Файл: Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу.doc

В 90-е годы в доменных цехах большинства развитых стран мира расход кокса на 1 т чугуна снижен до 260-330 кг, ведется интенсивный научный поиск и экспериментальные работы по созданию технологии доменной плавки с удельным (кг/т чугуна) расходом кокса ниже 200 кг/т чугуна.

Прежде всего, указанные изменения определены значительным повышением качества железорудного сырья и температуры дутья, применением дополнительных видов топлива, оптимизацией газораспределения, повышением объема печей и т.д.

В Украине до 1990 г. снижение расхода кокса шло достаточно замедленными темпами, что определилось прежде всего отсутствием средств для обновления и реконструкции основного печного фонда, аглофабрик, коксохимбатарей, на строительство пылеугольных комплексов и т.д.; в ряде случаев – ошибочной технической политикой, неблагоприятными сырьевыми и техническими условиями.

В последние же годы вследствие снижения расхода природного газа, значительного ухудшения качества кокса, железорудного сырья, ухудшения состояния доменных печей и снижения объема производства чугуна расход кокса в основных доменных цехах Украины повысился от 470-500 до 600-700 кг на 1 т чугуна.

Совершенно очевидно, что обеспечение конкурентоспособности украинского металла невозможно решить без качественного повышения эффективности доменного производства, достижения показателей, освоенных в 90-х годах во многих передовых доменных цехах мира.

Решение этой задачи невозможно осуществить без эффективного использования пылеугольного топлива.

В этой части несомненную ценность представляет опыт освоения пылеугольной технологии на Донецком металлургическом заводе. На протяжении почти 30 лет на ДМЗ разрабатывается концепция замены части кокса и природного газа низкозольным ПУТ; созданы и доведены до промышленной эксплуатации технологическое оборудование для промышленного приготовления и вдувания ПУТ в горн, технология доменной плавки с вдуванием в горн ПУТ и ПГ на обогащенном кислородном дутье, позволившая снизить расход кокса на 30-35 % - т.е. до уровня 400-450 кг/т чугуна (1988-1990 г.г.).

Позже разработана и внедрена технология доменной плавки с вдуванием в горн ПУТ на паро-воздушном дутье, позволившая исключить из технологического процесса вдувание ПГ.

Глубокие исследования по применению ПУТ проведены на первой в Европе промышленной установке приготовления и вдувания ПУТ в доменные печи № 1 и 2 Донецкого металлургического завода еще в 1970 г., в

---

создании которой принимали участие Гипросталь, ПТП Укрэнергочермет, Донецкий металлургический завод, ДонНИИчермет, ДонГТУ и другие организации.

Освоение опыта применения ПУТ, массовое промышленное внедрение данной технологии в доменных цехах Украины в сочетании с повышением температуры дутья до 1200 ^оС и выше, комплексным улучшением качества железорудного сырья, обновлением и реконструкцией основного оборудования – единственный эффективный путь вывода черной металлургии Украины на современный технический уровень.

Актуальность задачи – снижение удельного расхода (кг/т чугуна) и валового объема производства кокса – определяется высокой стоимостью кокса, непрерывно возрастающей дефицитностью и стоимостью коксующихся углей, ухудшением их качества, крайне неблагоприятным влиянием процесса коксования на экологию промышленных регионов. Производство 1 млн. т кокса сопровождается выбросом в атмосферу 7-10 тыс. т вредных веществ, в том числе: 2,7 тыс.т пыли; 3,4 тыс.т серосодержащих газов; 0,16 тыс.т оксидов азота и т.д.; сбросом в водные бассейны 0,5-0,7 млн. м³ загрязненных вод (фенол, роданиды, бензол, взвешенные вещества и т.д.).

Особенно остро вопрос о снижении объема производства кокса встал во второй половине 20-го столетия – после принятия большинства стран мира законов о защите окружающей среды. К этому времени стало ясно, что снижение объема производства кокса – это единственный эффективный и универсальный путь улучшения экологической обстановки в промышленных регионах любой страны.

Характерным примером реализации данной концепции является черная металлургия Германии: за последние 40 лет расход кокса на 1 т чугуна был сокращен в 3 раза и достиг в 1994 г. 357 кг/т чугуна, годовой объем его производства сократился с 42 до 12-13 млн.т, при этом объем производства стали существенно не изменился или увеличился.

Из рисунка 8.10 видно, что экономия кокса в Германии была обеспечена за счет внедрения в 1950-1985 гг. комплекса высокоэффективных технологических мероприятий, а на заключительном этапе – широким промышленным внедрением технологии доменной плавки с применением пылеугольного топлива (ПУТ).

Так в 1994 г. средний расход ПУТ на весь произведенный в Германии чугун составил 72,1 кг/т, что обеспечило прямую замену им около 20 % кокса. Таким образом, годовая экономия кокса только за счет применения ПУТ составила 2,1 млн.т.

Аналогичные изменения отмечены в большинстве развитых стран мира (рис. 8.11).

---

а – подготовка руды; б – использование обогащенных импортных руд; в – вдувание мазута; г – повышение температуры горячего дутья  1200 ^оС; д – использование кислорода; е – работа с повышенным давлением на колошнике; ж – улучшение распределения шихты на колошнике; з – управление газопроницаемостью печи ; и – повышение качества агломерата; к – отчасти работа только на коксе; л – применение мазута и угля.

1 – кокс (сухой); 2 – мазут; 3 – уголь

Рисунок 8.10 – Изменение среднего расхода топлива в доменных печах ФРГ


Год ввода в эксплуатацию


1 – на стадии проектирования; 2 – Южная Америка; 3 - Азия; 4 – Западная Европа; 5 – СССР; 6 – США

Рисунок 8.11 – Число действующих установок для вдувания угольных пылей в доменные печи

В Украине после 1991 г. непрерывно нарастает дефицит и стоимость природного газа (ПГ) и коксующихся углей, что определило значительные сокращения объемов производства кокса и чугуна, существенное (+100 – 150 кг/т чугуна) повышение удельного расхода кокса.

Решение проблемы обеспечения энергоресурсами черной металлургии намечено в «Концепции развития горно-металлургического комплекса металлургии Украины до 2010 года» (1995 г.). В этом документе указано, что основными перспективными задачами аглодоменного производства являются: « …широкое использование пылеугольного топлива в доменной плавке, сохранение, вплоть до полного прекращения, использования природного газа … и замена его пылеугольным топливом и продуктами газификации низкосортного угля …» и «… прекращение работы ряда неэффективных доменных печей …».

В связи с изложенным несомненный интерес представляет опыт ОАО «Донецкий металлургический завод» (ДМЗ); освоение в 1980 г первой в Европе промышленной установки и технологии доменной плавки с вдуванием в горн на 1 т чугуна 70-90 кг ПУТ и 60-80 м³ ПГ в сочетании с комплексом компенсирующих мероприятий позволило в течение 10 лет снизить расход кокса на 132 кг/т чугуна (22.3 %), расход условного топлива на 60.1 кг/т чугуна (8,8 %). В течение 5 лет доменный цех ДМЗ, несмотря на менее благоприятные шихтовые и технологические условия, имел самый низкий в Украине расход кокса на 1 т чугуна; 450-460 кг (рис. 8.12).

---

Отечественные и зарубежные теоретические исследования и промышленный опыт показали, что вдувание ПУТ является убедительной и эффективной альтернативой применению ПГ и мазута.

Первые патенты на применение ПУТ с целью экономии кокса выданы в Англии и Германии в 1831 г. и 1840 г. Однако промышленное освоение технологии доменной плавки с применением ПУТ затянулось из-за успешной конкуренции со стороны мазута и ПГ, отсутствия надежного и отвечающего требованиям технологии оборудования, недостаточной теоретической разработки вопроса.



Рисунок 8.12 – Изменение расхода энергоресурсов на выплавку передельного чугуна

Лишь в 1958-1960 гг. проведены первые промышленные исследования, позволившие качественно оценить перспективы новой технологии, высветить проблемы, препятствующие ее реализации.

Из наиболее значительных работ в этом плане следует отметить:

– первые промышленные опыты по выплавке ферросилиция и ферромарганца с применением ПУТ 1948-1950 гг. на Днепродзержинском и Новотульском металлургических заводах;

– разработка в 1963-1980 гг. надежного автоматизированного и технологичного оборудования, создание технологии доменной плавки с применением ПУТ в США ( штата Кентукки, завод в Эшленде);

– промышленное освоение технологии в Китае в 1965-1980 гг.;

– разработка и промышленное освоение в 1963-1980 гг. технологии с вдуванием в горн ПУТ и ПГ на Донецком металлургическом заводе.

Массовое промышленное освоение новой технологии фактически началось в 1980-1983 гг. после успешных промышленных экспериментов, проведенных к данному времени в СССР, США, Китае и Японии (рис. 8.11).

В 90-х годах ПУТ в доменной плавке применяли уже более чем в 20 странах мира. Ряд стран мира – Германия, Франция, Голландия, Италия, Япония, Китай и др. – до 50-90 % годового объема чугуна выплавляли с применением ПУТ.

В последние годы (2005-2008 г.г.), в связи с резким подорожанием природного газа, в Украине активно строятся установки по вдуванию пылеугольного топлива. Практически все доменные цехи металлургических комбинатов Украины уже имеют по 1-2 установки для подготовки и вдувания пылеугольного топлива в горн доменной печи.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

---

1. 
   Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н., Юсфин Ю.С. Металлургия чугуна. М.: Металлургия, 1978.– 479 с.
   
2. 
   Евскович С.Г., Журавлев С.И. Обогащение магнетитовых руд. М.: Недра, 1972.– 392 с.
   
3. 
   Обогащение марганцевых руд: Сб. научн. трудов. М.: Недра, 1965.– 256 с.
   
4. 
   Коротич В.И. Основы теории подготовки сырья к доменной плавке. М.: Металлургия, 1978.– 207 с.
   
5. 
   Коротич В.И., Братчиков С.Г. Металлургия черных металлов. М.% Металлургия, 1987.– 240 с.
   
6. 
   Тулин Н.А., Кудрявцев В.С. и др. Развитие бессемеровской металлургии. М.: Металлургия, 1987.– 327 с.
   
7. 
   Голицын М.В., Голицин А.М. Коксующиеся угли России и мира. М.: Недра, 1996.– 240 с.
   
8. 
   Сулименко Е.И., Богна В.В., Мовчан В.П. и др. Эксплуатация фабрик окускования. Кривой Рог: ВЭЖА, 1998.– 130 с.
   
9. 
   Мучник Д.А., Иванов Е.Б. Сортировка кокса. М.: Металлургия, 1968.– 294 с.
   
10. 
    Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна. Киев: Вища школа, 1970.– 487 с.
    
11. 
    Лейбович Р.Е. и др. Технология коксохимического производства. М.: Металлургия, 1974.– 421 с.
    
12. 
    Дорофєєв В.М., Петрушов С.М. Тенденція развитку чорної металургії у ХХІ столітті // Відомості Академії гірничих наук України.– 1997.–№ 3. С. 22-27.
    
13. 
    Материалы Всемирного конгресса доменциков: Сб. научн. Трудов. Днепропетровск, 1999.
    
14. 
    Петрушов С.Н. Некоторые вопросы состояния и развития агломерационного производства на рубеже ХХІ века // Новые технологии – путь в будущее: Сб. научн. трудов. Донецк, 1999. С. 283-288.
    
15. 
    Ковшов В.Н., Дышлевич И.И., Петренко В.А. и др. Доменный процесс. История, развитие, перспективы. Днепропетровск, 1998.– 210 с.
    
16. 
    Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна. Киев: Вища школа, 1988.– 351 с.
    
17. 
    Минаев А.А., Коновалов Ю.В. Современное состояние черной металлургии и пути ее реструктуризации // Металлургия: Сб. научн. трудов Дон. ГТУ.- 1999.- № 1. С. 8-25.
    

Приложение А

---