Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке
Показано, что расширение арсенала технологий замещения кокса различными энергоносителями совершенно необходимо в условиях рыночной конъюнктуры для оперативного выбора наиболее эффективных вариантов технологии в ходе динамичного изменения цен. На основе разработанной в ИЧМ НАН Украины математической...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159600 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке / И.Г. Товаровский, В.П. Лялюк, А.Е. Меркулов // Металл и литье Украины. — 2013. — № 12. — С. 21-27. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159600 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Товаровский, И.Г. Лялюк, В.П. Меркулов, А.Е. 2019-10-09T13:53:21Z 2019-10-09T13:53:21Z 2013 Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке / И.Г. Товаровский, В.П. Лялюк, А.Е. Меркулов // Металл и литье Украины. — 2013. — № 12. — С. 21-27. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159600 669.162.16 Показано, что расширение арсенала технологий замещения кокса различными энергоносителями совершенно необходимо в условиях рыночной конъюнктуры для оперативного выбора наиболее эффективных вариантов технологии в ходе динамичного изменения цен. На основе разработанной в ИЧМ НАН Украины математической модели выполнен анализ коксосберегающих режимов доменной плавки, который показал возможность поэтапной реализации альтернативных режимов: загрузка в печь кускового угля с улучшением свойств сырья – использование пылеугольного топлива – вдувание продуктов газификации углей. Такая схема обеспечит сокращение расхода кокса до уровня 200 кг/т чугуна. Показано, що розширення арсеналу технологій заміщення коксу різними енергоносіями абсолютно необхідно в умовах ринкової кон’юнктури для оперативного вибору найбільш ефективних варіантів технології в ході динамічного зміни цін. На основі розробленої в ІЧМ НАН України математичної моделі виконано аналіз коксозберігаючих режимів доменної плавки, який показав можливість поетапної реалізації альтернативних режимів: завантаження в піч кускового вугілля з поліпшенням властивостей сировини – використання пиловугільного палива – вдування продуктів газифікації вугілля. Така схема забезпечить зменшення витрати коксу до рівня 200 кг/т чавуну. Expand the arsenal of technology substitution of coke by different energy sources is necessary in a market environment for the rapid selection of the most effective technology options in the dynamic price changes. The developed in the Iron and Steel Institute NAS mathematical model of the analysis modes saving coke blast furnace, which showed the possibility of a phased implementation of alternative modes: charge of lump coal into the furnace with improved properties of the raw material – the use of pulverized coal injection – the injection of coal gasification products. This arrangement provides reduction in consumption of coke to a level of 200 kg / t pig iron. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке Альтернативні технології заміщення коксу і природного газу в доменній плавці Alternative technologies replacement coke and natural gas in blast furnace Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке |
| spellingShingle |
Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке Товаровский, И.Г. Лялюк, В.П. Меркулов, А.Е. |
| title_short |
Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке |
| title_full |
Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке |
| title_fullStr |
Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке |
| title_full_unstemmed |
Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке |
| title_sort |
альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке |
| author |
Товаровский, И.Г. Лялюк, В.П. Меркулов, А.Е. |
| author_facet |
Товаровский, И.Г. Лялюк, В.П. Меркулов, А.Е. |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Альтернативні технології заміщення коксу і природного газу в доменній плавці Alternative technologies replacement coke and natural gas in blast furnace |
| description |
Показано, что расширение арсенала технологий замещения кокса различными энергоносителями совершенно необходимо в условиях рыночной конъюнктуры для оперативного выбора наиболее эффективных вариантов технологии в ходе динамичного изменения цен. На основе разработанной в ИЧМ НАН Украины математической модели выполнен анализ коксосберегающих режимов доменной плавки, который показал возможность поэтапной реализации альтернативных режимов: загрузка в печь кускового угля с улучшением свойств сырья – использование пылеугольного топлива – вдувание продуктов газификации углей. Такая схема обеспечит сокращение расхода кокса до уровня 200 кг/т чугуна.
Показано, що розширення арсеналу технологій заміщення коксу різними енергоносіями абсолютно необхідно в умовах ринкової кон’юнктури для оперативного вибору найбільш ефективних варіантів технології в ході динамічного зміни цін. На основі розробленої в ІЧМ НАН України математичної моделі виконано аналіз коксозберігаючих режимів доменної плавки, який показав можливість поетапної реалізації альтернативних режимів: завантаження в піч кускового вугілля з поліпшенням властивостей сировини – використання пиловугільного палива – вдування продуктів газифікації вугілля. Така схема забезпечить зменшення витрати коксу до рівня 200 кг/т чавуну.
Expand the arsenal of technology substitution of coke by different energy sources is necessary in a market environment for the rapid selection of the most effective technology options in the dynamic price changes. The developed in the Iron and Steel Institute NAS mathematical model of the analysis modes saving coke blast furnace, which showed the possibility of a phased implementation of alternative modes: charge of lump coal into the furnace with improved properties of the raw material – the use of pulverized coal injection – the injection of coal gasification products. This arrangement provides reduction in consumption of coke to a level of 200 kg / t pig iron.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159600 |
| citation_txt |
Альтернативные технологии замещения кокса и природного газав доменной плавке / И.Г. Товаровский, В.П. Лялюк, А.Е. Меркулов // Металл и литье Украины. — 2013. — № 12. — С. 21-27. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT tovarovskiiig alʹternativnyetehnologiizameŝeniâkoksaiprirodnogogazavdomennoiplavke AT lâlûkvp alʹternativnyetehnologiizameŝeniâkoksaiprirodnogogazavdomennoiplavke AT merkulovae alʹternativnyetehnologiizameŝeniâkoksaiprirodnogogazavdomennoiplavke AT tovarovskiiig alʹternativnítehnologíízamíŝennâkoksuíprirodnogogazuvdomenníiplavcí AT lâlûkvp alʹternativnítehnologíízamíŝennâkoksuíprirodnogogazuvdomenníiplavcí AT merkulovae alʹternativnítehnologíízamíŝennâkoksuíprirodnogogazuvdomenníiplavcí AT tovarovskiiig alternativetechnologiesreplacementcokeandnaturalgasinblastfurnace AT lâlûkvp alternativetechnologiesreplacementcokeandnaturalgasinblastfurnace AT merkulovae alternativetechnologiesreplacementcokeandnaturalgasinblastfurnace |
| first_indexed |
2025-11-26T17:55:28Z |
| last_indexed |
2025-11-26T17:55:28Z |
| _version_ |
1850766516939653120 |
| fulltext |
21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (247) ’2013
вдувания ПУТ в современном динамичном мире ры-
ночной экономики при дефиците всех ресурсов озна-
чает обречь многие предприятия на беззащитность
перед неожиданными поворотами конъюнктуры рын-
ка. Расширение технологии вдувания ПУТ в отрасли
при сопутствующем развитии работ по улучшению
металлургических свойств сырья и кокса как основы
технического прогресса должно сопровождаться раз-
работкой дополняющих и альтернативных технологий.
Эта идеология становится приемлемой для большого
количества специалистов, в том числе бывших её оп-
понентов [8].
Одной из альтернатив вдувания только ПУТ явля-
ется технология мобильного сочетания ПУТ и коксо-
вого газа (КГ) или другого восстановительного газа,
которая позволяет при недостатке углей требуемого
сортамента для приготовления ПУТ (например по золь-
ности), вдувать на отдельных доменных печах ПУТ не
200-250, а 100-150 кг/т. В этом случае для поддержа-
ния на оптимальном уровне температуры у фурм и со-
ответственно температурного поля печи потребуется
вдувать 100-150 м3/т КГ или эквивалентное количество
другого восстановительного газа, например, продуктов
газификации угля (ПГУ) широкого назначения [11] с по-
лучением расхода кокса, соответствующего вдуванию
ПУТ 200 кг/т. При невозможности получения требуемых
металлургических свойств кокса (по любым причинам)
целесообразно сократить расход ПУТ вплоть до нуля,
а расход КГ увеличить до 200-250 м3/т, что позволит по-
лучать доступную величину экономии кокса с сохране-
нием стабильности процессов.
К необходимости использования КГ приходят и
японские специалисты, разрабатывающие способ
выплавки чугуна с вдуванием в доменную печь КГ,
подвергнутого конверсии и имеющего высокое со-
держание водорода [12].
В различных сочетаниях с ПУТ, в том числе и при
полном отключении ПУТ, по разным причинам можно
использовать технологию загрузки подготовленного кус-
кового антрацита. Наиболее показательные результа-
ты этой технологии получены в ПАО «АрселорМиттал
Кривой Рог» в периоды, когда комбинат не испытывал
Ш
ирокое развитие на предприятиях Украины тех-
нологии доменной плавки с замещением части
кокса и природного газа (ПГ) менее дефицитны-
ми энергоносителями потребовало более глу-
бокого и широкого анализа всех аспектов проблемы.
Ранее на основе обсуждения проблемы специали-
стами убедительно показано, что реализация ожидае-
мых результатов технологии с вдуванием пылеуголь-
ного топлива (ПУТ) требует, прежде всего, решения
комплекса технических проблем коренного улучшения
металлургических свойств кокса и железорудного сы-
рья [1-8]. Сюда следует добавить решение проблем
управления процессами при низком расходе кокса,
особенно «сверху» параметрами загрузки [9]. Пути
решения этих проблем известны [1, 2, 6-9], а труд-
ности реализации в ограниченных масштабах пре-
одолимы. Однако при решении проблем в масштабах
отрасли возникают серьезные ограничения, обуслов-
ленные, в частности, дефицитом коксующихся углей
и углей для приготовления ПУТ [4, 7].
Указанные ограничения, которые не ощущались в
начальный период расширения вдувания ПУТ в Евро-
пе и Азии, теперь характерны не только для Украины
и России, но вскоре (по мере исчерпания ресурсов)
окажут конъюнктурное влияние на развитие всей ми-
ровой металлургии.
Учитывая изложенное, следует сочетать развитие
ПУТ с разработкой и развитием альтернативных кок-
созамещающих технологий. В связи с этим следует
отметить, что декларируемая в работе [1, 2] “безаль-
тернативная перспектива” вдувания ПУТ в условиях
возрастающего дефицита углей коксующихся и для
приготовления ПУТ, а также качественного железоруд-
ного сырья может перерасти в тупиковую перспективу
для отдельных предприятий.
Этот стратегический шаг в развитии доменного
производства Украины и России требует глубокого и
широкого осмысления, тем более, что изложенные в
[1, 2] аргументы против альтернативных технологий
оказались неубедительными [10]. Показано [10], что
сводить технический прогресс в доменном производ-
стве к расширению только использования технологии
УДК 669.162.16
И. Г. Товаровский, В. П. Лялюк*, А. Е. Меркулов
Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова НАН Украины, Днепропетровск
*Металлургический институт Криворожского национального университета, Кривой Рог
Альтернативные технологии замещения кокса и природного
газа в доменной плавке
Показано, что расширение арсенала технологий замещения кокса различными энергоносителями совер-
шенно необходимо в условиях рыночной конъюнктуры для оперативного выбора наиболее эффективных
вариантов технологии в ходе динамичного изменения цен. На основе разработанной в ИЧМ НАН Украины
математической модели выполнен анализ коксосберегающих режимов доменной плавки, который показал
возможность поэтапной реализации альтернативных режимов: загрузка в печь кускового угля с улучшением
свойств сырья – использование пылеугольного топлива – вдувание продуктов газификации углей. Такая схе-
ма обеспечит сокращение расхода кокса до уровня 200 кг/т чугуна.
Ключевые слова: доменная плавка, продукты газификации угля, пылеугольное топливо, кокс
22 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (247) ’2013
ДП и поступают в фурменный очаг. Часть окислитель-
ного дутья, поступающего непосредственно в ДП для
сжигания кокса, подается отдельным трактом, который
может быть выполнен в двух вариантах: автономный
отвод горячего дутья из опуска коллектора с подводом
его к воздушной фурме для ввода в ДП; замена части
горячего дутья эквивалентным количеством неподогре-
того (холодного) кислорода – ХК, подаваемого трубкой
через тело фурмы в фурменный очаг (по основному ка-
налу фурмы поступают ПГУ).
Высокая полнота газификации ПУТ в ПФГ при
полном ожижении зольной части с выносом её в ДП
обеспечивает эффективный режим сжигания кокса в
фурменных очагах и позволяет, в отличие от обыч-
ного вдувания ПУТ, использовать для вдувания в ДП
большое количество высокозольных углей.
Для анализа особенностей новой технологии и
ожидаемых результатов выполнены расчеты на мо-
дели, разработанной в Институте черной металлур-
гии им. З. И. Некрасова НАН Украины [11, 16, 17].
В качестве базового периода приняты параметры
работы ДП-9 ПАО «АМКР» в лучшем по показате-
лям периоде – октябре 2006 г. Вариант ПУТ предпо-
лагает вдувание 250 кг/т чугуна малозольного угля
(до 10 % золы, 13 % летучих, табл. 1) при полном
выводе природного газа, а вариант ПГУ – вдувание
ГВГ–ПГУ из высокозольных углей (25 % золы и ле-
тучих, табл. 1) в количестве 400 кг угля на 1 т чугуна,
предполагающем замещение такого же количества
кокса, как в варианте ПУТ.
Остальные варианты предполагают минимизацию
расхода кокса Кмин за счет увеличения температуры
дутья до 1300 ºС и перевода дополнительного из-
вестняка из доменной шихты в агломерационную, а
также последующего увеличения содержания желе-
за в шихте и выбора рационального распределения
рудной нагрузки (РН) в поперечном сечении ДП.
Распределение рудных нагрузок по радиальным
кольцевым сечениям (РКЗ) печи рассчитывается по
заданному в базовом варианте распределению каж-
дого компонента шихты между РКЗ, а при поиске наи-
лучшего – задаются. Результаты определения распре-
делений относительных рудных нагрузок представле-
ны в табл. 2.
Особенностью распределения рудных нагрузок в
базовом периоде (табл. 2) является наличие в про-
межуточной зоне отдельных РКЗ со сверхвысокой
рудной нагрузкой, что характерно для конусной за-
грузки. Однако расположение указанных РКЗ вблизи
оси (РКЗ–2, 3) существенно изменяет в положитель-
ном направлении их функциональную роль и влияние
на эффективность плавки. Требуется дополнительное
изучение этой особенности.
дефицита в антраците и получал качественный обо-
гащенный продукт. Так, в октябре 2006 г. расход кок-
са на доменной печи объемом 5000 м3 составлял
426,8 кг/т при расходе антрацита 56 кг/т и природно-
го газа 87,1 м3/т, а на доменной печи № 6 объемом
2000 м3 в августе 2006 г. расход кокса был 436,1 кг/т
при расходе антрацита 74 кг/т и природного газа
69,9 м3/т [13, 14].
Опыт работы доменной печи № 5 объемом 1719 м3
Алчевского МК на двух технологиях, разделенных
непродолжительным отрезком времени, с загрузкой
кускового антрацита через колошник и вдуванием
в фурмы ПУТ с 2006 по ноябрь 2010 г. показал сле-
дующее: при работе с загрузкой антрацита достиг-
нутый минимальный расход кокса составил 444 кг/т
при расходе антрацита 44 кг/т (в среднем за 2006 г.)
и природного газа 89 м3/т [14], а при вдувании ПУТ в
марте 2009 г. достиг 477 кг/т при расходе ПУТ 64 кг/т
чугуна и природного газа 51,8 м3/т; в 2012 г. в резуль-
тате кардинального улучшения характеристик кокса и
сырья расход кокса на доменной печи № 5 в 2012 г. со-
кратился до 400-445 кг/т при расходе ПУТ 107-155 кг/т
чугуна [15]. Корректировка параметров работы ДП-5 с
загрузкой антрацита в 2006 г. по изменившимся в 2012 г.
характеристикам кокса и сырья показала возможность
сокращения расхода кокса до 397 кг/т при расходе ан-
трацита 70 кг/т и уменьшении потребления природного
газа с 89 до 40 м3/т и кислорода вплоть до перехода на
атмосферное дутьё.
Таким образом, каждому варианту технологии с
вдуванием ПУТ соответствует вариант альтернатив-
ной технологии, обеспечивающий не больший расход
кокса, чем в исходном случае. Окончательный выбор
варианта определяется характером используемых
критериев и ограничений.
Преимущества технологии вдувания ПУТ по срав-
нению с технологией загрузки кускового антрацита
могут быть реализованы при дальнейшем совершен-
ствовании режима плавки с увеличением расхода
ПУТ до 200-250 кг/т чугуна и сокращением расхода
кокса до 300-350 кг/т чугуна.
В связи с возрастающим дефицитом малозоль-
ных углей для приготовления ПУТ фундаментальное
решение проблемы сокращения расхода кокса до
180-200 кг/т чугуна с использованием для его замеще-
ния низкосортных углей может быть получено на ос-
нове разработки новой технологии доменной плавки
с вдуванием горячих восстановительных газов – про-
дуктов газификации углей (ГВГ–ПГУ), получаемых в
специальных газификаторах – прифурменных (на ДП)
и придоменных (в отдельных агрегатах).
Сущность технологии с вдуванием ПГУ заключает-
ся в следующем. Каждый фурменный прибор ДП на
участке «колено-сопло» оборудует-
ся прифурменным газификатором
(ПФГ) – устройством для газифика-
ции ПУТ. Сверху от коллектора го-
рячего дутья через опуск к ПФГ по-
дается горячее дутье, в поток кото-
рого вдувается ПУТ. Генерируемые
в устройстве ГВГ-ПГУ выводятся из
ПФГ в области воздушной фурмы
Таблица 1
Составы углей, принятые для расчета показателей и параметров ДП
при вдувании ПУТ и ПГУ
Угли для
вдувания
Зола Летучие S H N O H2O Cлет С∑ Снел
% кг/кг
ПУТ 10 13 1,2 0,04 0,015 0,025 0,01 0,05 0,798 0,748
ПГУ 25 25 1,2 0,05 0,025 0,075 0,01 0,1 0,578 0,478
23МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (247) ’2013
В табл. 3 приводятся основ-
ные расчетные показатели плав-
ки в различных вариантах тех-
нологии, а на рисунке показано
температурно-концентрационное
поле в объеме ДП в эти перио-
ды. При вдувании ПУТ (250 кг/т
чугуна) сокращение расхода кок-
са составило 176 кг/т, а с учетом
Таблица 2
Распределение относительных рудных нагрузок
РКЗ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ФРН 0,414 1,541 1,475 1,125 1,008 0,995 1,049 0,995 0,961 0,926
РРН 0,42 1,12 1,12 1,12 1,12 1,12 1,12 1,12 1,12 1,12
Примечание: ФРН – фактические, РРН – равномерные в промежуточных РКЗ
Таблица 3
Ожидаемые показатели доменной плавки на ДП 5000 м3 ПАО «АМКР» при вдувании ПУТ, ПГУ и непо-
догретого кислорода (ХК), а также минимизации расхода кокса (Кмин) за счет увеличения температуры
дутья, перевода сырого известняка в аглошихту, увеличения содержания железа в шихте (Fe) и вы-
бора распределения рудных нагрузок на колошнике (РРН)
Показатели База ПУТ250 ПГУ400 Кмин ФРН КминРРН+Fe КминРРН. Fe.
ХК
Производительность, т/сут 9604 9170 7910 9012 10078 8926
Расход кокса, кг/т чугуна 483 308 342 250 199 250
Дутье: расход, м3/мин
температура, °С
содержание кислорода, %
6674
1090
30,5
6389
1090
30,5
3060
1090
30,5
2172
1300
30,5
1488
1300
30,5
858
100
90
Расход природного газа, м3/т 87 0 0 0 0 0
Расход вдуваемого угля, кг/т 0 250 400 400 400 400
Колошниковый газ: температура, °С
содержание, %: СО
СО2
Н2
81
29,1
19,8
7,7
308
27,9
22,4
5,0
289
29,3
19,0
8,3
185
28,3
19,9
9,2
62
26,8
21,9
9,6
259
25,9
20,9
8,5
Известняк/конвертируемый шлак, кг/т 35/56 47/56 132/55 0/57 0/54 0/54
Агломерат + окатыши + руда, кг/т 1629 1627 1610 1677 1566 1567
Железо в шихте, % 55,2 55,0 53,5 53,7 57,4 57,4
Рудная нагрузка, т/т 3,7 5,8 5,4 7,2 8,4 6,7
В шлаке*, %: кремнезем
глинозем
известь
магнезия
37,0
8,7
45,0
4,7
35,9
8,6
43,7
4,5
36,0
9,7
43,7
4,0
35,5
9,5
43,2
4,0
34,3
10,6
41,7
3,9
34,2
10,5
41,6
3,9
Количество шлака, кг/т 416 445 550 545 429 429
Объем влажного газа, м3/т 1715 1649 2027 1720 1538 1774
Расход кислорода (расчет), м3/т 141 142 79 49 30 139
Теоретическая температура горения, °С 2219 2328 2056 2054 1947 1970
Количество фурменного газа, м3/т 1502 1459 1844 1566 1388 1658
Количество сухого колошникового газа, м3/т 1607 1568 1905 1598 1411 1646
Прямое восстановление оксида Fe, % 35,9 33,1 22,0 28,3 29,0 19,1
Использование СО + Н2, % 40,5 44,4 39,1 41,3 44,9 44,7
Кусковой углерод, кг/т: общий/в районе фурм 411/284 262/140 291/185 213/115 170/71 213/134
Приход теплоты, кДж/кг
в том числе: горение кокса
теплота дутья и добавок
4425
2790
1508
4917
1374
3423
5314
1815
3373
4617
1131
3368
3927
693
3125
4615
1317
3191
Потребность теплоты, кДж/кг 3899 3846 3777 3591 3346 3160
Энтальпия колошникового газа, кДж/кг 225 824 1164 639 194 1021
Потери теплоты, кДж/кг 302 247 373 388 387 434
Доля полезной теплоты, % 88 78 71 78 85 68
Отношение водяных чисел 0,856 0,819 0,80 0,831 0,848 0,86
Теплотворность колошникового газа, кДж/м3 4513 4076 4610 4574 4439 4187
Интенсивность: по газу, м3/(м3·мин)
по коксу/ЖРШ, кг/(м3·сут)
2,27
902/3217
2,09
549/3069
2,21
525/2620
2,14
438/3107
2,14
390/3245
2,18
435/2876
ПГУ**: количество, м3/т чугуна.
температура, °С
содержание СО+Н2, %
0
–
–
0
–
–
1106
1590
60,3
1106
1693
60,3
1106
1693
60,3
1393
1572
48,1
*при содержании в чугуне во всех вариантах, %: Si – 0,84; Mn – 0,32; S – 0,019 и основности шлака – 1,22;
**при заданном отношении О/С = 0,5 моль/моль
24 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (247) ’2013
Температуры фазовых превращений
2,0 1,5 1,4 0,8 1,8 1,1
1032 1041
1004
1062 tр
1150
1167
1143
1185 tп
1280
1286
1279
1292 tж
5
10
15
20
25
30
0246810
Толщина
ЗРП
Температура фазовых
превращений
Температуры фазовых превращений
1,01,71,11,11,11,7
1059 tр
999
1043
1031
1175 tп
1178
1162
1157
1289 tж
1284
1286
1280
5
10
15
20
25
30
0246810
Толщина
ЗРП
Температура фазовых
превращений
Температуры фазовых превращений
1,71,41,9
1,9
1,92,6
1066 tр
1029
10551040
1182 tп
1167
1173
1154
1293 tж
1286
1289
1282
5
10
15
20
25
30
0246810
Толщина
ЗРП
Температура фазовых
превращений
Температуры фазовых превращений
1,2 1,4 1,2 1,2 1,2 1,1
1065
1067
1066
1082 tр
1185
1193 1194
1209 tп
1283
1289 1289
1290 tж
5
10
15
20
25
30
0246810
Толщина
ЗРП
Температура фазовых
превращений
Значения T-t по радиальным зонам
0
5
10
15
20
25
30
0 200 400 600 800 1000 1200
вы
со
та
,м
.
р1
р2
р3
р4
р5
р6
р7
р8
р9
р10
Значения Т-t по
радиальным зонам
Значения T-t по радиальным зонам
0
5
10
15
20
25
30
0 200 400 600 800 1000 1200
р1
р2
р3
р4
р5
р6
р7
р8
р9
р10
Значения Т-t по
радиальным зонам
Значения T-t по радиальным зонам
0
5
10
15
20
25
30
0 200 400 600 800 1000 1200
р1
р2
р3
р4
р5
р6
р7
р8
р9
р10
Значения Т-t по
радиальным зонам
Значения T-t по радиальным зонам
0
5
10
15
20
25
30
0 200 400 600 800 1000 1200
р1
р2
р3
р4
р5
р6
р7
р8
р9
р10
Значения Т-t по
радиальным зонам
База ПУТ250 ПГУ400 КминРРН+Fe
Температура газов : Т , 0С
400
600
800
1000
1200
140016001800
2000
200
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0
5
10
15
20
25
30
0246810
Температура газов: Т, оС Температура газов : Т , 0С
600
800
1000
200
200400
400
600
800
1000
1200
1200
1400
1400
1600
1600
1800
1800
0
5
10
15
20
25
30
0246810
Температура газов: Т, оС Температура газов : Т , 0С
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
200
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0
5
10
15
20
25
30
0246810
Температура газов: Т, оС Температура газов : Т , 0С
400
600
800
1600
2000
200
200
400
600
800
1000
1000
1200
1200
1400
1400
1600
1800
1800
2000
0
5
10
15
20
25
30
0246810
Температура газов: Т, оС
Изолинии температуры газа (Т), разности температур газа и шихты (T-t), а также параметры зоны размягчения и плавле-
ния (ЗРП) в рабочем пространстве ДП в базовом периоде при вдувании ПУТ, ПГУ и КминРРН+Fe; по горизонтали – рас-
стояние от оси ДП, по вертикали – расстояние от «технологического нуля», м; tр – температура начала размягчения, tп
– плавления, tж – жидкофазного течения
25МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (247) ’2013
ния разности температур газа и шихты увеличиваются.
Вверх перемещаются и элементы ЗРП с некоторым
уменьшением их толщины. Характерно, что величины
указанных изменений в случае ПУТ – значительны, а в
случае ПГУ – малозначительные.
При формировании варианта с минимизацией рас-
хода кокса величину РН варьировали у периферии
при заданной РН у оси и равномерном распределе-
нии в остальных радиальных зонах. В лучшем из рас-
смотренных вариантов КминРРН+Fe (199 кг/т чугуна,
10 тыс. т чугуна в сутки) достигнуто равномерное рас-
пределение температур в РКЗ-2–9 при смещении изо-
терм этих РКЗ, а также границ зон теплообмена (точек
перегиба кривых разности температур газа и шихты)
в область, ниже соответствующих величин базового
периода, а также перемещения периферийной изо-
термы в низ заплечиков. В соответствии с изменением
температурного поля произошла деформация ЗРП,
элементы которой в РКЗ-2–9 сдвинулись в низ шах-
ты, а в РКЗ–10 (периферия) – в середину заплечиков.
Полученное в этом варианте температурно-концен-
трационное поле печного пространства более благо-
приятно для хода процессов, чем в других периодах.
Выводы
Расширение технологии вдувания ПУТ в отрасли
при сопутствующем развитии работ по улучшению
металлургических свойств сырья и кокса как основы
технического прогресса должно сопровождаться раз-
работкой дополняющих и альтернативных технологий.
Одной из альтернатив вдуванию только ПУТ является
технология мобильного сочетания ПУТ, КГ и кускового
антрацита, которая позволяет при недостатке углей
требуемого сортамента сокращать расход ПУТ вплоть
до нуля при увеличении расхода КГ до 200-250 м3/т и
антрацита до 70-90 кг/т, обеспечивающем получение
доступной экономии кокса. Расширение арсенала тех-
нологий замещения кокса различными энергоносите-
лями совершенно необходимо в условиях рыночной
коньюнктуры для оперативного выбора наиболее эф-
фективных вариантов технологии в ходе динамичного
изменения цен.
Реализацию альтернативных режимов целесо-
образно осуществлять поэтапно.
В ДП-9 ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» перво-
степенным является коренное улучшение металлур-
гических характеристик кокса и сырья, которое уже в
ближайшее время позволит достичь расхода кокса
380-400 кг/т, а при сочетании с разработанной и осво-
енной технологией загрузки в ДП кускового антрацита –
300-320 кг/т без значительных капитальных затрат.
На этой основе в последующий период возможна
реализация технологии замещения более 50 % кокса
углем при полном исключении природного газа. По-
скольку обеспечение этой технологии низкозольными
углями в сложившихся и в перспективных условиях
проблематично, необходимо актуализировать раз-
работку, испытание и реализацию новой технологии
доменной плавки с вдуванием продуктов газифика-
ции зольных углей, которая обеспечит сокращение
расхода кокса до минимально возможного уровня –
180-200 кг/т чугуна.
вывода природного газа (87 м3/т) – 250 кг/т, что со-
ответствует эквиваленту замещения кокса ЭЗк =
= 1,0 кг кокса/кг угля. При вдувании ПГУ (расход угля
400 кг/т) сокращение расхода кокса соответствует
ЭЗк = 0,54 кг кокса/кг угля. Соответствующие эквива-
ленты замещения по углероду кокса и углей (см. табл. 1):
при вдувании ПУТ – ЭЗс = 1,07 кг Скокса/кг Сугля; при вдува-
нии ПГУ: ЭЗс = 0,794 кг Скокса/кг Сугля.
Замещение углерода с величиной ЭЗс > 1,0 кг Скокса/кг
Сугля в случае ПУТ полностью объясняется сокращением
степени прямого восстановления, которое в «чистом»
виде составляет 0,03-0,04 % / кг ПУТ и существенно
увеличивает эквивалент замещения [11]. Для случая
ПГУ указанная величина была 0,05 % / кг угля, что со-
ответствует увеличению ЭЗк на 0,2 кг/кг. За счет этого
замещение углерода могло быть ЭЗс = 1,2 против фак-
тического 0,794 кг Скокса/ кг Сугля. Разница ЭЗс = 0,4 кг/кг
обеспечивает процесс превращения дополнительного
шлака и флюса, образованных за счет превышения
зольности кокса зольностью замещающего угля, и ко-
личественно соответствует известным балансовым со-
отношениям [11, 17].
Величина удельного расхода кокса при вдувании
ПУТ (250 кг/т) снижается до 308 кг/т чугуна, а при вду-
вании ПГУ (400 кг угля/т чугуна) – 342 кг/т. Дальней-
шее совершенствование технологии с вдуванием ПГУ
позволит достичь минимально-возможного уровня
расхода кокса 200 кг/т чугуна, что подтверждается ре-
зультатами расчета ряда вариантов (табл. 2 и рисунок):
КминФРН – увеличение температуры дутья до 1300 ºС и
перевод сырого флюса из доменной шихты в агломе-
рационную при фактическом распределении рудных
нагрузок на колошнике (ФРН); КминРРН+Fe – то же при
равномерном распределении рудных нагрузок в про-
межуточных радиальных зонах и периферийной «от-
душине» (РРН), а также увеличении содержания желе-
за в шихте; КминРРН.Fe.ХК – то же при замене горячего
дутья неподогретым (холодным) кислородом.
Уже первый из рассмотренных вариантов дает
низкий расход кокса (250 кг/т) при умеренной произ-
водительности (9012 т/сут), что во многом обусловле-
но хорошим распределением материалов на колош-
нике в базовом периоде. Для варианта КминРРН+Fe
соответственно получены наилучшие результаты –
расход кокса 199 кг/т чугуна и производительность
10078 т/сутки. Приемлемым при определенных усло-
виях является также вариант КминРРН.Fe.ХК (250 кг/т).
Таким образом, подача в ДП до 400 кг/т чугуна вы-
сокозольного угля (25 % золы) в виде ПГУ позволит за-
менить количество кокса, близкое к 250 кг/т чугуна ПУТ
(достигнуто в мировой практике) из малозольных углей
(до 10 % золы). При дальнейшем совершенствовании
параметров новой технологии и оптимизации распре-
деления материалов на колошнике возможно сокраще-
ние расхода кокса до минимально допустимого уровня
180÷200 кг/т чугуна [11, 16, 17].
Изменение температурно-концентрационных по-
лей печного пространства при варьировании параме-
тров новой технологии характеризуется следующими
особенностями (рисунок): при вдувании ПУТ и ПГУ (по
сравнению с базовым периодом) изотеры газа, а также
границы зон теплообмена смещаются вверх, а значе-
26 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (247) ’2013
1. Внедрение пылеугольной технологии – безальтернативная перспектива доменного производства Украины / С. Л. Яро-
шевский, В. Е. Попов, А. М. Кузнецов и др. // II Международная конференция доменщиков по проблемам продления
компании доменной печи и освоения технологии вдувания ПУТ. Современные решения и практический опыт: тез.
докл. (Днепропетровск), 18-22 мая 2009 г. – Днепропетровск: Объединение производителей чугуна. – 2009. – С. 90-97.
2. Пылеугольное топливо – безальтернативная перспектива доменного производства в Украине / А. Н. Рыженков,
А. А. Минаев, С. Л. Ярошевский и др. // Сталь. – 2010. – № 10. – С. 7-14.
3. Харахулах В. С., Старовойт А. Г., Изюмский Н. Н. Проблемы доменного производства Украины и пути их решения при
вводе технологии вдувания ПУТ // Международный конгресс доменщиков по доменному производству XXI века: тез.
докл. (Москва), 12-16 апреля 2010 г. – М.: – Изд-во Кодекс, 2010. – С. 92-99.
4. Золотухин Ю. А., Андрейчиков Н. С. Требования к качеству кокса для доменных печей с высоким расходом пылеу-
гольного топлива // Сталь. – 2009. – № 6. – С. 3-7.
5. Курунов И. Ф. Состояние и развитие доменного производства Китая, Японии, Северной Америки, Западной Европы и
России // Бюллетень Черная металлургия ОАО “Черметинформация”. – 2010. – № 3. – С. 32-49.
6. Перспективы применения пылеугольного топлива в доменных печах Украины и России / А. А. Минаев, А. Н. Рыженков,
Ю. Г. Банников и др. // Сталь. – 2008. – № 2. – С. 5-11.
7. Старовойт А. Г. Современная сырьевая база для коксования, её структура и требования к качеству кокса // Новини
науки Придніпров’я. – 2010. – № 5. – С. 22-25.
8. Перспективы и эффективность технологии выплавки чугуна в доменных печах / С. Л. Ярошевский, З. К. Афанасьева,
А. В. Кузин, И. В. Мишин // Там же. – 2010. – № 5. – С. 25-31.
9. Большаков В. И. Технология высокоэффективной энергосберегающей металлургической доменной плавки. – Киев:
Наукова думка, 2007. – 411 с.
10. Товаровский И. Г., Большаков В. И., Лялюк В. П. Альтернативные коксосберегающие технологии – перспектива раз-
вития доменного производства. // Металлургическая и горноруд. пром-сть. – 2011. – № 2. – С. 10-13.
11. Товаровский И. Г. Доменная плавка. – Днепропетровск: Пороги, 2009. – 768 с.
12. Development of high-performance coking additive in high strength coke making / T. Shishido, T. Okayama, M. Hamaguchi et
al. // Zairyo to Prosesu =CAMP ISIJ. – 2009. – V, 22. – № 2. – С. 777.
13. Антрацит и термоантрацит в шихте доменной плавки // В. П. Лялюк, И. Г. Товаровский, Д. А. Демчук и др. – Днепропе-
тровск: Пороги, 2008. – 245 с.
14. Доменная плавка с заменой части кокса кусковым антрацитом / И. Г. Товаровский, В. П. Лялюк, Т. Г. Шевченко, В. С.
Листопадов и др. // XV международная конференция по теплотехнике и энергетике в металлургии: тез. докл. 7-9 октяб-
ря 2008 г., НМетАУ, Днепропетровск. – С. 240-241.
15. Захарченко В. Н. основные показатели работы доменного производства украины в 2012 году // VI Международный
Конгресс по агло-коксо-доменному производствам: Проблемы доменного и смежных производств в современных ус-
ловиях. Технологии использования разных видов топлива и сырья: тез. докл. 20-24 мая, 2013., Ялта, – С. 13-25.
16. Товаровский И. Г., Большаков В. И., Меркулов А. Е. Аналитическое исследование процессов доменной плавки. – Дне-
пропетровск: Экономика, 2011. – 206 с.
17. Товаровский И. Г. Процессы доменной плавки. – Т. 1. Анализ состояния. – 595 с. – Т. 2. – Проблемы и перспективы. –
406 с. // Издательский дом LAP LAMBERT Academic Publishing. – 2012.
ЛИТЕРАТУРА
Показано, що розширення арсеналу технологій заміщення коксу різними енергоносіями абсолютно необхідно в умовах
ринкової кон’юнктури для оперативного вибору найбільш ефективних варіантів технології в ході динамічного зміни цін.
На основі розробленої в ІЧМ НАН України математичної моделі виконано аналіз коксозберігаючих режимів доменної
плавки, який показав можливість поетапної реалізації альтернативних режимів: завантаження в піч кускового вугілля з
поліпшенням властивостей сировини – використання пиловугільного палива – вдування продуктів газифікації вугілля.
Така схема забезпечить зменшення витрати коксу до рівня 200 кг/т чавуну.
Товаровський І. Г., Лялюк В. П., Меркулов О. Є.
Альтернативні технології заміщення коксу і природного газу в доменній
плавці
Анотація
27МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (247) ’2013
Ключові слова
доменна плавка, продукти газифікації вугілля, пиловугільне паливо, кокс
Tovarovsky I. G., Lyalyuk V. P., Merkulov A. E.
Alternative technologies replacement coke and natural gas in blast furnaceSummary
Expand the arsenal of technology substitution of coke by different energy sources is necessary in a market environment for
the rapid selection of the most effective technology options in the dynamic price changes. The developed in the Iron and Steel
Institute NAS mathematical model of the analysis modes saving coke blast furnace, which showed the possibility of a phased
implementation of alternative modes: charge of lump coal into the furnace with improved properties of the raw material –
the use of pulverized coal injection – the injection of coal gasification products. This arrangement provides reduction in
consumption of coke to a level of 200 kg / t pig iron.
blast-furnace smelting, the products of gasification of coal, pulverized coal, cokeKeywords
Поступила 01.11.13
Оформление рукописи для опубликования
в журнале "Металл и литьё Украины":
Материалы для публикации необходимо
подавать в формате, поддерживаемом Microsoft Word,
размер бумаги А4, книжная ориентация,
шрифт Arial – размер 10, междустрочный интервал – 1,5.
Объем статьи – не более 10 стр., рисунков – не более 5.
Рукопись должна содержать:
– УДК;
– фамилии и инициалы всех авторов (на русском, украинском и английском языках);
– название статьи ( на русском, украинском и английском языках);
– название учреждения(й), в котором(ых) работает(ют) автор(ы);
– аннотации на русском, украинском и английском языках;
– ключевые слова (не менее шести) – на русском, украинском и английском языках;
– предлагаемая структура текста (Arial 10, прямой) экспериментальной статьи:
«Введение», «Материалы и методы», «Результаты и обсуждение», «Выводы».
– таблицы должны иметь порядковый номер (Arial 10, курсив) и заголовок (Arial 10, п/ж),
текст в таблице (Arial 9, прямой), примечания к таблицам размещаются непосредственно
под таблицей (Arial 8, курсивом).
– формулы (Arial 11, русские символы – прямым, английские – курсивом, греческие – Symbol
12, прямым) должны иметь порядковый номер (Arial 10, прямой);
– рисунки, схемы, диаграммы и другие графические материалы должны быть черно-
белыми, четкими, контрастными, обязательно иметь номер и подрисуночную подпись
(Arial 9, прямой); все громоздкие надписи на рисунке следует заменять цифровыми или
буквенными обозначениями, объяснение которых необходимо выносить в подрисуночную
подпись;
– список литературы (Arial 9);
– ссылки нумеруются в порядке их упоминания в тексте, где они обозначаются
порядковой цифрой в квадратных скобках (например - [1]).
|