Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии

Рассмотрены ретроспективы и перспективы развития нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии. Показана высокая эффективность перестройки металлургии на малококсовую и бескоксовую доменную плавку....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Дата:	2004
Автор:	Товаровский, И.Г.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України 2004
Теми:	Производство чугуна
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21093
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии / И.Г. Товаровский // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 77-84. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-21093
record_format	dspace
spelling	Товаровский, И.Г. 2011-06-14T22:42:42Z 2011-06-14T22:42:42Z 2004 Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии / И.Г. Товаровский // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 77-84. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21093 669.162 Рассмотрены ретроспективы и перспективы развития нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии. Показана высокая эффективность перестройки металлургии на малококсовую и бескоксовую доменную плавку. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Производство чугуна Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии
spellingShingle	Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии Товаровский, И.Г. Производство чугуна
title_short	Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии
title_full	Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии
title_fullStr	Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии
title_full_unstemmed	Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии
title_sort	развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в институте черной металлургии
author	Товаровский, И.Г.
author_facet	Товаровский, И.Г.
topic	Производство чугуна
topic_facet	Производство чугуна
publishDate	2004
language	Russian
container_title	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
publisher	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
format	Article
description	Рассмотрены ретроспективы и перспективы развития нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии. Показана высокая эффективность перестройки металлургии на малококсовую и бескоксовую доменную плавку.
issn	XXXX-0070
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21093
citation_txt	Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии / И.Г. Товаровский // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 77-84. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT tovarovskiiig razvitierazrabotoknetradicionnyhtehnologiivyplavkičugunavinstitutečernoimetallurgii
first_indexed	2025-11-26T00:47:28Z
last_indexed	2025-11-26T00:47:28Z
_version_	1850600997009752064
fulltext	77 УДК 669.162. И. Г. Товаровский РАЗВИТИЕ РАЗРАБОТОК НЕТРАДИЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА В ИНСТИТУТЕ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ Рассмотрены ретроспективы и перспективы развития нетрадиционных техно- логий выплавки чугуна в Институте черной металлургии. Показана высокая эф- фективность перестройки металлургии на малококсовую и бескоксовую домен- ную плавку. Разработки нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институ- те черной металлургии всегда сопутствовали решению насущных проблем отрасли по совершенствованию традиционных технологий. Они охваты- вали широкий спектр проблем, включая применение новых видов сырья и кокса, вдувание заменителей кокса, а также интенсификацию плавки за счет обогащения дутья кислородом. Ретроспектива. Наиболее обстоятельной и плодотворной была вы- полненная под руководством академика З.И.Некрасова разработка техно- логии доменной плавки на комбинированном дутье (природный газ и ки- слород), получившей дальнейшее развитие в отрасли и ставшей традици- онной во всем мире [1,2]. Начатые под руководством академика З.И. Не- красова разработки технологии доменной плавки с вдуванием пылеуголь- ного топлива (ПУТ) [3] и коксового газа [4] также получили промышлен- ное развитие. Первая после многочисленных испытаний стала традицион- ной во всех странах. Вторая продолжена сотрудниками Института черной металлургии и Макеевского меткомбината, реализована в промышленном масштабе и может использоваться на любом предприятии [5]. Ограничение использования природного газа по экономическим кри- териям определило приоритетность технологии вдувания пылеугольного топлива в большинстве стран мира. Однако количество угля, вдуваемого через фурмы, ограничено неполнотой его сжигания, а также размягчения и сжижения зольного остатка угля в дутьевом потоке и фурменном очаге. Последнее ограничивает также сортамент используемых углей, в частно- сти – по зольности (до 10% золы). Определяющей проблемой этой технологии является полнота газифи- кации угля в фурменном очаге. В рамках существующего фурменного прибора возможно лишь частичное ее решение. Для полного решения проблемы необходимо вынести процесс газификации угля за пределы фурменного очага и существующего фурменного прибора с подачей в печь готовых восстановительных газов. При этом решается не только соб- ственно проблема газификации, но появляется возможность повышения зольности вдуваемых углей и офлюсования золы. 78 Вдувание в доменную печь продуктов газификации углей. Работы в этом направлении, начатые нами в 70–х годах 20–го века и поддержан- ные академиком З.И. Некрасовым, нашли отражение и признание уже в начале 80–х годов [6]. Созданные предпосылки развития данного направ- ления положили начало планомерному изучению процессов придоменной газификации углей и применения продуктов газификации для вдувания в доменную печь. В ходе изучения показана принципиальная возможность и экономическая целесообразность создания новой технологии с заменой природного газа и части кокса низкосортным углем [7]. Комплекс совместных работ с Институтом высоких температур Ака- демии наук СССР (ИВТАН) позволил создать и испытать на стенде в на- турных условиях прифурменный газификатор пылеугольного топлива (на каждую фурму) для вдувания продуктов газификации в доменную печь [8], а совместные разработки с Днепропетровским металлургическим ин- ститутом (ныне НМетАУ) и Всесоюзным (ныне Всероссийским) тепло- техническим институтом – разработать научные основы создания цен- трального высокопроизводительного газогенератора для доменной печи (в т. ч. на базе выводимой из эксплуатации доменной печи) [9–12]. Указанный комплекс работ с 1992 года продолжен в рамках тематики НАН Украины и при поддержке ГКНТ Украины. Из двух предложенных схем подачи продуктов газификации угля (ПГУ) в доменную печь – с ус- тановкой реактора – газификатора на каждом фурменном приборе и из центрального газогенератора, более продвинутой оказалась первая. В со- трудничестве с ИВТАН и АК «Тулачермет» удалось изготовить и частич- но испытать на одном фурменном приборе газификатор пылеугольного топлива, а также оценить ожидаемые результаты реализации новой тех- нологии, которая квалифицируется как малококсовая [13]. На рис.1 приведена схема фурменного прибора – газификатора, а в табл.1 – результаты расчетной оценки использования новой технологии применительно к ус- ловиям МК «Запорож- сталь». Рис. 1. Реактор– газификатор Расход кокса сни- жается на 41–46%, а производительность агрегата возрастает в 1,53–1,56 раза. Сни- жение себестоимости составляет в разных вариантах 9–12 УДЕ/т, а оку- паемость затрат во всех вариантах – менее 1 года. Уменьшение выбросов: 79 пыли – на 420–700 т/год; газов – на 970–1800 млн м3/год; вредных ве- ществ – на 960 –1100 т/год. Таблица 1. Показатели доменной плавки при замене природного газа продуктами газификации угля (ПГУ) Показатель Базовый период ПГУ с tд = 10000С ПГУ с tд = 12000С Удельная производительность ДП, т/м3 сут. 1,32 2,03 2,06 Расходы: кокса, кг/т природного газа, м3/т угля, кг/т кислорода, м3/т дутья, м3/т 565 71 –38 1630 334 – 290 180 675 305 – 300 150 700 Температура дутья, 0С 1011 1000 1200 Теоретическая температура горения, 0С 2025 2030 2020 Количество ПГУ, м3/т – 990 1020 Состав ПГУ,% СО СО2 Н2 Н2О N2 Ств, г/м3 – – – – – – 32,5 0,5 12,4 0,5 54,1 19,7 32,5 0,5 12,4 0,5 54,1 19,7 Температура ПГУ, 0С – 1540 1650 Степень прямого восстановления,% 38 30 32 Количество влажн. колошникового газа, м3/т 2290 1490 1465 Теплотворность колошникового газа, кДж/м3 3520 4770 4600 По сравнению с вдуванием в доменную печь сырого ПУТ разрабаты- ваемая технология имеет следующие преимущества: 1. Вовлечение в топливный баланс низкосортных углей при увеличе- нии количества вдуваемых углей и соответственно заменяемого кокса. 2. Упрощение схемы подготовки и подачи угля в ДП за счет возмож- ности вдувания зернистого угля (0–3 мм) вместо порошкового (50–60 мкм). 3. Полный вывод из процесса природного газа при одновременной возможности увеличения температуры дутья до максимального по усло- виям службы оборудования уровня, а также интенсификация плавки пу- тем подачи кислорода. Рассматриваемая нетрадиционная технология с заменой части кокса низкосортным углем может квалифицироваться как новый этап реформа- ции доменной плавки на пути сокращения расхода кокса до минимально возможных величин. Предполагается замена на первой стадии более по- 80 ловины кокса некоксующимся углем (в пределе – снижение расхода кокса до 180–200 кг/т [14]), а на второй – создание новой технологии бескоксо- вого получения первичного металла. Бескоксовая доменная плавка. Энергетически возможна полная за- мена кокса продуктами газификации угля, однако необходимость функ- ционирования коксовой насадки в зоне размягчения и плавления материа- лов требует сохранения части кокса. Задача перехода к бескоксовой тех- нологии решается путем радикальной перестройки технологии и агрегата с использованием идей Д.К.Чернова [15]. Предлагается перестройка доменной плавки на бескоксовую техноло- гию путем реконструкции традиционной доменной печи (рис.2) с подачей горячих восстановительных газов через установленные по окружности горна прифурменные реакторы – газификаторы (ПРГ) измельченного уг- ля–10 и разделением печного пространства на зону твердофазного восста- новления (шахту)–1 и плавильно – восстановительный горн–3 со сводом– 4, который для шахты является днищем. Перегруз материалов из шахты в горн осуществляется шнеками–5 через течки–6, а газ из горна в шахту по- ступает через газоотводы – 7 после охлаждения до 9000С. Рис. 2. Доменная печь, пере- строенная в шахтно–горновой агрегат (ШГА) При опускании в шахте и заплечиках происходит вос- становление оксидов железа вдуваемым в шахту восстано- вительным газом до степени металлизации 75–85% . В ка- ждый из ПРГ поступает горя- чее, обогащенное кислородом дутье и измельченный уголь. В объеме ПРГ происходит га- зификация угля с ожижением золы. Продукты газификации угля (ПГУ) с температурой 2200 – 25000С поступают в слой металлизованных материалов, загружаемых на поверхность расплава в горне. В слое происходит плавление материалов, довосстановление ок- сидов и частичное науглероживание металла за счет избыточного твердо- го углерода, содержащегося в ПГУ. В цилиндрической части горна проис- ходит разделение расплава на металл и шлак с периодическим выпуском их через летки. 81 Горячий восстановительный газ (ГВГ), поднимаясь в сводовую часть горна, смешивается с холодным восстановительным газом (ХВГ), вдувае- мым в эту область для получения температуры не более начала размягче- ния материалов – 9000С. Полученный газ поступает в коллектор, а из кол- лектора – в фурмы шахты и частично в газопровод на охлаждение для по- лучения ХВГ. Ожидаемые показатели плавки рассчитаны по методике ИЧМ приме- нительно к условиям комбината «Запорожсталь». Взамен кокса (517 кг/т, сух.) и природного газа (97 м3/т) в новой технологии используется кон- центрат тощих углей (658 кг/т. сух.). Это позволит сократить себестои- мость чугуна примерно на 20% при сокращении общего расхода энерго- ресурсов (на 7,5%) и значительном уменьшении выбросов в окружающую среду (вредных веществ на 2,43 кг/т, пыли на 1,44 кг/т). Срок окупаемости затрат не превысит 1 года. Предполагается также возможность регулиро- вания состава металла от чугуна до стали, что положительно повлияет на последующий передел. Дополнительным преимуществом технологии яв- ляется возможность получения металла с регулируемым содержанием уг- лерода (вплоть до стали). Являясь продуктом естественной эволюции доменной плавки, бескок- совая технология в ШГА может быть организована на действующих предприятиях в ходе реконструкции доменных печей в периоды очеред- ных капитальных ремонтов. При этом используется существующая ин- фраструктура производства и основная часть оборудования. Такой подход к перестройке металлургии на новую технологию бесконфликтно решает основные социально–структурные проблемы отрасли и предприятий, что является не менее весомым положительным фактором, чем все другие. Укргипромезом по заказу комбината «Запорожсталь» разработаны про- ектные предложения по перестройке доменной печи №1 на новую техно- логию [16]. Многофункциональная энерготехнология и альтернативы разви- тия. Доменная плавка – одна из немногих промышленных технологий, включая процессы и агрегат, сохранивших свою сущность и значимость при всех технических революциях. Этот феномен заслуживает особого рассмотрения с позиций его специфики и системных свойств, обеспечи- вающих устойчивость в динамичной промышленной среде. В силу этого, доменная плавка и печь остается определяющим технологическим моду- лем черной металлургии, развитие которого будет формировать облик всего металлургического комплекса. Дальнейшая эволюция доменной плавки связана с перестройкой на бескоксовое получение металла при полной замене кокса продуктами газификации низкосортных углей, кото- рое настолько укрепляет ее определяющие позиции в металлургии, что в обозримой перспективе альтернативных путей не предвидится [17]. Эволюция основного производства – выплавки передельного чугуна идет по пути сокращения расхода топлива и степени его использования в 82 печи, в соответствии с чем уменьшается количество и теплотворность ко- лошникового газа. Одновременно увеличивается производительность аг- регатов, что приводит к высвобождению мощностей. В этих условиях ис- пользование доменных печей для выполнения других функций, в первую очередь энергетической, становится естественным направлением развития металлургии и видится в двух направлениях: • автономизация технологии производства восстановительного и отопительного газов путем перевода отдельных доменных печей в режим газогенераторов на основе некоксующихся углей; • организация производства ферросплавов и специальных шлаков в доменных печах, при котором энергетическая составляющая технологии возрастает за счет увеличения теплотворности и количества газа на еди- ницу сплава. Развиваемая в ИЧМ концепция развития энергетических функций до- менной плавки основана на том, что на многих предприятиях при наличии резервных мощностей возможно их использование для генерации высоко- теплотворного газа, замена которым коксового газа позволит подать по- следний в доменные печи для полного высвобождения природного газа. Технология замены природного газа коксовым в доменных печах с полу- чением дополнительного эффекта в виде экономии кокса, является осво- енной [5]. Особенностью использования доменной печи в качестве газогенера- тора является необходимость поддержания температуры колошникового газа на уровне не выше 400–4500С, требуемом по условиям службы обо- рудования загрузки, при высокой температуре отходящих из столба ших- ты газов (700–8000С). Для решения задачи по разрабатываемой ИЧМ тех- нологии предложено применить двухступенчатое охлаждение газа: в столбе шихты – твердыми «охладителями» и при выходе из столба – ре- циркулирующим газом [18]. В качестве «охладителей» используются ме- таллургические шлаки – конвертерный, сварочный, ферромарганцевый, силикомарганцевый с извлечением полезных компонентов в расплав. Та- ким способом, наряду с энергетическими, решаются экономические и экологические проблемы предприятия и отрасли. Использованием метал- лургических шлаков в качестве «охладителей» газа решается важная тех- нологическая задача: поскольку они не содержат легковосстановимых ок- сидов, отдающих кислород в шахте «косвенным» путем, отходящий газ не пополняется газообразными продуктами восстановления (СО2 и Н2О), ко- торые уменьшают его теплотворность, а поглощение тепла при прямом восстановлении оксидов увеличивает «охладительные» свойства шлако- вых добавок. Одной из острых проблем предприятий является накопление большо- го количества железосодержащих отходов в виде шламов и пылей, утили- зация которых в основном металлургическом цикле вызывает осложне- ния, связанные с циркуляцией щелочных соединений и оксидов цинка. 83 Решение этой проблемы намечается путем использования нетрадицион- ной технологии жидкофазного восстановления в варианте, разрабатывае- мом ИЧМ и НМетАУ совместно с МК «Криворожсталь» [19]. Перспективы. Необходимость производства конкурентоспособной на мировом рынке металлургической продукции в условиях отсутствия в Украине капиталовложений для решения этой задачи традиционным спо- собом стимулирует необходимость «прорыва» в область нетрадиционных технологий [20]. Институтом черной металлургии сформирована концеп- ция такого «прорыва» на основе выполняемых разработок нетрадицион- ных технологий выплавки чугуна: • перестройка доменной плавки на малококсовое и бескоксовое по- лучение металла на основе вдувания продуктов газификации некоксую- щихся углей – как генеральное направление. • утилизация металлсодержащих отходов с получением чугуна на основе процесса жидкофазного восстановления при использовании в ка- честве топлива низкосортных углей. • перевод отдельных доменных печей в режим газификации углей с утилизацией металлсодержащих отходов для замены природного газа продуктами газификации углей. 1. Некрасов З.И. Первые итоги применения природного газа в доменных печах СССР // Сб. «Опыт применения природного газа в доменном производстве», М.: Металлургиздат.–1959.– С. 3–6. 2. Некрасов З.И. Опыт применения природного газа в доменном производстве // Бюллетень ЦИИН ЧМ. Москва.–1963.– №8.– С. 1–7. 3. Освоение технологии плавки с вдуванием пылевидного топлива совместно с при- менением природного газа и обогащенного кислородом дутья на доменной печи завода «Запорожсталь» / З.И.Некрасов, Л.Д.Юпко, В.Л.Покрышкин и др. // Ме- таллургия чугуна: Тематический отраслевой сборник. – М.: Металлургия. – 1973. – №1. – С. 98–110. 4. Опытная доменная плавка с применением смеси коксового и природного га- зов / З.И.Некрасов, Л.Д.Юпко, Я.М.Ободан и др. // Металлургия чугуна: Те- матический отраслевой сборник МЧМ СССР (ИЧМ). – 1973. – № 6.– С. 69–83. 5. Доменная плавка с вдуванием коксового газа / В.Ф.Пашинский, И.Г.Товаровский, П.Е.Коваленко, Н.Г.Бойков. – Киев: Техника, 1991. – 104 с. 6. Эффективность использования продуктов газификации твердого топлива в качестве дутьевых добавок в доменной печи / И.Г.Товаровский, В.Н.Хомич, Г.П.Бояровская // Сталь. – 1982. – № 6. – С.5–11. 7. Перспективы снижения расхода кокса в доменных печах путем совершенст- вования дутьевых параметров / И.Г.Товаровский, А.П.Пухов, Ю.С.Юсфин и др.// Сталь.– 1989.– №8.– С. 8 –15. 8. Получение и применение продуктов газификации угля в доменной плавке / И.Г. Това- ровский, И.И. Солодкий, И.Я. Толмачев и др. – М.: Черметинформация, 1992. – 101 с. 9. Математическое моделирование процессов сжигания–газификации пыле- угольного топлива в дисперсных потоках / В.П.Пацков, Н.В.Чернавский, А.Н.Веденьев, И.Г.Товаровский и др. // Проблемы энергосбережения: Респуб- 84 ликанский межведомственный сборник. – Киев: Наукова думка. – 1990. – № 3. – С.42–50. 10. Выбор параметров горячих восстановительных газов для вдувания в доменную печь / И.Г.Товаровский, Б.Б.Потапов, Г.И.Товаровская // Сталь. – 1994. – № 4. – С.6–11. 11. Патент РФ №1770362, М. Кл. С 21 В 7/00. Шахтная печь / И.Г.Товаровский, С.И.Сучков, В.И.Бабий и др. // БИ. – 1999. – №39. – С.78. 12. А.С. №1812206. СССР, М. Кл.С10j 3/48. Циклонный газификатор /Б.Б.Потапов, А.Н.Веденьев, И.Г. Товаровский и др. // БИ.–1993.–№16.–С.97. 13. Проблемы перехода к малококсовой плавке путем вдувания продуктов гази- фикации низкосортных углей / И.Г.Товаровский, А.П.Пухов, В.С.Шведов и др. // Сталь. – 1997. – №7. – С.1–4. 14. Товаровский И.Г. Предельный расход кокса в доменной плавке // Сталь. – 2002.– № 3.– С. 46 – 48 15. Чернов Д.К. О прямом получении литого железа и стали в доменной печи // Д.К.Чернов и наука о металлах. Сб. трудов. – М.–Л.: ГосНТИ по черной и цветной металлургии, 1950. – С.307–327. 16. Проблемы перестройки доменной плавки на бескоксовую технологию / И.Г.Товаровский, И.И.Дышлевич, Г.В.Горлов и др. // Сталь.–1999.–№ 7.– С.10–17. 17. Товаровский И.Г. Доменная плавка. Эволюция, ход процессов, проблемы и перспективы // Днепропетровск: «Пороги».– 2003.– 596 с. 18. Перестройка доменной печи в газогенератор кускового угля / И.Г.Товаровский, А.Е.Меркулов // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. Сб. начн. трудов ИЧМ. Выпуск 6.– Днепропетровск.– 2004.–С. 41– 45. 19. Возможности эффективной выплавки чугуна из отвальных смесей шламов и замасленной окалины / В.А.Шеремет, А.В.Кекух, А.К.Тараканов, И.Г.Товаровский, В.П.Лялюк // Теория и практика производства чугуна. Тру- ды международной научно–технической конференции, посвященной 70– летию КГГМК «Криворожсталь».– Днепропетровск: «Пороги».– 2004.– С. 568–572. 20. Товаровский И.Г. Пути развития выплавки чугуна в Украине // Сталь.–2003.– №7.– С.5–9. Статья рекомендована к печати чл.-корр.НАН Украины, В.И.Большаковым

Развитие разработок нетрадиционных технологий выплавки чугуна в Институте черной металлургии

Репозитарії

Схожі ресурси