ОБ УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАМЕНИТЕЛЕЙ КОКСА В ПРОЦЕССАХ

Реализация сложившейся стратегии коренного улучшения энергоиспользования в доменном производстве за счет внедрения добавок к дутью, таких как пылеугольное топливо (ПУТ), горячие восстановительные газы (ГВГ), жидкие заменители (ЖЗК) и повышение эффективности применения природного газа (ПГ) предопределяет придание соответствующих свойств (в частности, высокотемпературных) железорудным материалам и коксу, которые обусловливают наиболее эффективное использование указанных добавок к дутью.

С целью установления общей ситуации, исходных положений и параметров процесса, определяющих поведение железорудных материалов и кокса в различных зонах доменной печи в условиях применения различных добавок к дутью, выполнена серия прогнозных термодинамических и металлургических расчетов показателей и параметров доменной плавки, результаты которых явились базой для выполнения экспериментальных и расчетнотеоретических исследований. При этом ограничились рассмотрением четырех главных заменителей кокса: ГВГ, ПГ, ПУТ, ЖЗК (мазут). Исходя из анализа имеющихся в литературе сведений об особенностях технологии плавки, при каждом из указанных видов дополнительного топлива проведена их ранжировка по коэффициенту замены кокса и определяющим параметрам.

На рис. 1 приведена схема, показывающая принятые в расчетах изменения расхода добавки к количеству углерода кокса, сгорающего у фурм 5, при соответствующих коэффициентах замены Кзлм и теоретических температурах у фурм Тт.

Выполненные исследования показали, что энергетическое состояние процесса плавки и расход кокса на фурмах при разных добавках к дутью в значительной мере обусловливаются металлургическими, в том числе высокотемпературными свойствами шихтовых материалов. Для их определения разработаны методики и соответствующее аппаратурное оформление. При этом комплексным изучением процессов взаимодействия шихтовых материалов для условий развивающихся технологий выявлены особенности и закономерности: твердофазное взаимодействие кокса и кислорода руды; твердофазное взаимодействие кокса с газообразными окислителями при переменном нагреве и приложении механической нагрузки; формирование расплавов из железорудных материа!юв разного состава на коксовой насадке различного качества; взаимодействие шлакового расплава разного состава и кокса различных свойств; влияние параметров зоны когезии на газодинамику столба материалов в нижней зоне доменной печи (плоская модель) и др.

В частности, особенности взаимодействия железорудных материалов и кокса в ходе формирования расплавов исследовались по методике ИЧМ, позволяющей определить температуры, при которых наблюдаются характерные изменения свойств и состояния материалов в присутствии частично газифицированных зерен ПУТ и его золы, ПГ (сажа), восстановительных и окислительных газов. Схематическое развитие процесса формирования расплава на коксовой насадке приведено на рис. 2.

Обобщением выполненных к настоящему времени исследований установлено, что важными условиями повышения эффективности замены кокса при различных добавках к дутью яв

Изменение усадки 5 железорудного материала (/) при размягчении и отделение шлакового и металлоуглеродистого расплава (М — масса расплава) через коксовую (//) насадку в процессе нагрева; *0— температуры начала усадки слоя и tx полной потери газопроницаемости слоя, °С; *2 — температура начала каплеотделения расплава, °C; t2—t3 и t3—t5 — интервалы соответственно истечения первичного высокозакисленного расплава и совместного истечения металла и шлака, °С; t5—t6 — интервал, иллюстрирующий остаток расплава в слое кокса при 1600 °С, °С ляются: замедление регенерации углекислоты в слое кокса в твердых фазах и при жидкостном взаимодействии кокса и расплава; высокие прочностные свойства кокса при регулируемых его реакционных свойствах в условиях указанных ранее взаимодействий; интенсификация процесса восстановления оксидов железа в твердых и жидких средах за счет оптимизации химического состава и физического состояния сырья; контролируемое подавление процессов насыщения чугуна кремнием, серой и углеродом; высокая пропускная способность по газу зоны когезии и столба шихты, оптимизация ее формы и размеров, обусловливающая рост степени использования газа (т/СО).

Выявлены соответствующие зависимости и разработаны модели, позволяющие в каждом конкретном случае прогнозировать поведение шихтовых материалов в высокотемпературной зоне доменной печи и оптимизировать параметры плавки, обеспечивающие повышение эффективности заменителей кокса.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994