ВДУВАНИЕ ПЫЛЕВИДНОГО УГЛЯ НА ЗАВОДЕ HOOGOVENS

В течение длительного времени обычной практикой на заводе было вдувание в доменную печь жидкого топлива в количестве до 100 кг на 1 т чугуна (температура горячего дутья составляла 1200 и 1300 °С, расход кокса ~390 кг на 1 т чугуна). Однако такой метод работы стал неэффективным с нефтяным кризисом, и в 1982 г., вдувание нефти было полностью прекращено. Долгосрочное стратегическое планирование указывало на то, что для производства чугуна доменная печь должна гарантированно обеспечиваться топливом. Исходя из этого, было решено реконструировать сначала коксовую батарею № 1 (реконструкция была начата в 1981 г. и закончена в 1983 г.). Для того чтобы продлить срок эксплуатации коксовой батареи № 2; которая работала уже 12 лет, ее производительность была снижена до 85 % от первоначальной. Тщательный анализ показал, что система надежного и высокопроизводительного вдувания пылевидного угля приведет к снижению капитальных затрат и к сравнительно более низким эксплуатационным затратам но сравнению с теми, которые надо было произвести в случае увеличения мощности коксовых батарей для работы доменных печей с требуемым количеством кокса. Основываясь на этом анализе, было решено установить систему вдувания пылевидного угля на главных агрегатах доменных печах № 6 и 7. Суммарная производительность этих двух печей ~ 1550 т чугуна в сутки, или >5 млн.т в год.

В 1981 г. установлена система вдувания пылевидного угля (ВПУ) на печах № 6 и 7, которая обеспечивала вдувание этого топлива в количестве 90 кг на 1 т чугуна при полной производительности печей. В это время Армко Инк. (США) была единственным поставщиком систем ВПУ в количестве до 80 кг на 1 т чугуна. Эти системы работали на заводе Ashland и Oita Nippon Steel (Япония).

Система ВПУ состоит из двух частей — системы подготовки угля и транспортнораспределительной системы. Главным участком первой системы является помольная мельница, в данном случае помольное оборудование фирмы Бабкок и Вилькокс. Уголь поступает из складских бункеров на очистку (из угля удаляются черные и цветные металлы, дерево, материя и т.п.). Затем уголь сортируют по размеру кусков и куски <50 мм направляют на мельницу. Первоначально мельница имела производительность 30 т/ч, но в связи с возросшей потребностью в угле производительность ее была доведена до 50 т/ч. Это было сделано за счет регулирования давления в мельнице, повышения температуры воздуха на входе и увеличения пропускной способности угольного питателя. Увеличение производительности мельницы привело к более грубому помолу, но это не ухудшило работу системы пылевдувания. В результате увеличения производительности мельницы можно вдувать в количестве 140 кг на 1 т чугуна при максимальной производительности обеих доменных печей. Ежегодное потребление пылевидного угля превысило 750000 т, что на 80% больше, чем было на начальной стадии. Это в свою очередь уменьшило нагрузку на устаревшую коксовую батарею № 2, появилась возможность продавать высококачественный кокс на сторону.

Каждая доменная печь оборудована своей транспортнораспределительной системой для подачи пылевидного угля. Эта система состоит из трех питающих бункеров, выгружающего устройства, распределителя и линии вдувания угля в фурмы. Уголь из резервуара поступает в питающие бункеры партиями и каждый бункер работает последовательно в следующем повторяющемся режиме: наполнение, создание давления, ожидание, выгрузка, снятие давления. Смесь пылевидного угля с азотом в плотной фазе смешивается с транспортирующим воздухом в разгрузочном устройстве и разбавленная смесь дозируется и поступает в распределитель (расположенный на верху печи) перед тем, как смесь будет вдуваться в фурмы. Расстояние между отделением подготовки угля и доменными печами ~ 150 м, но в случае, когда эти печи останавливаются на обслуживание, пылевидный уголь транспортируется к печи № 4 на расстояние 1050 м перед тем, как он попадает в фурмы. Вся система ВПУ работает на интегрированной автоматической системе Siemens Teleperm М, состоящей из трех независимых станций на различных участках, которые координируют различные операции.

На заводе Hoogovens было проведено несколько испытаний работы системы ВПУ и доменной печи с очень высокой долей вдуваемого угля. Основная философия шихтовки в этих испытаниях оставалась без изменений, т.е. заключалась в поддержании слоев руды на постоянном уровне, изменялась лишь коксовая база. При высокой доле пылевидного угля оказалось, что падение давления над шихтой увеличивается и параметры газа, проходящего в доменной печи, должны быть оптимизированы для хорошей работы печи. Применялось также обогащение дутья кислородом, хотя и в небольших количествах.

Испытания на печи № 7 проводили в 1989 г. в течение пяти недель. Этот срок оказался недостаточным для оптимизации распределения шихты и газа в доменной печи. Количество вдуваемого угля было увеличено от 150 до 180 кг на 1 т чугуна в четыре ступени за период десяти дней (изза недостаточной мощности отделения подготовки угля количество угля, вдуваемого в печь № 6, было соответственно уменьшено до 60 кг на 1 т чугуна, слой руды поддерживался постоянным). Толщину слоя кокса также поддерживали постоянной в период постепенного увеличения количества угля, и только подвижная броня колошника требовала небольшой регулировки. Температура пламени поддерживалась на уровне, превышающем 2175 °С, за счет увеличения содержания кислорода в дутье от 2,3 до 3,5 %.

Регулярно определяли количество пыли и ее состав. Не было замечено ни увеличения ее количества, ни повышения содержания углерода. В течение всего периода испытаний в поведении печи не наблюдалось отклонений. Испытания были прекращены по причине накопления на складе излишков кокса. Возвращение к количеству вдуваемого угля 140 кг на 1 т чугуна было сделано в одну ступень без ка кихлибо нарушений в работе печи. В процессе этой операции слой руды сохранялся постоянным.

В 1991 г. проведены новые испытания с еще большим количеством ВПУ. В течение 8 дней количество пыли было доведено за четыре приема до 190 кг на 1 т чугуна. Слой руды оставался постоянным. После оценки поведения печи количество вдуваемой пыли увеличили до 215 кг на 1 т чугуна в течение 8 дней за три приема. Слой руды опять сохранялся постоянным* Печь работала нормально и сокращение расхода кокса соответствовало теоретически ожидаемому. При вдувании топлива 218 кг на 1 т чугуна был достигнут наименьший расход кокса 277 кг на 1 т чугуна. Однако при этом давление дутья повысилось на 0,20,3 бара по сравнению с обычным и локализовалось в нижней части распара, что может ограничить производительность печи, необходимую в будущем. Вместо того, чтобы повышать содержание кислорода в дутье, было решено изменить распределение шихты. Увеличение центрального потока газа до некоторой степени решило эту проблему, но за счет этого увеличился выход неиспользованного фурменного газа и уменьшилась утилизация колошникового газа. Тепловая нагрузка печи также уменьшилась и значительно увеличились тепловые потери, указывая на увеличивающуюся степень центрального хода печи. Испытание закончилось примерно через месяц, когда фурмы забились шлаком при снижении интенсивности дутья по трем различным причинам. Прекращение испытания произошло перед самой остановкой печи. Из за внезапного сокращения программы время было недостаточным для оптимизации распределения шихты и газа. Поэтому было запланировано продолжить испытания.

Из предыдущих экспериментов видно, что вдувание в доменную печь большого количества пылевидного угля — не только вопрос простого сокращения расхода кокса, связанного с увеличением потока угля. Проведенные ранее кампании показали, что при вдувании большого количества угольной пыли необходимо систематически оценивать работу печи в течение длительного времени. Таким образом, последние испытания, проводимые на печи № 6, использовались для изучения влияния ряда важных параметров на стабильность работы доменной печи. Испытание началось в марте 1992 г. и продолжалось до конца года. Доменная печь начала работать с количеством ВПУ 160 кг на 1 т чугуна и через восемь недель это количество было доведено до 190 кг на 1 т чугуна. В начале мая расход кокса снизился до 300 кг на 1 т чугуна. Так как мощность мельницы была недостаточной, в это время печь № 7 работала с вдуванием угля 110 кг на 1 т чугуна.

В процессе испытания пытались поддерживать на постоянном уровне ряд параметров и производительность. Так, например, были постоянными соотношение в шихте агломерата и окатышей, качество кокса, химический состав шлаков и др. Никакие другие исследования не планировались при проведении этого испытания. Это касалось и качества шихты. Надеялись, что удастся поддержать на постоянном уровне производительность печи (6225 т чугуна в сутки). Однако по ряду причин это не всегда удавалось сделать.

Во время испытания поддерживалась постоянной толщина слоя руды в пределах 0, 4.0—0,45 м, которая выдерживалась и в прежних экспериментах. При этом с увеличением количества ВПУ соответственно должна уменьшаться толщина слоя кокса. При вдувании 180 кг на 1 т чугуна достигалось минимальное количество кокса в скипе и после этого толщина слоя кокса также оставалась постоянной. На заводе Hoogovens используют 90 кокс в виде орешков. Такой кокс, смешанный с агломератом и окатышами, загружают в первый скип.

Прежняя кампания, проведенная на печи № 7, показала уменьшенную тенденцию к износу стенок при большом количестве вдуваемой пыли и ожидалось, что может возникнуть проблема с повышенной влажностью в верхней части шахты благодаря снижению температуры в этой зоне. Печь № 6 хорошо оборудована средствами для наблюдения за температурами в различных участках печи, но тем не менее повышение количества вдуваемого углерода должно происходить постепенно. Доказательством тому, что улучшился периферийный ход печи, является ее устойчивая работа в 1992 г., со сниженным расходом топлива (480 кг на 1 т в сентябре, когда расход кокса составлял 292 кг на 1 т чугуна),

В процессе испытания сход шихты никогда не вызывал проблем. Сход был плавным, и записи показаний щупов были нормальными. В дальнейшем благодаря приготовлениям, сделанным перед остановкой печи, и мерам, принятым сразу после пуска, были получены ценные данные о подготовке шихты, обеспечивающей плавную остановку и пуск печи при высокой доле вдуваемой угольной пыли.

Испытание закончилось при максимальном количестве ВПУ 212 кг на 1 т чугуна, достигнутом в декабре 1992 г. Расход кокса при этом составил 272 кг на 1 т чугуна.

ВПУ через фурмы становится обычной практикой работы современных доменных печей. При повышении количества вдуваемого угля возрастает возможность засорения фурмы. Это может создать некоторые трудности в работе, а в худшем случае стать опасным. Например, утечка угольной пыли из фурмы может привести к ее возгоранию в том месте, где появилась утечка. Кроме того, пыль может попасть обратно в систему горячего дутья, что создает потенциальные возможности взрыва. Это приведет к длительной остановке печи.

После того как на заводе Hoogovens встретились с проблемой засорения фурм, был разработан прибор, который сигнализирует о надичии засорения фурмы. Конструкция устройства обеспечивает отсечку подачи пыли при обнаружении засорения фурмы. Оно монтируется на смотровом глазке фурмы и контролирует ее выходное отверстие, не мешая визуальному наблюдению за состоянием фурмы. Прибор находится в эксплуатации уже три года.

Показана возможность эксплуатировать доменную печь с высокой стабильностью и производительностью, используя большое количество пылевидного „угля, вдуваемого в печь, с существенным сокращением расхода кокса. Главными факторами получения хороших результатов являются распределение шихты и контроль за температурой различных участков печи. В дальнейших исследованиях важно понять причины внезапного уменьшения содержания кремния в чугуне и снижения его температуры при вдувании повышенного количества угля.

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