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

ный полукокс дробится п смешивается с 5—8% пека и 10—15% хорошо коксующихся углей. Смесь полукокса, угля и пека нагревается паром до 105° С и при этой тем­ пературе поступает в вальцовые прессы для брикетиро­ вания. Брикеты коксуются в вертикальных камерных печах непрерывного или периодического действия при температуре 900—1000° С. Затем следуют охлаждение и сортировка кокса. Выход кускового кокса составляет 80—85% веса сухих брикетов. Механическая прочность кокса относительно высокая: его остаток в барабане ко­ леблется в пределах 90—92%. Этот процесс представляет интерес еще и тем, что стоимость конечного продукта мало отличается от стоимости кокса, получаемого обыч­ ным путем из коксующихся углей. Процесс особенно вы­ годен, если использовать и для полукоксования и для коксования брикетов вертикальные камеры непрерывно­ го действия (высота— 9 м, длина — 6 м), где можно вести полукоксование 60—70 т угля и коксование 42 т брикетов в сутки. Для суточного производства 750 ткок­ са потребуется 38 камер, т. е. столько же, сколько при коксовании в ныне эксплуатируемых коксовых печах с такой же поверхностью нагрева (108 м2) в расчете на период коксования, равный 18 часам. Следовательно, по­ казатель затрат на строительство завода с технологиче­ ской схемой Дидье будет незначительно отличаться от аналогичного показателя с обычной схемой коксования углей.

В Польской Народной Республике разработан метод получения кокса, при котором силезские угли с выходом 33—40% летучих сначала подвергают полукоксованию в печах Лурги при температуре 850—900° С. Полукокс дро­ бится до минус 4 мм, а затем смешивается с нагретой до 40—50° С смолой. Расход смолы составляет 70—120 кг/т полукокса.

Смесь брикетируется в вальцовых прессах при давле­ нии 300—500 кг/см2. Полученные брикеты затем нагре­ ваются в туннельных печах. Производство такого кокса в ПНР осуществлено в промышленных условиях. Приме­ няется он в вагранках для получения литья.

Подобную схему производства кокса применили в Социалистической Республике Румынии, где разработа­ но 3 варианта процесса [85]. При первом варианте уголь нагревается в печи с кипящим слоем при температуре

93

500 и 800° С. При 500° С образуется полукокс с выходом летучих веществ 15%, при 800° С процент летучих ве­ ществ составляет 2—3%. Полукокс смешивают с 10— 12% нефтяного связующего и брикетируют на вальцовых прессах при давлении 250 кг/см2. Затем брикеты подвер­ гают обработке в туннельной печи при температуре 250° С.

В этом процессе при обработке каждой тонны угля с содержанием 10% влаги, 8% золы и 35% летучих веществ в зависимости от температуры нагрева шихты образуется соответствующее количество продуктов коксо­ вания (табл. 43).

Т а б л и ц а 43

ВЫХОД ПРОДУКТОВ КОКСОВАНИЯ ИЗ 1 т УГЛЯ ПРИ ЕГО НАГРЕВЕ ДО 500 И 800°С

По второму варианту полукокс получается в обычных коксовых печах. Затем его подвергают измельчению до 0,5 мм и смешивают с 9—10% битума, после чего на­ гревают в туннельных печах. По третьему варианту бри­ кеты, изготовленные из смеси, состоящей из 15—20% по­ лукокса и 85—80% газовых углей, с добавкой связующих материалов подвергаются высокотемпературному коксо­ ванию в вертикальных камерных печах.

В нашей стране, используя метод брикетирования, от­ дельные авторы [107, 138, 139] получали кокс из смеси с большим участием антрацита. Так, Ф. А. Попутников составлял смеси из 20% углей марок Ж и Г Донецкого бассейна и 80% антрацита, который подвергался тонкому измельчению. Полученные брикеты (в качестве связую­ щих использовались 8% каменноугольного пека и нефтя­

94

В работе сделан вывод, что такой кокс может быть ис­ пользован в литейном производстве.

Аналогичные опыты проводились в Уральском поли­ техническом институте им. Кирова. В этих опытах на валковых прессах с давлением 150—200 кг/см2 брике­ тировали шихту, состоящую из антрацита, 5—12% коксо­ вого и жирного угля и 7% каменноугольного пека. Бри­ кеты термически обрабатывались в непрерывно дей­ ствующих печах шахтного типа. В результате получен довольно прочный пригодный для литейного производ­ ства кокс с остатком в барабане Сундгрена 315—325 кг. Себестоимость этого кокса оказалась примерно равной себестоимости кокса, полученного из обычных шихт с применением обычной технологии коксования.

Брикетирование углей в производстве кокса приме­ няется в ФРГ и некоторых других странах. При этом по­ лученные брикеты используются для трамбования ших­ ты: их содержание в ней доводят до 20%.

Опыты по применению брикетов для уплотнения угольных шихт проводились и в СССР [184]. Результаты опытов показали возможность получения вполне пригод­ ного для литейного производства кокса из угольной ших­ ты, содержащей 10—20% тощих углей.

Из теории процесса коксования следует, что крупный и прочный кокс можно получить из углей всех марок, в том числе из газовых и слабококсующихся. Чтобы они не утрачивали спекаемости, их необходимо очень быстро нагреть до температуры размягчения. А чтобы размяг­ ченные угольные частицы могли слиться в монолит, уголь

впериод его пластического состояния надо подвергнуть небольшому сжатию. Во избежание образования трещин

вмонолите после затвердения его надо медленно про­ гревать.

Такой режим нельзя осуществлять в камерных печах периодического действия. Для решения этой задачи в Институте горючих ископаемых АН СССР под руковод­ ством Л. М. Сапожникова был разработан новый непре­ рывный процесс коксования, проходящий в несколько по­ следовательных стадий. Каждая стадия процесса проте­ кает в наиболее благоприятных условиях, в непрерывно действующей установке. Метод непрерывного коксования (метод Сапожникова) заключается в следующем [158]. Дробленый уголь (фракция 3—0 мм) в токе инертных

95

газов подвергается быстрому нагреву в вихревой камере или каскаде циклонов до 400—430°С (для газовых углей) и 450—460° С (для углей марки СС).

Нагретый для указанных температур уголь выдержи­ вается в. течение 0,5—2 мин для достижения определен­ ного уровня деструкции, после чего он формуется в пресс-формовочной машине. Сформованный уголь посту­ пает в вертикальные камерные печи, где нагревается со скоростью 1,5—2,5 град/мин до 800° С, а затем подверга­ ется тушению. В результате получается прочный кокс, обладающий повышенной реакционной способностью.

Возможность получения из газовых углей по методу Сапожникова кокса удовлетворительного качества под­ тверждена данными опытных доменных плавок, прове­ денных в течение 7 суток на заводе им. Петровского, на доменной печи полезным объемом 700 мъ (табл. 44).

Т а б л и ц а 44

ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ ОБЫЧНОГО И ЧАСТИ ФОРМОВАННОГО КОКСА [116]

96

Из данных табл. 45 видно, что условия работы домен­ ной печн при применении 25% формованного кокса были примерно такими же, как и при применении доменной плавки с использованием 100% обычного кокса. Об этом свидетельствуют данные о содержании агломерата и же­ леза в шихте, давлении колошникового газа и дутья, температуре дутья. Более того, при применении .25% формованного кокса несколько меньшим был расход при­ родного газа и особенно металлодобавок. Несмотря на это, замена 25% обычного кокса формованным привела к увеличению производительности доменной печи на 8,2% и снижению расхода кокса на 1,3%.

Перечисленные выше способы коксования, позволяю­ щие получать кокс из шихты вместе с газовыми и слабококсующимися углями, даже вместе с антрацитом, к на­ стоящему времени отработаны недостаточно, а поэтому, как правило, являются малопроизводительными (не­ сколько тонн в час), не способными в связи с этим кон­ курировать с «классическим» способом получения кокса в камерных печах периодического действия. Из-за низкой производительности брикетных прессов стоимость брике­ тирования исключительно высокая — 8—12 руб./г, т. е. в несколько раз выше стоимости обычного коксования. Следовательно, лишь при решении проблемы увеличения производительности предлагаемых установок по коксо­ ванию угольных шихт и прежде всего при решении проб­ лемы увеличения производительности брикетных прессов в несколько раз станет экономически целесообразнее значительная замена коксующихся углей некоксующимися. Вот почему, по мнению ряда специалистов, даже такое мероприятие по интенсификации процесса коксова­ ния, как трамбование угольных шихт при помощи уголь­ ных брикетов, в условиях Донбасса экономически неоправдано.

А раз это так, то можно считать, что в ближайшей перспективе нельзя ожидать решения проблемы устране­ ния дефицита коксующихся углей, если не будет решена проблема бескоксового производства металла, связанная с получением и применением металлизованного железо­ рудного сырья в металлургическом производстве.

Из этого, конечно, не следует, что в связи с произ­ водством и применением нового сырья отпадает надоб­

ность в разработке мер по интенсификации процесса кок­ сования углей, ибо даже нынешний уровень производства кокса требует все большего ввода в шихту слабококсующихся углей, а значит, и решения проблемы увеличения производительности коксовых печей. Укажем на некото­ рые разработки по данному вопросу. В уже упоминав­ шейся работе В. С. Лялюка отмечается, что наиболее перспективным способом является глубокая сушка ших­ ты (до 2—4%) и ее предварительный нагрев до 200— 250° С. Сочетание этих мероприятий позволяет увеличить скорость процесса коксования в 2 раза.

На целесообразность применения глубокой сушки шихты, дифференцированного измельчения ее компонен­ тов, обмасливания шихты мазутом и жидкими продукта­ ми коксохимического производства (с расходом их 0,5% от веса шихты) указывается и в других работах. Так, на металлургическом, заводе Острэллен айрон энд стил в Порт-Кэмбла установлено, что сушка углей для сниже­ ния в них влаги с 10 до 4% обеспечивает увеличение производительности коксовых батарей на 10—11%.

Предварительный нагрев шихты инертными газами до 255° С, не ухудшая качества кокса, дополнительно увели­ чивает скорость процесса коксования на 20%.

В работах [161, 188] указывается, что путем умень­ шения влажности коксовой шихты с 10 до 7% произво­ дительность коксовых печей возрастает на 3,5—4%. При этом, несмотря на дополнительный удельный расход топлива (9,15 м3 коксового газа) и электроэнергии — 1,24 квт-ч на 1 т шихты, благодаря уменьшению расхо­ да топлива на обогрев батарей и увеличению их про­ изводительности себестоимость кокса снижается на

4,3 коп./г.

Аналогичные результаты получены и в других иссле­ дованиях [19, 54, 68, 105, 160, 191]. В работе Р. Е. Лей-

бовича и др. [93] отмечается также и тот факт, что под­ сушка шихты приводит к увеличению выхода крупных фракций кокса.

Применение указанных и других способов интенси­ фикации коксохимического производства, хотя и не ре­ шает проблемы устранения дефицита коксующихся углей в нашей стране, однако является заслуживающим вни­ мания резервом повышения эффективности металлурги­ ческого производства.

98

Вторым фактором, обусловливающим внедрение металлизованного железорудного сырья, является достиже­ ние высокого уровня развития действующих способов подготовки железных руд к металлургическому переделу. Это развитие явилось следствием высоких темпов роста выплавки черных металлов во всем мире. Так, за 1960— 1970 гг. мировое производство стали увеличилось с 344,3 до 628,7 млн. т, или на 82,6%. За тот же период выплавка стали в СССР возросла с 65,1 до 116 млн. т, или на 78%.

В соответствии с темпами роста выплавки металла развивается и сырьевая база черной металлургии. Так, добыча товарной железной руды в нашей стране за пе­ риод 1960—1970 гг. возросла со 105,2 млн. т до

196 млн. г, т. е. на 86%.

Существенно изменилась структура добываемых в стране руд: уменьшилась доля кусковых железных руд, разрабатываемых шахтным способом, и возросла доля концентратов, являющихся продуктами обогащения бед­ ных руд, разрабатываемых открытым способом. В целом по СССР доля концентратов от общей добычи товарной руды за 1970 г. составила 75%. В Украинской ССР вы­ пуск железорудных концентратов за последние 10 лет увеличился с 13,7 до 83 млн. т, или в 6 раз.

Все большее вовлечение в производство мелких руд и концентратов привело к необходимости развития про­ цессов окускования железорудного сырья.

Преобладающим методом окускования железорудно­ го сырья как в СССР, так и за рубежом является агло­ мерация. В Украинской ССР, как и в целом по нашей стране, за 1960—1970 гг. производство агломерата увели­ чилось примерно вдвое. Значительное увеличение выпус­ ка агломерата наблюдалось также в Японии, ФРГ, Франции, Англии.

В 1970 г. во всем мире произведено 323 млн. тагломе­ рата, из них 133 млн. г — в Советском Союзе.

Положительное влияние агломерата, особенно офлю­ сованного, на показатели работы доменных печей бес­ спорно. Несмотря на это, в последние годы развивается также производство окатышей. Обусловлено это рядом факторов, одним из которых является неизбежное уве­ личение выпуска тонкоизмельченных концентратов (в связи с более глубоким обогащением руд), спекание

которых на агломерационных машинах — наиболее про­ изводительных установках по окускованию руд — затруд­ нено.

Наибольшее распространение производство окатышей получило в США и Канаде.

В 1970 г. выпуск окатышей в этих странах составлял около 80% мирового их производства, причем большая часть окатышей в США и Канаде выпускается неофлюсованными.

Поскольку в США и Канаде в составе доменных шихт 30% составляют сырые железные руды, в качестве их за­ менителей применяются неофлюсованные окатыши, изго­ товляемые из концентратов с более высоким содержа­ нием железа, чем его содержится в кусковых железных рудах; это дает положительный результат.

ВСССР в связи с высоким развитием производства офлюсованного агломерата замена его неофлюсованными окатышами явилась бы шагом назад. Поэтому в нашей стране с самого начала их производства (1964 г.) окаты­ ши выпускаются лишь офлюсованными. В 1970 г. в

СССР было получено около 11 млн. т окатышей, почти половину из которых произведено на Центральном гор­ нообогатительном комбинате.

Всоставе доменных шихт металлургических заводов

СССР практически отсутствует сырая железная руда.

Так, на предприятиях черной металлургии УССР в 1970 г. при выплавке передельного чугуна ее доля в до­ менной шихте составила всего 3%. Поэтому при опреде­ лении целесообразности применения окатышей эффек­ тивность их использования в условиях работы доменных печей нашей страды должна сопоставляться с эффектив­

вок на доменной печи № 7 (полезный объем 1370 ж3) Магнитогорского металлургического комбината с приме­ нением офлюсованных окатышей, полученных на Соко- ловско-Сарбайском горнообогатительном комбинате приведены в табл. 45.

Из приведенных данных видно, что в период работы доменной печи с применением окатышей суточное про­ изводство чугуна возросло всего на 1,7%, хотя содержа­ ние железа в шихте в указанный период было на 5,1%

100