книги из ГПНТБ / Зенкис, Ян Самойлович. Угольные базы для коксования (технико-экономические основы выбора угольных баз для коксования)

Природномалозольных углей в Кизеловском бассейне не до­

бывается, а кузнецкие ОС поставляются в обогащенном виде с выходом концентрата 84% при зольности 8,1%. Выход концен­

Средняя зольность выжигаемого кокса при указанном выше содержании летучих в сухой шихте и зольности шихты опреде­ ляется по формуле

лс=: ^.100 № ’

где Лк —зольность сухого кокса, %;

Лу — зольность сухой угольной шихты, %; /С—выход сухого кокса, %.

Средняя зольность сухого кокса из углей перечисленных бас­ сейнов и 'возможный выход кокса из сухой шихты характеризу­ ются данными, приведенными в табл. 25„

Таблица 25

(%)

Таким образом, на выход валового -кокса влияют два факто­ ра— выход летучих из горючей массы шихты и зольность по­ следней.

Из кузнецких углей при зольности шихты 7,8% и выходе ле­

59

тучих 25,0% обеспечивается получение наиболее чистого по золь­ ности кокса; примерно такой же зольности получается кокс из донецких и печорских углей (10,1 — 10,2%).

Чем выше зольность кокса, тем меньше содержание углерода в коксе и, следовательно, тем меньше его теплота сгорания.

Кроме того, зола в коксе подлежит удалению вместе с поро­ дой и отходами руды в процессе доменной плавки в виде шлака.' Чем больше золы в коксе, тем больше необходимо загружать в домну флюсовых материалов для ошлакования золы и, следова­ тельно, тем больший расход кокса на шлакование и тем больший унос тепла из доменной печи вместе со шлаками.

При этом нельзя не отметить, что состав золы углей для кок­

риалов для их оплавления и ошлакования. Отсюда особая эф­ фективность обогащения углей, используемых для коксования, снижающая зольность кокса и улучшающая технологический процесс доменной плавки.

Влияние зольности кокса на увеличение его расхода при до­ менной плавке может быть определено как опытным, так и рас­ четным путем.

По литературным данным (советские исследователи — Рамм и Тишбейн, Готлиб, Дик и Каган, Остроухое и др.), на 1% увели­ чения зольности кокса (сверх 9% расчетной его зольности) рас­ ход его увеличивается на 1,5—2,0% Примерно в этих же пре­ делах оценивают перерасход кокса в зависимости от его зольности иностранные исследователи.

Уменьшение производительности доменной печи на 1 % роста зольности кокса (сверх 9%) определяется примерно в 1,5%.

Следует отметить, что одновременно с уменьшением зольно­

сти угля при его обогащении обычно происходит также улучше­ ние химического состава золы концентрата с уменьшением удель­ ного веса в золе кислых компонентов (Al2O3 + SiO2), что снижа­ ет потребность в флюсующих материалах при доменной плавке. Это положение подтверждается практикой обогащения как до­ нецких, так и кузнецких углей.

В большинстве случаев при механическом обогащении углей

происходит также уменьшение содержания фосфора в угле вме­ сте с уменьшением его зольности, в связи с более высоким со­ держанием фосфора в породных примесях, чем в угольном ве­ ществе.

Помимо удаления породных примесей механическое обогаще­

1 Последние исследования Рамма, Улицкого и др. показывают, что пере­ расход топлива в доменной плавке на 1% повышения зольности его значи­ тельно больше 1,5—2,0% и достигает 5—6%.

60

ных сростков породы, что положительно сказывается на умень­ шении трещиноватости кокса и повышении его механической прочности.

ВЛИЯНИЕ СЕРНИСТОСТИ УГЛЕЙ НА СЕРНИСТОСТЬ КОКСА И НА НОРМЫ ЕГО РАСХОДА ПРИ ВЫПЛАВКЕ ЧУГУНА

Из указанных выше углей наибольшей сернистостью облада­ ют кизеловские (4,5—6,0%), а также донецкие угли, используе­ мые для коксования. Средняя сернистость сухой шихты из до­ нецких углей в 1940 г. составляла 2,29%; в 1951 г. она увеличи­ лась до 2,5; а в 1957 г. составила 2,29%.

Наименее сернистыми являются угли Кузнецкого бассейна,

содержащие от 0,4 до 0,6% серы (в среднем 0,5%). Карагандинские угли содержат серы от 0,6 до 3,5% (в сред­

нем около 1 %).

Печорские угли содержат серы от 0,6 до 1,5% (в среднем около 0,8 %).

В зависимости от химического состава сернистых соединений, содержащихся в угле, некоторая часть серы рядового угля уда­ ляется при механическом обогащении углей с целью снижения их зольности (по донецким углям при снижении на 1 % зольно­ сти сернистость в среднем снижается на 0,07—0,1% абсолютно, т. е. весьма незначительно).

Но и такое снижение сернистости донецких углей не всегда

происходит параллельно со снижением зольности, так как раз­ ные группы углей различной сернистости ведут себя различно при обогащении в отношении снижения серы. Так, при обогаще­

нии малосернистых донецких углей в некоторых случаях даже наблюдается повышение сернистости концентрата по сравнению

с рядовым углем 1 или снижение имеет место в ничтожных раз­ мерах. При обогащении же более сернистых углей обычно про­ исходит заметное снижение серы одновременно со снижением зольности углей. Эти явления объясняются содержанием в углях в большей или в меньшей мере пиритной, колчеданной или орга­ нической серы. В то время как крупные включения пиритной и колчеданной серы легко удаляются при гравитационном обога­ щении, органическая сера при этом почти не извлекается.

По опытным данным коксования донецких углей установлено,

что примерно 55% серы, содержащейся в угле, подвергшемся коксованию, переходит в кокс, около 3% — в смолу и примерно

42% выделяется в коксовальный газ.

Сера в коксе считается особо вредной примесью, так как часть серы переходит в металл, понижая его качество, а для удаления серы со шлаками требуется значительное количество флюсовых

1 Такое же положение наблюдается при обогащении углей некоторых других бассейнов, например черемховских.

61

материалов, в результате чего увеличивается расход кокса на 1 г выплавляемого чугуна и уменьшается производительность домен­

ной печи.

Перерасход на 1%' серы в коксе оценивается в пределах 10— 24% по советским источникам и в пределах 18—33% по иност­

Проф. Рубин при опытной плавке на одной из доменных пе­ чей Запорожского металлургического завода, получил следующие показатели изменения в работе печи и в расходе кокса в зависи­ мости от сернистости кокса, но при прочих равных исходных

а) расход кокса увеличился на 1,72%. на каждую 0,1 % серы;

б) расход известняка увеличился на 4,2%гна каждую 0,1% серы;

в) производительность печи уменьшилась на 1,9%. на каждую

0,1% серы.

Для перспективных расчетов по районированию углей может быть принято, что по донецким углям до 60%., по печорским и

карагандинским углям до 55%, а по кузнецким углям до 65%

содержащейся в шихте серы перейдет в кокс и что увеличение

62

сернистости кокса на 0,1%' влечет за собой увеличение расхода

кокса на 1,5% и уменьшение производительности доменной печи в среднем также на 1,5%

Средняя сернистость сухого кокса в % определяется по фор­ муле

С _ Scy-C

К -

где Sy — сернистость сухой угольной шихты, %;

С — остаток серы в коксе, %; /Сс —выход сухого кокса из сухой шихты, %.

Ориентировочная средняя сернистость кокса из углей указан­

ных бассейнов при указанных выше средних показателях серни­ стости угольных шихт приводится в табл. 27.

Таблица 27

(°/о)

Следовательно, наиболее чистым по сере является кокс из кузнецких углей, далее из печорских и одних карагандинских; бо­

СРЕДНИЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ РАСХОДА УГОЛЬНОЙ ШИХТЫ ПРИ ВЫЖИГЕ КОКСА И РАСХОДА КОКСА

ПРИ ВЫПЛАВКЕ ЧУГУНА

Расход кокса на выплавку чугуна, при прочих равных произ­

водственных условиях, не находится в прямой зависимости толь­ ко от зольности и сернистости кокса. На величину расхода кокса

1 Однако при более точных технологических расчетах следует иметь в виду, что с уменьшением удельного расхода кокса на 1 т выплавляемого чугуна, в результате комплексной рационализации доменного процесса,— относительно снизится также указанное вредное влияние сернистости кокса.

63

влияет весь комплекс производственного процесса доменной

.плавки, в том числе элементарный состав, участвующих в плавке

материалов.

Недостаточно изученными ( в порядке точных опытов в про­ мышленных условиях) пока остаются пределы колебания и. из­ менения технико-экономических показателей технологического процесса доменной плавки в зависимости от переменных качест­ венных показателей кокса (барабанное число, реакционная спо­ собность, пористость, зольность, сернистость и т. д.), как равно не разработаны меры по уменьшению в производственных усло­ виях вредного влияния того или иного отрицательного качествен­ ного элемента доменного топлива.

Нормальный ход доменного процесса обычно обеспечивается

опытным регулированием комплекса воздействующих средств.

В связи с этим приведенные выше параметры вреднего влия­ ния золы и серы в доменном производстве имеют лишь условный расчетный, а не нормативный характер.

Несмотря на определенную условность приведенных коэффи­ циентов вредного влияния зольности и сернистости кокса в до­ менном производстве ими приходится пользоваться (за неиме­

нием более точных данных) в технико-экономических расчетах по выбору угольных баз для коксования в качестве измерителей

степени технологической ценности углей разных угольных бассей­ нов при их использовании для коксования.

Расход угля при выжиге кокса из углей указанных выше бас­ сейне® приведен в табл. 28.

* При коксовании в смеси с кузнецкими углями.

Учитывая влияние зольности и сернистости кокса на его рас­

ход при выплавке чугуна, согласно вышеприведенным средним

расчетным параметрам (принимая за исходный норматив расход кокса из кузнецких углей), получаются следующие приблизитель-

64

ные средние нормы расхода кокса на 1 т чугуна при прочих рав­ ных условиях (включая измельчение кокса при скиповой загруз­ ке домен) (табл. 29).

I

Приведенные расчетные коэффициенты показывают, насколько малозольный и малосернистый кокс, полученный из кузнецких уг­ лей, обусловливает меньшие нормы его расхода при выплавке

чугуна (при прочих равных условиях), и вследствие этого тре­

буется меньше рядовых углей для коксования на 1 т чугуна.

5 Я. С. Зенкис

Глава IV

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПО ВЫБОРУ УГОЛЬНЫХ БАЗ ДЛЯ КОКСОВАНИЯ

ВЫБОР УГОЛЬНОЙ БАЗЫ ПО МИНИМАЛЬНОЙ ЗАГРУЗКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА УГОЛЬНЫМИ ГРУЗАМИ

Особые требования, предъявляемые металлургической и кок­

сохимической промышленностью к качеству и свойствам углей для коксования и сосредоточенность запасов углей, пригодных для коксования, в немногих угольных бассейнах сами по себе ограничивают возможности выбора угольных баз для коксохи­ мических заводов.

Однако для ряда районов СССР, при всей сложности обеспе­ чения их углями для коксования, имеется практическая возмож­ ность выбора топливной базы из числа ближайших двух или трех угольных бассейнов по марочному составу углей и по себе­

стоимости углей на единицу продукции (на выжигаемую тонну кокса или выплавляемую тонну чугуна), а также по большей или меньшей загрузке железнодорожного транспорта перевозками,

угля.

Районами, снабжение которых углями для коксования может

производиться из нескольких угольных бассейнов, являются:

а) Урал, который располагает крупными природными богат­ ствами различного вида полезных ископаемых, в том числе боль­ шими запасами железных руд, но имеет незначительные запасы собственных угольных ресурсов в целом и в особенности углей

пригодных для коксования; б) северо-западный район, который имеет развитую промыш­

ленность, в том числе широкого профиля машиностроение, распо­ лагает крупным металлургическим заводом, однако не имеет

своей местной угольной базы;

в) районы республик Средней Азии, которые располагают значительными потенциальными запасами углей, в том числе при­

годных для коксования, однако последние находятся в. трудных горногеологических условиях для освоения;

66

г) район Восточной Сибири, на хозяйственное освоение огром ных природных богатств которого направляются крупные капи­ тальные вложения в промышленное строительство по семилет­ нему плану, располагает исключительно большими запасами ископаемых углей, в основном пригодных для энергетического использования; дислокация баз с углями, пригодными для коксо­ вания обусловливает неодинаковые экономические условия для

углеснабжения возможных металлургических заводов в разных частях этого обширного района;

д) район Закавказья, который при наличии собственного ме­

таллургического завода располагает недостаточно крупными угольными базами;

е) районы Юга и Центра европейской части СССР, где сосре­ доточены крупные металлургические предприятия и будут строить­ ся новые заводы на базе рудных богатств Криворожского бассей­ на, Курской магнитной аномалии, Керченского полуострова и др.,

обеспечиваются донецкими углями для коксования и энергетики; при рассредоточении угольных богатств Донецкого бассейна по марочному составу по обширной территории бассейна возникает хозяйственная необходимость обоснованного выбора угольных

баз для отдельных металлургических заводов района в целях

обеспечения заводов углями требующегося марочного состава при минимальной загрузке железнодорожного транспорта пере­ возками углей и с устранением встречных потоков углей;

ж) аналогичные условия с районированием донецких углей возникают при выборе угольных баз для металлургических заво­ дов Западной Сибири, снабжаемых кузнецкими углями.

Основываясь на указанных выше расчетных параметрах по нормам расхода угля и определяемых расстояниях перевозок уг­

лей из соответствующих угольных бассейнов до рассматриваемых коксохимических или металлургических заводов и в зависимости от вида поставляемых углей (готовая шихта или рядовой уголь),

определяется загрузка железнодорожного транспорта перевозка­

ми угля (в тон'на-километрах), считая на тонну валового выжига кокса или на производство тонны чугуна.

В качестве иллюстративных примеров ниже приводятся рас­

четные грузообороты по углю для Череповецкого металлургиче­ ского завода в Вологодской области и ряда заводов Урала, в за­ висимости от выбранной угольной базы в качестве поставщика угля.

Расчетный грузооборот по перевозкам углей определен в ни­

жеприведенных таблицах в двух вариантах:

а) при снабжении заводов готовой шихтой (табл. 30) и б) при снабжении заводов рядовыми углями, обогащаемыми

при коксохимических заводах (табл. 31).

Приведенными данными устанавливается, что при снабжении уральских коксохимических заводов готовой шихтой (за счет обогащения углей в соответствующих бассейнах) наименьшая за-

Таблица 30

*В числителе—расстояния (в километрах), в знаменателе -грузообо­ рот (в тонно-километрах).

**По печорским углям: грузооборот при доставке угля по несуще­ ствующей Урало-Печорской железной дороге—в числителе, при доставке по существующим дорогам—в знаменателе.

грузка железнодорожного транспорта перевозками угля для кок­ сования обеспечивается (считая по грузообороту на тонну чу­ гуна) :

а) для Нижне-Тагильского металлургического комбината и других заводов, расположенных севернее него при применении углей Печорского бассейна и доставке их на завод по несуще­ ствующей новой железной дороге Воркута — Полуночная. В этом случае при завозе печорских углей грузооборот на тонну чугуна по сравнению с кузнецкими углями меньше на 26%, а по

сравнению с карагандинскими — меньше на 5%.

При доставке печорского угля на Северный Урал по сущест­ вующей сети железных'дорог с пробегом до Нижнего Тагила на 2392 км — грузооборот на тонну чугуна больше на 51,5% по сравнению с карагандинскими углями и больше на 17,5% по сравнению с кузнецкими углями;

б) для заводов Среднего и Южного Урала (в районах

68