- висока газопроникність насипної маси, яка забезпечується кусковатостю, відсутністю дрібних фракцій, високою міцністю і слабкою стираністю. Кусковатість руд характеризується гранулометричним складом. У доменних рудах потрібний мінімальний зміст дрібних фракцій. За умовами роботи доменних печей нижня межа великості руд повинна складати 5-8 мм, проте м зв'язку з труднощами відсіювання(грохочення) таких дрібних фракцій особливо, від вологих руд, він підвищується до 10 - 12 мм Bepxній межа розміру шматка також має значення, оскільки великі шматки важко відновлюються. Максимальний розмір шматка має бути 30 - 50 мм, він практично буває і 60 - 100 мм Технічними завжди визначаються верхній і нижній межі розмірів, а іноді і граничний зміст дрібних фракцій. Спеціальними методами міцність руд не визначається - це робиться тільки для агломерату і коксу. Необхідно пам'ятати, що ця властивість руд важлива тільки для доменних руд, т.ч. руд, що завантажуються безпосередньо в доменну піч. Для руд агломераційних (призначених для агломерації) або таких, що направляються на збагачення міцність, природно, ніякого значення не має.

- пористість руд, призначених для безпосереднього в печах, бажана максимальна. Сучасні фізико - хімічні методи дозволяють визначити не лише пір, але і розподіл їх по розмірах. Для технологічних пористість руд не вимірюється, і технічними умовами вона зазвичай не визначається.

1.3 Вплив витрати залізної руди на техніко-економічні показники доменної плавки

Залізні руди, що добуваються з надр Землі, і концентрати з них не підходять для безпосереднього завантаження в доменні печі, оскільки часто не задовольняють вимогам ті, що пред'являються до них, не лише по з триманню основного металу, але і по великості. Зміст великої кількості дрібниці в шихті призводить до значного погіршення техніко-економічних показників доменної плавки. Потік газів в доменній печі виносить з неї частки дрібніше 3-4 мм, крім того, дрібниця впливає на газопроникність стовпа шихти, а також викликає значні коливання нагріву доменних печей, що призводить до їх ходу.

Важливим резервом підвищення продуктивності доменних печей і зниження витрати палива є збільшення змісту заліза в шихті. При збільшенні витрати залізної руди в доменній плавці, з тримання заліза в шихті зменшується. Зменшення змісту заліза в залізовмісній шихті на 1% збільшує витрату коксу на 1-3%. При цьому продуктивність доменних печей знижується приблизно в тих же межах, в яких зростає витрата палива.

Якщо зміст заліза в шихтових матеріалах зменшується, то відбувається збільшення змісту порожньої породи. Збільшення порожньої породи веде до збільшення витрати флюсу.

Зі збільшенням витрати залізної руди в матеріалах плавки збільшується кількість сірки, що вноситься шихтовими матеріалами.

Сірка поступає в доменну піч з флюсу, руди і коксу. Підвищення змісту сірки в коксі на 0,1% збільшує питому витрату коксу на 0,8-1,2% і знижує продуктивність печі на 1-1,4%.

Одним з основних критеріїв оцінки багатства шихти є вихід шлаку. - При зменшенні змісту заліза в шихті зростає з тримання порожньої породи, що призводить до збільшення кількості шлаку. Збільшення відносної кількості шлаку забезпечує збільшення витрати коксу (чи умовного палива), погіршуються газодинамічні умови в печі і опускання шихти.

Основними показниками, що характеризують роботу доменної печі, являються: продуктивність в одиницю часу і витрату коксу на тонну чавуну, що виплавляється.

Витрата коксу при виплавці чавуну є найбільш важливою показником виробництва, оскільки вартість коксу складає більше 50% загальної вартості чавуну.

Зі збільшенням витрати залізної руди, також росте витрата коксу. Величина витрати коксу не лише безпосередньо впливає на печі, але і показує використання хімічній і тепловій енергій палива в робочому просторі печі. У питомій витраті коксу відбивається рівень техніки, міра підготовки сировини до плавки і ведення доменного процесу. Майже усі заходи, в доменному виробництві, знаходять своє відображення в питомій витраті коксу.

При збільшенні витрати залізної руди в шихтових матеріалах витрата дуття. Збільшення витрати дуття, а також витрати коксу веде до зменшення інтенсивності доменної плавки.

З використанням більшої витрати залізної руди в шихті, до зменшення головного показника доменної плавки.

Тому витрату залізної руди в доменній плавці треба зводити до мінімуму.

Найбільш суттєвий вплив на зростання продуктивності печей зробив перехід від непідготовлених залізних руд до агломерату і окатишам, що не містять дрібниці і рівномірно розподіляються в печі. Однорідна структура стовпа шихтових матеріалів сприяє збільшенню швидкості газів без утворення каналів, що дозволяє з більш високою витратою дуття, а отже, і з більш високою продуктивністю [7].

Нині основна маса що виплавляється у всьому світі чугунка, отримують з підготовленої залізорудної сировини, що отримується при збагаченні і кускуванні природних руд різних типів.

Агломерація має своїй на меті не лише кускування руд, але і поліпшення металургійних властивостей матеріалу, як наприклад: видалення сірки і миш'яку, відбувається розкладання карбонатів, введення флюсу, створення міцності шматків, підвищення пористості і так далі. Застосування агломерата в доменних печах знижує витрату коксу і інших матеріалів, інтенсифікує плавку, підвищує продуктивність. У зв'язку з цим доля агломерату в шихті з року в рік збільшується, в середньому складаючи 60% і на деяких нових заводах досягаючи 100%.

Так, при роботі на 100% агломерату збільшення змісту заліза з 55 до 57% підвищує продуктивність на 2,5% на кожен відсоток змісту заліза і знижує витрату коксу на 1,2%, а при зміст заліза з 59 до 61% продуктивність підвищується на 2,1%, питома витрата коксу знижується на 1,0%.

Кускування залізорудних матеріалів робить вирішальне на інтенсивність доменної плавки. Можна вважати, що заміна руд агломератом підвищила продуктивність доменної печі мінімум на 25 - 30%, а витрата коксу при цьому знизилася принаймні на 20%. Крім того, агломерація робить можливим використання сірчистих руд, оскільки при спіканні віддаляється до 95% усієї сірки. Це швидкий розвиток агломерації і інших способів кускування сировини.

Таблиця 1.1. Ефективність застосування агломерату в доменній плавці

Застосування агломерату завжди пов'язане зі зниженням питомої витрати палива, оскільки покращує газопроникність шихти, що дозволяє збільшити кількість дуття і тим самим форсувати хід доменної печі [8].

2. Методика виконання розрахунку

Метою розрахунку є виявлення чинників що впливають на техніко-економічні показники доменної печі при збільшенні витрати руди в доменній шихті з 2 до 450 кг/т.ч.

Залізна руда перебуває на: Fе - 61,43%; Fe₂O₃ - 63,75%; SiO - 11,32%; CaO - 0,35%; Al₂O₃ - 0,61%; S ~ 0,039%; Mn - 0,033%; P - 0,014%.

Початкові дані вводяться в ЕОМ, який за заданою програмою обчислює теоретичні ці плавки. Результатом обчислень ЕОМ є додаток Б.

Для виявлення техніко-економічних показників доменної плавки з додатка Б були вибрані показники, які змінилися в процессе зміни витрати залізної руди і проведений аналіз.

Таблиця 2.1. Аналіз результатів розрахунку

3. Аналіз результатів розрахунку

Проаналізувавши ці таблиці, можна виявити чинники, які впливають на техніко-економічні показники плавки.

Основними показниками, що характеризують роботу доменної печі, являються: продуктивність в одиницю часу і витрату коксу на тонну чавуну, що виплавляється.

Застосування агломерату, замість залізній руді, економічно целезгідно, оскільки при процесі агломерації відбувається деякі процеси. Агломерат - це продукт, що отриманий спіканням шихти, складається з подрібнених залізних руд, флюсу, і інших матеріалів. В порівнянні з рудою він має підвищену, відновлюваністю і містить частково або повністю офлюсовану порожню породу.

Рисунок 3.1 - Вплив витрати залізної руди на витрату агломерату

При збільшенні витрати залізної руди, в шихтових матеріалах печі, збільшується зміст кислих оксидів Si0₂ і А1₂0₃, а також зменшується зміст основних оксидів Сао і MgO, що вносяться шихтовими матеріалами.

Флюси служать для зниження температури плавлення порожньої породи шихтових матеріалів і надання доменному шлаку необхідного состава і фізичних властивостей, що забезпечують очищення чавуну від сірки і нормальну роботу печі.

Рисунок 3.2 - Вплив витрати залізної руди на сумарний прихід сірки з шихтою в доменну піч

Основним джерелом сірки є руда і кокс. Сірка є шкідливою домішкою. Сірка в доменній печі віддаляється лише при гарячому ході печі з високою витратою палива. Основні умови видалення сірки:

- зменшення вступу сірки в піч в результаті пониження витрати коксу;

- постійність якості шихтових матеріалів.

Збільшення змісту компонентів, які утворюють шлак: кальцію, кремнію, алюмінію, магнію, що не відновлюються (Сао, MgO, А1₂0з) або мало відновлюються(Si02), веде до збільшення виходу шлаку. Залежність виходу шлаку від витрати залізної руди приведена на малюнку 3.3.

З графіку видно, що при збільшенні витрати залізної руди, вихід шлаку. При підвищенні виходу шлаку підвищується коксу і флюсу, зростає собівартість чавуну. При великому шлаку, погіршуються газодинамічні умови в печі і опускання шихти.

Рисунок 3.3 - Вплив витрати залізної руди на вихід шлаку.

Збільшення змісту сірки, а також збільшення кислих оксидів і зменшення основних оксидів, що вводяться в доменну піч з шихтовими матеріалами при збільшенні витрати залізної руди, веде до збільшення витрати флюсу. Що підтверджується результатами розрахунку.

Рисунок 3.4- Вплив витрати залізної руди на витрату флюсу

Рисунок 3.5 - Вплив витрати залізної руди на основність шлаку

Найважливішим показником доменної плавки, що характеризує роботи печі, служить питома витрата коксу. Його величина не лише безпосередньо впливає на продуктивність печі, але і використання хімічної і теплової енергій палива в робочому просторі печі. У питомій витраті коксу відбивається рівень техніки, міра підготовки сировини до плавки і майстерність ведення доменного процесу. Майже усі заходи, здійснювані в доменному, знаходять своє відображення в питомій витраті коксу.

Головними способами зниження витрати коксу є:

1) скорочення витрати тепла на одиницю чавуну внаслідок зменшення відносної кількості матеріалів, що переробляються, зниження витратних коефіцієнтів; цьому зменшення змісту порожньої породи в рудах і агломератах, виведення вапняку з шихти, зниження і зменшення кількості шлаку;

2) поліпшення міри використання газів на обробку матеріалів в печі, чому сприяє раціональний розподіл газового потоку і шихти, що опускається;

3) часткова заміна коксу іншими видами палива, що вводиться через фурми, особливо при підвищенні температури і дуття киснем.

Рисунок 3.6 - Вплив витрати залізної руди на витрату коксу

Одним з найважливіших процесів в горні є горіння вуглецю у фурм, від якого залежить рух шихти і газів, теплообмінні, відновлювальні, плавильні і інші процеси, що визначають увесь хід доменної плавки. Горіння палива перед повітряними фурмами собою складний гетерогенний процес, що розвивається на розділу твердої і газоподібної фаз. При горінні газ - окисник адсорбується на реакційній поверхні пального, утворюючи складні комплекси, які надалі розпадаються на оксиди, десорбуються і переходять в газ [9].

Рисунок 3.7 - Вплив витрати залізної руди на вуглець, що згорає на фурмах

Під дією потужного струменя дуття кокс перед повітряними фурмами знаходиться в русі і безперервно згорає. В результаті перед фурмами утворюється простір, який відрізняється від інших ділянок печі наявністю в його газовому середовищі О₂ і СО₂, здатних окислювати, не лише вуглець коксу. Але і інші елементи, що містяться в чавуні. Тому цей простір на відміну від інших, де панує відновне середовище, називається окислювальною зоною.

Рисунок 3.8 - Вплив витрати залізної руди на витрату дуття

Збільшення кількості дуття при незмінній кількості і якості пального, температурі, тиску і складі дуття призводить до збільшення об'єму і протяжності окислювальної зони. Підвищення температури нагріву дуття призводить до збільшення об'єму однієї і тієї ж його маси і зростанню лінійних швидкостей. Але сильна дія робить прискорення реакцій повного горіння і газифікації. Сумарний ефект виражається в зменшенні розмірів і протяжності окислювальної зони. Дія на зменшення розмірів і протяжності зони робить збагачення повітряного дуття киснем. Концентрації кисню в дутті скорочує концентрацію азоту і його кількість на одиницю об'єму дуття. Зменшується загальний об'єм дуття і продуктів горіння, підвищується температура горіння.

Рисунок 3.9 - Вплив витрати залізної руди на кількість кисню в дутті

Збільшення витрати дуття при збільшенні витрати залізної руди, а так само збільшення кількості кисню в дутті призводить до підвищення температури колошникових газів. Температура колошникових газів характеризує міру використання теплової енергії газу в робочому просторі печі. Підвищення температури колошникового газу призводить до не повного використання газів. Колошникові гази йдуть нагрітими не віддаючи усе тепло шихті.

Рисунок 3.10 - Вплив витрати залізної руди на температуру колошникового газу

За даними теплового балансу обчислюється одна з найважливіших характеристик роботи доменної печі - тепловий коефіцієнт корисного, рівний відношенню кількості використаної теплоти до що виділилася.

Рисунок 3.11 - Вплив витрати залізної руди на КПД тепла

Рисунок 3.12 - Вплив витрати залізної руди на інтенсивність

При збільшенні витрати залізної руди в доменній плавці, збільшується витрата коксу, об'єм дуття, що приводить до зменшення інтенсивності.

Для оцінки продуктивності доменних печей різного об'єму застосовують відносний коефіцієнт використання корисного об'єму доменної печі(КИПО), що є відношенням корисного об'єму доменної печі, до її середньодобової продуктивності.

Рисунок 3.12 - Вплив витрати залізної руди на інтенсивність

При збільшенні витрати залізної руди в доменній плавці, збільшується витрата коксу, об'єм дуття, що приводить до зменшення інтенсивності.

Для оцінки продуктивності доменних печей різного об'єму застосовують відносний коефіцієнт використання корисного об'єму доменної печі (КВПО), що є відношенням корисного об'єму доменної печі, до її середньодобової продуктивності.

Рисунок 3.13 - Вплив витрати залізної руди на КВКО

Чим нижче КИПО, тим більше продуктивно працює доменна піч. По графіку видно, що пекти більше продуктивно працює при витраті залізної руди рівному 2 кг/т.ч., чим при витраті залізної руди рівному 450 кг/т.ч.

Висновки

Нині жоден вид металургійної сировини не використовується без тієї або іншої підготовки. Технічна необхідність і висока економічна ефективність підготовки привели до швидкого її розвитку.

Доведено, що головним, найбільш ефективним напрямом доменного виробництва є поліпшення підготовки сировини. У про усі промислові країни капітальні вкладення в підготовку сировини значно перевищують витрати на інші напрями розвитку доменного виробництва.

Перша зміна є наслідком збагачення руд, друге - кускування руд і концентратів і третє - процесів відновлення або металізації, що слідують за кускування або поєднаних з ними.

Оскільки робота доменних печей з високим вмістом в шихті офлюсованого агломерату супроводжується значними поліпшенням техніко-економічних показників, то долю участі агломерату в шихті можна довести до 100% [6].

Перелік посилань

1. Гуров В. Невідкладні заходи по державній політиці чорної металургії, газета «Голос України», 20.02.2002 р., №34, Київ.

2. Тарганів А.К., Иващенко В.П. Тенденції і перспективи розвинена виробництва чавуну в Україні, журнал «Сталь», 2002 р., №8.

3. Федулов Ю.В. Альтернативні напрями розвитку доменного процесу в XXI столітті, журнал «Сталь», 2002 р., №10.

4. Ярхо Е.Н. Економічна ефективність підготовки залізних руд до плавки. М., «Металургія», 1974 р.

5. Челищев Е.В. Загальна металургія. - М., «Металургія», 1971 р.

6. Ефименко Г.Г. та ін. Металургія чавуну. - К., «Вища школа», 1988 г.

7. Гончарів Б.Ф., Соломахин И.С. Виробництво чавуну. - М., «Металургія», 1965 р.

8. Товаровский И.Г. Доменна плавка, еволюція, хід процесів, проблеми і перспективи. - Дніпропетровськ, «Пороги», 2003 р.

9. Воскобойников В.Г., та ін. Загальна металургія. - М., «Металургія) 1985 р.

10. Ульянов А.Г. та ін. Підвищення ефективності роботи доменних печей. - М., «Металургія», 1983 р.

11. Любан А.П. Аналіз явищ доменного процесу. - М., «Металургія», 1962 р.

12. Аносов В.Г. Конспект лекцій з дисципліни: Теорія і технологія доменної плавки. - Запорожье, вид-во ЗГИА, 2000 г.

13. Ковшов В.Н. та ін. Оптимізація доменного процесу. - Дніпропетровськ, «Арт-прес», 1997 г.

14. Рамм А.Н. Сучасний доменний процесс. - М., «Металургія», 1980 г.

Размещено на Allbest.ru