Научная работа: Применение коксового орешка на доменных печах
5. Охрана труда и экология
Заключение
Список использованных источников
Введение
Возрастающий дефицит коксующихся углей, стремление к уменьшению загрязнения окружающей среды, связанного с производством кокса, необходимость сокращать затраты на выплавку чугуна активизируют поиск путей снижения расхода металлургического кокса в доменной плавке. Одним из таких путей является загрузка в печь, кроме металлургического кокса, каменного угля или мелкофракционного кокса. Частичная замена ими металлургического кокса привлекает тем, что не требует для реализации этого мероприятия существенных дополнительных затрат.
В последние годы возрос интерес к использованию кокса фракции менее 40 мм (в основном 10 - 25 мм), так называемого коксового орешка, в доменной плавке, что объясняется возможностью снижения непроизводительных потерь кокса, оптимизации газодинамического режима доменной плавки и улучшения ее основных технико-экономических показателей.
Согласно аналитическим исследованиям [1], введение в доменную печь коксового орешка в смеси с железорудной частью шихты улучшает ее газопроницаемость. Оптимальные размеры коксового орешка составляют: нижний 10 - 15 мм, верхний 35 - 40 мм. Наиболее благоприятно влияет на газопроницаемость шихты введение первых 20 - 30 % от расхода кокса, обеспечивающих улучшение газопроницаемости шихты на 11,5 - 13,5 %. Аналитические расчеты показывают, что введение коксового орешка фракции 10 - 40 мм в смеси с железорудной шихтой в количестве 6,6 % (от расхода кокса) способствует снижению расхода металлургического кокса на 19,9 кг/т чугуна в основном за счет улучшения газораспределения и схода шихты. Исследование технологии доменной плавки при использовании коксового орешка проведено на печи №1 ОАО "ЕМЗ". Применение на печи №1 коксового орешка фракции 15 - 36 мм в количестве 25,0 кг/т чугуна способствовало снижению фактического расхода кокса на 10,7 кг/т чугуна, в том числе на 4,0 кг/т чугуна благодаря совершенствованию технологического режима доменной плавки.
Имеется успешный опыт замены до 30 % кокса орешком при выплавке ферромарганца [2].
Анализ работы доменных печей предприятий Европы с малым (до 300,0 кг/т чугуна) расходом кокса показал, что снижение его с 350,0 до 270,0 - 290,0 кг/т чугуна приводит к небольшому (на 10 %) увеличению толщины рудных линз при значительном сокращении толщины слоев кокса - с 48 до 34 см. Коксовый орешек загружается в смеси с рудой в периферийную зону во избежание опускания в нижние слои зоны когезии [3].
В мощные доменные печи фирмы "РОSCО" (Ю. Корея) смесь коксового орешка и мелкой железной руды дифференцированно загружают в зону гребня шихты с целью интенсификации процесса восстановления оксидов железа [4].
Вследствие острого дефицита кокса на доменных печах ОАО "ЗСМК" проведены промышленные плавки с использованием в шихте кокса мелких фракций (36-25 мм) [5]. При этом его содержание повышали до 30 % общей массы загружаемого кокса (переход осуществляли в период удовлетворительной работы печей). Для сохранения интенсивности процесса плавки предприняли ряд мер по стабилизации работы горна и поддержания ровного хода печей. Для предотвращения засоренности горна в печь загружали промывочные средства и обеспечивали выполнение заданного графика отработки продуктов плавки. Использование в шихте доменной печи, оборудованной типовым двухконусным загрузочным устройством, кокса мелкой фракции в количестве до 22 % в зависимости от условий плавки, приводило к снижению выплавки чугуна на 1,0 - 6,6 %, или на 0,2 - 0,4 % на каждый процент содержания мелкой фракции, увеличению удельного расхода кокса на 0,8 - 1,0%, или на 0,19 - 0,17% на каждый процент и снижению дренажной способности горна печи. Технико-экономические показатели печи, оборудованной роторным распределителем шихты, свидетельствует о возможности сохранения форсированного хода печи при использовании в шихте до 25% кокса фракции 36 - 25 мм. Применение мелкого кокса в количестве более 30% вызывает снижение интенсивности процесса плавки и ухудшение работы горна. Уменьшение производительности доменной печи достигает 3,3 - 3,6% или на 0,12 - 0,13% на каждый процент содержания в шихте кокса фракции 36 - 25 мм, увеличение удельного расхода кокса на 0,85 - 0,90% или 0,03 - 0,04% на каждый процент содержания в шихте кокса фракции 36 - 25 мм.
Опыт работы доменного цеха ОАО "Северсталь" также подтвердил возможность использования мелкого кокса в шихте [6]. Анализ работы печи в периоды загрузки коксового орешка не выявил нарушений газодинамического режима или ухудшения дренажной способности коксовой насадки в горне. Коэффициент замены кокса коксовым орешком составил 0,895 кг/кг.
При среднемесячном расходе коксового орешка 12 - 24 кг/т чугуна на доменных печах ОАО "Макеевский металлургический комбинат" приведенный коэффициент замены кокса коксовым орешком превысил 1,0 кг/кг при сохранении базовой производительности печей [7].
Опытно-промышленные плавки литейного чугуна с введением до 140 кг коксового орешка на 1 т чугуна проведены на доменной печи №2 полезным объемом 394 м3 ОАО "Константиновский металлургический завод". Коэффициент замены кокса орешком составил 1,0 - 1,2 кг/кг. При этом суточная производительность печи повысилась на 15,9 т (4,95%) [7].
На металлургическом комбинате "Криворожсталь" разработана и освоена на всех доменных печах технология плавки с загрузкой кускового антрацита до 70 кг/т чугуна с эффективностью замены кокса 0,8 - 1,1 кг/кг. В ходе освоения технологии установлена принципиальная возможность увеличения расхода антрацита до 100 кг/т чугуна с соответствующей заменой кокса [8].
По имеющимся у лаборатории данным проведён анализ использования коксового орешка в качестве заменителя металлургического кокса на заводах Германии, Франции, Бельгии, Нидерландов, России, Украины. Расход коксового орешка по заводам и по отдельным печам, а также качественные показатели кокса приведены в таблице 1, определены зависимости между расходом скипового кокса, коксового орешка и качественным показателем истираемости металлургического кокса М10 . (рисунок 1, рисунок 2)
Наиболее низкие качественный показатель истираемости (М10 =9,0%) имел кокс в период применения коксового орешка на доменной печи №6 НЛМК. Расход коксового орешка на данной печи составил 7,3 кг/т чугуна (1,8% от расхода кокса). По имеющимся данным максимальный расход коксового орешка составил 29 кг/т чугуна при М10 =5,2% или 10,6% от расхода кокса (ArcelorPatural6).
Таблица 1 Использование коксовой орешка и показатели качества кокса
| Страна | Завод, доменная печь | Расход материалов, кг/т чугуна | Доля от расхода кокса, % | Показатели качества кокса, % | ||||||
| кокса | мелкого кокса | CRI | CSR | M40 | М25 | M10 | ||||
| Германия | TKS Schwelgern 1 | 263 | 36 | 13,7 | ||||||
| TKS Schwelgern 2 | 288 | 49 | 17,0 | |||||||
| EKO Stahl, ДП №5А | 279 | 87 | 31,2 | 31,0 | 56,2 | |||||
| EKO Stahl, ДП №1 | 405 | 14 | 3,5 | |||||||
| TKS Hamborn 9 | 229 | 95 | 41,5 | |||||||
| Франция | Arcelor Dunkerque 4 | 223 | 50,3 | 22,6 | 66-68 | 70,0-74,9 | 4,4-6,1 | |||
| Arcelor Patural 6 | 273 | 29 | 10,6 | |||||||
| Arcelor Fos sur Mer 1 | 277 | 47 | 17,0 | |||||||
| Бельгия | Sidmar Gent A | 264 | 50 | 18,9 | ||||||
| Sidmar Gent B | 280 | 53 | 18,9 | |||||||
| Нидерланды | Corus IJ mulden 7 | 267 | 34 | 12,7 | ||||||
| Россия | ЗСМК | 442 | 45,5 | 10,3 | 72 | 7,7 | ||||
| НЛМК, ДП №6 | 410 | 7,3 | 1,8 | 83,7 | 9,0 | |||||
| Северсталь, ДП №5 | 408 | 17 | 4,2 | 73,5 | 7,4 | |||||
| ОАО "ЕМЗ", ДП №1 | 466 | 25 | 5,4 | |||||||
| ОАО "Енакиевский МЗ" | 509,6 | 30,2 | 5,9 | 88,6 | 7,65 | |||||
| Украина | ОАО "Миталл Стил Кривой Рог" | Дп№1 | 464 | 16,9 | 3,6 | 88,2 | 7,3 | |||
| Дп№2 | 467,2 | 18,4 | 3,9 | 88,2 | 7,0 | |||||
| ОАО "МК Запорожсталь" | 500,0 | 28,0 | 5,6 | 87,1 | 7,6 | |||||
| ОАО "МЗ им. Петровского" | 595,0 | 38,0 | 6,4 | 87,0 | 7,4 | |||||
| ОАО "МК Азовсталь" | 504,6 | 21,1 | 4,2 | 87,8 | 7,57 | |||||
| ОАО "МК им. Ильича" | 527,5 | 25,8 | 4,9 | 87,8 | 7,61 | |||||
| ОАО "МК им. Дзержинского" | 482,7 | 24 | 5,0 | 87,9 | 7,21 | |||||
| ОАО "Алчевский МК" | 457,5 | 17,8 | 3,9 | 87,9 | 6,32 | |||||
| ОАО "Макеевский МЗ" | 508 | 24 | 4,7 | 87 | 6,97 | |||||
| ЗАО "Донецкий МЗ" | 403,6 | 19,2 | 4,8 | 87,84 | 4,28 | |||||
В анализ включены доменные печи, по которым имеется информация по показателю истираемости кокса М10 . При оценке расхода коксового орешка по печам, где качество кокса определялось показателем CSR (горячая прочность), максимальный расход коксового орешка составил 50,3 кг/т чугуна или 22,6 % от расхода кокса при CSR=67 % (ArcelorDunkerque4). Необходимо отметить, что проводили эксперименты по увеличению расхода коксового орешка до 95 кг/т или 31,2 % от расхода кокса при CSR=56,2 % (EKOStahl, ДП №5А). Данных о постоянной эксплуатации доменной печи при таких расходах коксового орешка нет.
Рисунок 1. Зависимость изменения удельного расхода кокса от удельного расхода коксового орешка
Рисунок 2 Зависимость изменения удельного расхода кокса от истираемости кокса М10
По имеющимся данным можно сделать вывод о нецелесообразности применения коксового орешка при снижении истираемости кокса М10 >9,0 %. При повышении качества кокса (CSR= 56.0 - 68 %, М10 = 4,4 - 6,1%) расход коксового орешка может составлять до 40 кг/т чугуна без снижения производительности доменной печи.
1. Использование коксовой мелочи фракции 10- 25 мм (коксового орешка) на доменных печах
В качестве экспериментального периода были использованы технико-экономические показатели работы доменных печей при различной интенсивности плавки в период с января 2009 года по сентябрь 2010 года включительно. Числовые массивы для анализа были составлены из единичных средненедельных периодов работы печей. Выявлены зависимости удельного расхода кокса и производительности от расхода коксового орешка и истираемости кокса М10 . В доменные печи загрузка коксового орешка производилась строго в смеси с железорудной частью шихты. Расход орешка в рудной подаче составлял 200 - 600 кг (максимум до 1000 кг кратковременно на доменной печи №9).
1.1 Доменная печь №1
Выполнен анализ показателей работы доменной печи №1 при использовании в шихте коксового орешка за период с декабря 2009 г. по сентябрь 2010 г. (25 ноября 2009 г. печь задута после капремонта 1 разряда).
Коксовый орешек стали брать с середины мая 2010 г., постепенно увеличивая расход до 24,5 кг/т чугуна. С середины апреля 2010 г. расход коксового орешка в течение 5 недель находился на уровне 17 кг/т (рисунок.3). Расход кокса при этом снизился с 433 - 432 кг/т (без коксового орешка) до 423 кг/т (в июле 2010 г.). В это же время начинается постепенное снижение качества кокса по истираемости М10 с 8,59%, в начале июня 2010 г. до 9,55% в конце августа 2010 г. В связи с этим удельный расход кокса тоже начинает незначительно повышаться, и после вывода орешка из шихты удельный расход кокса возрос до 446,7 кг/т (рисунок 4).
Рисунок 3. Динамика изменения удельного расхода кокса и удельного расхода коксового орешка
