Файл: Сидоров, Н. Е. Технический прогресс и снижение энергоемкости продукции черной металлургии.pdf

0

заменители и в виде пасты, состоящей из смеси жидкого и твердого топлива.

Идея применения заменителей кокса при выплавке чугуна возникла давно. Так, предложения о вдувании в доменную печь восстановительных газов вносились еще в прошлом столетии.

Экономической предпосылкой применения замените­ лей кокса, наряду с необходимостью уменьшения дефи­ цита коксующихся углей, служит меньшая стоимость заменителей по сравнению с эквивалентным количеством кокса. В нынешних условиях работы доменных печей нашей страны 1 м3 природного газа заменяет 0,8 кг скипового кокса [45]. При оптовой цене 1 т валового кокса марки КД 43 руб. 60 коп. стоимость 0,8 кг ски­ пового кокса составляет 3,7 коп., в то время как стои­ мость 1 м3 природного газа, заменяющего это количе­ ство кокса, равна всего 1,7 коп., т. е. меньше в два с лишним раза. Аналогичная картина и с капиталоем­ костью этих видов топлива. Удельная народнохозяй­ ственная капиталоемкость 1 м3 природного газа состав­ ляет 2,6 коп., а 0,8 кг кокса — 9,75 коп.

Наибольшее распространение в качестве заменителя кокса в доменном производстве на предприятиях нашей страны получил природный газ, причем его внедрение в черной металлургии осуществлялось высокими тем­ пами (табл. 29).

Доля чугуна, выплавленного с применением природ­ ного газа, в целом по нашей стране в 1970 г. составила 86%. На Украине природный газ применяется в домен­ ных печах всех металлургических заводов, за исклю­ чением Алмазнянского.

Внастоящее время технология доменной плавки с использованием заменителей кокса стала обычной и за рубежом [201]. Так, в США с применением заменителей кокса работают более 50% действующих печей, в том числе 66 доменных печей — с применением природного газа, 5 — коксового газа, 27 — мазута, 5 — каменноуголь­ ной смолы и 4 — с применением угольной пыли.

В1970 г. средний по УССР расход природного газа на 1 тчугуна составил 80 ж3, в связи с чем в республике лишь за указанный период сэкономлено 2650 тыс. тски­ пового кокса. В результате на выплавку 41,4 млн. г чугуна затраты на топливо в доменном производстве

58

уменьшились на 53 млн. руб., а капиталовложения — на 190 млн. руб.

Внедрение режима работы доменных печей с приме­ нением различных заменителей кокса как в нашей стра­ не, так и за рубежом осуществлялось параллельно с про­ ведением глубоких теоретических исследований, целью

Т а б л и ц а 29

ТЕМПЫ ВНЕДРЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ПРАКТИКУ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА В СССР [115]

которых, наряду с изысканием оптимальных параметров технологического режима работы доменных печей, ста­ вилось и решение экономических задач, в частности определение оптимального количества применяемых за­ менителей кокса. Из многих работ, проведенных в СССР

и посвященных данной проблеме, следует отметить ис­ следования, выполненные под руководством 3. И. Не­ красова, Н. И. Красавцева, А. Н. Рамма, К- А. Теснера и др. [15, 33, 59, 95, 114, 140, 147, 185].

Длительный опыт применения природного газа в до­ менных печах показал высокую эффективность исполь­

59

Природный газ состоит из углеводородов, основным из которых является метан (..более 90%). В доменных печах углеводородные соединения природного газа раз­ лагаются, на что в горне тратится соответствующее ко­ личество тепла и кокса; в результате этого понижается температура горновых газов.

Изменение теоретической температуры газов в горне (Т) в зависимости от удельного расхода природного газа может быть определено из следующего выражения

[145]:

вают, что при прочих одинаковых условиях увеличение расхода природного газа до 200 м3/т чугуна приводит к снижению теоретической температуры газов в горне примерно на 300° С.

Снижение температуры горновых газов может отри­ цательно сказаться на показателях доменной плавки. Условиями для дальнейшего увеличения удельного рас­ хода природного газа в доменном производстве являют­ ся: повышение температуры дутья и степени обогаще­ ния его кислородом, применение конвертированного при­ родного газа, улучшение гранулометрического состава доменных шихт.

В связи с множеством факторов, влияющих на опти­ мальность расхода природного газа, эта величина уста­ навливается эмпирическим путем. Так, на доменной печи полезным объемом 1719 мъ Нижнетагильского ме­ таллургического комбината при работе на шихте со 100% офлюсованного агломерата основностью 1,1 уста­ новлены следующие зависимости удельного расхода кокса (К) и суточной производительности печи (П) от расхода природного газа (РГ):

61

Расчеты показывают, что в условиях работы назван­ ной доменной печи при выплавке передельного чугуна минимальный расход кокса достигается при удельном расходе природного газа 76 м3, а максимальная произ­ водительность печи — при 63 м3/т чугуна [82]. Такое количество подаваемого природного газа близко к сред­ нему по УССР значению — 80 м3/т чугуна, вместе с тем оно значительно отличается от возможного его значения при «идеальных» условиях доменной плавки: при тем­ пературе дутья 800° С — 180 м3/т чугуна, при 1000° С — 230 и при 1200° С — 280 м3/т чугуна, что указывает на большие резервы повышения эффективности доменного производства от возможного увеличения расхода такого заменителя кокса, каким является природный газ.

Повышение эффективности применения природного газа в доменных печах может быть достигнуто при обо­ гащении дутья кислородом. Это положение подтвержда­ ется результатами многочисленных исследований, посвя­ щенных данному вопросу [6, 130, 187, 121, 183, 12, 49].

Так, расчетами А. Е. Паренькова и др. [130] показано, что обогащение дутья с повышением содержания в нем кислорода от 30 до 50% при одновременном расходе природного газа до 220—310 м31т чугуна обеспечивает повышение производительности печи на 80% и уменьше­ ние относительного расхода кокса на 20%.

В опытах, проведенных на трех доменных печах Енакиевского металлургического завода (каждая полезным объемом 1033 мг), применение природного газа в соче­ тании с повышенным содержанием кислорода в дутье дало значительный экономический эффект (табл. 30).

Из приведенных данных видно, что обогащение дутья кислородом позволяет увеличить удельный расход при­ родного газа и, как результат этого, снизить расход кок­ са на 1 т чугуна. При этом оптимальное соотношение между дополнительным расходом природного газа и ки­ слорода равно 0,614 м3/м3.

На тех же доменных печах Енакиевского металлур­ гического завода А. А. Тольским и др. [187] установле­ но, что в условиях применения дутья с содержанием кислорода более 26% и дополнительного расхода при­ родного газа в количестве 425 м3 на каждые 1000 м3 добавочного количества вводимого кислорода расход кокса уменьшается на 355 кг (коэффициент замены соста­

62

вил 0,834 кг кокса на 1 м3 природного газа), а выплавка чугуна увеличивается на 0,584 г / 1000 м3 кислорода.

Аналогичный вывод сделан и в работе [121], в ко­ торой обобщен опыт применения комбинированного дутья в доменных печах металлургических заводов Донбасса. Авторы исследования установили, что при

Т а б л и ц а 3q

ВЛИЯНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ РАСХОДА ПРИРОДНОГО ГАЗА В СОЧЕТАНИИ е ОБОГАЩЕНИЕМ ДУТЬЯ КИСЛОРОДОМ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ [12]

оптимальном расходе природного газа дополнительный его расход может дать ожидаемый эффект, если на каждый кубический метр этого заменителя в печь будет введено 2 м3 кислорода.

Применение в доменном производстве конвертирован­ ного природного газа взамен сырого дает преимущество, заключающееся в том, что представляется возможность довести нагрев этого газа до 1200—1600° С.

Физическое тепло нагретого конвертированного газа позволяет получить добавочную экономию кокса по сравнению с достигаемой экономией при вдувании сырого природного газа. Дополнительная экономия кокса, кроме того, может быть получена в результате возможного снижения степени прямого восстановления в связи с по­ вышением концентрации водорода в горне и шихте сверх той, которая достигается при вдувании сырого природ­ ного газа.

63