Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Апреля 2010 в 17:19, Не определен
Коксохимическое производство — основное направление нетопливного использования каменных углей при технологической их переработке высокотемпературной карбонизацией в металлургический кокс для получения чугуна и стали в доменном процессе. Череповецкий металлургический комбинат (ОАО «Северсталь»), производящий до 15% кокса и 20% стали в России, по праву считают одним из ведущих металлургических предприятий Российской Федерации. Основные этапы становления и развития комбината со времени выдачи 12 февраля 1956 г. первого кокса были рассмотрены ранее при подведении итогов 45-летия производства в 2001 г.
батарей № 5-6 было проведено опробование восьми типовых углей Австралии, фигурирующих на мировых рынках коксующихся углей [10]. Показано, что наиболее пригодными для разработки шихт представляются коксовые угли Goonyella и Reverside. В количестве соответственно 20 и 20— 35% они могут заменить кузнецкие угли марки КС и частично жирные печорские угли. Недостатком австралийских углей следует считать их повышенную зольность (8,6—9,8%) и сернистость (до 0,6%), а достоинством — отнесение их к марке 1К по ГОСТ 25543—88 и пониженное содержание в золе щелочных компонентов (1,1 —1,2%), что благоприятствует получению кокса низкой реакционной способности (Кт — 0,133+0,136 см3 -г~' с~'). Этому соответствуют показатели CRI = 30 и CSR = 55%. При использовании углей Австралии из-за их повышенной стоимости возрастает и себестоимость кокса. Поэтому расширение сырьевой базы за счет австралийских углей реально лишь при возникновении форс-мажорных обстоятельств с поставками углей коксового ряда либо при повышении стоимости российских углей до мирового уровня.
В
отличие от этого показатель CRI
определяют по величине «угара» кокса
в атмосфере СО2
(5 л/мин) при 1100 °С и продолжительности
испытаний т = 2 ч. При этом используют повышенную
загрузку кокса (200 г) при большем размере
его частиц (20 мм). Таким образом, более
надежно моделируются условия реагирования
кокса в доменной печи, а количества подвергнутого
воздействию СО2 кокса вполне достаточно
для испытания на прочность. По выходу
класса > 10 мм при испытании в барабане
устанавливают индекс «горячей» прочности
кокса CSR.
Газификация кокса по этой методике идет преимущественно во внутридиффузионном режиме [12, 13], как это имеет место в шахте доменной печи, вследствие чего определяемый по «угару» кокса CRI (%) коэффициент скорости процесса газификации
следует рассматривать как некоторую эффективную величину, отражающую реактивность поверхностного слоя крупнокускового кокса. Поскольку процесс в этом случае проводят при более высокой температуре (выше на 100 °С), значения &эф по (2) для тех или иных исследуемых коксов будет всегда выше в сравнении со значением константы скорости к по (1). Соотношение между к . и к можно характеризовать поэтому эф-
Эф
фективной энергией активации (кДж/моль):
Как показано в работе [13], величины Е и Кт находятся в обратной корреляционной зависимости, причем взаимосвязь между ними для различных коксов подчиняется одной и той же закономерности для образцов кокса различных производителей (рис. 2). Коэффициент корреляции между отдельными значениями для 40 образцов металлургического кокса и усредненной кривой Еа =f(KJ, проведенной по методу наименьших квадратов, составляет 0,955. По-видимому, чем пассивнее углерод кокса взаимодействует с СО2 (т.е. чем ниже значения KJ, тем выше должен быть активационный барьер, и наоборот: чем легче осуществимо взаимодействие С + СО2 (т.е. чем выше значения KJ, тем более низкий активационный барьер должен быть преодолен для протекания этой реакции.
При
известных значениях
Наибольшей
реакционной способностью по обоим показателям
реактивности (Кт
и CRT) характеризуется кокс коксовых
батарей № 5—6, подвергаемый мокрому тушению,
а наименьшей реакционной способностью
— кокс сухого тушения батарей № 7—10.
При этом данные по коксу батареи № 4, который
подвергается сухому тушению лишь частично,
занимают промежуточное положение.
эмпирические коэффициенты которой а и b принимают конкретные численные значения в зависимости от коксуемого сырья и условий коксования (см. таблицу). Численные значения коэффициентов формулы (7) для кокса разных батарей несколько отличны, но в пределах доверительных интервалов (удвоенных значений указанных со знаком + среднеквадратических отклонений) согласуются между собой, что дает возможность получить усредненную зависимость между CSR и С/?/[14].
лей. Сделан вывод, что показатели как «холодной», так и «горячей» прочности формируются под воздействием множества факторов, каждый из которых меняется случайным образом.
При
стабильном режиме работы коксовых печей
основной причиной довольно широкой вариации
значений всех индексов прочности кокса
можно считать изменчивость вещественного
состава и свойств используемых при составлении
коксовых шихт углей и концентратов [15].
При этом показатели «холодной» и «горячей»
прочности отражают как общие элементы
структуры коксов (о чем свидетельствует
усредненная корреляция между ними), так
и особенности структуры, отличающиеся
соответственно в случае исходного кокса
и после реакции его с СОГ В частности,
именно показатель «горячей» прочности
CSR лучше всего коррелирует с удельным
расхо-
дом топлива на выплавку чугуна в доменной печи. Выполненный в [6] математико-статистический анализ производственных данных показал, что повышение значения CSR на 1 % приводит к снижению расхода кокса на Д# = 0,7-^3,2 кг/т чугуна:
Отмеченное увеличение прочности кокса после реакции с СО2 при введении в шихту углей Кузбасса повышенного содержания позволяет уменьшать удельный расход топлива (кокса и природного газа) на выплавку чугуна в доменной печи при поддержании доли кокса в тепловом балансе на уровне 73—74% (рис. 4). Как видно из этого рисунка, удельный расход условного топлива в доменных печах ОАО «Северсталь» можно снизить в еще большей степени, добиваясь увеличения горячей прочности кокса. При исчерпании ресурса состава сырьевой угольной базы в формировании показателя CSR с очки зрения его дальнейшего повышения определенную роль должно сыграть совершенствование технологий как процесса коксования, так и доменного процесса.
Для
условий получения кокса в
современных динасовых печах разработана
модель формирования температурного поля
угольной загрузки при ее коксовании [17].
Расчет температурного поля по дифференциальным
уравнениям тепло-переноса через огнеупорные
стенки к углю в каждый момент времени
сопровождается расчетом скорости термической
деструкции органической массы угля в
соответствии с химической кинетикой
(при учете зависимости констант скорости
от температуры) и тепловых эффектов химических
реакций [18]. Математическая модель апробирована
на примере коксовых печей батареи № 5
при
ширине камеры 450 мм и загрузке 8-компонент-ной шихты с долей кузнецких углей 68,7%. Результаты моделирования температурного поля печных камер, периода коксования и показателей качества кокса совпали полностью с производственными данными, полученными при промышленном коксовании шихты.
Таким образом, в последние годы коксохимическим производством Череповецкого металлургического комбината при участии научно-исследовательских организаций (И ГИ, ВУХИН, НТЦ «Лаг Инжиниринг») успешно решена актуальная народно-хозяйственная проблема разработки и научно-технического обоснования новой сырьевой угольной базы коксования для условий ОАО «Северсталь». Решение этой проблемы осуществлено на основе комплексного исследования состава и свойств наиболее перспективных для коксования углей Кузнецкого бассейна с привлечением методов петрографии при изучении спекающих и коксующихся параметров углей, современных методов оценки качества кокса и математического моделирования его реакционной способности и прочностных характеристик, ответственных за поведение кокса как углеродистого восстановителя в процессе доменной плавки.
Выводы
(CRI) и его доменной прочностью CSR, что позволяет прогнозировать по данным Кт значения характеристик кускового кокса. Показано, что для получения кокса с показателем CSR > 56% значения Кт не должны превышать 0,18 см3т~'с~'.
Список литературы