Повышение эффективности выплавки чугуна в доменных печах на основе стабилизации свойств металлургического кокса

• Автор: Степанов, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 145 с. : ил

1. Функции кокса в доменном процессе и его основные свойства.

1.1. Физикомеханические свойства кокса

1.2. Физикохимические свойства кокса.

1.3. Химический состав кокса

1.4. Методы определения качества кокса и их сравнительная оценка

1.5. Направления и методы улучшения свойств металлургического кокса

1.5.1. Модели оптимизации состава угольной шихты

1.5.2. Новые процессы производства металлургического кокса

1.5.3. Технология подготовки и коксования угольной шихты

1.6. Состояние производства чугуна и кокса на ОАО ММК.

Цели и задачи работы

2. Исследование физикохимических свойств доменного кокса.
2.1. Влияние физикохимических свойств кокса на процесс
доменной плавки
2.2. Анализ методов оценки физикохимических свойств
доменного кокса.
2.3. Разработка метода и установки для исследования физикохимических свойств доменного кокса.
2.4. Определение химической активности и термохимической
прочности кокса.
2.5. Формирование термохимической прочности и химической
активности кокса
2.6. Влияние термохимической прочности и химической активности
кокса на показатели доменной плавки.
3. Исследование изменения физикохимических и прочностных свойств
кокса по ходу доменной плавки в условиях ОАО ММК
3.1. Методика отбора проб кокса из доменных печей
и определение его свойств.
3.2. Исследование свойств кокса по горизонтам доменной печи.
3.3. Исследование фурменного кокса
3.4. Влияние качества кокса на газодинамику доменной печи.
4. Повышение качества доменного кокса на основе оптимизации компонентного состава угольных шихт.
4.1. Характеристика сырьевой базы производства доменного кокса
ОАО ММК.
4.2. Исследование влияния скорости коксования на формирование физикомеханических свойств кокса
4.3. Совершенствование методов определения качества сырьевой базы коксования для производства доменного кокса.
4.3.1. Определение технологических свойств углей, используемых для получения металлургического кокса, методом ИКспектроскопии
4.3.2. Определение окисленности углей и влияние окислительных
процессов на формирование свойств доменного кокса.
4.4. Влияние петрографических параметров угольной шихты
на качество доменного кокса.
4.5. Оптимизация компонентного состава угольной шихты.
4.5.1. Прогноз качества кокса.
4.5.2. Повышение качества металлургического кокса на основе метода оптимизации состава угольной шихты
4.6. Дифференцированная оценка содержания серы в угольной шихте.
4.6.1. Методы снижения содержания серы в коксе.
5. Стабилизация свойств металлургического кокса основа эффективной выплавки чугуна в доменных печах.
5.1. Получение кокса требуемого качества.
5.2. Оценка газодинамического состояния и теплообмена
доменной печи
5.3. Шлаковый режим доменной плавки .
5.4. Влияние содержания соединений серы в коксе на качество чугуна
Заключение.
Библиографический список.
Приложение 1. Подбор состава угольной шихты на основе оценки влияния свойств кокса на производительность
доменной печи
Приложение 2. Экономический эффект работы .
Приложение 3. Технологическая карта работы доменных печей
Введение


Граничные условия по содержанию фракций кокса определяются из особенностей конструкции доменных печей, эксплуатационных параметров и характеристик доменной шихты. В практике работы доменных печей США имеет место использование кокса с нижним пределом крупности мм в Японии для большинства доменных печей используют кокс класса мм 3. Редкаре, выполнен комплекс исследований по оценке влияния качества скипового кокса на эксплуатационные параметры доменной печи. Изучено изменение свойств кокса по горизонтам доменной печи. В качестве показателя, оценивающего разрушение кокса от уровня засыпи до уровня фурм, был принят показатель Микумслоуп. Определена величина эффективной средней крупности кокса в зоне заплечиков, она составила мм. При этом обеспечивался свободный дренаж жидкой фазы в коксовой насадке заплечиков и горна. Полученные результаты позволили улучшить техникоэкономические показатели процесса выплавки чугуна, производительность печи была увеличена в 1,4 раза. В последнее время некоторыми исследователями 6 отвергается значение показателей механической прочности, как одного из критериев оценки свойств кокса. Многолетняя практика работы доменных печей ОАО ММК показывает обратное изменение физикомеханических характеристик кокса М, Мю оказывает существенное влияние на его удельный расход в доменном цехе. Такая зависимость рис. Из данных, представленных на рис. Мю б выше ,0 и снижение М а ниже приводит к росту удельного расхода кокса до 0 кгт и выше. Результаты исследований, проведенных фирмой i Австралия также подтвердили решающее влияние средней крупности кокса на ход доменной плавки 7. Увеличение средней крупности кокса на 1 мм обеспечивает повышение производительности доменной печи на 1,4 . Минимальная крупность скипового кокса принята равной мм. V0,, 1. С, . Рис. Исходя из этой зависимости, повышение прочности кокса С8К на 1 в диапазоне значений обеспечивает снижение расхода топлива на выплавку чугуна на 0,4 кгт. Показатель С8И. Исследования влияния показателей качества кокса на работу доменной печи объемом м3, проведенные на Магнитогорском металлургическом комбинате в г. М, М0и равномерности ситового состава кокса Кр. ПД0,ф2, 7КрМ2 0,6М0,9М, 1. Кр коэффициент равномерности ситового состава. В рассмотренных выше работах показана роль физикомеханических свойств кокса на его расход и производительность доменных печей. Ре3 Ре О 4 СО 3 Бе 4 С 1. СЮ2 С 1. С С 2 СО 1. Реакции 1. Горение и газификация кокса в доменных печах представляют собой химическое взаимодействие окислителей с реакционной поверхностью кокса. Основные физикохимические закономерности этих процессов описываются диффузионнокинетической теорией, разработанной Я. Б. Зельдовичем, Д. А. ФранкКаменецким, В. И. Блиновым, Г. Ф. Кнорре, Предводителевым, Л. Н. Хитриным, З. Ф. Чухановым, Н. В. Лавровым, Б. В. Канторовичем и другими авторами . В соответствии с этой теорией и данными экспериментальных исследований сложились представления о закономерностях газификации кускового кокса и зависимости его химической активности в процессах доменной плавки от молекулярной структуры и текстуры кусков. В таком понимании химическая активность может рассматриваться как комплексная характеристика, учитывающая физикохимические процессы газификации кокса в целом. Высокая химическая активность в зоне прямого восстановления сопровождается непроизводительным расходом дополнительного количества кокса. В соответствии с теорией М. А. Павлова расход кокса будет минимальным при определенном для каждых условий плавки соотношении прямого и косвенного восстановления, когда выделяющегося при горении углерода тепла достаточно для покрытия всех потребностей доменного процесса, а образующегося при этом СО достаточно для протекания косвенного восстановления. Повышенная химическая активность может привести к нарушению оптимального соотношения между прямым и косвенным восстановлением и к увеличению удельного расхода кокса на выплавку чугуна. По данным работы , смещение зоны газификации углерода кокса в верхние уровни печи, при увеличении реакционной способности на 1 приводит к увеличению расхода кокса на 0,9 кгт чугуна.