Использование орехового кокса в доменной печи

Использование орехового кокса в доменной печи

Металлургический кокс, также называемый доменным коксом (ДП), играет важную роль в стабильной работе ДП. Кокс доменной печи имеет типичный размер от 30 мм до 60 мм (в некоторых печах используется кокс доменной печи размером от 40 мм до 80 мм), и он составляет большую часть стоимости производства чугуна (ЧМ). Высокая стоимость обусловлена ​​образованием большого процента минусовых фракций кокса при производстве доменного кокса на коксовых печах. Эти отрицательные фракции известны как коксовая мелочь (-10 мм) и ореховый кокс (от 10 до 30 мм). Все количество коксовой мелочи, как правило, расходуется на аглофабрике при спекании рудной мелочи. Ранее ореховый кокс на металлургическом комбинате практически не использовался и продавался другим потребителям. Профессор В. И. Логинов предложил в 1960-х годах загружать орешек в доменную печь в смеси с агломератом. Хотя эта идея была успешно протестирована, тем не менее изначально было сопротивление использованию орехового кокса в доменной печи.

Однако использование орешек в доменной печи в качестве заменителя части доменного кокса в настоящее время считается проверенной технологией, а добавление орешек в рудную шихту доменной печи почти стало стандартной практикой. Использование орехового кокса сильно зависит от его доступности. Среднемесячный расход орехового кокса более 100 кг на тонну чугуна (кг/тТМ) был успешно достигнут на некоторых доменных печах. Статистический анализ среднегодовых показателей ряда европейских доменных печей показал, что введение орехового кокса в шихту доменных печей дало коэффициент замещения, близкий к 1,0.

В традиционной практике доменного производства чугунная шихта (кусковая руда, агломерат и окатыши) и кокс загружаются чередующимися слоями. Ореховый кокс обычно загружают в доменную печь в смеси с железистой шихтой. Добавление орехового кокса в слой железистой шихты доменной печи (i) способствует эффективному использованию малоценного продукта, образующегося при коксовании коксующегося угля, (ii) снижению потребления кокса доменной печи на доменной печи, (iii) улучшению производительность доменной печи, (v) оптимизирует газодинамический режим плавки в доменной печи, (v) улучшает технико-экономические показатели доменной печи за счет снижения себестоимости ТМ, и (vi) снижает до CO2 выбросы, так как в коксовых печах должно производиться меньше кокса. На рис. 1 показано сравнение обычной загрузки и смешанной загрузки орешек рудной шихты в доменной печи.

Рис. 1. Сравнение обычной загрузки и смешанной загрузки рудного кокса рудной шихты

Было проведено несколько исследований, и на их основе были внесены многочисленные технологические изменения для снижения расхода кокса доменной печи во время производства тяжелых металлов в доменной печи. Различные исследования показали, что смешанная загрузка орехового кокса улучшает проницаемость умягчительно-плавильного слоя, а также прямого восстановления. Ореховая кола дает лучший эффект для этого явления. Эксплуатация многих доменных печей доказала возможность экономии кокса и повышения производительности доменных печей при использовании орешек в смеси с железной шихтой, но причины и механизм этого явления до последнего времени были не очень ясны. В основном на снижение расхода кокса могут влиять три причины. Это (i) улучшение газопроницаемости в «сухой зоне» доменной печи, (ii) улучшение условий восстановления железной шихты и (iii) «защита» металлургического кокса от реакции потери раствора в шахте доменной печи за счет более высокая реакционная способность орехового кокса.

В недавнем прошлом было обнаружено, что небольшое количество орехового кокса, смешанного с железистой шихтой, приводит к лучшей кинетике восстановления, меньшему расходу восстановителя и лучшей газо- и жидкостной проницаемости. Ореховый кокс загружается взамен обычного доменного кокса. Его использование влияет на отношение толщины железистой шихты к толщине и проницаемости коксового слоя. Его использование варьируется от BF к BF. Важно взаимодействие орехового кокса с шихтой как при низких, так и при высоких температурах. Если количество орехового кокса загружается больше оптимального, то это приводит к тому, что неизрасходованный ореховый кокс опускается в нижнюю часть доменной печи. Это оказывает пагубное воздействие на топку доменной печи, так как неизрасходованная мелочь орешек скапливается и забивает зону мертвого человека. Задохнувшийся мертвец нарушает качество ТМ и производительность БФ. Этот эффект более выражен, когда доменная печь работает с высокой скоростью вдувания угля. В идеале ореховый кокс должен полностью потребляться до когезионной зоны. На рис. 2 показано сравнение работы доменной печи без и с использованием орешек в шихте доменной печи.

Рис. 2. Сравнение работы доменной печи без и с использованием орехового кокса в шихте доменной печи

Проведенное исследование влияния толщины слоев агломерата и кокса и агло-коксовой смеси на газопроницаемость в интервале температур от 1100 до 1600°С показало, что по мере уменьшения толщины слоев агломерата и руды падение давления уменьшается. Смешивание 90 граммов (г) орехового кокса с 1400 г агломерата может уменьшить перепад давления при 1400°C с 380 мм водяного столба (водяного столба) до примерно 50 мм водяного столба. В результате исследования сделан вывод о том, что применение технологии шихтовой загрузки коксовой муки с высоким содержанием орешка в доменной печи приводит к улучшению газопроницаемости когезионной зоны.

В другом исследовании расслоение орехового кокса и радиальное распределение в системе загрузки перед входом в доменную печь моделировались с использованием метода дискретных элементов. Сообщалось, что окружной баланс массы орехового кокса в загрузочном бункере является очень важным фактором, влияющим на распределение орехового кокса. Было обнаружено, что применение стабилизатора на конце загрузочного желоба является эффективным методом предотвращения расслоения орехового кокса.

На нескольких доменных фабриках изучалось изменение восстановительных процессов при использовании смешанной загрузки коксо-рудного ореха. Было обнаружено, что прямое восстановление может усиливаться в когезионной зоне и подавляться в очаге, и, следовательно, нагревание очага улучшается. Влияние орехового кокса на потребление кокса зависит от характеристик как орехового кокса, так и доменного кокса. Было изучено влияние двух отдельных ролей орехового кокса в качестве восстановителя и в качестве разделителя слоя. Было обнаружено, что размер орехового кокса в слое рудной шихты позволяет в основном расходовать ореховый кокс на регенерацию газообразного CO, а доменный кокс защищается от разложения и, следовательно, улучшает проницаемость слоя. Преимущественное потребление орехового кокса в результате реакции потери раствора зависит от размера орехового кокса. На рис. 3 дано сравнение обычной загрузки и смешанной загрузки орешек рудной шихты в доменной печи.

Рис. 3. Сравнение традиционной загрузки и смешанной загрузки коксовым орехом рудной шихты в доменной печи

Всегда желательна более высокая степень замены кокса доменной печи ореховым коксом, но при очень большом использовании орехового кокса всегда существует риск попадания неизрасходованного орехового кокса в нижнюю часть доменной печи, что может привести к удушью погибшего. и очаг. В исследовании, основанном на математическом моделировании и экспериментах, был сделан вывод о том, что при низком расходе орешек он полностью расходуется на реакцию газификации, что приводит к лучшей проницаемости. Но когда расход орехового кокса очень высок, он не расходуется полностью в ходе реакции газификации. Он продолжает существовать в нижней части доменной печи и вызывает увеличение перепада давления в коксовой насадке. На основании опыта эксплуатации доменной печи установлено, что увеличение использования орешек кокса сверх определенной оптимальной концентрации влияет на пропускную способность горна, что приводит к низкой скорости плавки и снижению производительности доменной печи.

В другом имитационном исследовании мертвой зоны горна доменной печи было замечено, что пористость имеет большее значение, чем диаметр кокса в мертвой зоне. Низкая пористость в мертвой зоне может привести к меньшему проникновению горячих газов в нижнюю область ПЗ и формированию низкотемпературной зоны в мертвой зоне. Образование и накопление мелочи нежелательно для проницаемой мертвой зоны. Также было замечено, что коксовая мелочь, присутствующая в нижней части доменной печи, вызывает увеличение перепада давления, и это увеличение перепада давления выше, чем величина снижения перепада давления в когезионной зоне из-за орехового кокса. Таким образом, общий перепад давления в доменной печи увеличивается.

Приведенные выше результаты ясно показывают, что существует оптимальное количество орехового кокса, при превышении которого преимущества использования орехового кокса невелики, кроме того, это также может вызвать некоторые отклонения в поведении доменной печи и затруднить производство.

Влияние загрузки орехового кокса железистой загрузкой

Загрузка орехового кокса железистой шихтой в доменной печи оказывает следующее влияние на работу доменной печи.

Улучшение проницаемости – Проницаемость – параметр, контролируемый объемом дутья и перепадом давления в колонне ствола. При постоянном объеме дутья проницаемость может быть улучшена за счет уменьшения перепада давления. Проницаемость пласта является одним из важнейших факторов в работе БФ. Производительность доменной печи может быть повышена за счет более высокого потребления дутья и, следовательно, требует адекватной газопроницаемости. Газопроницаемость пласта определяет расход восстановительного газа в доменной печи. Способ течения восстановительного газа в доменной печи влияет на производительность. Считается, что перепад давления можно уменьшить, добавив ореховый кокс в железосодержащую шихту.

Преимущество использования орехового кокса с железистой шихтой заключается в лучшей проницаемости в сухой зоне доменной печи. Добавление орехового кокса в железистую шихту положительно влияет на газопроницаемость. Положительный эффект добавления орешек к железистой шихте на проницаемость менее значителен в случае низкого соотношения орешек в смеси. При использовании около 10 % и 20 % орешек в железистой шихте производительность доменной печи может быть повышена на 1,5 % и 2,5 % соответственно.

Исследование проводилось в течение двух периодов в БФ. Первый период работал с обычной загрузкой без коксового ореха, а второй период работал с загрузкой железистой шихты коксовым орехом. В оба периода количество руды сохраняется одинаковым. Было обнаружено, что скачок давления доменного газа увеличивался и изменялся в зависимости от количества орешек кокса. Работа доменной печи стала более равномерной при увеличении процентного содержания орехового кокса. Производительность доменной печи также увеличилась, и основной причиной увеличения производительности стало снижение расхода кокса доменной печи. Нагревательная и восстановительная способность газового потока используется полностью за счет лучшего распределения топочного газа и более равномерной работы печи.

В другом исследовании работы доменной печи с использованием большого количества керосина, смешанного с рудной шихтой, был сделан вывод, что добавление орешек в слой рудной шихты предотвратило ухудшение проницаемости в нижней части доменной печи. В результате исследования было сделано заключение, что нормальный кокс доменной печи остается большим в нижней части в результате селективной реакции потери раствора орешек, а проницаемость связующего слоя остается хорошей из-за загрузки орешка кокса железистыми частицами. бремя.

Еще одно исследование было проведено по свойствам слоя рудной шихты, состоящего из руды и орехового кокса. В исследовании использовались два метода смешивания слоев. Первый изменяет высоту и имеет большее количество слоев. Второй – изменение количества орехового кокса в рудном слое. Выявлено, что падение давления уменьшается с уменьшением высоты слоя (увеличением количества слоев) и исчезает пик в условиях более 3-х слоев. Падение давления быстро снижается с увеличением количества орехового кокса. Считалось, что науглероживание происходит на границе раздела агломерата и кокса. При плавлении металла на границе газ в основном проходит через кокс и его окружение и проницаемость насадочного слоя сохраняется достаточной. Обычно считается, что чем больше пористость в слое шихты, тем выше проницаемость. Однако в результате газодинамического исследования было обнаружено, что при подмешивании коксового орешка в слой шихты пористость уменьшается, но улучшается проницаемость по сравнению с обычной загрузкой руды без орешек. Следовательно, при изучении проницаемости шихты необходимо учитывать как пористость, так и структуру пористости.

Добавление орехового кокса в рудный слой может снизить газостойкость когезионной зоны. Снижение сопротивления газопроницаемости связано с тем, что смешанный кокс добавляет новые пустоты в рудный слой.

Кинетика восстановления

Железистая шихта в БС в основном состоит из Fe2O3 и Fe3O4. Удаление кислорода (O2) из ​​рудной шихты называется восстановлением. Процесс ДП основан на восстановительном поведении железосодержащих шихтовых материалов. Скорость и степень измельчения напрямую влияют на производство ДП. Температура зоны теплового резерва в доменной печи примерно соответствует температуре начала реакции Будуара (потери раствора) кокса (С + СО2 =2СО), в которой протекают интенсивные эндотермические реакции. Реакция Будуара управляет общей реакцией внутри доменной печи. Если начальную температуру зоны теплового резерва можно понизить, равновесная концентрация реакции восстановления FeO-Fe (FeO + CO =Fe + CO2) смещается в сторону более высокой эффективности утилизации газа CO. Это приводит к повышению эффективности утилизации углекислого газа в колошнике доменной печи и снижению расхода восстановителей.

Для более высокой производительности доменной печи желательна более высокая скорость восстановления оксида железа. В исследовании, основанном на экспериментальном анализе восстановления оксида железа от 900°С до 1200°С, было высказано предположение, что скорость реакции восстановления определяется окислением углерода. Восстановление оксида железа происходит в две стадии. На первом этапе он восстанавливается от Fe3O4 до FeO, а на втором этапе происходит дальнейшее восстановление от FeO до Fe. Скорость первой реакции восстановления выше скорости второй реакции. На заключительном этапе восстановления FeO углеродом (C) скорость восстановления еще больше снижается из-за образования фаялитового (FeO.SiO2) шлака. Явления «замедления восстановления» особенно возникают во время и после размягчения железистой шихты. Исследование на основе экспериментальных наблюдений подтверждает, что при высокой температуре (выше 1100°С) железистая шихта без орешек испытывает «замедление восстановления», а в железистой шихте с примесью орешек этого явления не наблюдается. Было обнаружено, что для более высокой степени измельчения размер орехового кокса должен быть сравнимым или меньшим, чем размер железистой шихты

Размягчение и плавление – Зона, где руда начинает размягчаться и плавиться, называется когезионной зоной. Размягчение и плавление являются физическими явлениями, а химические изменения в поведении когезионной зоны связаны с расположением и формой когезионной зоны и газовым потоком и имеют важное влияние на работу доменной печи.

Желательна более тонкая когезионная зона для меньшего перепада давления и лучшей проницаемости в БН. Это может быть достигнуто с железистыми шихтами, которые имеют меньшую разницу температур между их размягчением и плавлением. Толщина когезионной зоны также может быть изменена путем подмешивания орехового кокса к железистой шихте. При проведении высокотемпературных экспериментов с ореховым коксом, смешанным с железистой шихтой, было обнаружено, что температура размягчения и плавления увеличивается на 86°С и 15°С соответственно. Разница температур размягчения и плавления сжимается на 71 градус С. Это свидетельствует об образовании более тонкой зоны сцепления со смешанной железистой шихтой орешка кокса.