Удосконалення технології доменної плавки з використанням дрібнофракційного коксу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 669.162.16:669.162.2

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ДОМЕННОЇ ПЛАВКИ З ВИКОРИСТАННЯМ ДРІБНОФРАКЦІЙНОГО КОКСУ

Спеціальність 05.16.02 - "Металургія чорних металів"

КУЗІН АНДРІЙ ВІКТОРОВИЧ

Донецьк - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донецькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

Ярошевський Станіслав Львович, доктор технічних наук, професор Донецький національний технічний університет, професор кафедри руднотермічних процесів і маловідходних технологій (м. Донецьк).

Офіційні опоненти:

Бочка Володимир Васильович, доктор технічних наук, професор Національна металургійна академія України, професор кафедри металургії чавуну (м. Дніпропетровськ);

Терещенко Володимир Петрович, кандидат технічних наук, президент Української асоціації виробників чавуну (м. Дніпропетровськ).

Провідна установа: Приазовський державний технічний університет, кафедра "Металургія чавуну", Міністерство освіти і науки України (м. Маріуполь).

Захист відбудеться "08" червня 2006 р. о 12⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.01 у Донецькому національному технічному університету (83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 1 навчальний корпус, малий актовий зал).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Донецького національного технічного університеті (83000, м. Донецьк, вул. Артема 58, 2 навчальний корпус).

Автореферат розісланий "05" травня 2006 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Д 11.052.01, доктор технічних наук, професор О.В. Яковченко.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Доменне виробництво є першим і найбільш енергоємним переділом чорної металургії, що споживає до 70 % теплової енергії. Питома витрата основного палива (коксу), що приблизно на 40 % визначає собівартість чавуну, на доменних печах України склала у 2005 р. близько 500 кг/т чавуну, що на 30_50 % гірше показників, досягнутих за кордоном. Великі енерговитрати при виробництві чавуну знижують конкурентоспроможність вітчизняного металу на світовому ринку.

Сучасна технологія доменної плавки неможлива без застосування дешевих додаткових видів палива - пиловугільного палива (ПВП), природного газу (ПГ), мазуту та ін., якими можна замінити до 40_50 % коштовного і дефіцитного коксу. При цьому, однак, підвищуються механічні і хімічні навантаження на кокс, що визначає підвищення вимог до його якості, у першу чергу, до фракційного складу і міцності.

Отримані раніше іншими дослідниками теоретичні й експериментальні дані показали високу ефективність використання в доменній плавці коксу фракції 40_80 мм. Однак при використанні даної фракції коксу значно збільшиться вихід відсіву (фракції менше 40 мм) і коксу крупніше 80 мм. Зазначені завдання можуть бути вирішені за рахунок попередньої підготовки металургійного коксу до доменної плавки шляхом висіву з нього фракції менше 40 мм та дроблення фракції більше 80 мм, виділення з відсіву фракції 10_40 мм і наступного завантаження її у доменну піч у суміші з залізорудною частиною шихти.

Попередня підготовка металургійного коксу забезпечує вирішення ряду завдань. По-перше, відсів з металургійного коксу фракції менше 40 мм дозволить підвищити ефективність його просівання, поліпшити фракційний склад скіпового коксу і, відповідно, збільшити порозність, середній розмір шматків коксу і газопроникність коксової насадки в доменній печі. По-друге, за рахунок розпушення рудної частини при введенні в неї дрібнофракційного коксу - поліпшити газопроникність стовпу шихти в "сухій" зоні і зоні когезії, що визначить можливість підвищення інтенсивності доменної плавки. По-третє, приведена схема підготовки коксу визначить зниження його витрат у виді дрібних фракцій (менше 10 мм) порівняно з традиційною схемою при відсіві з металургійного коксу фракції менше 25 мм.

Таким чином, запропонована схема підготовки коксу у доменному виробництві створює умови для більш раціонального його застосування, поліпшення газопроникності стовпу шихти й ефективності використання відновлюючого потенціалу горнового газу, підвищення оптимальної витрати й ефективності застосування додаткового палива і, відповідно, зниження витрати коксу. Зазначені обставини обумовлюють актуальність обраної теми дисертації. дрібнофракційний кокс доменна плавка

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертації покладені результати науково-дослідної роботи "Теоретичне й експериментальне обґрунтування технології доменної плавки, що забезпечує відмовлення від використання природного газу і зниження витрати коксу на 30_50 % за рахунок використання пиловугільного палива в кількості 150_200 кг/т чавуну з повною компенсацією його негативного впливу на технологію", що виконувалась з 2002 по 2004 р., і в якій автор брав безпосередню участь як виконавець (№ державної реєстрації 0102U001232).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є удосконалення технології доменної плавки при введенні дрібнофракційного коксу у залізорудний шар і оцінка його впливу на газопроникність стовпу шихти.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

оцінити вплив крупності та витрати дрібнофракційного коксу на газопроникність рудного шару;

визначити оптимальний діапазон крупності дрібнофракційного коксу, що завантажується у доменну піч;

оцінити вплив використання дрібнофракційного коксу різної крупності на газопроникність шихти у верхній частині доменної печі та на питому витрату коксу;

оцінити в лабораторних умовах на моделі шахти доменної печі газопроникність шару, що складається з рудного компонента у доменної шихти та дрібнофракційного коксу;

виконати оцінку впливу коксу та дрібнофракційного коксу різної гарячої міцності на порозність коксової насадки;

розробити ефективні способи виділення дрібнофракційного коксу з відсіву коксу та фракції більше 80 мм із металургійного коксу;

удосконалити спосіб завантаження дрібнофракційного коксу у доменну піч, що забезпечує максимальне змішування його з залізорудним матеріалом;

оцінити вплив підготовки коксу до доменної плавки та використання дрібнофракційного коксу на показники доменної плавки.

Об'єкт дослідження: технологія доменної плавки при введенні дрібнофракційного коксу в залізорудний шар шихти.

Предмет дослідження: вплив масової частки та фракційного складу дрібнофракційного коксу на газопроникність "сухої" зони доменної печі.

Методи дослідження. При виконанні роботи використані методи аналітичного дослідження та фізичного моделювання на моделі шахти доменної печі газопроникності залізорудної лінзи при введенні в неї дрібнофракційного коксу, проведення балансових дослідно-промислових плавок і складання матеріально-теплових балансів.

Наукова новизна одержаних результатів:

вперше запропоновано при введенні дрібнофракційного коксу у залізорудну частину шихти використовувати для оцінки зміни перепаду тиску газу у шарі шихти показник "приведеної порозності матеріалів"

,

де - порозність матеріалу, частка одиниці, n - пористість матеріалу, частка одиниці; V_g - об'ємна частка пір, доступних проходженню газу, частка одиниці.

Показано, що його застосування дозволяє у широкому діапазоні зміни фракційного складу і витрати дрібнофракційного коксу розрахувати зміну газопроникності шару шихти з похибкою, яка не перевищує 5_8 %;

удосконалені уявлення про вимоги до фракційного складу дрібнофракційного коксу при завантаженні його в доменну піч у суміші з залізорудною шихтою. Показано, що для зменшення перепаду тиску газу у "сухій" зоні доменної печі найбільш доцільним є використання дрібнофракційного коксу розміром 10_40 мм. Кількість фракції менше 10 мм у дрібнофракційному коксі не повинна перевищувати 5 %;

одержали подальший розвиток уявлення про вплив витрати дрібнофракційного коксу на газопроникність шару залізорудної шихти у "сухій" зоні доменної печі. Встановлено, що введення дрібнофракційного коксу в залізорудну частину шихти у кількості 10_30 % від витрати коксу дозволяє знизити перепад тиску газу в шарі шихти на 9,5_13,7 %. При цьому найбільш швидке збільшення газопроникності шару залізорудної шихти відбувається при введенні дрібнофракційного коксу в кількості до 10 %. Збільшення витрати дрібнофракційного коксу понад 30 % є малоефективним;

вперше обґрунтована вимога, якій має відповідати показник гарячої міцності дрібнофракційного коксу для збереження базової порозності коксової насадки доменної печі. Встановлено, що для дрібнофракційного коксу цей показник має бути у 1,3_1,5 рази вищим, ніж для скіпового коксу.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Сформульовані в роботі наукові положення, висновки і рекомендації є в достатній мірі обґрунтованими застосування таких методів як математична статистика та фізичне моделювання. Достовірність результатів теоретичного аналізу та фізичного моделювання газопроникності шару суміші встановлена шляхом їх зіставлення. Експериментальні результати, представлені в дисертаційній роботі, були перевірені промисловим впровадженням запропонованої технології на доменній печі № 1 ВАТ "Єнакіївський металургійний завод" (Україна).

Наукове значення роботи. Наукові результати вивчення впливу дрібнофракційного коксу при введенні його в залізорудну частину шихти можуть використовуватися при подальшому дослідженні газопроникності стовпу шихти, а також при дослідженні процесів відновлення оксидів заліза як у твердофазному, так і в рідкофазному станах.

Практичне значення отриманих результатів:

удосконалено спосіб завантаження шихти за рахунок поділу рудної частини на дві порції, які складають від 30 до 70 % від її загальної маси, і укладання між ними дрібнофракційного коксу та/чи металургійного коксу, що забезпечує перемішування їх з рудним компонентом;

запропоновано пристрій для виділення з металургійного коксу великих фракцій безпосередньо перед завантаженням його у доменну піч за допомогою одноярусного вібраційного грохоту, що монтується над двоярусним вібраційним коксовим грохотом. На даний пристрій отриманий патент на винахід України;

для доменної печі № 1 об'ємом 1386 м ³ ВАТ "Єнакіївський металургійний завод" (ВАТ "ЄМЗ") було запропоновано використовувати вібраційні грохоти замість барабанних на ділянці висіву дрібнофракційному коксу, що дозволило знизити в ньому кількість фракції 10_0 мм з 11,2_19,7 % до 5 %;

інститутом "УкрДіпромез" при виконанні робочої документації та ТЕО "Будівництво доменної печі № 5 корисним об'ємом 1513 м ³ з реконструкцією об'єктів інфраструктури. Склад окатишів і коксу" для ВАТ "ЄМЗ" врахована пропозиція автора про виділення з металургійного коксу фракції більше 80 мм, і використані дані про гранулометричний склад відсіву коксу та дрібнофракційного коксу у доменному цеху;

очікуваний річний економічний ефект при промисловому впровадженні комплексу підготовки металургійного коксу до доменної плавки у доменному цеху ВАТ "ЄМЗ" складає 21,2 млн. грн. Часткова участь здобувача (автор дисертації - виконавець роботи) у даному ефекті складає 212 тис. грн.

Особистий внесок здобувача. Автор брав безпосередню участь у розробці методики розрахунку впливу дрібнофракційного коксу, який введено в залізорудну частину шихти, на газопроникність суміші. В опублікованих у співавторстві статтях автором особисто був виконаний розрахунок перепаду тиску газу в залізорудному шарі при введенні в нього дрібнофракційного коксу різної крупності; проведені лабораторні дослідження на моделі доменної печі щодо оцінки впливу дрібнофракційного коксу, введеного в залізорудну частину шихти, на газопроникність суміші. У промислових дослідженнях та експериментах і дослідних плавках автор брав безпосередню участь.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень були розглянуті на: II науково-практичній конференції "Донбас - 2020: Наука і техніка - виробництву" (м. Донецьк, лютий 2004); міжнародній науково-технічній конференції "Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості" (м. Кривий Ріг, травень 2004); міжнародній науково-технічній конференції "Теорія і практика виробництва чавуну" (м. Кривий Ріг, травень 2004); міжнародній науково-технічній конференції "Металургійні процеси та устаткування в сучасних умовах" (м. Донецьк, березень 2005 р.); міжнародній конференції "Стратегія якості в промисловості та освіти" (м. Варна, Болгарія, червень 2005 р.); наукових семінарах кафедр руднотермічних процесів і маловідходних технологій Донецького національного технічного університету (м. Донецьк, червень 2005 р., лютий 2006 р.), металургії чавуну Приазовського державного технічного університету (м. Маріуполь, квітень 2005).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 11 наукових працях: 4 статтях у наукових журналах і 1 статті в збірнику наукових праць, 3 матеріалах конференцій і 3 патентах на винахід України. У виданнях, рекомендованих ВАК України, опубліковано 5 статей.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, що включає 148 найменувань, а також 5 додатків на 24 сторінках. Обсяг дисертації: 179 стор., включаючи 26 рисунків (у тому числі 13 на окремих сторінках) і 43 таблиці (у тому числі 17 на окремих сторінках).

Автор висловлює щиру подяку і вдячність науковому керівнику, доктору технічних наук, професору Ярошевському С. Л., кандидату технічних наук, старшому науковому співробітнику Хлапоніну М.С. за цінні критичні зауваження та рекомендації, співробітникам кафедри РТП і лабораторії використання пиловугільного палива ДонНТУ, фахівцям доменного цеху ВАТ "ЄМЗ" і ЗАТ "Донецьксталь" - металургійний завод" (ЗАТ "ДМЗ") за допомогу у проведенні досліджень.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ "Аналіз вітчизняного та закордонного досвіду підготовки коксу до доменної плавки". Проведено аналіз публікацій по підготовці коксу і застосуванню технології доменної плавки при змішуванні коксу і /чи дрібнофракційного коксу (далі за текстом - коксовий горішок) із залізорудною частиною шихти.

Сучасний технічний рівень доменної технології характеризується зниженням витрати коксу до 250_350 кг/т чавуну, що, природно, визначає значне підвищення вимог до якості коксу щодо фракційного складу і, особливо, показників стирання і міцності в холодному і гарячому стані.

Відомо, що найбільш ефективною для доменних печей середнього і великого об'ємів є фракція коксу 40_80 мм, застосування якої забезпечує вихід на максимальний рівень продуктивності. Однак при застосуванні коксу фракції 40_80 мм необхідно запропонувати найбільш ефективний спосіб використання відсіву коксу фракції менше 40 мм. Одним із варіантів рішення даного питання є технологія доменної плавки з введенням коксового горішку в суміші з залізорудною частиною шихти.

У країнах СНД є досвід використання коксового горішку, однак дана технологія поки не одержала широкого промислового застосування. Причинами цієї обставини є незавершеність наукового та експериментального обґрунтування технологічного режиму з застосуванням коксового горішку, низька якість коксового горішку, що застосовується і що містить підвищену кількість фракції 10_0 мм.

Питання спільного завантаження коксового горішку чи металургійного коксу з залізорудною частиною шихти досліджувалися на металургійних підприємствах України І.І. Коробовим, В.І. Логіновим, К.А. Мусіенко, А.П. Ліхорадовим, А.І. Васюченко, Д.В. Воронковим та ін.

Однак до теперішнього часу розрахунковим шляхом ще не оцінений вплив крупності та витрати коксового горішку на газопроникність коксового і рудного шарів шихти, питома витрата коксу і продуктивність.

На основі проведеного аналізу, а також відповідно до мети даної роботи, визначені задачі дослідження.

Другий розділ "Аналітичне дослідження і фізичне моделювання впливу завантаження коксового горішку в суміші з залізорудною частиною доменної шихти на показники доменного процесу". Представлені результати аналітичного дослідження та фізичного моделювання впливу введення коксового горішку в залізорудну частину шихти на зміну перепаду тиску газу в шарі, а також вплив показника гарячої міцності коксу (далі по тексту - CSR) на порозність коксової насадки.

Опір руху газового чи втрату потоку напору газу в шарі (Р, Па) оцінювали за рівнянням Дарсі_Вейсбаха:

(1)

де f - коефіцієнт опору; Н - висота шару, м; - порозність, частка одиниці; - дійсна щільність газу, кг/м ³; w - дійсна швидкість газу (на весь перетин печі), м/с; d_Ч - еквівалентний діаметр часток, м.

Коефіцієнт опору f і критерій Рейнольдса (Re) визначені за формулами:

; (2)

(3)

де v - кінематична в'язкість газу, м ²/с.

При визначенні Р в залізорудному шарі шихти у формулах (1) і (3) пропонується замість величини використовувати приведену порозність матеріалу (_ін), а при введенні коксового горішку в залізорудний шар - приведену порозність суміші ():

, (4)

, (5)

де n - пористість матеріалу, частка одиниці; V_g - об'ємна частка пір, доступних проходженню газу, частка одиниці; _ приведена порозність відповідно рудного матеріалу і коксового горішку, частка одиниці; V_м і V_о - об'ємна частка відповідно рудного матеріалу і коксового горішку в їхній суміші, частка одиниці.

Для оцінки газопроникності визначили відношення P_суміші /P_аглом. Для тих самих умов роботи доменної печі при визначенні цього відношення величини w, , і d_Ч у формулі (1) можна скоротити, а відношення f_суміші /f_аглом завжди буде менше одиниці.

Розрахунки показали, що значний вплив на перепад тиску газу здійснює введення перших порцій коксового горішку в кількості від 10 до 30 % (стосовно витрати коксу), що визначають поліпшення газопроникності рудної лінзи шихти від 9,5_10 до 12,5_13,7 % відповідно. Подальше збільшення витрати коксового горішку практично не позначається на газопроникності рудної лінзи. Найбільше доцільно використовувати коксовий горішок мінімальним розміром 10 мм, а максимальним - 40 мм (рис. 1).

Введення металургійного коксу в залізорудну частину шихти здійснює такий же якісний і кількісний вплив, як і коксовий горішок фракції 10_40 мм. Однак введення в залізорудну частину шихти коксового горішку є більше переважним, оскільки це визначає можливість зниження приходу в доменну піч фракції менше 10 мм.

Рис. 1. Зниження перепаду тиску газу у верхній частині доменної печі при введенні коксового горішку і коксу в залізорудну частину шихти.

Також був оцінений вплив відсівів коксу крупністю від 0 до 15_40 мм на газопроникність шихти при їх завантаженні в суміші з залізорудною шихтою. Даний захід не поліпшує газопроникність: лише при використанні відсіву коксу фракції 40_0 мм газопроникність шару суміші зберігається на базовому рівні. Через це, застосування коксового горішку, що містить фракцію 10_0 мм більш 5 % істотно знижує ефективність його використання в суміші з залізорудною шихтою.

Оцінено вплив завантаження коксового горішку в суміші з залізорудною частиною шихти на продуктивність доменної печі і питому витрату коксу. Встановлено, що введення в залізорудну частину шихти коксового горішку в кількості 10_30 % від витрати коксу забезпечує підвищення продуктивності печі на 1,65_3 %.

Для оцінки зміни питомої витрати коксу за основу прийнята залежність питомої витрати коксу на виплавку чавуну від гранулометричного складу рудної частини доменної шихти. Було запропоновано залежність "кількість дрібняку 5_0 мм у рудній частині шихти - питома витрата коксу на виплавку чавуну" перерахувати на нову, більш універсальну: "перепад тиску газу у верхній частині шахти доменної печі - питома витрата коксу на виплавку чавуну".

Методика розрахунку полягала в наступному: для розглянутих умов прийнято, що значення f, H, w і у формулі (1) змінюються несуттєво при зміні гранулометричного складу агломерату і, отже, досить визначити відношення перепаду тиску газу в шарі в дослідному випадку до базового.

Показано, що зменшення масової частки дрібняку 5_0 мм в агломераті від 25 до 6,25 % забезпечить зниження перепаду тиску газу в шарі агломерату у верхній частині доменної печі на 31,9 %. Розрахунки показали, що зменшення масової частки дрібняку 5_0 мм у шарі агломерату і, відповідно, загального перепаду тиску газу в шарі матеріалів на 1 % знижують питому витрату скіпового коксу на 0,23 %. Також показано, що аналогічне поліпшення газопроникності шихти при спільному завантаженні в доменну піч 10_30 % коксового горішку фракції 10_40 мм в суміші з агломератом може забезпечити зниження витрати скіпового коксу на 2,62_4,21 % (табл. 1).

Таблиця 1. Вплив коксового горішку на перепад тиску газу в печі і зменшення витрати скіпового коксу

Параметри	Значення
Частка коксового горішку, що заміняє кокс, %	5	10	15	20	25	30
Зниження перепаду тиску газу в загальному шарі доменної шихти, %	5,7 7,0	8,2 11,4	10,1 13,6	12,1 15,5	13,2 17,0	14,1 18,3
Зменшення питомої витрати коксу, %	1,31 1,61	1,89 2,62	2,32 3,13	2,78 3,57	3,04 3,91	3,27 4,21
У чисельнику дані для коксового горішку класу 5_15 мм, у знаменнику - 10_40 мм

Для умов ВАТ "ЄМЗ" виконані комплексні розрахунки ефективності різних варіантів використання коксового горішку власного виробництва (від 2 до 6,6 % стосовно суми "скіповий кокс + коксовий горішок") і коксового горішку власного виробництва + покупного (10, 20 і 30 % стосовно суми "скіповий кокс + коксовий горішок"). Розрахунки показують, що при використанні коксового горішку тільки власного виробництва в кількості від 11,4 до 37,4 кг/т чавуну і розмірі отворів на нижніх ситах коксового грохоту 25 і 40 мм сумарна економія металургійного коксу на 1 т чавуну складе 15,8 і 19,9 кг. При витраті коксового горішку фракції 10_40 мм власного виробництва + покупного в кількості 10, 20 і 30 % (36,2+20,5 кг; 32,3+81,7 кг; 28,5+143,6 кг) при розмірі отворів на нижніх ситах коксового грохоту 40 мм сумарна економія металургійного коксу на 1 т чавуну складе відповідно 23,8, 32,4 і 36,9 кг (3,97; 5,40 і 6,15 %) у порівнянні з базовою витратою металургійного коксу 600 кг (без висіву коксового горішку). Така економія металургійного коксу забезпечується за рахунок збільшення ступеня використання металургійного коксу в печі, зниження перепаду тиску газу у верхній частині шахти печі і зниження фракції менше 10 мм, що надходить у доменну піч зі скіповим коксом і коксовим горішком.

Для підтвердження аналітичного дослідження щодо впливу коксового горішку на газопроникність шару суміші було проведено фізичне моделювання на моделі, розмір якої склав 1/35 від натуральної величини "сухої" зони доменної печі - області кускових матеріалів (тобто колошник і шахта) - об'ємом 1033 м ³ (діаметр 0,2 м; висота 0,5 м).

Як джерело повітря використовували повітродувку продуктивністю близько 100 м ³/годину. Для визначення витрати повітря використовували трубку Піто. Динамічний напір і перепад тиску газу за висотою шару шихти визначали мікроманометром ММН_240. Як залізорудний матеріал у моделі використовували агломерат фракції 3_5 мм (75 % за вагою) і 1_2 мм (25 % за вагою). Як коксовий горішок використовувався коксік фракції 3_5 мм. Коксовий горішок у кількості від 0 до 40 % від базової витрати коксу попередньо змішували з агломератом. У розрахунках виходили з того, що коефіцієнт заміни коксу коксовим горішком дорівнює 1 кг/кг.

Рис. 2. Залежність впливу витрати коксового горішку на перепад тиску газу в залізорудному шарі.

На рис. 2 приведені аналітична та експериментальна залежності перепаду тиску від витрати коксового горішку в суміші з агломератом, що підтверджують їхню подібність як за характером залежності, так і за абсолютним значенням зниження перепаду. Проведене порівняння експериментальної залежності з аналітичною, розрахованою з використанням показника приведеної порозності матеріалів, показало, що похибка зміни перепаду тиску газу не перевищувала 5_8 %. Підтверджено також, що особливо ефективним є введення коксового горішку в кількості до 10 % від витрати коксу, що забезпечує зниження перепаду тиску газу в шарі суміші агломерату і коксового горішку на ? 10 %.

Для прогнозування фракційного складу коксу в нижній частині доменної печі використовували показник CSR і рівняння Розина_Раммлера, засноване на функції розподілу Вейбула. Для визначення параметрів статистичного розподілу мінімально необхідні дві пари даних. Показник CSR характеризує кількість фракції більше 10 мм в умовах нижньої частини доменної печі, а 1_CSR/100 - зміст фракції 10_0 мм, частка одиниці.

Рис. 3. Зміна порозності коксової насадки доменної печі при завантаженні коксу з CSR рівної 36,3 % і введенні коксового горішку крупністю 10 40 мм різної гарячої міцності (цифри в ліній - гаряча міцність коксового горішку, %).

Таким чином, він дає першу пару значень. Приймаємо, що в нижній частині доменної печі у фурменому коксі кількість класу +60 мм не буде перевищувати 1 %, тоді друга пара значень складе _60 мм и 99 %. Рішенням системи рівнянь отримане вираження для коксу з базовим значенням показника CSR =36,3 %.

,

де F(d) - кількість часток діаметром менше d, частка одиниці; d - діаметр часток, мм; 0,14482 і 0,84494 - параметри статистичного розподілу.

Аналогічно отримані статистичні розподіли Вейбула для коксу і коксового горішку з різними значеннями показника CSR.

Порозність коксової насадки розраховували для бінарного шару згідно з відомою методикою Томаш А.А. Углубление теоретических положений расчета порозности зернистого материала // Труды международного конгресса доменщиков "Производство чугуна на рубеже столетий", Днепропетровск_Кривой Рог, 7-12 июня, 1999 г. - Днепропетровск: Пороги, 1999 - С. 273_276., та при використанні коксу з показником CSR=36,3 % вона склала 0,33 м ³/м ³.

У розрахунках прийнято, що 50 % коксового горішку зберігається після реакцій відновлення і переходить у коксову насадку. При використанні коксу з показником CSR=36,3 % і завантаженні коксового горішку з різними значеннями показника CSR порозність коксової насадки може або погіршитися, або не змінитися, або збільшитися (рис. 3). Розрахунки показують, що для збереження порозності коксової насадки 0,33 м ³/м ³ показник CSR у коксового горішку повинний бути в 1,3_1,5 рази більше, ніж що використовується коксу: чим нижче показник CSR у коксі, тим з більш високим показником CSR необхідно використовувати коксовий горішок, і навпаки.

Введення кускового вугілля при використанні коксу з показником CSR=36,3 % істотно знижує порозність коксової насадки. Збільшення витрати кускового вугілля в шихті від 0 до 18_27,5 % (від витрати коксу) при збереженні базової порозності коксової насадки і високопродуктивній роботі доменних печей можливо тільки при підвищенні показника CSR для коксу, що використовується, з 36,3 до 55_74,1 % відповідно. При цьому технічний аналіз вугілля, у першу чергу за кількістю золи і сірки, не повинен істотно відрізнятися від технічного аналізу коксу.

Третій розділ "Дослідження якості металургійного коксу та коксового горішку. Удосконалення підготовки металургійного коксу до плавки і завантаження коксового горішку". Визначена кількість відсіву коксу і якість одержуваного з нього коксового горішку; запропоновані пристрій для виділення великих фракцій з металургійного коксу і варіанти завантаження коксового горішку та металургійного коксу в суміші з залізорудною частиною шихти.

На доменних печах № 2 ЗАТ "ДМЗ" і № 1, 3 і 4 ВАТ "ЄМЗ" досліджені режими й результати підготовки коксу до доменної плавки. Розсів робили за допомогою ручних сит із квадратними осередками на класи крупності: +25, 25_10, 10_5 і 5_0 мм. Оцінено якість відсіву коксу, а також коксового горішку, який одержували на грохотах барабанного типу. Показано, що коксовий горішок, одержуваний таким чином, містив 11,2_19,7 % фракції 10_0 мм. У відсіві коксу та коксовому горішку класу 5_0 мм утримувалося 19,45_19,75 % золи, що в 1,57 рази більше, ніж у коксі. У відсіві коксу фракції +10 мм, коксовому горішку та коксі зміст золи був практично рівним.

Встановлено особливості роботи коксових грохотів з використанням металевих та гумових сит. Показано, що період експлуатації гумових сит склав 8_12 місяців, у той час як металевих - 2_4 місяці. Причому, протягом цього терміну ширина щілини на гумових ситах практично не змінилася, а на металевих - збільшилася з 25_28 до 32_36 мм, що визначало підвищення відсіву коксу з 7_8 до 12 %, нестабільність фракційного складу відсіву і скіпового коксу. При цьому вихід фракції, придатної для виділення коксового горішку, збільшується від 33,3 до 51,9_53,3 %. Гумові і металеві сита забезпечували низьку (0,73_0,89 %) кількість фракції 10_0 мм у скіповому коксі. При цьому, однак, на гумових ситах кількість відсіву була на 20,6 % менше, а кількість фракції 10_0 мм у відсіві в 1,7 рази вище (на 28 % абс.), що свідчить про якісно більш високий рівень ефективності просівання. Кількість фракції 10_0 мм у коксовому горішку, який одержували на вібраційних грохотах, склала близько 5 %, що в 2_4 рази менше, ніж при виробництві його на грохотах барабанного типу.

Зазначені переваги гумових сит і віброгрохотів створюють умови для поліпшення якості підготовки коксу до доменної плавки. Результати розрахунку показують, що збільшення розміру отворів на нижньому ситі коксового грохоту з 25 до 40 мм забезпечує підвищення середньомасового діаметру шматків скіпового коксу з 51,95 до 56,62 мм, коефіцієнта однорідності його фракційного складу з 72,4 до 84,6 %, порозності коксової лінзи на 2,5 % (відн.). Використання віброгрохотів для виділення з відсіву коксу коксового горішку значно поліпшує його фракційний склад.

Запропоновано пристрій для виділення з металургійного коксу фракції +80 мм безпосередньо перед завантаженням його в скіп і повернення великих фракцій у коксовий бункер. Відмінною рисою запропонованого пристрою від двоярусного вібраційного коксового грохоту є використання одноярусного вібраційного грохоту, установленого над двоярусним грохотом.

З метою підвищення газопроникності залізорудного шару і ступеня використання коксу в доменній печі запропоноване спільне завантаження в рудну частину коксового горішку фракції 8_40 мм у кількості до 25 % від загальної маси коксу (перший спосіб). Для розпушення рудної складової здійснюють укладання розпушувача в середину цієї складової, причому як розпушувач використовують не тільки коксовий горішок, але і частину металургійного коксу, тому що використання тільки коксового горішку для даної мети може бути недостатнім (другий спосіб). Сумарна маса розпушувачів (коксового горішку і металургійного коксу) не повинна перевищувати 30 % від загальної маси коксу в подачі, оскільки подальше підвищення розпушувача вже не впливає істотно на газопроникність шаруючи суміші.

Четвертий розділ "Освоєння технології доменної плавки з завантаженням коксового горішку в залізорудну частину шихти". Розглянутий досвід доменної плавки з застосуванням коксового горішку при введенні його в залізорудний шар шихти й оцінена ефективність технології доменної плавки з використанням коксового горішку.

На доменній печі ВАТ "ЄМЗ" № 4 об'ємом 1033 м ³ проведена промислова плавка з введенням у шихту 0,2 т/подачу коксового горішку, який одержували з власного відсіву коксу. Коксовий горішок крупністю 22_28 мм вводився в шихту періодично (у міру накопичення його в шихтовому бункері) останнім компонентом другого рудного скіпа. Це забезпечувало достатнє змішування коксового горішку з залізорудною частиною шихти, вилучаючи можливість його влучення в коксову лінзу. Середня витрата коксового горішку склала 6 кг/т чавуну, продуктивність печі істотно не змінилася. Проведена промислова плавка мала істотний технологічний недолік: коксовий горішок, отриманий на грохотах барабанного типу, містив високу кількість дрібняку класу 10_0 мм.

На доменній печі № 1 ВАТ "ЄМЗ" об'ємом 1386 м ³ одержання коксового горішку на грохотах вібраційного типу освоєно в березні 2003 р. При цьому розмір отворів на нижньому ситі коксового грохоту був збільшений з 28 до 32_36 мм. З відсіву коксу виділяли коксовий горішок крупністю 15_32(36) мм. Коксовий горішок з окремого шихтового бункера завантажували вагон_вагами останнім компонентом у скіп з окатишами при системі завантаження шихти АОККК 1,5 м. Об'ємна частка коксового горішку в залізорудній частині шихти складала 5_7 %. У результаті перевантажень коксовий горішок перемішувався з залізорудною шихтою. Застосування якісного коксового горішку (кількість класу 10_0 мм - близько 5 %) у кількості 25 кг/т чавуну в доменній печі № 1 ВАТ "ЄМЗ" сприяло економії приведеного до рівних умов металургійного коксу в кількості 10,7 кг/т чавуну: 6,7 кг економії отримано за рахунок зниження втрат коксу з відсівом та відповідним підвищенням ступеня використання металургійного коксу у доменній печі з 94,5 до 95,6 %, а 4 кг скіпового коксу - за рахунок поліпшення газопроникності шихти і, відповідно, удосконалення технології доменної плавки. При роботі доменної печі з введенням коксового горішку в суміші з залізорудною шихтою час контакту газу-відновлювача з оксидами заліза підвищився на 0,021 с (5,3 %), а коефіцієнт корисної дії тепла в печі - на 0,49 % (абс.), витрата умовного палива зменшилася на 4,3 кг/т чавуну (табл. 2).

В умовах доменного цеху ЗАТ "ДМЗ" випробувана технологія з введенням металургійного коксу ВАТ Донецького коксохімічного заводу в суміші з залізорудною шихтою. Даний захід здійснений одночасно зі зміною системи завантаження шихти: був - 2 АККО 1,5 м+2 ККАО 1,5 м+ 1 КККК 1,5 м, прийнято - АККО 1,5 м.

Таблиця 2. Показники роботи доменної печі № 1 ВАТ "ЄМЗ" об'ємом 1386 м ³ без і з застосуванням коксового горішку

Показники	Чисельне значення показників у періодах
	базовий	досвідчений
Виробництво чавуну, т/добу	2571	2565
Виробництво чавуну приведене, т/добу	2571	2550
Витрата сухого скіпового коксу, кг/т чавуну	511	466
Витрата коксового горішку, кг/т чавуну	1	25
Сума приведеного до рівних умов витрати коксу і коксового горішку, кг/т чавуну	512	508
Втрати коксу при відсіву дрібняку, кг/т чавуну	30,5	23,8
Витрата шихтових матеріалів, кг/т чавуну:
агломерат ЄМЗ	879	1113
окатиші ПівнГЗК	766	576
Дуття:
витрата, м 3/хв	2865	2804
температура, 0С	1018	1034
зміст О2, %	23,9	24,1
витрата природного газу, м 3/т чавуну	113	127
Хімічний склад чавуну, %:
Si	0,84	0,78
S	0,030	0,032
Основність шлаку CaО/SiО 2, од.	1,23	1,23
Вихід шлаку, кг/т чавуну	411	413
Ступінь використання СО, %	41,43	41,42
Теоретична температура горіння, оС	1977	1945
Час контакту газу-відновлювача з оксидами заліза, с	0,376	0,397
Витрата умовного палива, кг/т чавуну	653,8	649,5
Коефіцієнт корисної дії тепла, %	77,05	77,54

В другий рудний скіп завантажили: А (2 т)+ К (0,4 т)+О (5,5 т). Наступною подачею першим рудним скіпом завантажували агломерат у кількості 9 т. Отже, металургійний кокс у кількості 400 кг на подачу, що завантажується в суміші з залізорудною шихтою, попадав на межі розподілу 5,5 т окатишів і 11 т агломерату. У процесі завантаження у доменну піч це створило сприятливі умови для змішування даного коксу з залізорудною частиною шихти. У результаті введення 41 кг/т чавуну металургійного коксу в залізорудну частину шихти сумарна витрата приведеного до рівних умов сухого скіпового коксу знизилася на 1,4 кг/т чавуну (0,3 %), продуктивність доменної печі істотно не змінилася. Розрахунок матеріально-теплового балансу показав, що при завантаженні металургійного коксу в залізорудну частину шихти загальний прихід тепла на 1 кг чавуну знизився на 44 кДж (0,38 %). Зниження загальної потреби тепла визначено підвищенням часу контакту газу-відновлювача з оксидом Fe з 0,392 до 0,404 с (+3,06 %) і ступеня використання відновлюючого потенціалу СО - +0,8 % (абс.). Коефіцієнт корисної дії тепла в печі підвищився з 79,06 % до 79,24 % при зниженні загальних втрат тепла на 43 кДж/кг (1,76 %).

Очікуваний річний економічний ефект при промисловому впровадженні комплексу підготовки металургійного коксу до доменної плавки у доменному цеху ВАТ "ЄМЗ" складає 21,2 млн. грн. Часткова участь здобувача (автор дисертації - виконавець роботи) у даному ефекті складає 212 тис. грн.

П'ятий розділ "Розрахунок параметрів технології доменної плавки з застосуванням великокускового коксу (+40 мм), коксового горішку та комбінованого дуття високих параметрів". Запропонований комплекс компенсуючих заходів, розрахований на підвищення витрати ПВП.

Для забезпечення ефективного підвищення витрати ПВП при вдуванні його у горно доменної печі запропонований комплекс компенсуючих заходів. У якості двох із загального числа компенсуючих заходів рекомендоване використання великокускового коксу (+40 мм) і введення коксового горішку в залізорудну частину шихти з метою поліпшення газопроникності шару. Розрахунки показують, що забезпечення повної та комплексної компенсації сприяло підвищенню витрати ПВП з 103 до 160 кг/т чавуну, зниженню витрати скіпового коксу з 407 до 348,2 кг/т чавуну (у тому числі 50 кг/т чавуну коксового горішку). При цьому витрата умовного палива знизилася з 607,5 до 550 кг/т чавуну (9,5 %), ПГ - на 46 м ³/т чавуну (63 %), собівартість чавуну - на 33,64 грн/т чавуну. Продуктивність доменної печі підвищилася на 10,3 %.

ВИСНОВКИ

У дисертації вирішене важливе науково-технічне завдання щодо удосконалення технології доменної плавки при введенні дрібнофракційного коксу у залізорудний шар з метою підвищення газопроникності стовпа шихти.

Основні наукові положення та результати полягають у наступному:

Для оцінки зміни перепаду тиску газу у шарі шихти при введенні дрібнофракційного коксу у її залізорудну частину запропоновано використовувати показник приведеної порозності матеріалів. Застосування даного показника дозволяє у широкому діапазоні зміни фракційного складу і витрати дрібнофракційного коксу розрахувати зміну газопроникності шару шихти з похибкою не більше 5_8 %.

Розрахунковим шляхом встановлені межі застосування коксового горішку і характер його впливу на газопроникність залізорудного шару шихти "сухої" зони доменної печі. Показано, що на газопроникність шихти істотно впливає введення перших порцій коксового горішку: зниження перепаду тиску газу в залізорудній лінзі склало 9,5_13,7 % при завантаженні із шихтою 10_30 % коксового горішку (від витрати коксу). Фізичним моделюванням підтверджене аналогічне зниження перепаду тиску газу в зазначеному шарі. Подальше збільшення витрати коксового горішку істотно не змінює газопроникність залізорудної лінзи шихти.

Визначено оптимальні розміри коксового горішку, що вводиться до складу залізорудної шихти: максимальний - 40 мм, мінімальний - 10 мм. При цьому кількість фракції 10_0 мм не повинна перевищувати 5 %.

Запропоновано більш універсальну залежність питомої витрати коксу від перепаду тиску газу у верхній частині доменної печі. Показано, що зменшення загального перепаду тиску газу на 1 % визначає зниження питомої витрати скіпового коксу на 0,23 %. Встановлено, що при введенні в залізорудну частину шихти 10_30 % коксового горішку крупністю 10_40 мм економія металургійного коксу на 1 т чавуну дорівнює 23,8_36,9 кг (3,97_6,15 %).

Оцінено зміну порозности коксової насадки доменної печі залежно від величини показника гарячої міцності коксу. З метою збереження базової порозності коксової насадки рекомендовано використовувати коксовий горішок з величиною CSR у 1,3_1,5 рази більшим, ніж у коксу, що завантажується. Завантаження в піч вугілля в кількості до 18_27,5 % (від витрати коксу) можливо тільки за умовою підвищення показника CSR коксу, що завантажується, з 36,3 до 55_74,1 % відповідно.

Встановлено, що стійкість металевих і гумових нижніх сит коксових грохотів склала 2_4 і 8_12 місяців відповідно. Під час експлуатації розмір щілини гумових сит практично не змінювався; на металевих ситах розмір щілини зростав від 25_28 до 32_36 мм, що приводило до збільшення виходу відсіву коксу від 7_8 до 12 %. Гумові і металеві сита забезпечували низьку (0,73_0,89 %) кількість дрібняку 10_0 мм у скіповому коксі, однак кількість відсіву на гумових ситах була менше на 20,6 %, а кількість фракції 10_0 мм в 1,7 рази вище, ніж на металевих ситах.

Показано, що збільшення розміру отворів на нижньому ситі коксового грохоту з 25 до 40 мм забезпечує поліпшення якості скіпового коксу й газопроникності коксової насадки у печі: середньомасовий діаметр шматків скіпового коксу підвищується з 51,95 до 56,62 мм, коефіцієнт однорідності фракційного складу - з 72,4 до 84,6 %, порозність коксової лінзи підвищується на 2,5 % (відн.).

Досліджена крупність коксового горішку, одержуваного на грохотах барабанного і вібраційного типів. Встановлено, що коксовий горішок, одержуваний на грохотах вібраційного типу, містив фракцію 10_0 мм близько 5 %, що в 2_4 рази менше, ніж при його виробництві на грохотах барабанного типу. У коксовому горішку кількість золи була практично рівною її кількості в металургійному коксі.

Для підвищення газопроникності шихти запропоновані способи завантаження коксового горішку і металургійного коксу в рудний шар у кількості до 25_30 % від загальної маси коксу. Запропоновано пристрій для виділення з металургійного коксу фракції +80 мм безпосередньо перед завантаженням його в скіп і повернення великих фракцій у коксовий бункер.

На доменній печі № 1 ВАТ "ЄМЗ" проведене промислове дослідження впливу на показники доменної плавки завантаження у піч якісного коксового горішку в суміші з залізорудною частиною шихти. Використання коксового горішку фракції 15_32(36) мм у кількості 25 кг/т чавуну сприяло економії 10,7 кг металургійного коксу на 1 т чавуну: 6,7 кг зекономлено за рахунок зниження втрат коксу з відсівом та відповідним підвищенням ступеня використання металургійного коксу в доменній печі з 94,5 до 95,6 %, а 4 кг скіпового коксу зекономлено за рахунок поліпшення газопроникності шихти і, відповідно, удосконалення технології доменної плавки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

Кузин А.В., Ярошевский С. Л., Хлапонин Н.С. Влияние коксового орешка при введении его в железосодержащий слой шихты на газопроницаемость "сухой" зоны доменной печи // Металл и литье Украины. - 2004. - № 3_4. - С. 22_24.

Влияние перепада давления газа в верхней части доменной печи на расход кокса / Н.С. Хлапонин, С.Л. Ярошевский, А.В. Кузин, А.М. Кузнецов, В.П. Падалка // Наукові праці Донецького нац. техн. ун-ту. Серія: Металургія. Випуск 73. - Донецьк: ДонНТУ, 2004. - С. 90_94.

Эффективность технологии доменной плавки при загрузке в печь коксового орешка в смеси с железорудной шихтой / Л.Ф. Литвинов, С.Л. Ярошевский, А.М. Кузнецов, В.П. Падалка, Н.С. Хлапонин, А.В. Кузин // Металл и литье Украины. - 2004. - № 12. - С. 5_9.

Промышленный опыт и эффективность использования коксового орешка в смеси с железорудной шихтой / С.Л. Ярошевский, А.М. Кузнецов, В.П. Падалка, Н.С. Хлапонин, А.В. Кузин // Металл и литье Украины. - 2005. - № 6. - С. 3_6.

Технология доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топлива и природного газа на обогащенном кислородом дутье, обеспечивающая замену 30_40 % кокса / А.Н. Рыженков, Л.В. Савранский, С.Л. Ярошевский, Б.П. Крикунов, В.М. Замуруев, В.Е. Попов, А.В. Кузин // Металл и литье Украины. - 2005. - № 1_2. - С. 3_10.

Патент на винахід України 45087, МПК С 21В 5/00. Спосіб завантаження доменної печі / С.Л. Ярошевський, А.І. Ковальов, Ю.В. Оробцев, М.С. Хлапонін, А.П. Чеботарьов, В.О. Руденко, С.О. Фещенко, О.М. Кузнєцов, В.П. Падалка, А.В. Кузін //Промислова власність - 2004. - № 7.

Патент на винахід України 74518, МПК С 21В 5/00. Спосіб завантаження доменної печі / Є.О. Царіцин, С.Л. Ярошевський, А.В. Кузін, О.А. Томаш, О.П. Малімон, М.В. Косолап, І.М. Пефтієв, С.М. Доля, В.А. Струтинський. - //Промислова власність - 2005. - № 12.

Патент на винахід України 73879, МПК В 07В 1/28, С 21В 5/00. Пристрій для механічної обробки крупних фракцій металургійного коксу / С.Л. Ярошевський, О.Н. Риженков, А.І. Ковальов, В.М. Замуруєв, В.Є. Попов, М.С. Хлапонін, М.О. Залевський, А.В. Кузін //Промислова власність - 2005. - № 9.

Технология и эффективность использования кокса мелких фракций в доменной плавке / А.Н. Рыженков, В.Е. Попов, А.И. Ковалев, С.Л. Ярошевский, Н.С. Хлапонин, А.В. Кузин // Труды международной научно-технической конференции посвященной 70_летию КГГМК "Криворожсталь" "Теория и практика производства чугуна". - Кривой Рог, 24_27 мая, 2004 г. - Кривой Рог: КГГМК "Криворожсталь", 2004. - С. 374_378.

Эффективность загрузки в доменную печь коксового орешка в смеси с железорудной шихтой / А.В. Кузин, А.М. Кузнецов, С.Л. Ярошевский, Н.С. Хлапонин // Материалы международной конференции "Стратегия качества в промышленности и образовании". - Варна, Болгария, 3_10 июня 2005 г. - Днепропетровск: Пороги, 2005. - С. 47_51.

Кузин А.В., Ярошевский С.Л., Хлапонин Н.С. Влияние кокса мелких фракций на газопроницаемость "сухой" зоны доменной печи // Збірник доповідей Міжнародної науково-технічної конференції "Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості". - Кривий Ріг, 18_22 травня, 2004 р. - В 2_х томах. Том 2 - Кривий Ріг: Криворізький технічний університет, 2004. - С. 58_63.

Особистий внесок в публікаціях:

[1] - поставлено і проведено дослідження газопроникності шару на моделі доменної печі, проаналізовані отримані дані;

[2] - запропоновано використання залежності "перепад тиску газу у верхній частині шахти печі - питома витрата коксу на виплавку чавуну"; оцінено зміни витрати коксу у доменній печі при використанні дрібнофракційного коксу;

[3] - обґрунтовано діапазон крупності дрібнофракційного коксу; виконано експерименти щодо визначення фракційного складу відсіву коксу та дрібнофракційного коксу; виконано аналіз стійкості гумових сит коксового грохоту;

[4] - поставлено промислові експерименти, оброблені експериментальні дані, обґрунтовано зниження витрати металургійного коксу при використанні дрібнофракційного коксу;

[5] - розраховано показники доменної плавки при вдуванні пиловугільного палива;

[6] - запропоновано удосконалення способу завантаження дрібнофракційного коксу в рудну частину шихти;

[7] - оцінено зміну порозності коксової насадки доменної печі при використанні дрібнофракційного коксу з застосуванням показника гарячої міцності коксу;

[8] - запропоновано використання додаткового грохоту на коксових грохотах для виділення фракції більше 80 мм;

[9] - виконано аналіз стійкості металевих сит коксового грохоту;

[10] - розраховано перепад тиску газу в залізорудному шарі при введенні дрібнофракційного коксу різної крупності;

[11] - запропоновано показник "приведена порозність матеріалу" для аналітичної оцінки зміни газопроникності "сухої" зони доменної печі при введенні дрібнофракційного коксу в залізорудну частину шихти.

АННОТАЦИЯ

Кузин А.В. Совершенствование технологии доменной плавки с использованием мелкофракционного кокса. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 "Металлургия чёрных металлов". - Донецкий национальный технический университет, Донецк, 2006.

Диссертация посвящена совершенствованию технологии доменной плавки с использованием мелкофракционного кокса в смеси с железорудной частью шихты.

Для оценки изменения перепада давления газа в слое шихты при введении мелкофракционного кокса в железорудную часть шихты предложено использовать показатель "приведенная порозность материала". Показано, что его применение позволяет в широком диапазоне изменения фракционного состава и расхода мелкофракционного кокса рассчитывать изменение газопроницаемости слоя шихты с погрешностью не более 5_8 %.

Расчёты показали, что при введении мелкофракционного кокса в количестве 10_30 % (по отношению к расходу кокса) газопроницаемость рудной линзы повышается на 9,5_13,7 %. При этом, значительное улучшение газопроницаемости железорудного слоя шихты происходит при увеличении доли мелкофракционного кокса до 10 %. Увеличение доли мелкофракционного кокса более 30 % не приводит к существенному изменению газопроницаемости железорудного слоя.

Определены оптимальные размеры мелкофракционного кокса, вводимого в состав железорудной шихты: максимальный - 40 мм, минимальный - 10 мм. При этом в мелкофракционном коксе содержание фракции 10_0 мм не должно превышать 5 %.

Показано, что при введении в железорудную часть шихты 10_30 % мелкофракционного кокса крупностью 10_40 мм экономия металлургического кокса на 1 т чугуна составит 23,8_36,9 кг (3,97_6,15 %).

Оценен возможный фракционный состав кокса в нижней части доменной печи в зависимости от показателя его горячей прочности (CSR). Расчёты показывают, что при попадании мелкофракционного кокса в коксовую насадку сохранение её базовой порозности возможно только при использовании мелкофракционного кокса, имеющего показатель CSR в 1,3_1,5 раза больший, чем у загружаемого кокса. Для сохранения базовой порозности коксовой насадки при загрузке угля вместо мелкофракционного кокса в количестве от 0 до 18_27,5 % (от расхода кокса) необходимо повышение показателя CSR используемого кокса с 36,3 до 55_74,1 % соответственно. При этом технический анализ угля, в первую очередь по содержанию золы и серы, не должен существенно отличаться от анализа кокса.

...