title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Производство и расход кокса

Производство и расход кокса

Основными показателями работы доменной печи являются ее суточная производительность и расход горючего на 1 т выплавленного чугуна. В настоящее время наиболее высокая производительность достигнута советскими доменными печами. В табл. 65 представлены данные о производительности некоторых советских доменных печей (данные 1951 г.).

Данные о производительности доменных печей США в зависимости от диаметра горна представлены в табл. 66.
Производство и расход кокса

Для суждения о том, является ли достигнутая данной печью среднесуточная производительность нормальной для ее размеров и данных условий ее работы, а также для получения сравнимых данных о производительности доменных печей различного объема, в России принят специальный показатель — коэффициент использования полезного объема. Этот коэффициент представляет собой частное от деления полезного объема печи (в кубических метрах) на суточную производительность (в тоннах). Чем лучше работает доменная печь, тем меньше требуется объема на выплавку одной тонны чугуна в сутки, и наоборот.
Ввиду колебаний производительности доменных печей от одних суток к другим для получения правильного представления о коэффициенте использования полезного объема при его подсчете следует исходить из среднесуточной производительности печи за какой-либо более или менее длительный период времени, например, за месяц. При этом, поскольку доменная печь является непрерывно действующим агрегатом, среднесуточную производительность определяют делением количества чугуна, выплавленного за месяц, на календарное число суток ее работы, не вычитая из него времени простоев (за исключением плановых ремонтов).
Поэтому всякие простои печи способствуют ухудшению коэффициента использования полезного объема печи.
При подсчете коэффициента использования полезного объема исходят из расчета производительности доменной печи при выплавке передельного чугуна. Если печь выплавляет другие сорта чугуна, требующие большего, по сравнению с передельным чугуном, расхода горючего (что неизбежно вызывает снижение производительности доменной печи по причинам, о которых будет сказано ниже), тогда при определении коэффициента использования полезного объема делают пересчет.
Этот пересчет заключается в том, что производительность печи в натуре увеличивается в той или иной степени, в зависимости от сорта чугуна.
Установлены следующие коэффициенты для перерасчета чугуна на передельный:

Пример. Печь объемом 1300 м3 имеет среднесуточную производительность литейного чугуна 1320 т в натуре.
В пересчете на передельный чугун это составит 1320*1,15 = 1520 т. Коэффициент использования полезного объема составит:

Обычно не принимается во внимание разница в степени трудности при выплавке различных сортов передельного чугуна.
В прошлом столетии коэффициент использования полезного объема был очень высок, и для выплавки 1 т чугуна требовалось несколько кубических метров полезного объема печи. По мере развития техники доменного производства использование объема непрерывно улучшалось.
В текущем столетии в дореволюционный период коэффициент использования полезного объема колебался и в нашей и в заграничной практике от 1,2 до 3,1).
В настоящее время коэффициент использования полезного объема по доменным печам России колеблется от 0,7 до 0,85 на хорошо работающих печах.
При этом печи Востока страны, работающие на малосернистом коксе, как правило, имеют лучший коэффициент, по сравнению с печами Юга.
Целый ряд печей достиг коэффициента использования порядка 0,75 и даже ниже, что намного превышает коэффициент использования, достигающийся на американских доменных печах, где он, как правило, не опускается ниже единицы.
Тем не менее достигнутый советскими доменными печами хороший коэффициент использования объема не является предельным и может быть значительно улучшен, поскольку возможности дальнейшего увеличения производительности доменных печей использованы далеко не полностью.
Для выяснения вопроса о том, за счет чего может идти дальнейшее снижение коэффициента использования полезного объема доменных печей, рассмотрим более подробно факторы, от которых зависит производительность доменных печей и, следовательно, коэффициент использования их полезного объема.
При заданном объеме производительность доменной печи зависит:
а) от времени простоев;
б) от быстроты схода подач, т. е. степени форсировки хода;
в) от расхода горючего на тонну выплавляемого чугуна.
Производительность печи тем выше, чем меньше простоев она имеет, чем больше форсируется ее ход, чем меньше расходуется горючего на тонну выплавляемого чугуна.
Простои влияют на понижение производительности доменных печей не только потому, что сокращают время работы печи, но также и потому, что каждый простой печи нарушает нормальное протекание процесса.
В настоящее время простои по большим механизированным доменным печам на наших заводах составляют в среднем 1—1,5% от календарного времени, опускаясь на хорошо работающих печах до 0,75% и даже ниже (в это число не входят простои на капитальных ремонтах, которые не учитываются также и при исчислении коэффициента использования полезного объема).
Кроме полного простоя печей, имеет место также работа па тихом ходу и на сбавленном дутье, что не входит в указанную цифру и представляет собой величину не меньшую, если не большую.
Причины простоев могут быть разбиты на две категории;
1) простои, вызываемые характером технологического процесса (планово-предупредительные ремонты и смена сгоревших охладительных устройств),
2) простои, происходящие в результате нечеткой работы обслуживающего персонала (различные неполадки — с летками, на выпусках чугуна и шлака, по вине механизмов, из-за расстройства хода, из-за неудовлетворительного снабжения печей сырыми материалами, дутьем, водой, электроэнергией).
Простои первой категории не могут быть полностью ликвидированы, но они должны быть сведены к минимуму. Что же касается простоев второй категории, то они могут и должны быть ликвидированы полностью.
Исходя из лучших данных практики, можно считать, что время простоев и работы на тихом ходу может быть понижено до 50, максимум до 100 час. в год на одну печь, что составит 0,55—1,1% от календарного времени.
Таким образом, резервы увеличения производительности доменных печей за счет снижения их простоев достаточно велики.
Интенсивность плавки или степень форсировки хода доменной печи может быть выражена различными способами. У нас степень форсировки хода, помимо коэффициента использования полезного объема печи, выражается либо количеством кокса, сжигаемого за сутки (тонн на 1 м3 полезного объема печи), либо средним временем пребывания шихты в доменных печах.
Форсированно работающие печи сжигают 0,95—1,15 т кокса на 1 м3 полезного объема печи.
В США в последнее время находит довольно широкое применение коэффициент интенсивности горения кокса, предложенный Райсом («Operating rate» или «rating»).
Этот коэффициент принимается равным 100% в том случае, если в сутки на 1 м3 площади «активного» кольца у фурм шириной 1,8 м сжигается 31710 кг кокса, содержащего 86% С или 27270 кг углерода. В случае большей или меньшей интенсивности коэффициент выражается в процентах от нормального.
Предлагая указанный коэффициент, Райс исходил из распространенного в США ошибочного представления о неизменности размеров окислительной зоны. Как уже указывалось ранее, размеры окислительной зоны не остаются постоянными и меняются в зависимости от ряда факторов.
Тем не менее, несмотря на то, что коэффициент интенсивности горения кокса (по Райсу) с принципиальной точки зрения является неприемлемым, нам придется им воспользоваться ввиду отсутствия других данных для характеристики степени форсирования доменных печей США.
В табл. 67 приведены данные о коэффициенте интенсивности горения кокса (по Райсу) для 107 печей США из общего числа 250.

Из сопоставления данных табл. 65 и 67, содержащих данные об интенсивности плавки доменных печей США и России, следует, что советские доменные печи работают значительно интенсивнее, чем доменные печи США, интенсивность плавки у которых выше, чем во всех остальных капиталистических странах. Следует иметь в виду также, что доменные печи CШA, работающие с высокой интенсивностью, имеют, как правило, высокий удельный расход кокса.
Другой способ оценки степени форсировки хода доменных печей — по времени пребывания шихты в доменной печи — исходит из среднего времени пребывания, которое легко может быть определено при условии, что материалы в доменной печи по всему сечению опускаются с одинаковой скоростью. Это условие, как уже говорилось выше, не соответствует действительности, тем не менее, пользуясь средним временем пребывания, можно вполне правильно оценивать степень интенсивности доменной плавки.
При определении среднего времени пребывания материалов в доменной печи пользуются формулой, предложенной М.А. Павловым:

где t — среднее время пребывания шихты, час.;
V — полезный объем доменной печи, м3;
v — объем шихтовых материалов в печи на 2 т выплавленного чугуна (v = wk, где w — насыпной вес, м3/т,
k — коэффициент уминки, принимаемый равным 12,5%);
P — суточная производительность доменной печи, т.
Коэффициент использования полезного объема печи К = V/p; тогда вышеуказанная формула может быть представлена в виде

откуда следует, что время пребывания материалов будет тем ниже, чем лучше коэффициент использования полезного объема печи. Вместе с тем необходимо иметь в виду следующие указания М.А. Павлова: 1) только при одинаковом объеме, занимаемом в печи материалами на 1 т чугуна, коэффициент использования полезного объема печи пропорционален времени пребывания материалов в печи и может служить для безошибочного заключения о степени интенсивности хода печи; 2) при одном и том же времени пребывания шихты в доменной печи коэффициент использования объема меняется в зависимости от v следующим образом:
а) чем беднее руда, тем больше объем, занимаемый ею (т. е. тем меньше вес 1 м3 руды) и тем больше она требует флюса;
б) чем рыхлее горючее (т. е. чем меньше вес 1 м3 его), тем выше коэффициент использования.
Среднее время пребывания шихты в форсированно работающих доменных печах России составляет 6,0—6,5 час.
Для решения вопроса о том, возможна ли дальнейшая форсировка хода наших доменных печей, необходимо установить, является ли среднее время пребывания шихты, достигнутое нашими наиболее форсированно работающими печами, предельным, т. е. таким, что всякое дальнейшее уменьшение его будет вызывать ухудшение технико-экономических показателей доменной плавки.
Очевидно, что минимальное время пребывания шихты в доменной печи должно быть таким, при котором материалы пребывают в области умеренных температур столько времени, сколько это необходимо для оптимального развития реакций косвенного восстановления.
Однако величина этого минимального времени пребывания пока что неизвестна.
Некоторые древесноугольные печи России добивались снижения времени пребывания шихты в печи до 4,5 час., сохраняя при этом расход горючего на обычном уровне. Нельзя утверждать, что и для больших коксовых печей время пребывания шихты в печи 4,5 часа будет вполне достаточным, поскольку в них наблюдается значительная разница в скоростях опускания материалов по сечению печи, в силу чего при среднем времени пребывания шихты в печи 4,5 часа материалы, опускающиеся по периферии, будут иметь значительно меньшее время пребывания. Этого времени может оказаться недостаточно; тем не менее, основываясь на работе древесноугольных печей, можно утверждать, что есть все возможности значительно сократить против существующих норм время пребывания шихты в коксовых печах.
Однако в практических условиях обычно оказывается невозможным более или менее заметно снизить время пребывания шихты в доменных печах против 6,5, минимум 6,0 часов.
Дальнейшее снижение времени пребывания шихты требуем заметного увеличения, против существующих норм, количества дутья, подаваемого в печь в единицу времени. В подавляющем большинстве случаев такое увеличение количества дутья практически ограничивается возрастанием сопротивления газов нормальному опусканию столба плавильных материалов в силу чрезмерного возрастания скорости газов, проходящих через этот столб.
Увеличивая кусковатость шихты путем спекания пылеватых руд, увеличивая прочность кокса, добиваясь дальнейшего улучшения распределения материалов за счет сортировки по крупности и рационализации способов загрузки в печь, уменьшая относительное количество шлака, можно в значительной степени увеличить газопроницаемость шихты и тем самым скорость газов в печи, что, в свою очередь, позволит увеличить количество дутья и сократить время пребывания шихты без нарушения нормального хода печи.
Кроме того, дальнейшая форсировка хода доменных печей становится возможной также и при применении новых методов работы — на дутье постоянной влажности, на повышенном давлении газов, на дутье, обогащенном кислородом.
Удельный расход горючего связан с производительностью следующим образом: при одном и том же количестве дутья, т. е. при одной и той же форсировке хода в единицу времени сгорит одно и то же количество кокса. Таким образом, количество выплавленного чугуна будет тем больше, чем меньше кокса расходуется на выплавку одной тонны чугуна при условии, что количество дутья не меняется.
В США средний расход кокса на выплавку одной тонны чугуна составил в 1950 г. 922 кг. По доменным печам Востока России, работающим на коксе примерно с таким же содержанием серы, как и в американском коксе (но с большим содержанием золы), расход кокса на выплавку одной тонны передельного чугуна составляет 856 кг, т. е. значительно ниже, чем в США за 1950 г.
Учитывая, что ряд доменных печей достиг значительно более низкого расхода кокса, а именно 0,7 и даже несколько ниже, следует признать полную возможность дальнейшего снижения расхода кокса даже на наших хорошо работающих печах, имеющих в настоящее время наименьший расход горючего.
К основным, поддающимся регулированию факторам, определяющим расход горючего на тонну чугуна, относятся:
а) степень использования физического тепла и восстановительной способности газов;
б) нагрев дутья;
в) состав выплавляемого чугуна;
г) относительное количество шлака и его основность;
д) количество металлодобавок;
е) качество горючего.
Выше указывалось, что для достижения наименьшего расхода горючего необходимо в максимальной степени использовать тепловую и химическую энергию газов, т. е. добиваться максимально возможного снижения температуры колошника и снижения прямого восстановления до оптимального уровня.
Как известно, степень прямого восстановления тем выше, чем хуже распределение материалов; на многих печах этот фактор является одним из главных источников перерасхода горючего.
Для улучшения распределения материалов необходимо: а) обеспечить тщательную подготовку материалов в плавке и б) разработать наиболее рациональные способы загрузки материалов в печь, т. е. определить для каждых данных условий работы печи наивыгоднейшую величину подачи, оптимальный уровень засыпи, наиболее рациональный порядок загрузки отдельных составляющих подачи, наивыгоднейший зазор между конусом и стенками колошника и т. д.
В современных условиях оба указанных способа улучшения распределения материалов использованы далеко не полностью и, таким образом, служат большим резервом снижения расхода горючего.
Нагрев дутья на доменных печах колеблется от 450 до 700° С и лишь в очень редких случаях поднимается выше. Повышение температуры дутья сверх указанных пределов, вполне осуществимое в современных воздухонагревательных устройствах, дало бы возможность заметно уменьшить расход горючего.
Однако дальнейшее увеличение нагрева дутья лимитируется невозможностью сохранить ровный и быстрый ход печи при высоком нагреве дутья.
Применение большого количества агломерата в шихте, улучшение управления ходом доменных печей позволило в последние годы значительно повысить нагрев дутья на многих советских доменных печах.
Как указывалось, при работе на дутье постоянной влажности увеличение температуры дутья является не только возможным но и необходимым мероприятием. Однако в этом случае заметной экономии в расходе кокса не будет, так как добавочно тепло, вносимое нагретым дутьем, будет израсходовано на разложение пара.
Опыт показал, что применение повышенного давления газом дает возможность несколько повышать температуру дутья без нарушения ровного хода печи.
Вопрос об оптимальном количестве шлака на тонну чугуна в настоящее время еще недостаточно ясен; во всяком случае это количество не должно быть более 0,5 для передельного чугуна и 0,6 — для литейного. Между тем условия работы наших доменных печей вынуждают держать большее относительное количество шлака, иногда чуть ли не в два раза.
Развитие дела обогащения железных руд, наряду с обогащением коксующихся углей, позволит сократить количество шлака до оптимального уровня и тем самым снизить расход горючего.
Применение внедоменной десульфурации, позволяя работать на кислых шлаках, также дает возможность значительно сократить количество шлака.
Следует иметь в виду, что большое количество шлака отрицательно действует на ход доменной печи не только потому, что вызывает дополнительный расход горючего на расплавление шлака, но и потому, что понижает газопроницаемость шихты и тем самым препятствует форсированию плавки.
Увеличение в шихте металлодобавок также позволит снизить расход горючего, поскольку в этом случае происходит уменьшение расхода тепла на восстановление окислов железа и на плавление пустой породы. Однако такой способ снижения расхода горючего может быть признан рациональным лишь в том случае, если в распоряжении доменщиков имеется достаточное количество скрапа и металлоотходов, не пригодных для использования в мартеновских печах и литейных мастерских.
Удельный расход горючего изменяется при изменении состава чугуна, главным образом, в связи с изменением содержания кремния. Расход горючего будет тем больше, чем выше содержание кремния в чугуне. Поэтому при выплавке мартеновских чугунов необходимо, чтобы кремния было как можно меньше, тем более, что малокремнистый чугун является желательным для мартеновского передела.
Однако в связи с частыми колебаниями в нагреве печи доменщики вынуждены работать с некоторым резервом тепла в горне и поддерживать в чугуне довольно высокое содержание кремния.
Питание доменных печей материалами более или менее постоянного химического состава, рациональное ведение печи, обеспечивающее ровный ход, исключат возможность сколько-нибудь резких изменений теплового режима. Резерв тепла в горне станет ненужным, что позволит снизить содержание кремния в мартеновском чугуне до 0,2—0,3% и тем самым уменьшить удельный расход кокса.
Качество кокса определяется содержанием в нем золы и серы, а также механической прочностью. Повышение содержания золы ведет к увеличению расхода горючего вследствие того, что увеличивается количество шлака и уменьшается содержание углерода.
Кокс, на котором работают наши южные доменные печи, содержит в среднем не менее 10% золы; кокс наших восточных заводов — 13—14% золы. Между тем, современное развитие техники обогащения углей позволяет получать кокс с содержанием золы 7—8%.
Таким образом, снижение содержания золы в коксе является неиспользованным резервом наших доменных печей в деле снижения расхода кокса.
Наличие серы в коксе является неизбежным злом; вредное действие серы тем сильнее, чем выше содержание ее, потому что для предотвращения перехода серы в чугун необходимо увеличивать основность шлака, а иногда и его количество.
Как известно, основные шлаки, будучи более тугоплавкими, по сравнению с менее основными, требуют для своего расплавления и перегрева затраты большего количества тепла и тем самым — кокса; к этому же ведет увеличение количества шлака, вызываемое повышением содержания серы.
При современном состоянии техники невозможно удалять в сколько-нибудь заметных количествах серу при обогащении коксующихся углей. Поэтому содержание серы в коксе зависит от ее содержания в исходных углях. Как известно, донецкие угли отличаются высоким содержанием серы, поэтому и донецкий кокс является высокосернистым коксом. Кокс из восточных углей, наоборот, отличается невысоким содержанием серы.
Борьба с вредным влиянием высокого содержания серы в донецком коксе является одной из главнейших задач, стоящих перед доменным производством Юга; успешное разрешение этой задачи позволит добиться существенного снижения расхода коксa на донецких печах европейской части России.
Прочность кокса является очень важным его свойством. Прочный кокс, образуя в доменной печи небольшое количество мелочи, способствует лучшему распределению газового потока и тем самым — снижению расхода горючего. Наоборот, кокс с недостаточной механической прочностью образует в доменной печи много мусора, забивающего проходы для газа, в результате чего ухудшается распределение газового потока и возрастает расход кокса.


В табл. 68 представлены ориентировочные данные о влиянии некоторых факторов на удельный расход кокса.
До сих пор мы рассматривали вопрос о снижения расхода кокса с точки зрения влияния этого фактора на увеличение производительности доменной печи. Однако вопрос о снижении расхода горючего на тонну чугуна имеет большое значение и сам по себе.
Стоимость кокса составляет от 40 до 50% себестоимости чугуна, поэтому для снижения себестоимости чугуна прежде всего нужно снижать расход горючего.
Кроме того, при современном развитии доменного производства, принявшем колоссальные размеры, расход угля на выплавку чугуна составляет весьма существенную часть в угольном балансе страны. Перерасход кокса на тонну чугуна в количестве 100 кг при выплавке 19,5 млн. т чугуна в год составляет в целом 1,95 млн. г; на изготовление этого количества кокса требуется затратить около 2,5 млн. т угля.
Потеря такого количества угля наносит большой ущерб народному хозяйству даже в том случае, если речь идет об обычном, невысококачественном угле. Ho для производства кокса расходуются высококачественные коксующиеся угли, запасы которых сравнительно невелики по отношению к общим запасам каменных углей.

title-icon Подобные новости