ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ БРИКЕТОВ В ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ НА РАЗЛИЧНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ РОССИИ

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ БРИКЕТОВ В ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ НА РАЗЛИЧНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ РОССИИ

1. Производство и использование брикетов на ОАО

         «Тулачермет».

ОАО «Тулачермет» (Россия, г.Тула) провело опытно-промышленные испытания металлургических брикетов в качестве компонента доменной шихты в 2002 г. Затем, в начале 2003 г. был организован цех по производству металлургических брикетов, в основу которого был приобретен вибропресс с проектной производительностью до 3 000 тонн брикетов в месяц. С ноября 2003 г. брикеты производятся на автоматической вибропрессовой конвейерной линии мощностью до 10 000 тонн в месяц. ОАО «Тулачермет» производит и использует в доменной шихте брикеты двух видов:

- железоуглеродосодержащие;

- промывочные (2-х видов).

Таблица 1.1.

Объемы производства брикетов в 2003 г., т

 

Тип брикетов

 

май

 

июнь

 

июль

 

август

 

сен-тябрь

 

ок-тябрь

 

но-ябрь

 

дек-абрь

 2003г.

 

Промывочные

 

-

 

-

 

-

 

300

 

303

 

301

 

598

 

1201

 

2703

Железо-угдеродо-содержащие

 

 

1035

 

1600

 

2220

 

2130

 

2046

 

3809

 

6938

 

4617

 

24395

 

Всего

 

1035

 

1600

 

2220

 

2430

 

2349

 

4110

 

7536

 

5818

 

27098

 

 

 

Таблица 1.2.

Расход  брикетов на ДП-1,2 за 2003 г. (кг/т чугуна)

 

 

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

2003г.

ДП-1

 

2

-

10

10

16

15

32

28

9,1

ДП-2

 

14

27

40

26

21

29

42

56

20,6

 

 

 

 

 

 

·        Физическая прочность и химическая стабильность металлургических брикетов производства ОАО «Тулачермет»

 

Требования к указанным параметрам отражены в ТУ 0320-007-55978394-03 «Брикеты металлургические для доменного передела», где отпускная прочность должна составлять не менее 70% от проектной (от 6,0 МПа), а химическая стабильность должна быть сравнима с агломератом, т.е. укладка по основным компонентам в пределах 90% от заданного.

Физическая прочность такого вида брикетов в холодном состоянии пропорциональна горячей прочности, поэтому большое внимание уделялось определению метода и времени заданной прочности.

Свежеотформованные брикеты на поддонах помещались:

- в сушильную камеру (тепловая обработка);

- в пропарочную камеру (тепловлажностная обработка);

- на открытую площадку в цехе на 1 сутки и на улицу (естественные условия набора прочности).

Результаты испытаний приведены в таблице 1.3.

 

Таблица 1.3.

Результаты физико-механических испытаний

Показатели

Требова-ния ТУ

После сушки

После ТВО

Естественное твердение

1 сутки

до 5 суток

Прочность, МПа

- проектная

- отпускная

 

 

6,0

4,2

 

 

3,83

 

 

 

6,9

 

 

2,3

 

 

2,5-6,05

Влажность, %

8

7,4

5,8

11,1

5,5

Осыпаемость, %

10

6,2

2,3

9,9

5,8

Плотность, кг/см3, не менее

1900

2300

 

Наибольшая прочность в короткие сроки набирается в камере тепловлажностной обработки (пропарочной камере). Основная масса брикетов набирала прочность в естественных условиях, т.к. камера периодически не работала. Среднее время набора отпускной прочности в этих условиях составило 5 суток, и все брикеты, отмеченные по периодам плавки на ДП№2 имели прочность, соответствующую требованиям технических условий.

Химическая стабильность определяется уровнем дозировки шихтовых материалов. Объемное дозирование, предусмотренное технологией брикетирования в данном цехе, не обеспечивает требуемую стабильность, хотя проба химического анализа брикета формируется из формовочной смеси в течение 8 часов работы цеха. Проверка точности дозирования – длительный процесс, который отнимает 2 часа рабочего времени вибропресса.

Основные причины неудовлетворительной стабильности химического состава:

- постоянное изменение влажности компонентов шихты, и, как

  следствие,  изменение насыпного веса компонентов;

- зависание шлама в бункерах;

- кострение крупных фракций.

Средние значения физико-механических испытаний шихты и результаты проверки точности дозирования приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4..

Результаты физико-механических испытаний

Компоненты шихтовой смеси

Влаж-ность, %

Насып-ной вес, кг/м3

Фракционный состав, %

+10 мм

+5 мм

-5 мм

-0,08 мм

Коксовая мелочь

7,2

780

0,5

15

84,5

-

Колошниковая пыль

13,3

885

-

-

100

-

Шлам аглодоменный

19,6

1200

35

13

52

-

Прокатная окалина

3,9

2100

3

11

86

-

Металлокон-центрат

МК-10

 

2,7

 

2060

 

4

 

23

 

73

-

Цемент

-

1100

-

-

-

90

 

·        Использование железоуглеродосодержащих брикетов в доменной шихте ДП №2 (объем 1033 м3) при выплавке литейного чугуна.

 

Главная цель этого проекта – рентабельное использование аглодоменного шлама и колошниковой пыли с компенсацией дефицита подготовленной доменной шихты, а также осуществление экологической доктрины предприятия.

Железо-углеродо-содержащие брикеты с указанными выше физико-механическими и химическими свойствами проплавлялись на ДП №2.

Расход брикетов составлял 1 т в подачу. С целью определения эффективности их использования был произведен по факторный сравнительный анализ работы ДП№2 в двух периодах: 12-20 июня – базовый период – без брикетов; 24июня-13 июля – опытный период – с расходом брикетов 70 кг/т жидкого чугуна. Результаты пофакторного анализа приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5.

Сравнительные показатели работы ДП №2 при работе с брикетами

 

 

Показатели

Периоды

Измене-ние

Расход кокса

Произво-дитель-ность

12.06-20.06

без брикетов

24.06-13.07

с бри-кетами

Производство чугуна, т/сутки

1327

1478

151

 

 

Объем печей

1033

1033

0

 

 

Расход влажного скип. кокса, кг/т

659

619

-40

 

 

Расход сухого скип. кокса, кг/т

641,8

598,7

-43,1

 

 

Содержание Fe в жрч шихты, %

55,58

56,66

1,1

-6,9

24,36

Расход металлодобавок, кг/т

134

135

1,0

-0,2

0,66

Содержание в коксе:

 

серы

0,49

0,494

0,004

0,08

-0,16

влаги

2,61

3,272

0,7

 

 

золы

11,4

11,37

0,00

-0,25

0,52

Простои,% номинального времен.

1,04

0,3

-0,7

-2,37

14,73

Тихий ход, % номинальн. времен.

0

0

0,0

0,00

0,00

Содержание кислорода в дутье, %

21,22

21,3

0,1

0,10

2,55

Температура горячего дутья, 0С

972

969

-3,0

0,57

-1,19

Расход природного газа, м3

0,5

12,9

12,4

-8,68

 

Давление газа под колошником, ати

0,54

0,54

0,0

0,00

0,00

Содержание Si в чугуне, %

2,757

2,654

-0,1

-7,93

16,40

Содержание Mn в чугуне, %

0,603

0,566

0,0

-0,47

0,98

Содержание в чугуне, %

0,03

0,027

0,0

1,93

-3,98

Интенсивн. плавки по коксу, т/м3 сут.

0,825

0,857

0,032

4,98

25,74

Выполнение графика выпусков, %

100

100

0,0

0,00

0,00

Выход шлака, кг/т

303

261

-42,0

-9,43

33,44

Расход брикетов, кг/т

0

70

70,0

 

 

ИТОГО:

 

 

 

-28,6

114,05

Приведенная производительность

1327

1364

37

 

 

Приведенный расход кокса

641,8

627,4

-14,4

 

 

           

Расход дутья в опытном периоде увеличился с 1777 м3/мин. до 1965 м3/мин. или на 188 м3/мин. Вынос колошниковой пыли составил: в базовом периоде 31,9 кг/т чугуна, в опытном периоде – 27,7 кг/т чугуна.

По факторный анализ показал, что приведенный расход сухого скипового кокса снизился на 14,4 кг/т чугуна, т.е. коксовая составляющая брикета 70х0,2=14 кг/т чугуна полностью заменила скиповый кокс. В процентном выражении каждые 10 кг брикета на 1 т чугуна позволяют снизить расход кокса на 0,32%.

Приведенное производство увеличилось на 37 т/сутки, что связано с улучшением газопроницаемости столба шихты за счет изменения ее гранулометрического состава. Это позволило увеличить расход дутья и, как следствие, интенсивность плавки. Улучшение гранулометрического состава шихты подтверждается снижением выноса колошниковой пыли на 4,2 кг/т чугуна. В процентном выражении каждые 10 кг брикетов на 1т чугуна позволяют увеличить производительность на 0,28%.

 

·        Использование железосодержащих брикетов с промывоч­ным эффектом в доменной шихте ДП №2 (объем 1033 м3) при выплавке литейного чугуна на ОАО «Тулачермет».

 

Главная цель этого проекта – увеличить время кампании выплавки литейного чугуна на доменной печи с сохранением уровня производства за счет предотвращения зарастания металлоприемника печи, а также использования промывочной шихты с высоким содержанием железа и стабильным химическим составом.

Химический состав промывочных брикетов приведен в таблице 1.6.

Таблица 1.6.

Химический состав промывочных брикетов, %

H2O

C

Fe

CaO

SiO2

S

MgO

CaO/SiO2

6,40

1,0

59,00

7,40

5,30

0,11

0,5

1,40

 

Данные брикеты производились из прокатной окалины (90%) и цемента (10%), причем доля FeO в данных брикетах составляет 58%, при общем содержании железа 59%, что значительно выше известных ранее промывочных материалов. FeO окисляет углерод в металлоприемнике доменной печи, переводя его в газообразную форму, за счет чего разрушаются конгломераты графитно-коксовых образований с последующим выносом их с жидкими продуктами плавки.

Загромождение горна приводит к потере производства, в среднем, на 150 т/сутки, увеличению расхода кокса на 12кг/т и простоям печи по причине прогара воздушных фурм.

Промывка осуществлялась следующим образом:

- за 10 подач до загрузки промывочных брикетов давали холостую подачу кокса;

- непосредственно промывка состояла их двух подач промывочными брикетами и одной подачи рудой Михайловской доменной (кварцитом).

 

Отслеживались различные периоды применения промывочных брикетов в 2003 году, на основании которых сделаны следующие заключения:

- при проведении регулярных промывок прекращаются прогары воздушных фурм;

-  объем металлоприемника через 3-4 суток промывок восстанав­ливается, что подтверждается диаграммами разгара горна, построен­ными на основании теплосъема печи;

- уменьшаются колебания по нагреву и стабилизируется выход продуктов плавки;

- увеличивается и стабилизируется расход холодного дутья.

Начиная с сентября 2003 г. производство промывочных брикетов и их использование включены в основную производственную программу. Следует отметить, что в доменных печах ОАО «Тулачермет» в качестве основной промывочной шихты печи от гарнисажа используется руда Михайловская доменная, или кварцит. Это материал вскрышных пород основных рудных тел Михайловского ГОКа, который очень не стабилен по химическому составу и колебания SiO2 в них составляют от 20 до 35%; S – от 0,5 до 1,6%; Fe – от 25 до 40%. Его применение приводит к нарушению планового режима, выдаче бракованного чугуна по сере, необходимости поддержания завышенной основности шлака, что приводит к потере производства.

ОАО «Тулачермет» проводит опытно-промышленные плавки с промывочными брикетами, состоящими из 80% окалины, 10% песка кварцевого, 10% цемента. Химический состав этих брикетов приведен в таблице 1.7.

 

Таблица 1.7.

 

Химический состав промывочных брикетов, %

 

H2O

C

Fe

FeO

CaO

SiO2

S

MgO

P2O5

CaO/SiO2

6,0

1,2

53,0

52,0

6,1

10,1

0,12

0,11

0,01

0,6

 

Данный состав промывочных брикетов обеспечил комплексную промывку доменной печи, включая шахту, распар, заплечики и металлоприемник.

 

 

 

 

Таблица 1.8.

Сравнительные показатели работы ДП №2 при работе с  промывочными брикетами.

 

 

Показатели

Периоды

Измене-ние

Расход кокса

Произво-дительность

01-14.08

 

15-21.08

Расход промывочных брикетов, кг/т

0

31,7

31,7

 

 

Производство чугуна, т/сутки

1273

1263

-10

 

 

Расход сухого скипового кокса,кг/т

645,0

674,0

29,0

 

 

Содержание Fe в жрч шихты, %

56,14

56,2

0,1

-0,4

1,30

Расход металлодобавок, кг/т

57

72

15,0

-2,9

9,55

Содержание в коксе:

 

серы

0,48

0,50

0,02

0,29

-0,57

золы

11,37

11,45

0,1

0,67

-1,32

М10

8,66

8,7

0,0

0,3

-0,64

М25

84,5

84,0

-0,5

3,64

-14,96

Простои, % номинального времен.

1,18

0,99

-0,2

-0,61

3,63

Тихий ход, % номинального врем.

0,31

2,28

2,0

6,35

-25,08

Содержание кислорода в дутье, %

21,1

21,0

-0,1

-0,08

-1,83

Температура горячего дутья, 0С

999

997

-2,0

0,39

-0,76

Давление газа под колошником, атм

0,57

0,58

0,0

-0,13

1,27

Содержание Si в чугуне, %

2,577

2,818

0,2

18,65

-36,82

Содержание Mn в чугуне, %

0,425

0,579

0,2

1,99

-3,92

Содержание в чугуне, %

0,026

0,032

0,0

-3,87

7,64

Интенсивность по коксу, т/м3 сут.

0,795

0,824

0,029

4,71

23,22

Выполнение графика выпусков, %

100

98,8

-1,2

0,39

-1,53

Расход брикетов FeC, кг/т чугуна

24

17,3

-6,7

1,38

-2.37

Выход шлака, кг/т

294,0

296,0

2,0

0,45

-1,53

ИТОГО:

 

 

 

31,2

-45

Приведенная производительность, тн

1273

13081364

37

 

 

Приведенный расход кокса, кг/тн чугуна

645,0

642,8

-14,4

 

 

 

Расход дутья в опытном периоде увеличился с 1866 до 1913 м3/мин (на 47 м3/мин). Снизилось количество сгоревших фурм с 5 в базовом периоде до 2 в опытном периоде. Количество обрывов шихты снизилось с 6 до 1.

Пофакторный анализ показал, что приведенное производство увеличилось на 35 т/сутки или на 2,75%. Таким образом, каждые 10 кг/т чугуна промывочных брикетов при выплавке литейного чугуна позволяют увеличить производительность на 0,87%.

Приведенный расход кокса снизился на 2.2 кг/т чугуна или на 0,34%. Таким образом, каждые 10 кг/т чугуна промывочных брикетов позволяют экономить 0,11% кокса.

 

 

 

Выводы:

- Физическая прочность (горячая и холодная) удовлетворяет требованиям доменной плавки.

- Использование промывочных брикетов из окалины является эффективным средством стабилизации состояния горна и приводит к увеличению производительности доменных печей.

 

2. Использование брикетов на ОАО «Липецкий   металлурги- ческий завод «Свободный Сокол».

Опытные плавки с применением железо-коксовых брикетов в шихте провели на доменной печи № 1 ОАО «ЛМЗ Свободный Сокол» (Россия, г.Липецк) (полезный объем 700 м3, 12 фурм, подача шихты к скипам вагон весами). Печь работает на привозном коксе и выплавляет литейный и передельный чугуны из Лебединских окатышей с использованием в качестве флюсов известняка и доломита. При выплавке литейного чугуна для частичной замены кокса применяется шунгит в количестве до 100 кг/т. В шихте используется также небольшое количество металлодобавок и марганцевой руды (таблица 2.1.).

Опытные плавки с использованием в шихте железо-коксовых брикетов начали при работе печи на передельный чугун, однако через 2 суток ее перевели на выплавку литейного чугуна. При этом загрузку брикетов прекратили и возобновили лишь через 3 суток. В итоге партия брикетов массой 500 т была проплавлена частично при выплавке передельного чугуна и частично - при выплавке литейного чугуна. Никаких негативных изменений в работе доменной печи и в отработке продуктов плавки при использовании брикетов не отмечено. Известно, что усреднение информации о работе печи за периоды менее 5-7 суток практически всегда искажает (иногда существенно) показатели удельных расходов сырьевых материалов и топлива по причинам, не связанным с технологией плавки.                                                                                    

Таблица 2.1.

Химический состав шихтовых материалов, используемых при выплавке передельного и литейного чугуна в доменной печи, %

Материалы

Fе

SiO2

А12

СаО

МgО

Мп

Р

W, %

Окатыши

Лебединские

 

65,73

 

5,96

 

0,45

 

0,3

 

0,5

 

0,053

 

0,020

 

2,6

Руда

Михайловская

 

37,51

 

47,81

 

0,74

 

0,84

 

0,51

 

0,03

 

0,061

 

1,15

Руда

марганцевая

 

5,77

 

14,27

 

2,92

 

3,52

 

1,13

 

38,07

 

0,151

 

11,4

Известняк

0,50

1,02

0,90

52,91

0,79

-

-

1,40

Доломит

1,38

1,6

0,84

31,36

19,30

-

-

2,10

 

С учетом этого для оценки влияния использования брикетов в шихте на технико-экономические показатели работы печи и уменьшения искажения полученной информации о работе печи сформированы средневзвешенные по массе чугуна базовый и опытный периоды. В базовый период включили 3 суток работы печи на передельном чугуне перед началом использования брикетов и 3 суток на литейном чугуне после окончания использования брикетов, в опытный период - 2 суток работы печи на передельном чугуне и 5 суток на литейном чугуне с использованием железо-коксовых брикетов в шихте (таблица 2.2.). Установлено, что использование в шихте железо-коксовых брикетов в количестве 51,83 кг/т привело к повышению производительности печи на 91,71 т/сутки и уменьшению расхода кокса на 6,14 кг/т.

Оценку влияния железо-коксовых брикетов Б1 на технико-экономические показатели работы печи выполнили путем компьютерного моделирования доменной плавки для условий периодов базового и опытного с применением в шихте брикетов Б 1 в количестве 69,5 и 260 кг/т чугуна. Для адаптации математической модели к условиям работы доменной печи № 1 ОАО «Свободный Сокол» использовали усредненные показатели базового периода, с которым сравнивали результаты моделирования (таблица 2.3.).

Эти результаты подтвердили высокую эффективность применения железо-коксовых брикетов: существенное снижение расхода кокса и повышение производительности печи при сокращении расхода окатышей на выплавку чугуна. Для брикетов Б1 коэффициент замены кокса брикетами составил 0,40-0,41 кг/кг. Снижение расхода кокса достигается благодаря действию следующих факторов:

- прямая замена углерода кокса углеродом, содержащимся в брикетах и участвующим в реакции газификации и в прямом восстановлении железа из железистых первичных и промежуточных шлаков;

- в связи с частичным выводом известняка из шихты благодаря повышенной основности железо-коксовых брикетов;

- отсутствие затрат тепла на прямое восстановление железа брикетов, которое поступает в печь в металлическом виде.

Повышение производительности печи при применении железо-коксовых брикетов менее существенно и оно обусловлено, главным образом, сокращением расхода кокса, т.е. увеличением рудной нагрузки. Весьма значительно (на 0,2 МДж/м3) повысилась калорийность колошникового газа при применении железо-коксовых брикетов в количестве 260 кг/т чугуна.

На основании выше изложенного с достаточной степенью достоверности можно сделать следующие выводы:

- железо-коксовые брикеты на цементной связке, изготавливаемые из мелкодисперсных металлических отсевов производства феррованадия или из металлической стружки, имеют высокую термостойкость, не разрушаются при высокой скорости нагрева в восстановительной атмосфере под нагрузками, характерными для условий доменной печи, и являются высококачественным комплексным сырьем для доменной печи, содержащим в себе металлическое железо, восстановитель и флюсующие компоненты;

- производство железо-коксовых брикетов на цементной основе позволяет решать проблему производственного рециклинга коксовой мелочи и мелкодисперсных металлических отходов для предприятий, не имеющих собственной аглофабрики;

- применение брикетов может быть особенно эффективным на печах, работающих на не офлюсованном железорудном сырье с применением известняка и доломита. Кроме того, железо-коксовые брикеты, снижая содержание кислорода в шихте, увеличивают долю СО в колошниковом газе и его калорийность, что может быть использовано в специальных технологических режимах доменной плавки с целью получения в доменной печи колошникового газа заданного состава.

Основные показатели работы доменной печи ОАО «ЛМЗ «Свободный сокол»» с применением железо-коксовых брикетов при выплавке передельного и литейного чугуна в базовом периоде и с применением брикетов приведены в таблице 2.2.                                                          

 

Таблица  2.2.

Показатель

Периоды

Изменение показателя

К, кг/тн

П, тн/сут

базовый

с брикетами

Производство, тн/сут

1009,97

966,65

-43,32

--

--

Простои, %

0,09

0,56

+0,47

-1,24

+7,12

Тихий ход, %

0,897

1,97

+1,073

-2,84

16,3

Удельный расход сухого скипового кокса, кг/тн

529,64

558,99

+29,34

--

--

Содержание железа в железорудной части шихты, %

65,94

65,3

-0,64

-3,39

+12,3

Расход материалов, кг/тн:

окатыши Лебединского горно-обогатительного комбината

1307,2

1481,9

+ 174,7

--

--

руда железная

--

8,344

+ 8,344

--

--

брикеты металлургические

--

51,83

+ 51,83

--

--

скрап оборотный

185,04

8,977

- 176,1

- 16,8

+ 53,3

руда марганцевая

7,51

11,99

+ 4,48

--

--

шунгит

12,74

37,07

- 24,37

+ 19,5

--

известняк

108,76

121,72

+ 12,96

- 3,43

+ 6,5

доломит

67,07

91,7

+ 24,63

- 5,21

+ 9,9

Температура дутья, °С

1029,18

993

- 36,18

- 7,68

+14,64

Расход природн. газа, м3/тн

64,21

54,81

- 9,4

- 7,52

--

Давление колошнико-вого газа, атм.

0,71

0,742

+ 0,032

+ 0,33

- 0,3

Содержание в чугуне, %:

Si

1,671

2,049

+0,378

-4,45

+8,48

Mn

0,247

0,405

+0,158

-1,673

+0,31

S

0,022

0,022

--

--

--

Основность шлака (CaO/SiO2)

1,02

1,031

+0,011

--

--

Выход шлака, кг/тн

243,92

249,64

+5,72

-1,059

+3,43

Приведенный расход кокса, кг/тн

529,64

523,5

--

-35,5

--

Приведенная производительн., тн/сут

1009,97

1101,68

--

--

+135,0

 

Примечание:

1. Коэффициент замены кокса шунгитом по результатам плавок принят равным 0,8 кг/кг в соответствии с содержанием Si в опытном периоде.

2. ∆К и  П – изменение расхода кокса и производительности доменной печи при использовании железо-коксовых брикетов.                                                                                                   

 

Таблица 2.3.

Результаты компьютерного моделирования доменной плавки с применением железо-коксовых брикетов.

 

Показатели плавки

                                  Периоды

    базовый

   опытный  1

     опытный  2

Расход материалов, кг/т:

окатыши Лебединские

1241,7

1192,6

1043,9

металлодобавка

175,8

173,1

174

известняк

103,3

80,7

46,0

доломит

63,7

56,6

54,5

шунгит

12,2

-

-

марганцевая руда

7,2

7,1

7,1

брикеты Б 1

-

69,5

262

кокс

529,3

500,6

432,3

Расход природного газа, м3

65,8

65,8

65,8

Дутье:

расход, м3

1595

1533

1456

температура, °С

1029

1029

1029

влажность, г/м3

10

10

10

Давление колошникового

газа, кПа

 

170

 

170

 

170

Выход колошникового

газа, м3

 

2307

 

2216

 

2101

Калорийность газа, МДж/м3

3,48

3,55

3,76

Шлак:

выход, кг/т

233

213

206,6

основность (СаО/SiO2)

0,997

0,998

0,998

Содержание, %:

МgО

9,26

9,28

9,30

[Si]

1,67

1,67

1,67

[S]

0,021

0,022

0,022

Производительность, т/сут           

1002

1042

1095

 

 

3. Опыт использования в шихте доменной печи брикетов из железоцинкосодержащих шламов на ОАО «НЛМК» (г.Липецк).

 

В настоящее время активно ведутся работы по применению брикетов в доменных плавках на ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», где основной задачей является эффективная утилизация отходов всех металлургических переделов, начиная с коксохимического и заканчивая прокатным. В качестве компонентов для изготовления металлургических брикетов используются шламы доменного и  конвертерного производства, колошниковая пыль, коксовая мелочь, коксовая пыль, первородное сырье и пр.

Проплавка брикетов в доменных печах и испытания их металлургических свойств показали, что брикеты на цементной связке, полученные по технологии вибропрессования, имеют высокую холодную и горячую прочность, удовлетворяющую требованиям к шихтовым материалам для доменной плавки. Они могут длительно храниться на открытых площадках без изменения металлургических свойств. Производство таких брикетов безотходное, экологически чистое и требует минимум энергозатрат (электроэнергии и пара).

Использование технологии производства брикетов методом вибропрессования позволяет окусковать железоцинкосодержащие шламы и одновременно утилизировать коксовую мелочь или другие углеродосодержащие отходы. В настоящей работе оценили эффективность такой технологической схемы утилизации железоцинкосодержащих шламов. Для этого была изготовлена опытная партия (2500 т) шламококсовых брикетов из конвертерных шламов и коксовой мелочи. Предварительно были испытаны на холодную и горячую прочность брикеты из доменных и конвертерных шламов, а также их смеси. Испытания опытных брикетов подтвердили их высокие металлургические свойства.

Брикеты для промышленных испытаний с целью упрощения технологии и в связи с ограниченными техническими возможностями отделения дозирования и смешивания компонентов шихты для прессования производили только из конвертерных шламов при их доле в шихте 65% (доля коксовой мелочи – 20%, цемента марки М-500 – 15%). Химический состав четырех брикетов, отобранных для анализа в различные периоды их изготовления, приведен в табл. 3.1.

Таблица 3.1.

Химический состав промышленных

шламококсовых брикетов, % (масс.)

 

Номер брикета

Fe

FeO

Fe2O3

CaO

SiO2

Al2O3

MgO

C

ZnO

1

31,3

28,17

13,42

21,4

9,62

1,45

1,39

18,76

1,25

2

37,4

32,70

17.1

18,1

6.12

1,23

0,84

18,94

1,62

3

35,2

27,15

20,11

19,0

5,87

1,53

0,92

20,22

1,56

4

36,5

33,7

13,33

21,1

6,8

1,24

1,34

18,0

1,55

 

С целью предварительной оценки эффективности применения шламококсовых брикетов для выплавки чугуна в доменной печи выполнили компьютерное математическое моделирование (с помощью математической модели доменного процесса, разработанной в МИСиС) доменной плавки с использованием шламококсовых брикетов следующего состава, % (масс.): Fe – 34,87; FeO – 30,43; Fe2O3 – 16,0; CaO -  19,9; SiO2 – 7,1;  Al2O3 – 1,36; MgO – 1,12; C – 19.0; ZnO – 1,5.

Проплавка брикетов в доменной печи №2 началась 20 марта 2003 г., через две недели после работы печи на шламовом агломерате с повышенной цинковой нагрузкой (до 1500г/т чугуна). В течение этих двух недель цинковая нагрузка составляла 266 г/т чугуна. За период с 20 по 30 марта было проплавлено 2001 т брикетов. 25 марта в связи с длительной остановкой печи шламокосовые брикеты не использовали. Расход брикетов изменяли от 60 т/сут (20 марта) до 358 т/сут (29 марта). Средний их расход за весь период опытных плавок (исключая 25 марта) составил 121 кг/т чугуна, максимальный – 192 кг/т. В последние  четыре дня исследований расход брикетов изменялся от 125 до 192 кг/т.

Для оценки эффективности использования шламокосовых брикетов применили метод пофакторного анализа, сопоставили показатели доменной плавки в опытном (20-30 марта 2003 г, исключая 25 марта) и базовом (1-15 марта и 31 марта-6 апреля) периодах (табл. 3.2). Установлено, что при проплавке шламококсовых брикетов в количестве 121 кг/т расход кокса снизился на 23,2 кг/т (0,19 т кокса на 1 т брикетов), а производительность печи уменьшилась на 103 т/сут, или 5% (табл. 3.3). Результаты моделирования также подтверждают возможность получения вполне удовлетворительных показателей доменной плавки при использовании нового комплексного компонента доменной шихты, содержащего флюсующие оксиды и оксиды железа и углерод для их восстановления.

Таблица 3.2.

Технико-экономические показатели доменной плавки в опытном и базовом периодах и по результатам компьютерного моделирования.

 

Показатели

Периоды

Результаты модели-рования

опытный

базовый

Производительность, т/сут

1828

2050

1851

Расход сухого скипового кокса, кг/т

485,5

482,5

459

Расход природного газа, м3

80,2

86,1

82

Расход брикетов, кг/т

121

-

125

Содержание железа в шихте, %

58,06

59,1

58,4

Температура дутья, 0С

966

994

970

Влажность дутья, г/м3

4,4

2,8

5,0

Содержание кислорода в дутье, %

26,5

26,8

26,5

Давление дутья, МПа (изб)

0,198

0,201

0,201

Давление газа на колошнике, МПа (изб)

0,098

0,101

0,101

Температура газа на колошнике, 0С

161

142

209

Содержание в чугуне,%:

 

 

 

 

Si

0,84

0,72

0,75

Mn

0,09

0,12

0,11

S

0,015

0,018

0,015

P

0,07

0,09

0,05

Температура чугуна, 0С

1476

1467

-

Основность шлака (CaO/SiO2)

1,08

1,08

1,08

Состав колошникового газа, %:

 

 

 

 

CO2

20,5

20,0

19,4

CO

23,6

23,3

24,9

H2

7,6

8,46

6,3

Приведенная производительность, т/сут

1828

1931

1819

Приведенный расход кокса, кг/т

485,5

508,7

470

 

 

Таблица 3.3.

Показатели работы доменной печи в зависимости от расхода шламококсовых брикетов (без приведения показателей к одинаковым условиям с помощью пофакторного анализа).

 

Показатели

Период работы печи

1.03-15.03

21.03-27.03

28.03-30.03

Расход брикетов, кг/т

-

92

167

Производительность печи, кг/т

2009

1852

1797

Расход кокса, кг/т

495,8

487

479

Расход дутья, м3/мин

1810

1725

1699

 

Основными причинами снижения производительности доменной печи при применении брикетов в шихте являются: увеличение физического и химического нагрева чугуна, что связано с неотработанной технологией применения нового материала, содержащего углерод и имеющего повышенную основность; образование тугоплавких кальций-алюмо-магниевых силикатных соединений из пустой породы брикетов, медленно растворяющихся в железистых первичных шлаках, образующихся из агломерата и окатышей; работа печи с повышенной цинковой нагрузкой.

Первая причина устраняется при налаженном промышленной производстве брикетов с постоянным контролем их состава и внесением соответствующих коррективов в технологическую инструкцию по ведению доменной плавки. Вторая причина может быть частично устранена снижением основности брикетов путем уменьшения доли цемента в шихте для их производства. Испытания опытных брикетов, полученных с различной долей цемента в шихте (от 15 до 8%) показали принципиальную возможность значительного снижения расхода цемента на производство брикетов. Полностью эту причину можно устранить при изготовлении брикетов пониженной основности из смеси доменных и конвертерных шлаков и прокатной окалины с выводом из шихты части конвертерных шламов, вдувая их в воздушные фурмы доменной печи. Подобное решение аналогичной технологической проблемы применено на заводе в Лулеа (Швеция) при работе на 100% офлюсованных окатышей.

Для анализа поведения цинка при проплавке шламококсовых брикетов были составлены балансы цинка за три периода работы печи: 1-15 марта (базовый), 21-30 марта (опытный) и 27-29 марта (с максимальной цинковой нагрузкой). При этом долю пыли, улавливаемой в сухом пылеуловителе, на основе проведенных в 2001 и 2002гг. замеров выхода шлама на печи №2 при проплавке в ней шламового агломерата принимали равной 50%. В базовый период (табл. 3.4) включены несколько суток работы печи на шламовом и промежуточном агломератах.

 

Таблица 3.4.

Баланс цинка при работе доменной печи на обычной шихте

(базовый период, цинковая нагрузка 266 г/т)

Материал

Расход, т

Содержание цинка,%

Количество поступившего/удаленного цинка, т (%)

Приход цинка в печь

Агломерат *

35405

0,021

7,435(92,6)

Окатыши

12590

0,002

0,252(3,14)

Конвертерный шлак

2340

0,003

0,07(0,87)

Кокс

15655

0,014

0,272(3.38)

Итого

 

 

8,029(100)

Вынос цинка из печи

Чугун

30135

0,005

1,507(11,18)

Шлак

10216

0,001

0,102(0,74)

Колошниковая пыль

160

0,24

0,384(2,85)

Шлам

160

7,18

11,49(85,23)

Итого

 

 

13,483(100)

* Средневзвешенное (по массе) содержание цинка в обычном, шламовом и промежуточном агломератах

 

Установлено, что при обычной технологии работа печи с повышенной цинковой нагрузкой  приводит к накоплению цинка в печи. Это требует периодического его удаления, например, путем полнового вывода из шихты цинксодержащих материалов, что применяется на доменной печи №2 ОАО «НЛМК» при проплавке шламового агломерата. В то же время, специальная технология плавки обеспечивает постоянный вывод цинка без его накопления в печи, что подтверждается многолетней работой доменных печей фирмы DK Recycling с цинковой нагрузкой до 45 кг/т .

Таким образом, промышленный опыт проплавки в доменной печи крупной партии шламококсовых брикетов подтвердил прогнозную оценку эффективности их применения (табл. 3.5).

 

Таблица 3.5.

Баланс цинка при работе доменной печи с применением шламококсовых брикетов (опытный период,

 средняя цинковая нагрузка 1589 г/т).

 

Материал

Расход,т

Содержание цинка,%

Количество поступившего/удаленного цинка, т (%)

Приход цинка в печь

Шламобрикеты

1941

1,25

24,263(82,86)

Агломерат *

23889

0,021

5,017(16,29)

Окатыши

4198

0,002

0,084(0,27)

Конвертерный шлак

431

0,003

0,013(0,04)

Кокс

9394

0,014

0,163(0,53)

Итого

 

 

29,539(100)

Вынос цинка из печи

Чугун

18594

0,007

1,302(6,43)

Шлак

6117

0,001

0,061(0,30)

Колошниковая пыль

150

0,394

0,585(2,89)

Шлам

150

12,2

18,3(90,38)

Итого

 

 

20,248(100)

* Средневзвешенное (по массе) содержание цинка в обычном, шламовом и промежуточном агломератах, проплавленных в опытном периоде

 

 

Кроме этого, при производстве брикетов, кроме шламов, утилизируется коксовая мелочь, что обеспечивает экономию кокса в количестве, эквивалентном содержанию углерода в брикетах. Снижение производительности доменной печи при проплавке шламококсовых брикетов может быть компенсировано обогащением дутья кислородом или другими технологическими мероприятиями. В целом шламококсовые брикеты по металлургическим свойствам удовлетворяют требованиям, предъявляемым к подготовленному доменному сырью.

 

Контактная информация:
тел./факс: +7 (4872) 45-81-16,(4872) 40-42-98, моб. +7 (910) 941-78-05 Котенёв Василий Ильич
E-mail: mashgeo@tula.net, briket@briket.ru

Создание: MAXiMaster  

©2002-2009 ЭкоМашГео