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
1. На основе анализа результатов исследований
современными методами определения реакцион
ной способности кускового кокса и данных ма
тематического моделирования его прочностных
характеристик разработаны научно-технические
основы формирования сырьевой угольной базы
для производства качественного металлургичес
кого кокса при нестабильности марочного соста
ва и характеристик исходных углей. Разработана
компьютерная база данных по перспективным
для коксования углям основных шахтопластов
Печорского и Кузнецкого бассейнов. Впервые
установлены взаимосвязи между характеристика
ми состава и свойств углей различных марок, что
позволяет надежно контролировать марочную
принадлежность сырья для коксования.
2. Внедрены рефлектограммный анализ рядо
вых углей и концентратов в производственных ус
ловиях с определением петрографического соста
ва и стадии метаморфизма и современные методы
определения реакционной способности кусково
го кокса (индекс CRI) и его послереакционной
прочности (CSR). Установлены количественные
взаимосвязи между показателями реакционной
способности измельченного (К ) и кускового кокса
(CRI) и его доменной прочностью CSR, что позволяет прогнозировать по данным Ктзначения характеристик кускового кокса. Показано, что для получения кокса с показателем CSR > 56% значения Ктне должны превышать 0,18 см3т~'с~'.
3. Составлена компьютерная программа для
петрографического метода расчета и выполнено
вариантное моделирование коксуемости много
компонентных шихт поданным рефлектограмм-
ного и технического анализов углей с оценкой
прочностных характеристик кокса (М|0, М2У Мю)
и индексов CRI, CSR. На основе результатов рас
чета установлены требования к марочному соста
ву перспективных угольных шихт для коксохими
ческого производства ОАО «Северсталь». Пока
зано, что в условиях нестабильности поставок и
марочного состава углей и концентратов при раз
работке шихт допустимо некоторое снижение
механической прочности кокса (по индексу MiQ с
8,4—8,5 до 9,1—9,2%), компенсируемое снижени
ем реакционной способности кускового кокса и
повышением показателя горячей прочности CSR до 53—56%. Результаты подтверждены промыш
ленными испытаниями.
4. По результатам производственных коксова
ний перспективных шихт разработана структура
новой сырьевой базы с повышенным участием
кузнецких углей марок К, КС, КО, а также ряда
зарубежных углей (например, австралийских мар
ки К). Реализация предлагаемых мероприятий
обеспечивает устойчивость функционирования
как коксохимического, так и доменного произ
водств ОАО «Северсталь» и характеризуется сни
жением расхода топлива в доменном производ
стве (порядка на 6000 т у.т. в месяц) при соответ
ствующем снижении себестоимости чугуна.
Список литературы
1. Темкин Н.Е., Афанасьев А.С. 45 лет коксохимическому
производству Череповца// Кокс и химия. 2001. № 2. С.
2-4.
2. Трифонов В.Н., Коновалова Ю.В. Влияние состава углей
и качества кокса на уровень технологии доменного про
изводства ОАО «Северсталь» // Кокс и химия. 2001. № 2.
С. 15-20.
3. Афанасьев А.С, Коновалова Ю.В., Дышлевич И.И. и др.
Проблемы формирования сырьевой базы коксования...
// Производство чугуна на рубеже столетий: Труды V
Международного конгрессадоменшиков. —Днепропет
ровск-Кривой Рог, 7-12 июня 1999 г. С. 173-177.
4. Трифонов В. П., Коновалова Ю.В., Гагарин СТ., Султангу-
зин И.А. О применении петрографических методов оцен
ки шихт для коксования...//Кокс и химия. 2001. № 2. С.
9-14.
5. Коновалова Ю.В., Карунова Е.В. Использование петро
графических методов для оценки качества поступающих
углей и концентратов // Материалы науч.-техн. конф.
молодых специалистов и инженеров «Северсталь — пути
к совершенствованию». - Череповец, июль 2002 г. С. 17,
18.
6. Коновалова Ю.В., Kupocupoea А.А. Оценка факторов, вли
яющих на показатель термической прочности // Там же.
С. 18-20.
7. Карунова Е.В., Коновалова Ю.В., Гагарин С.Г. и др. Конт
роль избирательного измельчения компонентов шихты...
//Кокс и химия. 2005. №4. С. 6-11.
8. Карунова Е.В., Трифонов В.Н., Султангузин И.А. и др.
Прогноз показателей качества кокса Череповецкого ме
таллургического комбината... // ХТТ. 2005. № 5. С. 41 —
50.
9. Трифонов В.И., Коновалова Ю.В., Султангузин И.А. и др.
Расширение угольной сырьевой базы... // Кокс и химия.
2002. № 11. С. 2-8.
10. Афанасьев А.С, Коновалова Ю.В., Нетронин В.И., Изюм-
сшй Н.Н. Влияние состава углей и качества кокса... //
Кокс и химия. 2001. № 2. С. 15-20.
11. Гюльмалиев A.M., Гагарин С. Г., Коновалова Ю. В., Султан -
гузин И.А. Оценка реакционной способности и прочно
сти кокса... // ХТТ. 2002. № 2. С. 37-46.
12. Афанасьев А.С, Коновалова Ю.В., Гагарин С.Г. и др. Оцен
ка качества доменного кокса//ХТТ. 2003. № З.С. 47—58.
13. Трифонов В.Н., Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Султангу
зин И.А. Высокотемпературное взаимодействие домен
ного кокса с диоксидом углерода // ХТТ. 2004. № 2. С.
19-26.
14. Коновалова Ю.В., Афанасьев А.С, Султангузин И.А. и др.
Реакционная способность и прочность доменного кок
са... // Кокс и химия. 2003. № 1. С. 15-20.
15. Трифонов В. Н., Коновалова Ю. В., Гагарин С. Г. и др. О вза-
имосвязи показателей «холодной» и «горячей» прочнос
ти доменного кокса // Кокс и химия. 2005. № 2. С. 16—
21.
16. Логинов В. Н., Афанасьев А.С, Коновалова Ю.В. и др. Вли
яние качества кокса на технологические показатели до
менной плавки // Бюл. «Черная металлургия». 2003. № 5.
С. 39-44.
17. Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Трифонов В.Н. и др. Ма
тематическое моделирование процессов теплопереноса
и термической деструкции угольной шихты в коксовых
печах// Кокс и химия. 2004. № 9. С. 15-26.
18. Коновалова Ю.В., Трифонов В.Н., Гюльмалиев A.M. и др.
Кинетика термической деструкции компонентов уголь
ной шихты... //ХТТ. 2004. № 4. С. 3-16.