Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа
Показано, что введение коксового орешка с различной его долей в железорудный слой позволяет существенно интенсифицировать процесс восстановления оксидов железа. Использование коксового орешка в доменной плавке может позволить снизить участие углерода скипового кокса в процессе прямого восстановления...
Gespeichert in:
| Datum: | 2013 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Schriftenreihe: | Металл и литье Украины |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131145 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа / А.В. Кузин // Металл и литье Украины. — 2013. — № 01. — С. 3-9. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-131145 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1311452018-03-15T03:02:52Z Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа Кузин, А.В. Показано, что введение коксового орешка с различной его долей в железорудный слой позволяет существенно интенсифицировать процесс восстановления оксидов железа. Использование коксового орешка в доменной плавке может позволить снизить участие углерода скипового кокса в процессе прямого восстановления оксидов железа, что может обеспечить уменьшение потерь углерода кокса и повышение среднего размера кусков кокса по высоте доменной печи. Показано, що введення коксового горішку з різною його часткою в залізорудний шар дозволяє істотно інтенсифікувати процес відновлення оксидів заліза. Використання коксового горішку в доменній плавці може дозволити знизити участь вуглецю скіпового коксу у процесі прямого відновлення оксидів заліза, що може забезпечити зменшення втрат вуглецю коксу й підвищення середнього розміру шматків коксу по висоті доменної печі. It is shown that the introduction of coke nut in different amounts allows to intensify significantly the process of iron oxides recovery. The use of coke nut in the blast furnace melting allows to reduce participation of skip coke in the process of direct recovery of iron oxides of carbon. It ensures reduction of carbon loss in coke and increase of coke average size in blast furnace. 2013 Article Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа / А.В. Кузин // Металл и литье Украины. — 2013. — № 01. — С. 3-9. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131145 669.018.73 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Показано, что введение коксового орешка с различной его долей в железорудный слой позволяет существенно интенсифицировать процесс восстановления оксидов железа. Использование коксового орешка в доменной плавке может позволить снизить участие углерода скипового кокса в процессе прямого восстановления оксидов железа, что может обеспечить уменьшение потерь углерода кокса и повышение среднего размера кусков кокса по высоте доменной печи. |
| format |
Article |
| author |
Кузин, А.В. |
| spellingShingle |
Кузин, А.В. Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа Металл и литье Украины |
| author_facet |
Кузин, А.В. |
| author_sort |
Кузин, А.В. |
| title |
Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа |
| title_short |
Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа |
| title_full |
Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа |
| title_fullStr |
Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа |
| title_full_unstemmed |
Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа |
| title_sort |
влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131145 |
| citation_txt |
Влияние введения твердого восстановителя в железорудный слой на восстановление оксидов железа / А.В. Кузин // Металл и литье Украины. — 2013. — № 01. — С. 3-9. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT kuzinav vliânievvedeniâtverdogovosstanovitelâvželezorudnyjslojnavosstanovlenieoksidovželeza |
| first_indexed |
2025-07-09T14:50:44Z |
| last_indexed |
2025-07-09T14:50:44Z |
| _version_ |
1837181327560933376 |
| fulltext |
3МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (236) ’2013
З
а последние 40-50 лет удельный расход кокса
снижен более чем в 2 раза. Это снижение было
обеспечено за счет применения более качествен-
ного железорудного сырья и кокса, повышения
температурно-дутьевого потенциала горна доменной
печи, вдувания большого количества дополнитель-
ного топлива и т. д. Для получения конкурентоспо-
собной продукции при производстве чугуна основной
задачей, стоящей перед доменщиками, является
снижение удельного расхода скипового кокса.
Одним из способов повышения эффективности
доменной технологии является замена более доро-
гостоящего кокса дополнительными видами топлива,
в частности, пылеугольным топливом (ПУТ). Однако
вдувание ПУТ обуславливает ухудшение газопрони-
цаемости столба шихты. Такое снижение газопрони-
цаемости объясняется как уменьшением толщины
самого газопроницаемого слоя – коксовой линзы, так
и разрушением кокса в результате воздействия на
него физических параметров шахты доменной печи –
температуры окислителей СО2 и Н2О, щелочей и др.
Для обеспечения высокопроизводительной рабо-
ты доменной печи предложены мероприятия, обес-
печивающие повышение газопроницаемости: орга-
низация осевого газового потока за счет создания
коксовой отдушины; улучшение качества железоруд-
ных материалов (повышение содержания Feобщ, ос-
новности, прочности, снижение содержания мелочи
5-0 мм); повышение качества кокса и подготовка его к
доменной плавке по фракционному составу и др.
Одним из основных требований, предъявляемых к
коксу, является его высокая механическая прочность
как в холодном, так и горячем состояниях. Но не ме-
нее важной является подготовка кокса к доменной
плавке по фракционному составу.
Современные требования подготовки металлурги-
ческого кокса к доменной плавке по фракционному
составу заключаются в следующем [1-3]: увеличение
нижнего размера скипового кокса до 30-40 мм; вы-
деление фракции >80 мм с последующим ее дробле-
нием; выделение из отсева кокса коксового орешка
фракции +10(15) мм с последующей загрузкой его в
смеси с железорудной частью шихты.
На большинстве современных зарубежных до-
менных печах такая подготовка уже осуществлена в
связи с массовым внедрением технологии пылевду-
вания [4].
За последние 15 лет в Украине и России возрос
интерес к указанной выше подготовке кокса. Прове-
денные исследования показали возможность и эф-
фективность применения такой технологии [5-11].
В ПАО «Енакиевский металлургический завод»
(ПАО «ЕМЗ») работа по подготовке кокса к домен-
ной плавке по фракционному составу была начата в
2000 г. В настоящее время в доменном цехе работа-
ет склад окатышей и кокса (СОК), позволяющий ми-
нимизировать (до 5 % и менее) содержание в коксе
крупных (>80 мм) фракций с последующим отсевом
на коксовых грохотах фракции <32(36) мм. Из отсева
кокса на участке выделения коксового орешка выде-
ляют фракцию >15 мм с последующей загрузкой ее
в смеси с железорудной частью шихты [1, 8, 9].
В связи с освоением режима доменной плавки
с вдуванием на 1 т чугуна более 150 кг ПУТ в до-
менном цехе ПрАО «Донецксталь» – металлургиче-
ский завод» (ПрАО «Донецксталь») потребовалась
комплексная подготовка кокса к доменной плавке.
Для освоения указанного режима доменной плавки
одним из элементов комплексной подготовки кокса
улучшенного качества является повышение нижне-
го размера скипового кокса до 28-30 мм с последу-
ющим выделением из отсева кокса коксового орешка
(>15 мм) и загрузкой его в доменную печь в смеси с
железорудной частью шихты [10].
Подготовка кокса к доменной плавке по фракци-
онному составу и загрузка коксового орешка в коли-
честве до 30 кг/т чугуна в железорудную часть шихты
в ПАО «ЕМЗ» и ПрАО «Донецксталь» позволили сни-
зить на 1 т чугуна сумму расхода скипового кокса и
коксового орешка на 4-8 кг и уменьшить потери кокса
в виде отсева на 6,7-13,0 кг [10, 11].
На доменной печи 3 Kakogawa (фирма Kobe Steel,
УДК 669.018.73
А. В. Кузин
Донецкий национальный технический университет, Донецк
Влияние введения твердого восстановителя
в железорудный слой на восстановление оксидов железа*
Показано, что введение коксового орешка с различной его долей в железорудный слой позволяет существенно
интенсифицировать процесс восстановления оксидов железа. Использование коксового орешка в доменной
плавке может позволить снизить участие углерода скипового кокса в процессе прямого восстановления оксидов
железа, что может обеспечить уменьшение потерь углерода кокса и повышение среднего размера кусков кокса
по высоте доменной печи.
Ключевые слова: коксовый орешек, металлургический кокс, скиповый кокс, степень восстановления, фракция,
газификация
*Работа выполнена под руководством д-ра техн. наук, проф. ДонНТУ С. Л. Ярошевского. В работе от ДонНТУ принимали участие
канд. техн. наук., старш. науч. сотрудник Н. С. Хлапонин и мастер производственного обучения В. Ф. Сорокин.
4 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (236) ’2013
Япония) проведены исследования по оценке ис-
пользования коксового орешка в доменной плавке.
Показано, что применение коксового орешка раз-
личной крупности в смеси с железорудной частью
шихты позволило сохранить на периферии неиз-
менный средний размер кусков кокса от уровня за-
сыпи до распара. Так, например, при введении в
железорудный слой коксового орешка в количестве
17-30 кг/т чугуна средний размер кусков кокса в рас-
паре снижался всего на 1 мм по сравнению с загру-
жаемым коксом, и составил 47 мм. Авторы пришли к
выводу о возможности влияния на средний размер
кусков кокса по высоте печи за счет оптимизации ре-
жима газификации углерода коксового орешка [12].
Теоретические и экспериментальные соображе-
ния дают основания рассчитывать на существенную
интенсификацию процесса восстановления оксидов
железа в железорудном слое при введении в него
коксового орешка.
По данным работы [13], восстановление оксидов
железа из смеси мелкодисперсных оксидов и углеро-
да «...приобретает практическое значение, сопоста-
вимое со скоростью восстановления окускованного
сырья газом при 800-900 °С. При 1200-1250 °С на-
чальная стадия процесса протекает настолько бур-
но, что сопровождается кипением. Слой мелкоди-
сперсных материалов толщиной 20-30 мм полностью
металлизировался за время 100-160 мин, сохраняя
твердое и губчатое состояния».
Заслуживают внимания обстоятельные рабо-
ты специалистов Института черной металлургии
Аахенского университета (Германия), которые изуча-
ли влияние введение коксового орешка на степень
восстановления агломерата и окатышей в услови-
ях, характерных для зоны когезии доменной печи.
Восстановлению в атмосфере 30 % CO и 70 % N2
подвергались железорудные материалы в смеси с
коксовым орешком (соотношение железорудный ма-
териал/орешек поддерживалось постоянным и со-
ставляло 3/1) при постоянной температуре. Так, на-
пример, при выдержке в течение 120 мин и темпе-
ратуре восстановления 1100 °С введение коксового
орешка в слой окатышей позволило повысить их сте-
пень восстановления примерно на
25 % [13, 14].
В связи с повышением интере-
са к технологии доменной плавки с
использованием коксового орешка
возникла необходимость оценить
степень восстановления оксидов
железа только за счет углерода
коксового орешка и возможную эко-
номию кокса, достигаемую за счет
его подготовки.
Цель работы – оценить влияние
введения коксового орешка в желе-
зорудный слой шихты на степень
восстановления оксидов железа и
возможное изменение расхода кок-
са, обуславливаемое его подготов-
кой к доменной плавке по фракци-
онному составу.
Восстановление железорудных материалов при
введении коксового орешка определяли на установ-
ке, приведенной на рис. 1. Основным элементом
установки является нагревательная электропечь 1
типа СУОЛ. Необходимое значение температуры в
электропечи поддерживали автоматическим регуля-
тором температуры 5. Температуру в нагреватель-
ной электропечи измеряли термопарами 3 типа ПП-1
и фиксировали вторичным прибором – автоматиче-
ским потенциометром 4 типа КСП-2. В электропечь
помещали алундовый тигель 2 с исследуемым ма-
териалом. Изменение веса во время эксперимента
контролировалось аналитическими весами 9 типа
Т-5000. Для создания в нагревательной электро-
печи нейтральной среды использовали инертный
газ, заправленный в баллон 6 с рабочим давлением
10-15 МПа. В качестве инертного газа использовали
газообразный аргон, который соответствовал требо-
ваниям ГОСТ 10157-79. Через систему шлангов 8 и
алундовую трубку 7, инертный газ подавали в элек-
тропечь.
На рис. 2 представлена температурная зависи-
мость нагрева материала в нагревательной печи, где
видно, что нагрев от 100 до 500 °С осуществлялся в
течение 20 мин со скоростью 20 °С/мин. При даль-
нейшем повышении температуры от 600 до 1100 °С
скорость нагрева снижалась от 14,3 до 3,4 °С/мин.
Такое изменение скорости нагрева железорудных
материалов сопоставимо со скоростью нагрева их
в доменной печи.
При проведении опытов в качестве исследуемых
материалов использовали окатыши ПАО «Северный
горно-обогатительный комбинат» (СевГОК) (г. Кри-
вой Рог), коксовую мелочь ОАО «Енакиевский коксо-
химический завод» (ЕКХЗ) (г. Енакиево), кокс клас-
са «Премиум» ЧАО «Макеевкокс» (г. Макеевка) и
экспериментальный высокореакционный кокс со сле-
дующими характеристиками:
– окатыши СевГОК (в %): Feобщ – 60,2; Fe2O3 – 86,06;
CaO – 4,97; MgO – 1,23; SiO2 – 7,8; Al2O3 – 0,3; MnO – 0,1;
S – 0,03; P2O5 – 0,022; основность (СаО + MgO)/SiO2 –
0,79, влага – 0,7; насыпная плотность – 1850 кг/м3,
прочность на раздавливание – 230 кг/окатыш;
~220V
1
ot
3
2
5
4
6
7
Ar
8
9
~220V
1
ot
3
2
5
4
6
7
Ar
8
9
9
7
8
1
5
~220 V
3
°t
4
2
6
Ar
Схема установки для восстановления железорудных материаловРис. 1.
5МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (236) ’2013
– коксовая мелочь ЕКХЗ (в %): зола – 17,2; сера –
1,48; влага – 1,23; летучие вещества – 2,44; CSR –
30-40, насыпная плотность – 545 кг/м3;
– кокс «Премиум» (в %): зола – 10,4; сера – 0,64;
летучие вещества – 0,6; М25 – 89,3; М10 – 6,5; CRI –
31,3; CSR – 57,2;
– экспериментальный высокореакционный кокс
(в %): зола – 10,9; сера – 0,7; летучие вещества – 1,5;
М25 – 65,5; М10 – 14,2; CRI – 65,0; CSR – 19,5; при-
готовлен из 100 % кузбасских углей марки Г.
До проведения экспериментов по восстановлению
производили дробление, усреднение и выделение
необходимых фракций окатышей СевГОК и твердо-
го восстановителя (крупность окатышей и коксового
орешка составляла 5-7 мм). Непосредственно перед
восстановлением данные материалы высушивали
в сушильном шкафу при температуре 105 ± 5 °С до
постоянной массы и повторно рассевали для удале-
ния мелких фракций.
Для проведения экспериментов за базу была
принята работа доменной печи с рудной нагрузкой
3,57 т/т. При моделировании требовалось сохране-
ние рудной нагрузки в лабораторных условиях. Сле-
довательно, на 25 г окатышей необходимо дать 7 г
кокса. Однако, поскольку нами изучалось влияние
введения части твердого восстановителя (коксового
орешка) в железорудную часть шихты, то при его до-
ле 10, 20, 30 и 40 % расход составит 0,7, 1,4, 2,1 и
2,8 г соответственно.
Опыты проводили следующим образом. В рабо-
чее пространство электропечи предварительно на-
гретой до температуры 200-220 °С устанавливали
алундовый тигель с исследуемыми материалами.
Сразу после установки алундового тигля в электро-
печь опускали алундовую трубку, через которую в
печь подавали аргон в количестве 0,2-0,3 дм3/мин в
течение первых 3 мин (расход аргона в первые ми-
нуты был взят из учета объема восстановительной
камеры, равной 0,5 дм3). Дальнейший расход арго-
на во время всего опыта поддерживали на уровне
0,1 дм3/мин. Далее производили нагрев алундового
тигля с материалами до необходимой температу-
ры и выдерживали при данной температуре в тече-
ние определенного времени. На протяжении всего
опыта автоматическим регулятором температуры
контролировали значение температуры в рабочем
пространстве электропечи, а аналитическими веса-
ми Т-5000 – потерю веса. После выдержки пробы при
заданной температуре ее извлекали из электропечи
и для предотвращения повторного окисления окси-
дов железа накрывали тиглем большего размера и
засыпали коксиком.
Для оценки максимального времени восстанов-
ления окатышей в смеси с коксовым орешком, при-
готовленного из отсева кокса ЕКХЗ, проведены по-
становочные опыты с его расходом, равным 30 %.
Алундовый тигель с исследуемыми материалами
устанавливали в предварительно нагретую элек-
тропечь, нагревали до 1000 °С и выдерживали при
данной температуре. Время выдержки пробы варьи-
ровалось от 0 до 210 мин с интервалом 30 мин. Сте-
пень восстановления оценивали по потере веса по
формуле
( )1 2M – M
B 100
O
= ⋅ %, (1)
где М1 и М2 – начальная и конечная масса окаты-
шей, г; О – начальное содержание кислорода в ока-
тышах, г.
На рис. 3 показано изменение степени восста-
новления оксидов железа. Из рисунка видно, что она
не изменяется при выдержке пробы более 150 мин.
Ввиду этого в дальнейших экспериментах по восста-
новлению максимальное время выдержки не превы-
шало указанную величину.
В лабораторных условиях проведено исследо-
вание восстановления железорудных окатышей
СевГОК коксовым орешком, приготовленным из
кокса марки «Премиум» (CRI 31,3 %; CSR 57,2 %)
и экспериментального высокореакционного кокса
(CRI 65 %; CSR 19,5,%). В железорудный материал
вводили коксовый орешек в количестве 30 %. Про-
бу устанавливали в предварительно нагретую элек-
тропечь, нагревали до 1000 °С и выдерживали при
0
400
800
1200
0 20 40 60 80 100 120 140
Те
м
пе
ра
ту
ра
в
пе
чи
, °
С
Время нагрева печи, мин
0
5
10
15
20
25
0 200 400 600 800 1000 1200
Температура в печи, °С
И
зм
ен
ен
ие
ск
ор
ос
ти
н
аг
ре
ва
п
еч
и,
°
С
/м
ин
0
400
800
1200
0 20 40 60 80 100 120 140
Те
м
пе
ра
ту
ра
в
пе
чи
, °
С
Время нагрева печи, мин
1200
1200 1000 800 600 400
Температура в печи, °С
Те
м
пе
ра
ту
ра
в
п
еч
и,
°
С
Время нагрева печи, мин
200 0
5
10
15
20
25
800
400
20 40 60 80 100 120 140
И
зм
ен
ен
ие
с
ко
ро
ст
и
на
гр
ев
а
пе
чи
, °
С
/м
ин
Температурная характеристика нагревательной печи Рис. 2.
210 180 150 120 90 60
Время выдержки, мин
30 0
30
20
10С
те
пе
нь
во
сс
та
но
вл
ен
ия
, %
Зависимость степени восстановления окатышей при
введении в них коксового орешка в количестве 30 % и выдержке
при температуре 1000 °С (время нагрева пробы от 200 до 1000 °С
не показано)
Рис. 3.
0
10
20
30
0 30 60 90 120 150 180 210
Âðåì ÿ âû äåðæêè , ì è í óò
Ñ
òå
ïå
íü
âî
ññ
òà
íî
âë
åí
èÿ
, %
6 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (236) ’2013
данной температуре в течение 150 мин. Результаты
экспериментов приведены в табл. 1.
Из табл. 1 видно, что замена низкореакционного
коксового орешка высокореакционным позволила по-
высить степень восстановления железорудного мате-
риала с 20 до 31,3 % (на 50 % отн.). На рис. 4 показа-
но изменение степени восстановления окатышей от
времени нагрева и выдержки. Видно, что при нагреве
материалов до 1000 °С степень восстановления со-
ставила всего 5,9 % при применении низкореакци-
онного коксового орешка и 14 % – при применении
высокореакционного. Существенное повышение сте-
пени восстановления происходит при выдержке проб
в течение первых 60 мин. Степень восстановления
окатышей при применении коксового орешка из вы-
сокореакционного кокса по сравнению с низкореак-
ционным на всем участке выдержки (рис. 4, заштри-
хованная область) практически в 1,5-2 раза выше.
Кроме того, ручная разборка проб показала, что весь
коксовый орешек, полученный из высокореакционно-
го кокса, находился в порошкообразном состоянии с
признаками оплавления золы.
Проведены эксперименты при нагреве окатышей
без введения в них коксового орешка. Нагрев окаты-
шей осуществлен до температур 900, 1000 и 1100 °С
с последующей их выдержкой при указанных значе-
ниях температур в течение 150 мин. Результаты взве-
шиваний на аналитических весах Т-5000 не зафикси-
ровали изменения веса (рис. 5).
Проведено также восстановление окатышей в
смеси с коксовым орешком, приготовленного из кок-
совой мелочи ЕКХЗ. Пробы устанавливались в пред-
варительно нагретую электропечь,
нагревались до 900, 1000 и 1100 °С
и выдерживались при указанных
температурах в течение 150 мин.
Из рис. 5 видно, что повышение
температуры восстановления по-
зволило существенно интенсифи-
цировать процесс восстановления
оксидов железа. Так, например,
применение коксового орешка в
количестве 30 % и выдержка проб
в течение 150 мин с температурой
900 °С по сравнению с температу-
рами 1000 и 1100 °С способству-
ет повышению степени восстанов-
ления с 11 до 26,5 и 31,6 % соответственно, или
в 2,4-2,9 раза.
Повышение доли коксового орешка в смеси с ока-
тышами также способствовало повышению степени
восстановления оксидов железа. Так, например, по-
вышение расхода коксового орешка с 10 до 20-40 %
при нагреве до температуры 1100 °С и выдержке про-
бы в течение 150 мин способствовало повышению
степени восстановления с 7,1 до 24,7-40,5 %, или в
3,5-5,7 раза (рис. 5). Кроме того, соответствующее
0
10
20
30
40
0 50 100 150 200 250
С
те
пе
нь
в
ос
ст
ан
ов
ле
ни
я
(п
о
по
те
ре
м
ас
сы
),
%
Время нагрева, мин
250 200 150 100 50
Время, мин
0
40
30
10
20
С
те
пе
нь
во
сс
та
но
вл
ен
ия
(п
о
по
те
ре
м
ас
сы
),
%
Изменение степени восстановления окатышей при вве-
дении в них коксового орешка различной реакционной способ-
ности: ○ – низкореакционный кокс; □ – высокореакционный кокс;
заштрихованная область – выдержка при 1000 °С; незаштрихован-
ная область – время нагрева пробы до 1000 °С
Рис. 4.
0
10
20
30
40
50
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
Время нагрева, мин
0
10
20
30
40
50
0
10
20
30
40
50
С
те
пе
нь
в
ос
ст
ан
ов
ле
ни
я
(п
о
по
те
ре
м
ас
сы
),
%
0
10
20
30
40
50
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
Время нагрева, мин
0
10
20
30
40
50
0
10
20
30
40
50
С
те
пе
нь
в
ос
ст
ан
ов
ле
ни
я
(п
о
по
те
ре
м
ас
сы
),
%
0
10
20
30
40
50
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
Время нагрева, мин
0
10
20
30
40
50
0
10
20
30
40
50
С
те
пе
нь
в
ос
ст
ан
ов
ле
ни
я
(п
о
по
те
ре
м
ас
сы
),
%
120 240 300 90 210 270 60 180 30 150
Время, мин
0
40
40
40
50
50
50
30
30
30
10
10
10
0
0
20
20
20
С
те
пе
нь
в
ос
ст
ан
ов
ле
ни
я
(п
о
по
те
ре
м
ас
сы
),
%
б
в
а
Зависимость степени восстановления окатышей от рас-
хода коксового орешка: расход коксового орешка, %, – 0 (○), 10 (□),
20 (Δ), 30 (●), 40 (■); температура нагрева и выдержка при данной
температуре, °С: а – 900, б – 1000, в – 1100; заштрихованная об-
ласть – выдержка при заданной температуре; незаштрихованная
область – время нагрева пробы до заданной температуры
Рис. 5.
Таблица 1
Влияние реакционной способности кокса на степень восстановления
Вид топлива Потеря веса
окатышами, г
Степень
восстановления
(по потере веса), %
Среднее
значение степени
восстановления, %
Низкореакционный
кокс (CRI 31,3 %)
1,35 20,99
20,01,30 20,19
1,22 18,86
Высокореакционный
кокс (CRI 65 %)
2,02 31,26
31,32,13 32,94
1,92 29,75
7МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (236) ’2013
повышение доли коксового орешка позволило повы-
сить содержание в пробах металлического железа
с 0,3 до 2,3-8,9 % (рис. 6).
Оценено изменение средней скорости восстанов-
ления в зависимости от расхода коксового орешка в
смеси с окатышами. Среднюю скорость восстановле-
ния оценивали по формуле
c
B
V
t
= , (2)
где В – степень восстановления в конце опыта, %;
t – время восстановления, равное времени нагрева и
выдержке проб, мин.
Из рис. 7 видно, что повышение доли коксового
орешка с 10 до 20-40 % при температуре восстанов-
ления 900 °C средняя скорость восстановления по-
вышалась в 2-3 раза. С повышением температуры
восстановления до 1000-1100 °C средняя скорость
восстановления возрастала в 2,7-5,0 раз.
При выплавке передельного чугуна и степени пря-
мого восстановления 30 % можно ожидать, что около
280 кг железа будет восстановлено прямым путем.
Для восстановления указанного количества железа
необходимо затратить 280 · 12/56 = 61 кг углерода.
Следовательно, если бы в реакциях прямого вос-
становления участвовал только углерод коксового
орешка, то при определенном его расходе можно
полностью исключить участие углерода кокса. Из
табл. 2 видно, что введение в железорудную часть
шихты коксового орешка в количестве 40 % позво-
ляет полностью исключить участие углерода кокса в
реакциях прямого восстановления. Кроме того, об-
разующийся газ СО после реакции прямого восста-
новления может участвовать в реакциях косвенного
восстановления оксидов железа, что позволит обес-
печить дополнительную экономию кокса.
Выполнен расчет ожидаемого снижения расхо-
да кокса для условий Украины при подготовке его
по фракционному составу и применении коксового
орешка. В расчетах принято: базовый расход скипо-
вого кокса составил 500 кг/т чугуна; процентное со-
держание коксового орешка определялось исходя из
суммы скипового кокса и коксового орешка; техни-
ческий анализ кокса и коксового орешка, %: зола –
11, сера – 1, летучие – 1; содержание фракции
>80 мм в скиповом коксе снизится с 10 до 5 % за счет
еe выделения и дробления; поступление в доменную
печь фракции <10 мм снизится на 1 % (абс.) за счет
более эффективного грохочения скипового кокса при
повышении размера нижнего сита коксового грохота
с 25 до 40 мм.
Из табл. 3 видно, что освоение технологии до-
менной плавки с использованием подготовленно-
го по фракционному составу кокса и применением
коксового орешка может обеспечить снижение рас-
хода кокса до 477,9-469,9 кг/т чугуна (4,4-6,0 %).
Такое снижение расхода кокса при использовании
коксового орешка может быть обеспечено за счет
улучшения газопроницаемости столба шихты на
12,5-20,7 кг/т чугуна и подготовки кокса к доменной
плавке на 9,6-9,4 кг/т чугуна.
0
2
4
6
8
10
С
од
ер
ж
ан
ие
ме
та
лл
ич
ес
ко
го
ж
ел
ез
а
в
пр
об
е,
%
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40
Расход коксового орешка, %
С
те
пе
нь
в
ос
ст
ан
ов
-
ле
ни
я
пр
об
ы
(п
о
по
те
ре
м
ас
сы
),
%
40 30 20 10
Расход коксового орешка, %
0
40
8
50
10
30
6
10
2
20
4
С
те
пе
нь
во
сс
та
но
вл
ен
ия
п
ро
бы
(п
о
по
те
ре
м
ас
сы
),
%
С
од
ер
ж
ан
ие
м
ет
ал
ли
че
ск
ог
о
ж
ел
ез
а
в
пр
об
е,
%
Влияние введения в окатыши коксового орешка и темпе-
ратуры на степень восстановления и содержание металлического
железа в пробах при нагреве их: ○ – до 900 °С за 71 мин с после-
дующей выдержкой в течение 150 мин; □ – до 1000 °С за 95 мин
с последующей выдержкой в течение 150 мин; Δ – до 1100 °С за
124 мин с последующей выдержкой в течение 150 мин
Рис. 6.
1150 1050 950
Температура восстановления, °С
850
0
0,16
0,12
0,04
0,08
С
ре
дн
яя
с
ко
ро
ст
ь
во
сс
та
но
вл
ен
ия
, %
/м
ин
Зависимость средней скорости восстановления окаты-
шей от расхода коксового орешка (обозначения см. рис. 5)
Рис. 7.
Таблица 2
Расчет участия углерода коксового орешка в ре-
акциях восстановления оксидов железа
Показатели
Численные значения
показателей при расходе
коксового орешка, %
0 10 20 30 40
Расход коксового орешка,
кг/т чугуна 0 47,8 94,7 141,2 188,0
Степень восстановления
оксидов железа только за
счет коксового орешка, %
(по данным рис. 6)
0 7,1 24,7 31,6 40,5
Количество углерода коксового
орешка, кг/т чугуна 0 41,6 82,4 122,8 163,6
В том числе, расход углерода
коксового орешка для прямого
восстановления оксидов
железа, кг/т чугуна
0 3,0 20,4 38,8 66,3
0,00
0,04
0,08
0,12
0,16
850 950 1050 1150
Òåì ï åðàòóðà âî ññòàí î âëåí èÿ, î Ñ
Ñ
ðå
äí
ÿÿ
ñ
êî
ðî
ñò
ü
âî
ññ
òà
íî
âë
åí
èÿ
,
%
/ì
èí
8 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (236) ’2013
Данную подготовку кокса к доменной плавке целе-
сообразно осуществить до начала внедрения техно-
логии пылевдувания.
Таким образом, на основании проведенных экс-
периментов и вычислений показано, что использова-
ние коксового орешка в доменной плавке позволит
активизировать протекание реакций прямого вос-
становления оксидов железа за счет использования
углерода коксового орешка. Это может способство-
вать снижению участия в реакциях прямого восста-
новления углерода скипового кокса. Кроме того, за
счет снижения участия кокса в протекании реакций
прямого восстановления и Белла-Будуара можно
ожидать повышение прочности и средних размеров
кусков кокса по высоте печи по сравнению с техноло-
гией без применения коксового орешка.
Выводы
Введение в железорудный слой коксового орешка
в количестве 30 %, приготовленного из высокореак-
ционного кокса, позволило повысить степень восста-
новления железорудного материала с 20 до 31,3 %
(на 50 % отн.) по сравнению с применением низкоре-
акционным коксом.
Введение коксового орешка с различной его мас-
совой долей позволило существенно интенсифици-
ровать процесс восстановления оксидов железа. По-
казано, что повышение расхода коксового орешка с
10 до 20-40 % при нагреве до температуры 1100 °С
и выдержке пробы в течение 150 мин способство-
вало повышению степени восстановления с 7,1 до
24,7-40,5 %. Кроме того, соответствующее повыше-
ние доли коксового орешка позволило повысить со-
держание в пробах металлического железа с 0,3 до
2,3-8,9 %.
Повышение расхода коксового орешка в смеси с
окатышами от 10 до 20-40 % при температуре вос-
становления 1000 и 1100 °С позволило повысить
среднюю скорость восстановления в 2,7-5,0 раз по
сравнению с температурой 900 °С.
Освоение технологии доменной плавки с исполь-
зованием подготовленного по фракционному соста-
ву кокса и применением коксового орешка может
обеспечить снижение расхода кокса на 4,4-6,0 %.
Такое снижение расхода кокса может быть обеспе-
чено за счет улучшения газопроницаемости столба
шихты – на 12,5-20,7 кг/т чугуна, и подготовки кокса
к доменной плавке – на 9,6-9,4 кг/т чугуна. Данную
подготовку кокса к доменной плавке целесообразно
осуществить до начала внедрения технологии пы-
левдувания.
Введение коксового орешка в железорудную часть
шихты в количестве 40 % и более может позволить
исключить участие углерода кокса в восстановитель-
ных реакциях. Кроме того, за счет снижения участия
кокса в протекании реакций прямого восстановления
и Белла-Будуара можно ожидать повышение проч-
ностных показателей кокса и его средних размеров
кусков по высоте печи по сравнению с технологией
без применения коксового орешка.
Таблица 3
Оценка экономии кокса при его подготовке по фракционному составу и использовании коксового
орешка
Показатели Обычная
подготовка кокса
Численные значения показателей
при расходе коксового орешка, %
10 20 30 40
Расход коксового орешка, кг/т чугуна 0 47,80 94,70 141,20 188,0
Снижение расхода скипового кокса за счет улучшения
газопроницаемости при введении коксового орешка:
– %, (по данным работы [11])
– кг/т чугуна*
0
0
2,62
12,50
3,57
16,90
4,21
19,80
4,4
20,7
Экономия кокса за счет повышения эффективности
грохочения металлургического кокса, кг/т чугуна** 0 4,80 4,70 4,70 4,7
Экономия кокса за счет снижения фракции >80 мм в
металлургическом коксе, кг/т чугуна*** 0 4,80 4,70 4,70 4,7
Расход скипового кокса и коксового орешка, кг/т чугуна 500 477,90 473,70 470,80 469,9
Экономия, % – 4,40 5,30 5,80 6,0
В примечании пример расчета экономии кокса приведен для варианта с использованием 40 % коксового орешка: * – 4,4 ∙ 469,9/100 =
= 20,7 кг/т чугуна; ** – 0,01 ∙ 469,9/100 = 4,7 кг/т чугуна; *** – (10 − 5) ∙ 0,2 ∙ 469,9/100 = 4,7 кг/т чугуна (0,2 – процент изменения расхода
кокса при изменении фракции >80 мм на 1 %).
1. Теория и практика подготовки металлургического кокса к доменной плавке / В. Г. Гусак, А. М. Кузнецов, А. В. Емченко
и др. – Киев: Наукова думка, 2011. – 216 с.
2. Кузин А. В. Подготовка кокса к доменной плавке на современном этапе развития доменного производства в Украине
// Металл и литье Украины. – 2008. – № 7-8. – С. 20-23.
3. Кузин А. В. Основы современной комплексной подготовки кокса к доменной плавке // Наукові праці Донецького
національного технічного університету. Серія: Металургія. Випуск 12 (177). – Донецьк: ДонНТУ, 2010. – С. 82-88.
ЛИТЕРАТУРА
9МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (236) ’2013
4. Ярошевский С. Л., Хлапонин Н. С. Качество шихты доменных печей, работающих с применением пылеугольного топ-
лива // Труды международной научно-технической конференции «Пылеугольное топливо – альтернатива природному
газу при выплавке чугуна», г. Донецк, 18-21 декабря 2006 г. – Донецк: УНИТЕХ, 2006. – C. 59-64.
5. Разработка режима загрузки и опыт применения мелкофракционного кокса в мощной доменной печи / В. А. Доброскок,
Ю. В. Липухин, И. Ф. Курунов и др. // Сталь. – 1998. – № 8. – С. 7-13.
6. Оценка влияния на доменную плавку кокса фракции менее 40 мм / Н. П. Сысоев, С. К. Сибагатуллин, В. К. Кропотов
и др. // Труды V-го международного конгресса доменщиков «Производство чугуна на рубеже столетий», Днепропет-
ровск–Кривой Рог, 7-12 июня, 1999 г. – Днепропетровск: Пороги, 1999 – С. 216-218.
7. Работа доменных печей с использованием кокса мелких фракций / Л. Д. Никитин, М. Ф. Марьясов, В. П. Горбачёв и др.
// Металлург. – 1999. – № 1.– С. 38-39.
8. Теоретические и экспериментальные основы подготовки кокса к доменной плавке / А. Л. Подкорытов, А. М. Кузнецов,
Е. Н. Дымченко и др. // Там же. – 2009. – № 6. – С. 34-37.
9. Технология и эффективность подготовки кокса к доменной плавке / А. Л. Подкорытов, А. М. Кузнецов, Е. Н. Дымченко
и др. // Там же. – 2009. – № 8. – С. 32-37.
10. Исследование процесса получения и эффективность применения коксового орешка в доменной плавке / Д. В. Горин,
А. В. Храпко, А. В. Кузин, Н. В. Голухин // Металлургические процессы и оборудование. – 2011. – № 3.– С. 10-16.
11. Производство и использование коксового орешка в доменной плавке / С. Л. Ярошевский, Н. С. Хлапонин, А. М. Кузне-
цов, А. В. Кузин. – Донецк: УНИТЕХ, 2006. – 68 с.
12. Low Coke Rate Operation of Blast Furnace by Controlling Size of Coke Mixed Into Ore Layer / S. Muneyoshi, M. Kazuya, N.
Kentaro et al. // The 5th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking (ICSTI`2009). Shanghai (China),
November 19-23, 2009 – Shanghai, 2009. – P. 663-667.
13. Тлеугабулов С. М. Диссоциационно-адсорбционный механизм и кинетика твердофазного восстановления железа
углеродом // Сталь. – 1991. – № 1. – С. 15-18.
14. Восстановление агломерата и окатышей в смеси с коксовым орешком / Э. Моуса, A. Бабич, Д. Сенк, Х. В. Гуденау //
Бюллетень «Черная металлургия». – 2010. – № 10. – С. 34-45.
15. Mousa E., Senk D., А. Babich А. Reduction of Pellets-Nut Coke Mixture under Simulating Blast Furnace Conditions // Steel
research international. – 2010. – V. 81. – № 9. – P. 706-715.
Показано, що введення коксового горішку з різною його часткою в залізорудний шар дозволяє істотно інтенсифіку-
вати процес відновлення оксидів заліза. Використання коксового горішку в доменній плавці може дозволити знизити
участь вуглецю скіпового коксу у процесі прямого відновлення оксидів заліза, що може забезпечити зменшення втрат
вуглецю коксу й підвищення середнього розміру шматків коксу по висоті доменної печі.
Кузін А. В.
Вплив введення твердого відновника в залізорудний шар
на відновлення оксидів заліза
Анотація
Ключові слова
коксовий горішок, металургійний кокс, скіповий кокс, ступінь відновлення, фракція,
газифікація
Kuzin A. V.
Impact of the introduction of solid reducing agent in an iron layer on iron
oxide recovery
Summary
It is shown that the introduction of coke nut in different amounts allows to intensify significantly the process of iron oxides
recovery. The use of coke nut in the blast furnace melting allows to reduce participation of skip coke in the process of direct
recovery of iron oxides of carbon. It ensures reduction of carbon loss in coke and increase of coke average size in blast
furnace.
coke nut, metallurgical coke, skip coke, degree of recovery, fraction, gasificationKeywords
Поступила 30.10.12
|