского металлургического комбината. Установленные на девяти аглолентах комбината трех­ зонные горны с 15—18 горелками каждый и площадью зажигания по 15,7 м2. Применение таких горнов позво­ лило на 7з сократить выход мелочи в агломерате и уменьшить расход коксовой мелочи с 57 до 38 кг/г агло­ мерата. Дополнительный расход коксового газа, вызван­ ный установкой горелок на 7з длины аглолент, состав­ ляет всего 3,8 м31г агломерата. При стоимости одного горна 14 тыс. руб. годовой экономический эффект на комбинате от внедрения каждого трехзонного горна со­ ставляет около 170 тыс. руб.

Ранее отмечалось, что применение в аглопроцессе нагретого воздуха и комбинированного топлива позво­ ляет повысить прочность агломерата и увеличить его восстановимость [39, 141, 142, 162, 208]. В опытах, про­ веденных Е. Ф. Вегманом [39], установлено, что приме­ нение нагретого до 1100° С воздуха (с подачей его в хво­ стовую часть агломашин в течение 3—5 мин) на 10 % увеличивает выход агломерата и на 7з снижает содер­ жание в нем мелочи.

В работах А. Н. Похвиснева и др. [141, 142] показа­ но, что комбинированный нагрев шихты является эф­ фективным средством борьбы со стекловидностью струк­ туры агломерата и внутренними напряжениями в нем. Упорядочение строения кристаллической решетки, по их

79

мнению, может привести к улучшению восстановимости агломерата в 1,5—2 раза.

На одной агломашине НКДОКа площадью спекания 135 м2 (из них 60 м2— площадь, предназначенная для охлаждения агломерата) проведены промышленные ис­ пытания разработанного в ДонНИИЧМ способа сниже­ ния скорости охлаждения агломерата сразу же после его спекания. Для этого были установлены газогорелочные устройства по всей длине участка спекания шихты, в результате чего температура над слоем спеченного пирога снизилась с 1080 до 580° С [162].

Устранение термического «удара» в этом случае привело к увеличению восстановимости агломерата с 41,8 до 47,8% и снижению содержания мелочи в агломерате (5—0 мм), образующейся после 10-кратного сбрасыва­ ния аглоспека с высоты 2 ж, с 28 до 19%.

В связи с неизбежным уменьшением концентрации кислорода в дутье применение подогретого под слоем агломашин воздуха вызывает уменьшение скорости горе­ ния топлива в аглошихте и, как результат этого, сниже­ ние производительности аглолент [170]. Этим можно объяснить факт снижения производительности аглолент на 5—8% при замене 40—50% твердого топлива газо­ образным на агломерационной фабрике завода Дунай Вашмю (Венгрия), хотя и-здесь'было достигнуто сни­ жение удельного расхода топлива на 10% и улучшение качества агломерата [153].

Одним из средств сохранения или даже увеличения производительности аглолент при применении нагретого воздуха является ввод в нагретую газовоздушную смесь кислорода.

Роль кислорода как интенсификатора агломерацион­ ного процесса видна из результатов многих исследова­

фабрике в 1951 г., производились спекания магнетитовой железной руды в чаше диаметром 2324 мм с рабочей высотой 320 мм. Вес разовой пробы шихты составлял

1,5 г.

Продолжительность подачи кислорода с момента за­ жигания шихты составляла около 3 мин. Расход кисло­ рода для спекания 1 тспекаемой шихты устанавливался

80

равным 2 м3. В результате не только увеличилась ско­ рость спекания шихты (на 10%), но и получен агло­ мерат повышенной восстановимости, с пониженным со­ держанием серы (0,01—0,02% по сравнению с 0,04— 0,05% в обычных условиях).

Аналогичные результаты получены и в опытах, про­ веденных в Сибирском металлургическом институте [36].

Результаты исследования, проведенного сотрудника­ ми Украинского института металлов и работниками Енакиевского металлургического завода, приведены в табл. 35 и 36 [165].

Т а б л и ц а 35

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНЫХ СПЕКАНИЙ КРИВОРОЖСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД ПРИ РАЗЛИЧНОМ СОДЕРЖАНИИ КИСЛОРОДА В ПРОСАСЫВАЕМОМ ВОЗДУХЕ

подогрева с повышением концентрации кислорода в воз­ духе увеличивается скорость спекания аглошихты при практически неизменном Ситовом составе агломерата.

Из табл. 37 следует, что подача кислорода, заметно увеличивая выход годного агломерата, улучшает его ка­ чество, снижает содержание в нем мелочи.

Особенно заметное повышение производительности аглоустановки (на 29,4%) получено при одновременном действии двух факторов: подогрева воздуха и повышения содержания в нем кислорода, причем на 11% ее произ­ водительность повысилась в результате увеличения вер­ тикальной скорости аглопроцесса, а на 18,4%— в ре­ зультате увеличения выхода годного агломерата.