книги из ГПНТБ / Применение пылеугольного топлива для выплавки чугуна

Таблица 9

Показатели качества угля и пылеугольного топлива используемого в 1968 — 1972 гг. на Донецком металлургическом заводе

В 1971 г. в связи с намечаемым увеличением расхода угля до 100 кг/т чугуна уголь ПАРШ был заменен менее дефицитным концентратом тощего угля Моспинской ЦОФ. Тощий уголь (марка Т) обладает рядом преимуществ: он более мелкий и менее прочный, имеет пониженную и до­ статочно устойчивую влажность, что существенно улучша­ ет условия работы аэробильных мельниц, определяя повы­ шение их производительности. Кроме того, тощий уголь имеет меньшее и более устойчивое, по сравнению с углем ПАРШ, содержание золы, серы и летучих, что может способ­ ствовать повышению коэффициента замены и оптимального расхода угля. Выполненные расчеты и анализ опытных пла-

70

вок показывают, что отмеченные преимущества угля марки

Топравдывают его большую стоимость — (19—20 руб/т). Применение аэробильных мельниц предопределяет по­

лучение относительно крупного помола топлива по сравне­

ций крупнее 0,075 мм. Следует отметить, что фракционный состав угольной пыли периодически ухудшался из-за вы­ хода из строя основных рабочих элементов мельниц, зна­ чительного повышения производительности мельниц или ухудшения качества угля.

В сложившихся технологических условиях при расходе угольной пыли до 100 кг/т чугуна относительно крупный помол не препятствовал полной газификации угольной пыли в пределах фурменной зоны.

Температура угольной пыли при ее пневмотранспорте сухим сжатым воздухом составляла 40—70° С, а влажность 0,33%. Эти два обстоятельства определяют наиболее благо­ приятные условия пневмотранспорта угля, а также мини­ мальное поступление в горн паров воды. Анализ летучих составляющих угля, применяемого для вдувания, не вы­ полнялся.

Технология выплавки передельного чугуна из сырых руд не является характерной для современных технологиче­ ских условий, поэтому анализ технологического режима доменной печи № 3 во время первого опытного периода в октябре — ноябре 1968 г. не выполнялся. В 1969—1972 гг. доменная печь № 3 выплавляла передельный маломарган­ цовистый чугун из шихты, состоящей на 95% из агломерата ЮГОК. За истекшие годы основные технико-экономиче­ ские показатели работы печи и параметры технологиче­ ского режима существенно не изменялись.

Опыт показал, что наилучшие технико-экономические по­ казатели плавки были достигнуты при содержании на пери­ ферии 6—9 и в центре не выше 8—10% С02. Характерные диаграммы распределения С02 по радиусу колошника при работе доменной печи с вдуванием и без вдувания пылеуголь­ ного топлива представлены на рис. 18.

Как правило, оптимальному распределению газового потока отвечает температура периферии кладки 750—850° С.

71

Обычно оптимальное распределение газового потока уста­ навливается при величине коксовой колоши 2,8—3,2 т и весе рудной части 9—10 т . Преобладающей системой за­ грузки шихты была КААК при уровне засыпи от 1,25 до 1,75 м. При увеличении расхода угольной пыли рудные на­ грузки увеличивали обычно за счет уменьшения веса кок­ совой колоши. Неоднократные попытки применить систему загрузки шихты «агломератом вперед» или увеличение уро­ вня засыпи до 2,0—2,5 м приводили к ухудшению схода -

Расстояние от стент шахты,пм

Рис. 18. Графики изменения содержания С02 по радиусу колошника при работе печи без вдувания (А) и с вдува­ нием угольной пыли (Б и В).

шихты. При нарушениях схода шихты использовали систе­ му загрузки КААК, повышение уровня засыпи до 1,5—1,25 м и уменьшение веса рудной части шихты в подачу.

Интенсивность плавки по углероду находилась в пре­ делах 0,8—0,85 и не изменилась за истекшие годы, по­ скольку лимитировалась, прежде всего, применением мел­ кого агломерата и низким давлением газов в печи. Тем­ пература дутья обычно находилась в пределах 1000—1070° С. В последние два года удалось несколько повысить темпе­ ратуру дутья за счет совершенствования технологиче­ ского режима плавки, в частности, за счет оптимизации расхода природного газа и увлажнения дутья. Искусствен­ ное увлажнение дутья применяют с 1971 г. в основном при значительных нарушениях схода шихты и повышен­ ном нагреве горна. Расход природного газа составляет 60—75 м3/т чугуна (2,5—3,0 тыс. м3/ч). Величина опти­ мального расхода природного газа неоднократно прове­ рялась опытными плавками: при увеличении расхода газа выше 75—80 м3/т чугуна расход кокса не изменялся.

72

Внутризаводские технологические условия на передель­ ный чугун ограничивают содержание кремния 1% и се­

1,25—1,35. Увеличение основности шлака выше 1,35 не обеспечивает улучшения качества чугуна и, как правило, сопровождается ухудшением схода шихты. При работе до­ менной печи с применением угольной пыли старались под­ держивать основность шлака на нижнем пределе (1,25) с целью сохранения интенсивности плавки. Оптимальное содержание окиси магния составляет 3—4%.

В 1969—1972 гг. на доменной печи № 3 внедрены меро­ приятия, позволившие совершенствовать и оптимизировать технологический режим плавки. К таким мероприятиям относятся:

1) сокращение до минимума содержания в шихте мелко­ го агломерата (из резерва);

2) снижение доли шлаков с основностью выше 1,35

до 10—20%;

3)улучшение отсева мелочи из кокса;

4)повышение эффективности применения природного

стемы автоматического равномерного распределения по фурмам;

5)внедрение измерения «частных» перепадов давления газов в печи: горн — шахта и шахта — колошник;

6)увеличение количества выпусков чугуна до девяти

всутки и доли Нижнего шлака до 50%;

7)улучшение равномерности подачи угольной пыли по фурмам за счет увеличения числа фурм с подачей угольной пыли до 11, внедрения аэрационных питателей и приборов контроля расхода топлива, выравнивания гидравлических сопротивлений трасс;

8)повышение температуры дутья до 1060—1070® С и его увлажнение в необходимых случаях;

9)оптимизация состава чугуна и шлака на выпуске;

10) снижение выхода шлака до 450 кгіт чугуна за счет

73

75

ской литературы и результатам расчетов и экспериментов, проведенных на Донецком металлургическом заводе. По расходу природного газа приведения к равным условиям не проводилось, поскольку имевшее место снижение расхода природного газа является технологически необходимым и определяется приходом водорода в составе летучих уголь­ ной пыли.

Эффективность применения пылеугольного топлива

Производительность доменной печи. Из данных, при­ веденных в табл. 10, видно, что во всех опытных периодах при расходе угольной пыли до 40 кгіт чугуна и замене 5— 10% кокса углем производительность доменной печи су­ щественно не изменялась. В опытных плавках 1971 г. сни­ жение производительности отмечено при вдувании 58 кг угольной пыли на 1 т чугуна. Как показал последующий анализ, данное изменение, видимо, не связано с примене­ нием пылеугольного топлива. Ухудшение производитель­ ности печи в этом периоде объясняется, прежде всего, из­ носом кладки в верхней части шахты: в месте перехода от защитных колец к кладке образовался глубокий кольцевой уступ, который, видимо, стал причиной устойчивого нару­ шения распределения шихты и газов на колошнике домен­ ной печи. Второй важной причиной ухудшения работы пе­ чи в этом периоде был шлаковый режим: за счет замены известняка доломитом содержание окиси магния в шлаке повысилось до 5—8% при соответственном снижении основ­ ности шлака. Изменение состава шлака неблагоприятно сказалось на состоянии горна, сходе шихты и интенсивности плавки. Впоследствии, после подбора системы загрузки шихты, снижения содержания окиси магния в шлаке до 3—5%, стабилизации профиля печи сход шихты и интен­ сивность плавки значительно улучшились.

Наиболее представительными были опытные плавки, проведенные в мае — октябре 1972 г. К началу плавок были успешно опробованы и внедрены мероприятия, обеспечива­ ющие равномерную подачу угольной пыли во времени и по фурмам, наиболее благоприятные условия для сжигания угля в фурменных зонах.

После успешной работы печи с расходом 30—50 кг угольной пыли на 1 т чугуна расход был увеличен до 60— 70 кг. Данный расход угля поддерживался два месяца,

76

в течение которых удалось оптимизировать основные тех­ нологические показатели плавки и добиться высокопроиз­ водительной и устойчивой работы печи. Основной системой загрузки шихты в данном периоде была.КААК I 1,5 при весе коксовой колоши 2,7—2,8 т и весе рудной части 9,5— 10,5 т. Рудная нагрузка в этом периоде повысилась до 3,2— 3,4 т/т кокса против 2,7—2,9 в доопытном периоде.

Распределение газов по радиусу колошника и темпера­ туры периферии было близко к оптимальным значениям, установленным в периоды, предшествующие опытным плав­

кокса при замене офлюсованного агломерата окатышами существенно не изменились. Приведенная к равным усло­ виям производительность печи существенно не изменилась или незначительно (до 4%) повысилась по сравнению с периодами работы печи без пылеугольного топлива.

Успешной работе доменной печи в августе — сентябре 1972 г. способствовали хорошее снабжение цеха агломе­ ратом и окатышами, устойчивое качество кокса Рутченковского КХЗ, нормальная работа механического оборудо­ вания и т. д. Таким образом, в течение длительной промыш­ ленной плавки было показано, что вдувание в горн 60— 70 кг угольной пыли на 1 т чугуна и замена углем до 15% кокса не вызвали существенного изменения производи­ тельности печи.

5—17 октября 1972 г. была предпринята попытка осво­ ить технологический режим с расходом угольной пыли 80— 100 кг/т чугуна. Значительное увеличение расхода уголь­ ной пыли сопровождалось снижением интенсивности плавки на 10—20%, ухудшением схода шихты, снижением произ­

77

водительности печи до 850 т/сутки. В течение этого пери­ ода были два длительных (до двух суток) расстройства хода печи. Есть все основания считать эти расстройства следствием значительного ухудшения качества кокса, выз­ ванного введением в шихту лежалых углей. Несомненно, что высокие рудные нагрузки и низкая доля кокса в шихте, вызванные применением пылеугольного топлива, усугу­ били влияние плохого качества кокса на работу доменной печи. Из-за кратковременности периода не удалось подо­ брать оптимальных систем загрузки шихты и, расхода при­ родного газа. Тем не менее к 15—17 октября удалось до­ биться относительно ровного, хотя и замедленного схода подач. Так, 17 октября сход шихты в основном был ров­ ным, хотя и замедленным — 5—6 подач в час против обыч­

считать, что внедрение новых мероприятий по улучшению условий сжигания и равномерности распределения уголь­ ной пыли по фурмам, оптимизация основных технологи­ ческих показателей плавки (системы загрузки шихты, рас­ хода природного газа, интенсивности плавки и т. д.) позволят при вдувании до 100 кг угольной пыли на 1 т чу­ гуна и снижении расхода кокса на 20—25% сохранить производительность печи на исходном уровне.

Данный расход угольной пыли — 100 кг/т чугуна — в сочетании с природным газом, согласно теоретическим расчетам, по-видимому, является предельным, если исходить из условия сохранения на исходном уровне производитель­ ности печи. Дальнейшее увеличение расхода угольной пыли и эффективности ее применения, по-видимому, будет сопро­ вождаться снижением производительности печи, что мо­ жет быть предотвращено лишь с помощью специальных мероприятий.

Коэффициенты замены кокса углем и использования углерода в доменной печи. Промышленные плавки с вдувани­ ем до 100 кг угольной пыли на 1 m чугуна, проведенные на Донецком металлургическом заводе в 1968—1972 гг., под­ твердили выводы теоретического анализа и зарубежных опытных и промышленных плавок о возможности получе­ ния коэффициента замены кокса углем выше 1. Из данных,

78

приведенных в табл. 10, видно, что при вдувании в горн до 40 кг угольной пыли на 1 т чугуна коэффициент за­ мены углерода кокса углеродом угля изменялся от 1,16 до 2,0. По-видимому, получение коэффициентов замены выше 1,4—1,5 (теоретически максимального) объясняется недо­ статочно строгим приведением расхода кокса к равным условиям, а также влиянием других, недостаточно контро­ лируемых факторов: качество агломерата и кокса, распре­ деление газового потока и др.

В опытных плавках 1971 г. при увеличении расхода

угольного топлива до 100 кг/т чугуна коэффициент за­ мены существенно не изменялся во всем диапазоне расхода угольной пыли и составлял в среднем около 1,2. Примене­ ние пылеугольного топлива сопровождалось снижением общего расхода углерода.

Расход природного газа при увеличении расхода пыле­ угольного топлива сокращался с целью компенсации охлаж­ дающего влияния топлива и оптимизации прихода водо­ рода на единицу шихты. В среднем на каждые 2—3 кг угольной пыли (плавки 1972 г.) расход природного газа сокращался на 1 м9/т чугуна. Дополнительное снижение расхода кокса при вдувании пылеугольного топлива по­ степенно, по мере освоения и совершенствования оборудо­ вания для вдувания и технологии плавки повысилось от

17—30 до 70—100 кг/т чугуна.

Получение высокого коэффициента замены кокса углем и значительное снижение расхода кокса объясняются пол­ ным сжиганием угольной пыли в объеме фурменных зон, улучшением степени использования восстановительной энергии горновых газов, снижением непроизводительных затрат углерода и тепла на единицу чугуна.

Рассмотрим причины высокой эффективности примене­ ния пылеугольного топлива.

Для изучения распределения углерода угольной пыли между продуктами плавки были исследованы пробы колош­ никовой пыли, чугуна и шлака. С помощью химического анализа не было установлено увеличение содержания угле­ рода в перечисленных компонентах: некоторое увеличение выноса углерода объясняется увеличением выноса пыли, что

79

определено снижением доли кокса в шихте и поэтому менее благоприятными газодинамическими условиями плавки.

В результате микроструктурного анализа установлено, что частицы углерода в колошниковой пыли значительно крупнее частиц угольной пыли. Кроме того, все частицы углерода в колошниковой пыли имеют характерную струк­

туру кокса.

Из литературных источников известно, что часто при повышенных расходах мазута и угольной пыли наблюдает­ ся вынос с колошниковыми газами несгоревших частиц дополнительного топлива. Из проведенных на Донецком металлургическом заводе исследований следует, что подоб­ ные явления не имели места даже при расходе угольной пыли 100 кгіт чугуна.

Аналогичные исследования проведены с верхним шла­ ком. С помощью визуального наблюдения и химического анализа не установлено увеличения содержания углерода :в шлаке. С помощью микроструктурного анализа показано, что даже при расходе угольной пыли 100 кгіт чугуна в шла­ ке не обнаружено увеличения содержания твердых включе­ ний, в том числе и углеродистых частиц.

Зависимость степени науглероживания чугуна от со­ держания кремния при работе доменной печи с вдуванием и без вдувания угольной пыли не изменилась. Содержание углерода в чугуне в сравниваемых периодах изменялось

впределах 4,2—4,4% и определялось, прежде всего, тем­ пературой и химическим составом чугуна.

Применение пылеугольного топлива, как правило, со­ провождалось улучшением использования восстановитель­ ной энергии газов. Это объясняется некоторым снижением прихода восстановительных газов на единицу чугуна. Так,

вопытных плавках 1969 г. выход восстановителей сокра­ тился на 23 м3/т чугуна, или 2,5%, в 1971 г. это снижение составило 30,5—91 м3/т чугуна, или 3,4—10%.Характер­

но, что снижение выхода восстановителей произошло за счет снижения прихода окиси углёрода при практически постоянном приходе водорода. Последнее обстоятельство способствовало сохранению содержания водорода в колош­ никовом газе на постоянном уровне — 4,5—5,2%.

Снижение выхода восстановительных газов, сниже­ ние доли кокса в шихте на 2—8%, увеличение высоты зоны умеренных температур и другие благоприятные измене­ ния определили существенное увеличение времени контак-

80