2.2.5. Заменители кокса. Экономическая оценка, технологические особенности
Запасы коксующихся углей во всем мире ограничены. Если сохранять расход коксующихся углей на уровне 2000г., то их запасов по оценке экономистов хватит на 50-60 лет. Поэтому сокращение расхода кокса при выплавке чугуна в доменных печах является наиболее важной задачей. Большую роль при этом занимают различные добавки – заменители кокса. В таблице 2.8 представлены наиболее известные заменители кокса и расчетные характеристики эффективности их применения (ΔП – увеличение производства чугуна, %; Δ Кд – снижение расхода кокса, %; остальные – в тексте).
Расчетные значения коэффициентов замены (КЗ) кокса отличаются от фактических, в первую очередь, вследствии неполноты газификации у фурм. Кроме того, добавки неравномерно распределяются по фурмам, что ограничивает их количество максимальной долей на отдельных фурмах. Наиболее благоприятные в этом отношении условия работы доменных печей на ЧерМК и НЛМК (лучшие прочностные свойства кокса, более стабильный газовый поток и др.), однако КЗ и здесь 0,7кг/м3 природного газа (ПГ). Таким образом, использование ПГ в дальнейшем с применением фурм с его подводом снизу и навстречу потоку дутья, можно значительно улучшить газификацию ПГ и увеличить КЗ.
При вдувании коксового газа (КГ) его влияние на процессы в горне в принципе не отличаются от природного газа. Имеющиеся отличия сводятся к меньшему примерно вдвое приросту Δri и вдвое меньшее снижение ΔТт (табл.2.8). При соблюдении Тт концентрацию кислорода в дутье (Δw) повышают на 1,05% или температуру дутья (Δtд) на 640С на каждый 1,0% ПГ. При вдувании КГ эти величины соответственно 0,57% и 350С на 1,0% КГ.
Теплоотдача КГ в печи на порядок ниже теплоотдачи ПГ, что связано с меньшим содержанием углерода в коксовом газе. Коэффициент замены кокса (кг/м3) коксовым газом в среднем в 2,2 раза меньше, чем природным.
Вдувание мазута с дутьем имеет промежуточное влияние на показатели плавки между газообразными добавками (ПГ,КГ) и углями (ИА, ИГУ), поскольку он дает в результате превращений у фурм большее количество восстановителей, в том числе водорода, и выделяет значительное количество тепла. С повышением расхода мазута КЗ кокса снижается менее значительно, по сравнению с ПГ и КГ.
Использование мазута совместно с ПГ по данным [88] показало, что КЗ кокса мазутом достигал 1,67 кг/кг, что выше, чем без применения ПГ.
Измельченные антрацит (ИА) и газовый уголь (ИГУ) по характеру их влияния в дутье на показатели плавки принципиально отличаются от ПГ и КГ. Основной составляющей эффекта при вдувании ИА и ИГУ является теплоотдача в печи. Чем выше углерод в углях, тем выше КЗ, например для ИА в среднем 1,0 кг/кг (75% С), а для ИГУ 0,8-0,86 (65% С). Во всех вариантах увеличения расхода ИА и ИГУ получен прирост производства от 2,5 до 4,5% на 100 кг/т чугуна расхода ИА.
Применение ПУТ из газовых углей показало, что при прочих равных условиях оно быстрее и полнее сгорает в фурменных зонах (20-35% летучих), повышает содержание в горновых газах водорода, снижает rd и соответственно потребность тепла и расхода кокса. В практике вдувания ПУТ применяют смесь углей с низким и высоким содержанием летучих при соотношении 1:1 [86].
Опыт вдувания ПУТ за рубежом и на ДМЗ показал, что целесообразно вводить флюсующие добавки в количестве 5-10%. При этом интенсифицируется процесс горения ПУТ, улучшается подвижность образующегося шлака и десульфурация чугуна.
Переход доменных печей России и Украины на вдувание ПУТ является неотложной и самой важной задачей в настоящее время.