Анотація до роботи:

Кузін А.В. Удосконалення технології доменної плавки з використанням дрібнофракційного коксу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 «Металургія чорних металів». – Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2006.

Дисертація присвячена удосконаленню технології доменної плавки з використанням дрібнофракційного коксу в суміші з залізорудною частиною шихти.

Удосконалено підхід щодо оцінки впливу введення дрібнофракційного коксу в залізорудний шар на газопроникність цієї суміші, а також на витрату коксу. Показано, що при введенні дрібнофракційного коксу в кількості 10-30 % (відповідно до витрати коксу) газопроникність рудної лінзи підвищується на 9,5-13,7 %. При цьому значне поліпшення газопроникності залізорудного шару шихти відбувається при збільшенні кількості дрібнофракційного коксу до 10 %. Збільшення кількості дрібнофракційного коксу більше 30 % вже не приводить до істотної зміни газопроникності залізорудного шару.

Встановлено, що при введенні 10-30 % дрібнофракційного коксу крупністю 10-40 мм в залізорудну частину шихти при розмірі отворів на нижніх ситах коксового грохоту 40 мм сумарна економія металургійного коксу на 1 т чавуну складає 23,8-36,9 кг (3,97-6,15 %).

Показано, що з метою збереження базової порозності коксової насадки необхідне використання дрібнофракційного коксу з гарячою міцністю (CSR) у 1,3-1,5 рази більшою, ніж у коксу, що завантажується.

Введення якісного дрібнофракційного коксу у кількості 25 кг/т чавуну в залізорудний шар на доменній печі № 1 ВАТ «ЄМЗ» сприяло економії металургійного коксу в кількості 10,7 кг на 1 т чавуну: 6,7 кг економії отримано за рахунок зниження втрат коксу з відсівом та відповідного підвищення ступеня використання металургійного коксу в доменній печі з 94,5 до 95,6 %, а 4 кг скіпового коксу – за рахунок поліпшення газопроникності шихти і, відповідно, удосконалення технології доменної плавки.

У дисертації вирішене важливе науково-технічне завдання щодо удосконалення технології доменної плавки при введенні дрібнофракційного коксу у залізорудний шар з метою підвищення газопроникності стовпа шихти.

Основні наукові положення та результати полягають у наступному:

1. Для оцінки зміни перепаду тиску газу у шарі шихти при введенні дрібнофракційного коксу у її залізорудну частину запропоновано використовувати показник приведеної порозності матеріалів. Застосування даного показника дозволяє у широкому діапазоні зміни фракційного складу і витрати дрібнофракційного коксу розрахувати зміну газопроникності шару шихти з похибкою не більше 5-8 %.

2. Розрахунковим шляхом встановлені межі застосування коксового горішку і характер його впливу на газопроникність залізорудного шару шихти «сухої» зони доменної печі. Показано, що на газопроникність шихти істотно впливає введення перших порцій коксового горішку: зниження перепаду тиску газу в залізорудній лінзі склало 9,5-13,7 % при завантаженні із шихтою 10-30 % коксового горішку (від витрати коксу). Фізичним моделюванням підтверджене аналогічне зниження перепаду тиску газу в зазначеному шарі. Подальше збільшення витрати коксового горішку істотно не змінює газопроникність залізорудної лінзи шихти.

3. Визначено оптимальні розміри коксового горішку, що вводиться до складу залізорудної шихти: максимальний – 40 мм, мінімальний – 10 мм. При цьому кількість фракції 10-0 мм не повинна перевищувати 5 %.

4. Запропоновано більш універсальну залежність питомої витрати коксу від перепаду тиску газу у верхній частині доменної печі. Показано, що зменшення загального перепаду тиску газу на 1 % визначає зниження питомої витрати скіпового коксу на 0,23 %. Встановлено, що при введенні в залізорудну частину шихти 10-30 % коксового горішку крупністю 10-40 мм економія металургійного коксу на 1 т чавуну дорівнює 23,8-36,9 кг (3,97-6,15 %).

5. Оцінено зміну порозности коксової насадки доменної печі залежно від величини показника гарячої міцності коксу. З метою збереження базової порозності коксової насадки рекомендовано використовувати коксовий горішок з величиною CSR у 1,3-1,5 рази більшим, ніж у коксу, що завантажується. Завантаження в піч вугілля в кількості до 18-27,5 % (від витрати коксу) можливо тільки за умовою підвищення показника CSR коксу, що завантажується, з 36,3 до 55-74,1 % відповідно.

6. Встановлено, що стійкість металевих і гумових нижніх сит коксових грохотів склала 2-4 і 8-12 місяців відповідно. Під час експлуатації розмір щілини гумових сит практично не змінювався; на металевих ситах розмір щілини зростав від 25-28 до 32-36 мм, що приводило до збільшення виходу відсіву коксу від 7-8 до 12 %. Гумові і металеві сита забезпечували низьку (0,73-0,89 %) кількість дрібняку 10-0 мм у скіповому коксі, однак кількість відсіву на гумових ситах була менше на 20,6 %, а кількість фракції 10-0 мм в 1,7 рази вище, ніж на металевих ситах.

7. Показано, що збільшення розміру отворів на нижньому ситі коксового грохоту з 25 до 40 мм забезпечує поліпшення якості скіпового коксу й газопроникності коксової насадки у печі: середньомасовий діаметр шматків скіпового коксу підвищується з 51,95 до 56,62 мм, коефіцієнт однорідності фракційного складу – з 72,4 до 84,6 %, порозність коксової лінзи підвищується на 2,5 % (відн.).

8. Досліджена крупність коксового горішку, одержуваного на грохотах барабанного і вібраційного типів. Встановлено, що коксовий горішок, одержуваний на грохотах вібраційного типу, містив фракцію 10-0 мм близько 5 %, що в 2-4 рази менше, ніж при його виробництві на грохотах барабанного типу. У коксовому горішку кількість золи була практично рівною її кількості в металургійному коксі.

9. Для підвищення газопроникності шихти запропоновані способи завантаження коксового горішку і металургійного коксу в рудний шар у кількості до 25-30 % від загальної маси коксу. Запропоновано пристрій для виділення з металургійного коксу фракції +80 мм безпосередньо перед завантаженням його в скіп і повернення великих фракцій у коксовий бункер.

10. На доменній печі № 1 ВАТ «ЄМЗ» проведене промислове дослідження впливу на показники доменної плавки завантаження у піч якісного коксового горішку в суміші з залізорудною частиною шихти. Використання коксового горішку фракції 15-32(36) мм у кількості 25 кг/т чавуну сприяло економії 10,7 кг металургійного коксу на 1 т чавуну: 6,7 кг зекономлено за рахунок зниження втрат коксу з відсівом та відповідним підвищенням ступеня використання металургійного коксу в доменній печі з 94,5 до 95,6 %, а 4 кг скіпового коксу зекономлено за рахунок поліпшення газопроникності шихти і, відповідно, удосконалення технології доменної плавки.

Публікації автора:

1. Кузин А.В., Ярошевский С.Л., Хлапонин Н.С. Влияние коксового орешка при введении его в железосодержащий слой шихты на газопроницаемость «сухой» зоны доменной печи // Металл и литье Украины. – 2004. – № 3-4. – С. 22-24.

2. Влияние перепада давления газа в верхней части доменной печи на расход кокса / Н.С. Хлапонин, С.Л. Ярошевский, А.В. Кузин, А.М. Кузнецов, В.П. Падалка // Наукові праці Донецького нац. техн. ун-ту. Серія: Металургія. Випуск 73. – Донецьк: ДонНТУ, 2004. – С. 90-94.

3. Эффективность технологии доменной плавки при загрузке в печь коксового орешка в смеси с железорудной шихтой / Л.Ф. Литвинов, С.Л. Ярошевский, А.М. Кузнецов, В.П. Падалка, Н.С. Хлапонин, А.В. Кузин // Металл и литье Украины. – 2004. – № 12. – С. 5-9.

4. Промышленный опыт и эффективность использования коксового орешка в смеси с железорудной шихтой / С.Л. Ярошевский, А.М. Кузнецов, В.П. Падалка, Н.С. Хлапонин, А.В. Кузин // Металл и литье Украины. – 2005. – № 6. – С. 3-6.

5. Технология доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топлива и природного газа на обогащенном кислородом дутье, обеспечивающая замену 30-40 % кокса / А.Н. Рыженков, Л.В. Савранский, С.Л. Ярошевский, Б.П. Крикунов, В.М. Замуруев, В.Е. Попов, А.В. Кузин // Металл и литье Украины. – 2005. – № 1-2. – С. 3-10.

6. Патент на винахід України 45087, МПК С 21В5/00. Спосіб завантаження доменної печі / С.Л. Ярошевський, А.І. Ковальов, Ю.В. Оробцев, М.С. Хлапонін, А.П. Чеботарьов, В.О. Руденко, С.О. Фещенко, О.М. Кузнєцов, В.П. Падалка, А.В. Кузін //Промислова власність – 2004. – № 7.

7. Патент на винахід України 74518, МПК С 21В5/00. Спосіб завантаження доменної печі / Є.О. Царіцин, С.Л. Ярошевський, А.В. Кузін, О.А. Томаш, О.П. Малімон, М.В. Косолап, І.М. Пефтієв, С.М. Доля, В.А. Струтинський. – //Промислова власність – 2005. – № 12.

8. Патент на винахід України 73879, МПК В07В1/28, С21В5/00. Пристрій для механічної обробки крупних фракцій металургійного коксу / С.Л. Ярошевський, О.Н. Риженков, А.І. Ковальов, В.М. Замуруєв, В.Є. Попов, М.С. Хлапонін, М.О. Залевський, А.В. Кузін //Промислова власність – 2005. – № 9.

9. Технология и эффективность использования кокса мелких фракций в доменной плавке / А.Н. Рыженков, В.Е. Попов, А.И. Ковалев, С.Л. Ярошевский, Н.С. Хлапонин, А.В. Кузин // Труды международной научно-технической конференции посвященной 70-летию КГГМК «Криворожсталь» «Теория и практика производства чугуна». – Кривой Рог, 24-27 мая, 2004 г. – Кривой Рог: КГГМК «Криворожсталь», 2004. – С. 374-378.

10. Эффективность загрузки в доменную печь коксового орешка в смеси с железорудной шихтой / А.В. Кузин, А.М. Кузнецов, С.Л. Ярошевский, Н.С. Хлапонин // Материалы международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании». – Варна, Болгария, 3-10 июня 2005 г. – Днепропетровск: Пороги, 2005. – С. 47-51.

11. Кузин А.В., Ярошевский С.Л., Хлапонин Н.С. Влияние кокса мелких фракций на газопроницаемость «сухой» зоны доменной печи // Збірник доповідей Міжнародної науково-технічної конференції «Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості». – Кривий Ріг, 18-22 травня, 2004 р. – В 2-х томах. Том 2 – Кривий Ріг: Криворізький технічний університет, 2004.–С. 58-63.

Особистий внесок в публікаціях: [1] – поставлено і проведено дослідження газопроникності шару на моделі доменної печі, проаналізовані отримані дані; [2] – запропоновано використання залежності «перепад тиску газу у верхній частині шахти печі – питома витрата коксу на виплавку чавуну»; оцінено зміни витрати коксу у доменній печі при використанні дрібнофракційного коксу; [3] – обгрунтувано діапазон крупності дрібнофракційного коксу; виконано експерименти щодо визначення фракційного складу відсіву коксу та дрібнофракційного коксу; виконано аналіз стійкості гумових сит коксового грохоту [4] – поставлено промислові експерименти, оброблені експериментальні дані, обгрунтувано зниження витрати металургійного коксу при використанні дрібнофракційного коксу; [5] – розраховано показники доменної плавки при вдуванні пиловугільного палива; [6] – запропоновано удосконалення способу завантаження дрібнофракційного коксу в рудну частину шихти; [7] – оцінено зміну порозності коксової насадки доменної печі при використанні дрібнофракційного коксу з застосуванням показника гарячої міцності коксу; [8] – запропоновано використання додаткового грохоту на коксових грохотах для виділення фракції більше 80 мм; [9] – виконано аналіз стійкості металевих сит коксового грохоту; [10] – розраховано перепад тиску газу в залізорудному шарі при введенні дрібнофракційного коксу різної крупності; [11] – запропоновано показник «приведена порозність матеріалу» для аналітичної оцінки зміни газопроникності «сухої» зони доменної печі при введенні дрібнофракційного коксу в залізорудну частину шихти.