Факторы, влияющие на расход кокса в доменной печи

Факторы, влияющие на расход кокса в доменной печи

ДП представляет собой противоточный реактор, в котором восстановительный газ производится путем газификации углерода кокса доменной печи кислородом горячего дутья, вводимого через фурмы в нижней части печи. Газ-восстановитель течет вверх, восстанавливая железосодержащие шихтовые материалы, загружаемые в верхнюю часть печи.

Расход кокса — это параметр расхода кокса доменной печи, который измеряется в килограммах израсходованного кокса доменной печи на тонну произведенного чугуна.

Доменный кокс (ДП) является ключевым материалом для производства чугуна в доменной печи, выступая в качестве основного источника энергии (топлива), восстановителя, агента науглероживания и проницаемой структурной опоры. Не существует другого удовлетворительного материала, который мог бы полностью или частично заменить доменный кокс в качестве проницаемой подложки для доменной шихты.

Кокс доменной печи является наиболее важным сырьем, подаваемым в доменную печь, с точки зрения его влияния на работу доменной печи и качество чугуна. Высококачественный доменный кокс способен обеспечить плавный спуск шихты доменной печи с минимально возможной деградацией, обеспечивая при этом наименьшее количество примесей, наивысшую тепловую энергию, высочайшее восстановление металла и оптимальную проницаемость для потока газообразных и расплавленных продуктов. . Введение высококачественного доменного кокса в доменную печь приводит к снижению расхода кокса, повышению производительности и снижению себестоимости чугуна. Роль кокса в улучшении работы доменной печи показана на рис. 1.

Рис. 1. Роль кокса в повышении производительности доменной печи

Реальная оценка возможных характеристик кокса в доменной печи, работающей с технологией впрыска или без нее, включает те свойства кокса, которые отражают его устойчивость к разложению в химических и термических условиях доменной печи. Такие свойства, обеспечивающие руководство по использованию кокса, относятся к размеру кусков, однородности формы и размера, химическому составу, механической прочности, а также термической и химической стабильности. Таким образом, кокс для доменной печи должен быть удачным компромиссом между структурой и свойствами. Для обеспечения хорошей производительности доменной печи кокс должен быть умеренно крупным, с узким диапазоном крупности и иметь высокую механическую прочность, чтобы выдерживать реакции разрыхления с углекислым газом и щелочью, истирание и термический удар в доменной печи. Из-за множества неизвестных факторов невозможно установить универсальные показатели качества, общие для всех доменных печей, хотя имеются типовые спецификации качества доменного кокса.

Примеси, присутствующие в доменном коксе, влияют на его характеристики в доменной печи, уменьшая его роль в качестве топлива с точки зрения количества углерода, доступного для прямого и косвенного восстановления, а также его роль в качестве проницаемой подложки. Такими примесями являются влага, летучие вещества, зола, содержание серы, фосфора и щелочей. Их уровни должны быть как можно ниже.

Содержание влаги является прямым следствием процесса тушения кокса с некоторой зависимостью от крупности. Высокое и непостоянное содержание влаги влияет как на расход кокса, так и на баланс в доменной печи, в то время как высокое содержание летучих веществ вызывает эксплуатационные проблемы при очистке доменного газа.

Из других химических свойств особое значение имеют сера и зольность (содержание и химический состав), так как с их увеличением снижается производительность кокса в доменной печи. Коксовая зола является непродуктивной частью доменного кокса, которая влияет на объем и состав шлака.

Важность физических свойств доменного кокса связана с необходимостью поддерживать железосодержащую шихту и обеспечивать проницаемую матрицу, через которую могут протекать восстановительные газы и просачиваться расплавленный материал в нижнюю часть доменной печи. Эти физические свойства связаны с его размером (средним и распределением) и его сопротивлением разрушению и истиранию. Крупность кокса доменной печи в основном контролируется просеиванием. Большой средний размер с узким распределением по размерам обеспечивает достаточную проницаемость.

Хотя показатели механической прочности доменного кокса дают операторам доменных печей полезную оценку характеристик доменного кокса, они составляют лишь часть общей картины. Испытания, используемые для оценки механической прочности кокса доменной печи, проводятся при температуре окружающей среды и, следовательно, не учитывают условия обработки кокса в доменной печи. Следовательно, такие тесты, как CSR (прочность кокса после реакции) и CRI (индекс реакционной способности кокса) для доменного кокса обеспечивают лучшие показатели прочности.

Кокс доменной печи разлагается во время спуска через доменную печь. Деградация вызвана механической нагрузкой, истиранием, термическим напряжением, реакциями газификации, неорганическими соединениями, присутствующими в газах доменной печи, и графитизацией. Минеральные вещества в коксе доменной печи играют важную роль в характере и степени этих путей разложения, как прямо, так и косвенно.

Процесс производства чугуна в доменной печи состоит из многовариантной системы, на которую действует большое количество взаимовлияющих переменных, влияющих на расход кокса доменной печи в доменной печи. Необходимо выделить взаимное влияние переменных, чтобы понять роль каждой переменной в расходе кокса при производстве чугуна в доменной печи.

Эффективная доменная печь работает при низком расходе кокса. Эффективная работа доменной печи требует увеличения расхода газа, что подразумевает улучшение газопроницаемости печи и, с другой стороны, снижение удельной потребности в газе, что означает снижение удельного расхода доменного кокса. Есть много факторов, влияющих на расход кокса доменной печи в доменной печи. Основные из них описаны ниже.

• Топливо/восстановитель. В доменной печи используются два типа топлива/восстановителя. Это кокс доменной печи, загружаемый сверху, и пылевидный уголь/природный газ/коксовый газ/нефть/каменноугольная смола, которые вводятся на уровне фурмы.

1. Во время производства чугуна в доменной печи расход кокса доменной печи зависит от многих факторов. Высокое содержание золы в доменном коксе означает загрузку в доменную печь большего количества шлакообразующего материала, который необходимо офлюсить для образования шлака. Это приводит к увеличению объемов шлака. По эмпирическому правилу снижение зольности доменного кокса на 1 % приводит к снижению расхода кокса на 1 % - 1,5 %. Другими свойствами доменного кокса, влияющими на расход кокса, являются CSR, CRI и индексы слюды (M40 или I 40 и M10 или I 10). Эти параметры влияют на проницаемость в дымовой трубе и механическую прочность кокса на фурменном уровне. М40 представляет собой разрушаемость кокса, а М10 - износостойкость. Более высокие значения CSR и M40 и более низкие значения CRI и M10 приводят к улучшению расхода кокса. Содержание серы в коксе доменной печи также оказывает влияние на расход кокса доменной печи. Снижение содержания серы в коксе доменной печи на 0,1 % повышает производительность доменной печи примерно на 1,0 %.
2. Топливо (пылевидный уголь/природный газ/коксовый газ/мазут/каменноугольная смола), впрыскиваемое на уровне фурм, обычно сопровождается обогащением дутья горячим воздухом кислородом. Инжекция кислорода в воздушное дутье снижает удельный расход газа, вызывая снижение верхней температуры и повышение адиабатической температуры (ОПТ) в фурмах. Эти эффекты компенсируются впрыском альтернативного топлива. Таким образом, комбинированная подача кислорода и топлива на уровне фурмы снижает расход кокса в доменной печи. Одна тонна вдувания пылеугольного топлива заменяет от 0,9 до 1,0 тонны доменного кокса. Аналогичное снижение расхода кокса доменной печи происходит при впрыске других видов топлива. Вдувание кислорода само по себе не снижает расход кокса в доменной печи, но повышает производительность доменной печи.

• Сырье. Существует два основных типа основных видов сырья, загружаемых в доменную печь.

1. Первый – железосодержащие материалы, такие как агломерат, окатыши и калиброванная железная руда (CLO). Более высокое содержание железа (Fe) в этих материалах означает, что в печь поступает меньше пустой породы, которую необходимо офлюсить для образования шлака. Следовательно, более высокое содержание Fe способствует уменьшению объема шлака и расхода кокса. Согласно эмпирическому правилу увеличение содержания Fe на 1 % снижает расход кокса на 0,8 %n до 1,2 %.
2. Вторым сырьем являются различные виды флюсов (известняк, доломит, кварцит и т.д.). Известняк и доломит при загрузке в доменную печь прокаливаются внутри доменной печи. Эта реакция прокаливания требует тепла, что приводит к увеличению расхода кокса. Если эти флюсы загружаются через агломерат или окатыши, то реакция прокаливания происходит вне доменной печи, и рабочий объем доменной печи более эффективно используется железосодержащими материалами. Это, в свою очередь, снижает расход кокса в доменной печи. Как правило, уменьшение шихты на 100 кг флюса повышает расход кокса на 20–35 кг/т ТМ.
3. Для достижения более низкого расхода кокса в доменной печи важно, чтобы шихтовые материалы обеспечивали высокую проницаемость и однородность во всех температурных зонах печи и реакционных зонах. Кроме того, материалы шихты должны иметь высокую способность к восстановлению, чтобы обеспечить короткое время удерживания. Материалы шихты также должны иметь низкое содержание посторонних элементов, таких как цинк, свинец и щелочи, чтобы избежать нарушений процесса.
4. Доход кокса также зависит от качества агломерата. Агломерат должен иметь оптимальное распределение зерен, высокую прочность, высокую способность к восстановлению, высокую пористость, температуру размягчения выше 1250°C, постоянное содержание FeO в диапазоне от 7 % до 8 % и постоянную основность.

• Контроль за распределением шихты играет важную роль в снижении расхода кокса в доменной печи. Контроль распределения шихты обеспечивает стабильный спуск шихты, регулирует поток газов в стене (это позволяет избежать высоких тепловых нагрузок без создания неактивной зоны) и помогает достичь хорошего контакта с твердым газом.
• Уменьшение содержания кремния в чугуне положительно влияет на расход кокса. Снижение содержания кремния достигается за счет лучшего соотношения руды и кокса и перемещения когезионной зоны вниз. Это создает меньший объем для переноса кремния в горячий металл. Снижение содержания кремния в чугуне на 1 % повышает расход кокса на 5–15 %.
• Свойства шлака оказывают значительное влияние на расход кокса. Меньший удельный объем шлака меньшей вязкости улучшает коксование доменной печи.
• Важную роль в снижении расхода кокса в доменной печи играет также практика выпуска плавки. Надлежащая практика выпуска включает в себя правильную длину летки, своевременное открытие выпуска, контроль скорости выпуска, надлежащий дренаж пода и закрытие выпуска после того, как печь станет сухой. Качество массы летки очень важно для хорошей практики врезки.
• Автоматическое управление технологическим процессом повышает производительность печи, так как сводит к минимуму расход восстановителя, позволяет избежать нарушений процесса печи, таких как зависание, проскальзывание, подмости, газовые каналы и т. д., за счет немедленного противодействия со стороны системы, стабилизирует параметры чугуна и шлака и т. д. Эффект автоматического управления технологическим процессом по расходу доменного кокса находится в пределах от 3 % до 5 %.
• Температура дутья — это еще один параметр, влияющий на расход кокса в доменной печи. Расход доменного кокса снижается примерно на 2 % при повышении температуры дутья на 100°С.
• Высокое верхнее давление также снижает расход кокса в доменной печи. При каждом повышении колошникового давления доменной печи на 0,1 кг/кв. см происходит снижение расхода кокса примерно на 0,1 %.
• Снижение содержания мелочи в шихтовых материалах улучшает расход кокса в доменной печи в диапазоне от 0,4 % до 0,7 %.