Интенсификация и технико-экономические показатели доменной плавки

Методы интенсификации доменной плавки направлены на повышение производительности печей и сокращение расхода кокса, доля которого в общей стоимости чугуна достигает 50%.

Один из путей интенсификации – улучшение качества шихты: ее усреднение и применение офлюсованного сырья (агломерата и окатышей). Последнее позволяет вывести из доменного процесса известняк, разложение которого увеличивает расход кокса. В результате применения агломерата с основностью 1,3–1,4 и более расход известняка снижается с 320 до 70 кг/т чугуна и менее, расход кокса сокращается на 11%, а производительность доменной печи возрастает не менее чем на 12%.

Повышение давления газа на колошнике (до 3–4 кН/м²) сопровождается уменьшением их объема и понижением скорости, что приводит к более ровному ходу плавильного агрегата и увеличению восстановительной способности газовой фазы, уменьшает пылеунос. Повышение давления достигается установлением дополнительного сопротивления на пути движения газов на выходе из доменной печи. Подъем давления до 2,5 кН/м² повышает ее производительность на 15–20 % и сокращает расход кокса на 5–10 %.

Значительное число мероприятий связано с улучшением качества дутья (постоянная влажность, подогрев, обогащение кислородом, комбинированное дутье).

Применение дутья постоянной влажности обусловлено тем, что колебания его естественной влажности в различные сезоны (десятые доли грамма зимой, 25–30 г/Нм³ летом) и даже в течение одних суток вызывают резкие изменения температуры дутья. При дутье постоянной влажности (около 25 г/Нм³) увеличивается содержание в горновом газе концентрации восстановителей (СО и Н₂), продуктов взаимодействия паров воды с углеродом, что повышает производительность доменной печи примерно на 7%, снижает расход кокса на 2%.

Затраты тепла на разложение влаги компенсируют дополнительным нагревом дутья (9°С на 1 г Н₂О в 1 Нм³). Вдувание пара, не сопровождаемое соответствующим нагревом дутья, ведет к ухудшению технико-экономических показателей плавки.

Увеличение температуры нагрева дутья на каждые 100°С в диапазоне 900–1200°С дает экономию кокса приблизительно 3% и ведет к росту производительности печи на 2–3%.

Обогащение дутья кислородом интенсифицирует горение углерода у фурм, уменьшает количество отходящих газов, увеличивает температуру горна. При возрастании содержания кислорода в дутье на 1% производительность печи повышается в среднем на 2%.

Использование комбинированного дутья позволяет увеличить степень обогащения дутья кислородом. Для этого на каждый дополнительный 1 Нм³ О₂ вдувают около 0,65 Нм³ природного газа или 0,4 кг мазута. При такой технологии обеспечивается экономия кокса 0,8 кг/Нм³, природного газа, а степень обогащения дутья кислородом можно поднять до 35–40%.

Широкое применение комбинированного дутья ограничивается дефицитностью углеводородных топлив, поэтому большее внимание уделяется вдуванию в горн доменных печей менее дефицитных и дешевых пылевидных углей. Масса пылевидного угля может достигать 260 кг/т при коэффициенте замены кокса углем 0,80–0,95. Известна практика замены кокса кусковым углем достаточной прочности.

Доменные печи имеют следующие показатели работы: продолжительность пребывания шихты в печи 6–8 часов; коэффициент использования полезного объема печи (КИПО) – отношение полезного объема печи к среднесуточной производительности – 0,35–0,45 м³/т сут.; удельный расход кокса 400–500 кг/т чугуна, рудной части – 1700–2000 кг/т чугуна, дутья 2800–3000 Нм³/т кокса, вынос колошниковой пыли 30–100 кг/т чугуна. Производительность труда на современных заводах составляет более 8 тыс. т чугуна в год на одного работающего. Основные статьи себестоимости чугуна, %: исходные материалы – 42, технологическое топливо – 50, заработная плата и амортизация – по 1,5.

Кампания доменной печи от задувки до выдувки и остановки на капитальный ремонт продолжается до 10–12 лет (обычно 5–8 лет).

Сталеплавильный передел

Общая характеристика

Сталь – основной конструкционный материал, широко используемый во всех сферах материального производства, который пластичен в нагретом и в холодном состоянии, может быть подвергнут всем операциям механической обработки.

Основным условием превращения чугуна в сталь является снижение содержания углерода с 4,0–4,5% до 0,01–1,7% за счет окисления кислородом. Углерод и другие примеси жидкого чугуна (Si, Mn, P, S) соединяются с кислород энергичнее, чем железо, и удаляются в виде газа (СО), а также в форме оксидов кремния, марганца, фосфора, сульфатной и сульфидной серы, которые, реагируя с флюсами, образуют шлак.

При переделе чугуна в сталь дополнительно могут вводиться легирующие добавки (хром, никель, ванадий, титан и др.), придающие металлу специальные свойства (износостойкость, коррозионную устойчивость, вязкость, кислотоупорность, высокую прочность и т. п.).

В настоящее время в металлургии развивают кислородно-конвертерное производство стали, на долю которого приходится 60–80% ее выплавки, а также электроплавку (18–37%). В России, Индии, Польше и др. странах применяют также устаревший мартеновский процесс.