В начало Написать нам Карта сайта | RSS
Уральский рынок металлов


Предлагаем Вам разместить информацию в бегущую строку - 1000 рублей в месяц - за каждые 10 слов | Ежедневно посетители сайта смогут видеть информацию о Вашем предприятии. | Минимальные затраты - максимальный результат!!!
Новости Журнал О компании Статьи Аналитика Тендеры Рекламодателям Подписчикам Форумы Бизнес-навигатор Карта сайта Мероприятия Вопросы-ответы
В начало // Журнал / Все номера / УРМ №2 (февраль 2002) / Тощие угли в металлургии
← оглавление номера

Новые проекты:

Тощие угли в металлургии

А.М. Амдур, доктор технических наук, С.А.Загайнов, кандидат технических наук, В.П.Соколов 

А.М. Амдур, доктор технических наук, С.А.Загайнов, кандидат технических наук, В.П.Соколов

Тощие угли в металлургии

    Дефицит коксующихся углей, их недостаточное качество и высокая стоимость коксования - важная проблема в металлургии. Это ставит вопрос о экономии кокса у основного его потребителя - доменного производства. В частности, перспективным может быть вариант замены кокса на значительно более дешевый уголь.

   С этой целью во всем мире используется вдувание пылеугольной смеси, которая может заменить до 30% кокса. Но этот способ требует дорогостоящего оборудования, установку которого для одной доменной печи "Армко Стил Корпорейшн" оценивает примерно в млн.; 60-70% из этой суммы приходится на участок по приготовлению топлива. Перечисленные факторы приводят к большим срокам окупаемости.
   На ряде металлургических предприятий нашей страны проводились эксперименты по замене части кокса на тощие сортовые угли в доменных и мартеновских печах. Использование тощих углей не требует их дополнительной подготовки и капитальных вложений. Стоимость же углей более чем в два раза ниже стоимости кокса, а транспортировка дешевле из-за большей насыпной массы. Это делает экономичность их применения очевидной в том случае, если оно не приведет к ухудшению технологических показателей процесса и качества продукции. Кроме того, применение тощих углей на металлургических предприятиях расширит их сырьевую базу и укрепит экономическую безопасность. Поэтому целесообразно, чтобы данная технологии была освоена техническим персоналом цехов.
    Однако использование тощих углей не вышло за рамки промышленных опытов. На постоянной основе работает лишь Западно-Сибирский металлургический комбинат, заменяющий 3-7% кокса на угли марок ТПК и СС фракции 50-200 мм в доменных печах. Это связано с тем, что не обобщены и не систематизированы данные по свойствам углей с точки зрения возможности их применения в металлургических процессах, не выполнен анализ влияния замены части кокса на работу доменных печей различного объема и сталеплавильных агрегатов.
   Основным источником тощих сортовых углей в России являются разрезы и шахты Кузбасса. Эти угли прошли стадии контактно-термального метаморфизма в природных условиях. Их свойства как топлива и восстановителя для металлургических процессов специально не изучались. Имеется лишь ГОСТ для угля применительно к агломерационному производству.
   Основные характеристики угля в сопоставлении с коксом приведены в таблице.
   Фракционный состав имеет принципиальное значение при использовании угля в металлургических агрегатах, поскольку от него зависит газопроницаемость и другие параметры работы шахтных печей и эффективность усвоения углерода в сталеплавильных агрегатах.Расчеты показали, что для применения в доменном процессе и шахтных печах для обжига известняка необходима фракция 50 - 100(150), в сталеплавильном - 13-50 мм.
   Содержание влаги в тощих углях колеблется в пределах 1-7%, что не выходит за рамки показателей для кокса.
   Содержание нелетучего углерода весьма велико и близко к коксу.
   Зольность углей преобладающей части рабочих пластов Кузбасса составляет 12-18%.Повышенное содержание золы может несколько увеличить выход шлака и расход топлива в доменном процессе.Обогащение угля приводит к тому, что содержание золы в концентрате непревышает 10%. Вопрос о целесообразности обогащения при подготовке угля к доменной плавке должен решаться на основе экономического анализа.
   Состав золы угля и кокса близок.В золе преобладают кислотные оксиды. Однако из-за относительно низкого количества угля в топливной смеси это практически не сказывается на основности шлака и не требует дополнительной загрузки известняка. Температура плавления золы колеблется от 12000С до 16000С.
   Содержание серы в углях всех марок составляет 0,2-0,5, фосфора 0,003-0,08 %.
   Выход летучих компонентов на сухую беззольную массу равен примерно 11%, в углях марки СС - до 17%. При 850оС они состоят преимущественно из водорода (62-72%) и метана (20-24%), cодержание тяжелых углеводородов СmHn не превышает 0,55%,количество газа при нормальных условиях 216-240 м3/т. Выход смолистых веществ мал. Для тощего угля Краснобродского разреза он составляет 0,14-0,5%, Красногорского - следы. Следовательно, применение угля не приведет к зарастанию газовых трактов металлургических агрегатов.
   Теплота сгорания сухой беззольной массы составляет для марок Т, ТС 35200-36500 кДж/кг и зависит главным образом от химического состава угля, определяемого в свою очередь степенью метаморфизма. Тепло выделяется в основном за счет сгорания содержащихся в угле углеводородов и водорода, поэтому она может быть выше, чем у кокса.
   Сравнение свойств углей и доменного кокса показывает, что угли содержат меньше серы и фосфора, больше летучих компонентов и близкое количество золы. Прочность кускового угля ниже, чем у кокса, а дробимость и истираемость выше. Угли характеризуются меньшей температурой воспламенения и большей теплотворной способностью. Термостойкость (ГОСТ 7714-75) краснобродского угля 65-70, красногорского-61-85% соответственно. Угли имеют меньшую пористость, однако их реакционная способность близка к коксу.
   Таким образом, характеристики тощих углей в целом соответствуют требованиям, предъявляемым к металлургическому сырью как топливу и углеродсодержащему агенту.
   Однако необходимо учитывать следующие обстоятельства. Тощий уголь является природным сырьем, его свойства могут заметно отличаться для различных партий. Поэтому при его использовании в металлургии необходим специальный контроль показателей на угольных предприятиях.
   Низкие относительно кокса механические характеристики угля требуют разработки технологии его загрузки в шахтные, в частности, доменные печи. Наличие большого количества летучих компонентов, низкая температура воспламенения и другие свойства могут сказаться на усвоении угля как карбюратора при производстве стали.
   Проведению опытно-промышленных испытаний предшествовал теоретический анализ поведения углей при их подаче в доменную печь. Установлено, что наилучший эффект может быть получен при использовании углей фракции 50-100(150) мм при их загрузке отдельной порцией на рудную сыпь.
   Опытно-промышленные плавки с использованием тощего угля фракции 50-100(150) мм проводили на доменных печах Саткинского металлургического завода (марка Т, зольность 10%), Серовского металлургического завода и ОАО «Мечел» (марка АПК, зольность до 20%) полезным объемом 350,200 и 1326 м3 соответственно. Длительность опытных периодов при выплавке передельного чугуна составляла от 15 до 60 суток. Массовая доля угля в топливной смеси кокс - уголь достигала 10% в пересчете на сухую массу, в том числе и на доменной печи объемом 1326 м3. В качестве сравнительного периода выбраны отрезки,которые характеризовались относительно устойчивым ходом печей и стабильным расходом кокса.
   Состав шихты, параметры комбинированного дутья, колошникового газа и продуктов плавки существенно менялись как по ходу опытных компаний, так и в базовые периоды, что характерно для работы цехов в настоящее время.
   Подачу кокса уменьшали в соответствии с коэффициентом его замены углем. Технология загрузки и доля угля в топливной смеси соответствовали патенту РФ ? 2176271 от 27.11.2001 г.
   Установлено, что использование угля не приводит к существенному изменению основных технологических параметров процесса: производительность, объем колошникового газа, выход шлака и его основность колеблются в пределах, характерных для работы печей. Чугун по химическому составу соответствует ГОСТу. Расчет теплового и материального балансов базового и опытных периодов показывает, что использование угля в указанных количествах не приводит к нарушению их структуры.Абсолютные величины отдельных приходных и расходных статей меняются незначительно.
   Выявлено, что при добавлении угля в топливную смесь расход кокса существенно и достаточно стабильно уменьшается. Например, на печи полезным объемом 1326 м3 экономия составляет 50 -100кг/т по сравнению с различными периодами ее работы только на коксе.
   Таким образом, замена части кокса сортовым углем на доменных печах разного объема не нарушает процесс выплавки чугуна и ведет к экономии кокса.
   Расчеты и анализ работы печей выполнялись на основе математической модели, разработанной в УГТУ-УПИ.
   Расчет с использованием модели удельного расхода твердого топлива при фиксированных параметрах процесса показал,что при использовании угля с 20% золы он несколько увеличивается по сравнению с работой только на коксе. Это связано в основном с повышенным содержанием золы в угле и, как следствие, незначительным ростом выхода шлака.
   Прогноз работы доменной печи при использовании низкозольного концентрата угля марки Т позволяет сделать следующий вывод. Увеличение расхода твердого топлива связано с пониженным по сравнению с коксом содержанием углерода в угле. За счет увеличения выхода шлака, изменения степени прямого восстановления и выхода горновых газов перерасход топлива составляет лишь 0,18 кг/т.
   Модель использована для определения коэффициента замены кокса углем Ку = DМк / Му, где Му- масса вводимого угля,кг/т; DМк - снижение расхода кокса по отношению к базовому, кг/т.
   Ку, рассчитанный по балансу углерода, учитывает снижение содержания нелетучего углерода в твердом топливе, связанное с использованием в шихте угля, и составляет для углей марки АПК и Т 0,81-0,89 т кокса/ т угля.
   Коэффициент замены кокса углем, оцененный по тепловому, балансу кроме этого учитывает затраты тепла, связанные с увеличением выхода шлака, изменением количества и состава горнового газа и, следовательно, изменением степени прямого восстановления. Он оказался несколько ниже для обоих типов использованных углей и для печей различного объема составил около 0,86 т кокса/ т угля.
   В соответствии с определенными коэффициентами замены растет и общее количество твердого топлива.
   Экономический эффект, достигаемый в доменном процессе, оцененный по расходным коэффициентам угля и кокса, значителен и составляет около 1,75$/т чугуна.
   Доля мартеновской стали в России до сих пор достигает 50%. Высокая стоимость чугуна, нестабильность его предложения на рынке привели к тому, что растет объем стали, выплавляемой карбюраторным способом в мартеновских печах. В качестве карбюратора используют кокс и коксовую мелочь.
   В мартеновском цехе Златоустовского металлургического завода были проведены промышленные испытания технологии, предусматривающей использование тощего сортового угля вместо кокса для науглероживания металла.
   Применяли уголь марки ТОМ фракции 13 - 50 мм. Уголь характеризуется низким содержанием серы S (0,23-0,32 % мас.) и золы (не более 10% мас.).
   Уголь использовали при выплавке стали марок Д, 20, 37Г2С и других по действующей на заводе технологической инструкции, в соответствии с которой карбюратор заваливают на мелкую шихту перед присадкой известняка.
   Контролировали качество металла и загрязненность стали марки Д неметаллическими включениями. Базой для сравнения были плавки с применением заринского кокса, содержащего в среднем 0,65% S. Расход угля составлял 12,1 - 36,8 кг/т стали, кокса -13,7 - 52,6 кг/т стали.
   Для определения угара углерода рассчитывали его баланс.
   Установлено, что использование сортового угля с низким содержанием серы приводит к уменьшению ее концентрации в металле после расплавления и в готовой стали ( в последнем случае в среднем на 0,003% мас.). Это уменьшает продолжительность плавки по сравнению с плавками с применением кокса, так как сокращается время десульфурации. Кроме того, из-за большей насыпной плотности угля по сравнению с коксом уменьшается время завалки печи.
   Продолжительность плавки пропорциональна расходу кокса или угля.
   Угар углерода при использовании как угля, так и кокса одинаков и не зависит от состава шихты, в частности доли чугунного лома, и велик по абсолютной величине. Он возрастает, когда расход карбюратора превышает 20 кг/ т стали и достигает в ряде случаев 70% и более. В условиях 200-тонных мартеновских печей Серовского металлургического завода, когда в качестве карбюратора использовался уголь марки АК фракции 40-100 мм в количестве 10-11 кг/ т стали, за период плавления окислялось до 55-60 % углерода . Расход любого карбюратора не должен превышать 20 кг/ т стали.
   При одинаковом угаре коэффициент замены кокса углем надо определять, исходя из содержания углерода в этих материалах: он равен»1,1 при содержании углерода в коксе на уровне 88%.
   Брак металла, выплавленного с применением угля, не увеличился (0,203% против 0,336% при использовании кокса). Макроструктура стали удовлетворяет требованиям нормативов.
   Оценка экономического эффекта при полной замене кокса углем дает величину порядка 0,8$/т стали.
   Таким образом, тощий сортовой уголь удовлетворяет требованиям, предъявляемым к кабюраторам применительно к мартеновскому процессу.

Журнал

   
Ваше имя:  
Пароль:     
  запомнить меня
  Регистрация  Забыли пароль?

Бизнес-навигатор

   Меткомплекс
   Наука и образование
   Органы власти
   Отраслевые союзы
   Смежные отрасли


Атомстрой комплекс
ЛитМаш
ЗаводЭкоТехнологий
 
Отраслевая наука 


 
        ООО «УралИнфо»
   Телефон/факс: (343) 350 71 71
   г.Екатеринбург, ул.Мамина-Сибиряка, 58, офис 601        
            urm@urm.ru
Rambler's Top100 пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ
«РЎСѓРјРјР° технологий» «Сумма технологий»
продвижение сайта