CC BY
39
УДК: 669
Хоанг Ван Хоан
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ И ОБРАБОТКИ ЧУГУНА
В настоящее время Украина потребляет - 86 млрд.м3 природного газа, а закупает 70 млрд.м3. Поэтому специалистам необходимо решать одну из самых
острых экономических и технических проблем - сокращение потребления природного газа в промышленности. В то же время, уменьшение расхода газа, например, в доменных печах, приводит к резкому увеличению расхода кокса и возникает необходимость увеличения объемов его производства на наиболее экологически вредном предприятии. В настоящее время в г. Мариуполе, где имеются два крупнейших меткомбината Украины и коксохимический завод, уменьшить выброс исключительно вредных веществ (SO2, Nox, СО, H2S, NH3, HCN, фенол, бензол, нафталин, бензопирен и др. - всего 1800 т/год) реально можно только путем уменьшения потребления и, соответственно, производства кокса.
Наиболее авторитетными фирмами мира освоены современные технологии производства качественного чугуна путем использования многоцелевой схемы вдувания в доменную печь различных порошкообразных материалов [1]. Например, в соответствии с разработанным в Японии способом компоненты подают в соотношении, %:карбид кальция 47,5-95,5; уголь 50-2; магний 2,5-40
[2]. Используют бурые, длинопламенные, газовые, жирные и слабогорючие угли крупностью < 0,2 мм (по меньшей мере 90 % < 0,1).
На доменной печи № 4 (завод в городе Табата фирмы "Син Ншшон сэйтэцу") удалось увеличить расход пьшеугольного топлива до 90 кг/т чугуна
[3].
Фирма BSC (Англия) постоянно расширяет масштабы вдувания угольных гранул в доменные печи на заводе Ravenscraig [4]. Специалистами фирмы British Steel Cjrp. опробованы и внедрены на трех доменных печах завода системы по вдуванию угольных гранул (производительность углеподготовительного отделения 1000 т/сут и более). Вдувание британских и канадских углей (влажность 1,4-7,7 %, летучие 22,1-38,6 %, зола 3,4-11,9 %, сера 0,3-1,6 %, Смга=79,0-80,9 %) сопровождается их полным сгоранием у фурм и обеспечивает коэффициент замены кокса на уровне 1,0 кг/кг, при удельной производительности печей 2,3-2,5 т/м3/сут. Вдуванию гранул на доменных печах № 1 и № 3 завода Ravenscraig в Шотландии (по сравнению с вдуванием обычного пьшеугольного топлива) позволяет снизить расход электроэнергии с 43 до 36 кВтч/т за счет сокращения энергозатрат на помол и сушку угля.
На Заводе в Дюнкерке вдувают в доменную печь № 2 руду [5]. Угольно-рудную смесь (23 кг руды и 95 кг угля/т чугуна) подают через все фурмы. Содержание кремния в чугуне снизилось на 0,15%, коэффициент распределения серы уменьшился с 36,8 до 28,3.
В печь № 5 (завод в r.Chiba Works фирмы Kawasaki Steel Corp.) объемом 2584 м3 [6] вдували Fe-руду крупностью 250 мкм или ее смесь с СаСоз крупностью 109 мкм или с MgO-клинкером крупность 100 мкм. Состав руды, СаСоз и MgO (в %): Feoen, 66,3; 01 и 0; FeO 6,57; 0 и 0; СаО 0,46; 54,9 и 1,98; MgO -0,31; 0,90 и 84,2; SiOî 4,12; 0,48 и 6,98 соответственно. При вдувании СаСоз основность шлака поддерживали постоянной за счет изменения основности агломерата. Доменную плавку вели при высоком расходе кокса и низкой температуре дутья (950-1050 °С). Вдувание только руда с расходом 50 кг/т чугуна не снижает содержание Si. Уменьшение содержания Si в чугуне до 0,2-0,4 добивались одновременной инжекцией в горн руды и флюсов. При этом повышается основность пыли, а при температуре ниже 1900 К равновесие реакций SiO(r)+CO= SiOî+C смещается вправо. Вдувание железной руды в количестве 9,2 кг/т чугуна привело к снижению содержания Si в чугуне на 0,026 %. При подаче же смеси желез-
ной руды и известняка в количестве 12,4 кг/т чугуна достигнуто снижение S на 0,055 %.
Большой практический интерес представляют исследования [7], где разработаны технологии вдувания большого количества угля и обогащения дутья кислородом. Изучено влияние дутьевых факторов и конструкций фурмы на горение дисперсного угля (размером 200 мкм) следующего химического состава (в %): С - 83,6; Н - 4,6; N - 2,2; О - 9. Уголь вдували в потоке азота. Температура обогащенного дутья составила 800-1000 °С, коэффициент обогащения - до 10 %. В случае форсуночной фурмы и предварительного смешения угля с обогащенной смесью степень сгорания близка к 100 % и не зависит от расхода С. Этот тип фурмы признан наиболее эффективным.
Если при вдувании в печь пылевидного угля одновременно обогащать дутье кислородом, то можно достичь снижения расхода кокса (до 300 кг/т чугуна). В случае обогащения дутья до 60 % расход кокса снижается до 325 кг/т чугуна. Чугун получается с низким содержанием Si и S.
На примере завода Lulea фирмы SSAB. (Швеция) рассмотрена экономика вдувания угля в доменную печь [8]. Сравнивали два варианта подачи угля в печь: с индивидуальным регулированием на каждую фурму и одновременным вдуванием через все фурмы. Экономическая эффективность зависит от влажности гранулированного сырья и наличия Горячих отходящих газов для сушки. На печи № 2 вдували до 80 кг/т угольной мелочи. Дополнительные расходы окупились в течение 1,5 лет.
В работе [9] предложена фурма для рафинирования и горения, которая обеспечивает смешение пневматически подаваемого углеродного порошкообразного материала в потоке несущего газа (инертный или неактивний с углеродом) и потока кислорода в направлении шихтовых материалов металлургического агрегата. Внутренняя поверхность центрального канала фурмы выложена огнеупорным керамическим материалом, обладающим хорошим сопротивлением износу и низкой теплопроводностью.
Для уменьшения износа трубопроводов, по которым транспортируют материалы при их вдувании в доменную печь, в работе [10] смешивали твердые гранулированные материалы, например Fe-руду, с мягкими материалами, такими как угольная пыль. Смесь через промежуточный и расходные бункеры вдували с помощью газа в фурмы печи.
Измельченный уголь вдувают в доменную печь в трехфазном потоке смеси угольного порошка, водяной суспензии и воздуха. Изменение грансоста-ва угля позволяет регулировать положение зоны горения, контролируя тем самым распределение газа в печи.
Вдувание угольной пыли влияет и на конструкцию печи для производства чугуна или стали. Так, разработанный в Японии плавильно-газо-фицирующий агрегат [11] состоит из зоны подогрева и расположенной над ней зоны плавления и камеры горения, в которую подают кокс, уголь и известняк, образующие слой материалов перед фурмами. Сверху агрегат загружают коксом и восстановленной Ре-рудой,в расположенные в нижней части агрегата фурмы подают О2 и пар, а также угольную пыль. Образующиеся газы проходят через зону подогрева, а затем расплавляют восстановленную руду в зоне плавления.
В качестве транспортирующего газа используется азот, аргон или пропан. Принципиально новым является метод транспортирования и подачи порошков в доменную печь, в соответствии с которым для сокращения капитальных затрат и эксплуатационных расходов предложено применять в качестве несущего газа доменный газ вместо N2. Доменный газ в систему вдувания пыли отрирали из газопровода после сухой очистки перед дроссельными клапанами и с помощью газодувки направляли в питатели, а затем в трубопровод подачи пыли и в фурмы печи.
Приведенный анализ показывает, что без применения природного газа в доменной плавке можно получить качественный чугун при одновременном сокращении расхода кокса.
Влияние начального содержания хрома на скорость его восстановления углеродом из руды, вдуваемой в чугун через донные фурмы, изучено в [12]. Эксперименты проводили в ВЧ-индукционной печи. Предварительно десиликони-зированный чугун в смеси с феррохромом плавили и нагревали до температуры 1600 °С в атмосфере Ar, а затем присаживали на поверхность расплава руду с размером частиц 70-150 мкм и выдерживали 40 мин. Затем начинали вдувать руду и после прекращения вдувания в течение 40 мин перемешивали металл газом. По мере вдувания руды содержание Сг в расплаве возрастает по линейному закону. Отсюда определили скорость восстановления Cr, а сопоставив ее со скоростью вдувания руды, определили степень усвоения Cr.
Для эффективного проведения десиликонизации, дефосфорации и де-сульфурации жидкого чугуна наряду с верхней продувкой кислородом вдувают в потоке несущего газа порошковый флюс, в основном состоящий из окиси Fe, а также вводят в смесь железистые и щелочные флюсы (например, NasOî).
Для повышения концентрации угольной пыли в углеводянои суспензии ее смешивают с измельченной рудой и, в случае необходимости, добавляют в смесь дисперсант или порошок с более высокой плотностью чем угольная пыль [13]. Благодаря предотвращению увеличения крупности зерен можно снизить количество воды в суспензии, вдуваемой в доменную печь.
На заводе фирмы "Ниссин сэйко" в Курэ предварительную обработку чугуна инжекцией флюсов проводят с помощью фурмы, изготовленной из центральной стальной трубы (внутренний диаметр 30 и наружный 60 мм) с защитой огнеупорами [14]. Фурма как единое целое получается холодным статическим прессованием. Ее стойкость увеличилась с 2 до 12 продувок (~ 437 мин). Фурма общей дайной ~ 4,5 м была выполнена по обоим краевым участкам длиной ~ 1,5 м прессованием из огнеупорного бетона, а центральная часть - из огнеупорного керамического материала, обладающего хорошим сопротивлением износу и низкой теплопроводностью.
В Японии разработан комбинированный метод предварительной обработки расплава чугуна, в соответствии с которым его поверхность покрывают флюсом на основе СаО [15]. Порошки на основе оксидов Fe вдувают в расплав чугуна с помощью несущего газа, а на поверхность расплава подают О2. Де-фосфорирующая способность кислорода усиливается флюсом, подаваемым на поверхность, а кремний подавляется оксидами Fe.
Весьма интересным является исследование десульфурации в условиях дефосфорации чугуна с применением карбонатных порошкообразных смесей (Япония). Сода является дефосфоратором и десульфуратором. В расплав вдували порошок Na2CÛ3 из расчета 1 кг/т. Ввод соды производили в условиях бар-ботирования расплава аргоном. В ванне серу связывали в соединение Na2S, которое переходило в шлак. На десульфурацию расплава влияет температура процесса и такие факторы как исходное содержание Si и Р в чугуне и основность шлака.
Перечень ссылок
1. Ярошевский СЛ. Выплавка чугуна с применением пылеугольного топлива. -М: Металлургия, 1988.-176 с.
2. Заявка 3544562, МКИ 5 С 21 С 1/02. Мелкоизмельченный реагент для обес-серивания расплава чугуна (ФРГ).
3. Konji S. Результат увеличения расхода пылеугольного топлива на доменной печи 4 завода в г. Тобата фирмы "Син Ниппон сэйтэцу" (Япония).// Тэцу то хагане = J.Iron and Steel Inst. Jap.-l 987.-73, № 12.-C.784.
4. BSC extends use of granual coal injection to Ravenscraid//Steel Times Int.-1987-
11, № 5.-C. 34,38.
5. Injection de mintrai au yaut fourneau et maitrise de la teneur en silicium/Bran G., Nicolle R., Steiler J.M.e.a.//Rev.Met.-1988.-85, № 1,- C.12,21-32.
6. Nobuhiro Т. Регулирования состава чугуна путем вдувания пылевидных добавок. 1. Результаты опытов по вдуванию пылевидной железной руды в доменную печь № 5 на заводе в г. Тиба фирмы "Кавасаки сэйцу" (Япония)//Тэцу то хагане = J.Iron and Steel Inst. Jap.-1987.-73, № 12.-C.784.
7. Kamei Y. Исследование технологии вдувания большого количества угля и обогащения дутья кислородом. Исследование горения дисперсного угля при использовании обогащенного кислородом дутья. // Тэцу то хагане = J.Iron and Steel Inst. Jap.-1987.-73, № 12.-C. 464.
8. Sakurai S., Takahashi H„ Suemori A. Injiection of coall as auxiliary blast-fumasce fuel// J.Ironmak. and Steelmak.-1983.-10, № 3.-137-142.
9. Заявка 62-124211, МКИ С 21 С 5/48. Фурма для рафинирования и горения (Япония).
Ю.Заявка 61-266507, МКИ С 21 В 5/00, В 65 G 53/16. Метод подачи гранулированных материалов для вдувания в доменную печь (Япония).
П.Заявка 62-142707, МКИ С 21 С 11/02. Производство чугуна (Япония).
12.Masahioro К. Влияние начального содержания Сг на скорость его восстановления углеродом из руды, вдуваемой в чугун через донные фурмы//Тэцу то хагане = J.Iron and Steel Inst. Jap.-1987.-73, № 12.-C.873.
13. Заявка 62-96608, МКИ С 21 В 5/00. Способ доменной плавки с подачей угольной пыли в печь (Япония).
14. Yamagami Т., Takeoka М., Fujii К. Изготовление фурмы для инжекции методом статического прессования/Тайкабуцу = Refractories.-1987.-39, № 10,-С. 20-23. РЖ Мет., 1988.
15.Заявка 61-201712, МКИ С 21 С 1/02. Предварительная обработка расплава чугуна (Япония).
