Оценка влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП
Содержание:
Введение 3
1. Понятие «доменная шихта» 5
2. Технико-экономические показатели доменной печи 11
3. Температурные режимы плавки 16
4. Качество и свойства агломерата и его контроль 23
5. Качество окатышей и добавок 27
6. Взаимосвязь
показателей качества
7. Влияние
качества кокса на работу
8. Влияние
снижения зольности и
Заключение 48
Список использованной литературы: 50
Введение
Цветная металлургия является одной из наиболее материалоемких, а также топливо- и энергоемких отраслей промышленности. По этой причине качественная подготовка исходного сырья к металлургической переработке оказывает решающее влияние на конечные технико-экономические показатели металлургического передела.
В металлургическую переработку, как правило, поступает не один конкретный металлосодержащий материал, а смесь разных сортов рудного сырья с флюсами и оборотами. Смесь поступивших в переработку материалов называется шихтой.
Тема нашей работы – оценка влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП (технико-экономические показатели).
Интерес к данной теме вызван ее бесспорной актуальностью. Производительность – один из основных технико-экономических показателей работы доменной печи. Во многих технологических расчетах используются динамические параметры, в том числе и скорость схода шихты, которая непосредственно связана с производительностью печи.
Цель нашей работы – изучить оценку влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП.
Объектом данного исследования является влияние качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП.
Предмет исследования – процессы влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП.
Для достижения поставленной цели мы посчитали необходимым решить следующие задачи:
- раскрыть понятие «доменная шихта»;
- описать технико-экономические показатели доменной печи;
- изучить температурные режимы плавки;
- исследовать качество и свойства агломерата и его контроль;
- изучить качество окатышей и добавок;
- исследовать взаимосвязь показателей качества доменного кокса;
- описать влияние качества кокса на работу доменных печей;
- изучить влияние снижения зольности и влажности шихты на экономические показатели коксохимического и доменного производства.
Структура работы: исследование состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы.
1. Понятие «доменная шихта»
Шихта - смесь материалов, загружаемых в металлургии, печь и другие агрегаты для получения конечных продуктов с заданным химическим составом, и уровнем свойств. В состав металлургической шихты входят руда, концентрат, флюс, кокс или уголь и оборотные материалы: пыль, шлак, съемы и др.
Шихт, материалы железнодорожным транспортом подают в закрытый склад и разгружают в железобетонные отсеки, бункеры. Шихты загружают в агрегат либо в виде однородной смеси, приготовленной вне агрегата, либо порциями, состоящими из отдельных компонентов шихт.
Доменная шихта используется для получения чугуна или ферросплавов в доменной печи, содержит в основном железорудное сырье, кокс и флюсы. На Курганском заводе трубопроводной арматуры исследовали влияние состава металлошихты на химический состав и механические свойства отливок из стали 25Л, в первую очередь, - на показатели ее хладостойкости.
Особенностью заводской технологии плавки, проводимой в кислой индукционной печи емкостью 4 тонны, является переплав шихты в два этапа: на первом — проплавляли основную часть (примерно 80%) металлошихты, состоящую из привозного низкоуглеродистого лома и возврата собственного производства стали 25Л; на втором — после отбора технологической пробы для контроля состава получившегося расплава в него добавляли оставшуюся шихту, но состоящую уже только из возвратного лома. Затем проводили раскисление металла, удаление шлака, выпуск и разливку плавки.
Оценка содержания азота в раскисленном металле перед выпуском его из печи в зависимости от состава шихты показала, что с повышением доли переплавляемого возвратного лома концентрация азота повышается: при 21-30% его содержание находилось в пределах 0,0108-0,015% (в среднем по 5 плавкам — 0,0128%), а при 68-93% возврата оно возросло до 0,0148-0,0162% (в среднем по 4 плавкам — 0,0155%).
По данным этих же исследовательских плавок, было установлено, что в технологических пробах первой группы плавок содержание кремния составляло 0,07-0,16% и марганца 0,22-0,37%, а во второй оно повысилось до 0,28-0,40% и 0,37-0,63% соответственно. Указанная особенность объясняется повышенным содержанием кремния (до 0,6%) и марганца (до 1%) в возвратном литье по сравнению с привозным низкоуглеродистым нелегированным ломом.
Существующие методики оценки качества шихтовых материалов, используемые при входном контроле на действующих предприятиях, страдают главным недостатком: большая длительность анализа состава материалов, обусловленная использованием физико-химических методов анализа, при сравнительно небольшом диапазоне исследуемых элементов: C, Si, Mn, Cr, Ni, S и P. Разработана и апробированная методика ускоренного исследования качества материалов, основные стадии которой представлены в Таблице №1.
|
№ п/п |
Основные стадии исследования | |
Разработанная (длительность: сутки) |
Существующая (длительность: двое суток) | |
1 |
Отбор проб (54-60 кг/72 т). Визуальный контроль |
Отбор проб (25-36 кг/72 т). Визуальный контроль |
2 |
Вырезка темплетов (3,0-3,5 кг). Визуальный и |
Измельчение материала (0,2-0,3 кг) |
3 |
Измельчение темплетов, формирование выборки (0,4-0,5) кг |
Формирование навески (0,02кг) |
4 |
Переплав в герметизированном тигле |
Физико-химический анализ (С, Si, Mn, Сr, S, P) |
5 |
Заливка и подготовка кокильной пробы |
- |
6 |
Спектральный анализ до 24 элементов |
- |
Таблица №1. - Сравнение методик исследования качества шихтовых материалов
В развитие полученных результатов
было проведено сравнение
Показано, что наследуемыми свойствами основных шихтовых материалов могут быть особенности строения макроструктуры (спелеобразный графит, дендриты и т.д.) и газонасыщенность доменных чушковых чугунов, а также общее и видовое содержание микроэлементов в шихтовых материалах.
Вскрыто, что главнейшей задачей режимов индукционной плавки является не только гомогенизация расплава по составу и температуре, активизация растворения и взаимодействия компонентов шлака и металла, но и «упорядочивание» его структуры в различных микрообластях ванны, что в основном ограничивается стойкостью используемых футеровок. В противном случае сохраняется высокая вероятность наследования свойств шихтовых материалов получаемыми сплавами. При этом в производственных условиях не всегда возможно организовать такую технологию выплавки, которая бы обеспечивала стабильное получение сплавов с заданными параметрами качества из любых шихтовых материалов. Поэтому первым этапом экспериментальной разработки технологии выплавки должно быть исследование качества наиболее часто используемых шихтовых материалов и выбор рационального состава шихты. Вторым важным этапом является определение влияния температурного режима плавок и типа доменных чугунов на качество выплавляемых сплавов. Вместе с этим исследование и организация эффективных температурно-шлаковых режимов позволит стабилизировать основные окислительно-восстановительные реакции процесса выплавки и рафинировать расплавы от газов и неметаллических включений.
С помощью разработанной
методики исследования качества шихтовых
материалов установлено содержание
вредных микроэлементов в доменных
чушковых чугунах ведущих предприятий-
Эти чугуны можно рекомендовать для выплавки высококачественных чугунов и сталей в индукционных печах, что и определило их дальнейшее использование в экспериментальных плавках. Показано, что для получения в готовой стали концентраций микроэлементов на уровне 0,010-0,012% необходимо, чтобы в шихте, при условии полного удаления Pb и частичного удаления Ti, V, их содержание составляло не более чем 0,020%, что возможно только при комбинировании лома прокатных профилей с ломом металлоконструкций в отношении не более чем 1:2.
Исходя из систематизации
научных представлений о
D = lg(Pден.)/lg(2Nпол.), где Nпол. ≈ [(Sден.½)/2],
где Nпол. - количество полигонических зерен составляющих оси дендрита, Sден. и Pден. – соответственно, площадь (мкм2) и периметр (мкм) включения.
Результаты анализа морфологии представлены в Таблице №2.
Дендритные структуры, кристаллизующиеся при скоростях охлаждения расплавов от 10 до 300С/с, обладают дробной фрактальной размерностью от 1,49 до 1,87, что может служить косвенным доказательством их кластерной природы. Развитая дендритная сегрегация наблюдается в пробах кристаллизованных сплавов полученных из белых доменных чушковых чугунов, которые имеют в своей структуре дендритные кристаллы и не имеют структурно-свободного углерода в форме графита. С повышением температуры выдержки таких расплавов возрастает их склонность к кристаллизации по дендритному механизму (Таблица №2). Сохранение склонности расплавов к определенному типу структурообразования можно назвать «дендритной (структурной) наследственностью» шихтовых материалов.
№ |
Sден., мкм2 |
Pден., мкм |
Nпол. |
(Sден.½)/2 |
D (N), урав. 1 |
Температура перегрева, 0С |
Конструкционный серый чугун | ||||||
1 |
1366 |
189 |
17 |
18,50 |
1,49 |
1300-1350 |
2 |
17937 |
1652 |
105 |
66,96 |
1,50 | |
3 |
12217 |
3582 |
59 |
55,30 |
1,72 |
1350-1500 |
4 |
6540 |
1896 |
32 |
40,40 |
1,81 | |
6 |
2648 |
1385 |
24 |
25,70 |
1,87 |
1550-1650 |
7 |
6160 |
2430 |
42 |
39,20 |
1,76 | |
Углеродистая сталь | ||||||
8 |
25880 |
5852 |
125 |
80,44 |
1,40 |
1550-1650 |
* средние значения по 10 измерениям (полям зрения)
Таблица №2. - Количественные характеристики дендритов
Таким образом, доменная шихта используется для получения чугуна или ферросплавов в доменной печи, содержит в основном железорудное сырье, кокс и флюсы. При использовании в шихте передельных (ледебуритных - белых) доменных чугунов, выгодно отличающихся более низким содержанием S, температура перегрева и выдержки расплава должна быть достаточной для гомогенизации ванны по химическому составу, но не должна превышать 15500С, так как кристаллизующиеся при данном перегреве дендриты обладают высоким отношением периметра к площади (большой фрактальной размерностью D ≥ 1,76). Согласно литературным данным, это может приводить к существенному снижению механических и прочих свойств сплавов.
2. Технико-экономические показатели доменной печи
Во многом технико-экономические показатели ДП: производительность, расход кокса зависят от качества загружаемого сырья. Одним из основных показателей эффективности является содержание Fe в железорудной части шихты ДП.
Повышение содержания железа вызывает разносторонние изменения
в агломерационном и доменном процессах, поэтому получение
положительного результата от него не так очевидно. В воздействии большого
содержания железа в сырье на работу доменной печи имеются элементы,
вызывающие затруднения в реализации преимуществ. Изменения свойств
агломерата также не однозначны: возрастание доли железа в агломерате
вследствие увеличения доли
концентрата Соколовско-
производственного объединения давал повышение прочности на удар до
содержания железа 58,0 - 58,5 %.
Чтобы оценить влияние увеличения доли Fe в сырье на ход и
результаты плавки с использованием различных дополнительных
мероприятий по реализации преимуществ его, получены по данным
лаборатории ОАО «НЛМК» ДЦ №1 зависимости, по которым видно,
что при увеличении содержания железа в железосодержащем сырье на 1 %
приводит к уменьшению расхода кокса на 0,75 % и росту производительности на 1,14 %,что также подтверждается в исследованиях, где на ОАО «ММК» были проведены опытные плавки на доменных печах № 1,2, 6, 8 - 10. Основные показатели плавки после предварительной промывки горна в среднем по периодам — (длительность периодов I и II составляла 5 сут, давление дутья и колошникового газа — 150 кПа). В среднем, по результатам опытным плавок на всех печах сокращение удельного расхода кокса на 1 % увеличения содержания железа составило 4,7 - 5,8 кг/т чугуна, повышение производительности — около 1,7 %.
В работе изучено воздействие сырья с большим содержанием Fe на работу доменной печи. В лабораторных условиях проведено восстановление
агломерата и окатышей с 40 - 63 % Fe основностью 0,37 - 1,51 при 700 -
1200°С применительно к расходам природного газа 50 - 150 м3/т чугуна,
обогащению дутья кислородом до 30 %, рудным нагрузкам, соответствующим доменной плавке. По полученным результатам с использованием математической модели определен ход процесса восстановления по высоте доменной печи в разных условиях. Установлено, что скорость восстановления окатышей и агломерата с ростом содержания железа при других постоянных условиях возрастает.
Скорость восстановления при 900°С
Показатель Содержание железа, %
40 49 56 63
Общая скорость восстановления (% О2/мин)
при расходе газа-восстановителя, см3/(с • г Fe):
0,85 0,6 0,75 0,93 1,15
4,0 1,8 2,2 2,5 2,8
Рост степени восстановления на каждый 1 %
Fe при расходе газа-восстановителя,
см3/(с • г Fe):
0,85 — 1,76 2,6 3,3
4,0 — 4,5 4,3 4,3
Fe, % 4 0 49 56 63
Степень использования СО, %, при расходе
газа, см3/(с • г Fe):
0,85 1 9 , 5 24,5 30,5 38,3
4,0 1 3 , 0 15,0 18,0 20,0
Повышение содержания железа
при малом расходе газа-
усиливает его воздействие на скорость восстановления, при высоком расходе
несколько ослабляет. С увеличением расхода газа-восстановителя
существенно возрастает влияние железа в связи с уменьшением степени
использования газа. При содержании железа 60 % и 65 % преобладает замедляющее воздействие роста степени использования энергии газов на скорость восстановления vR. Снижение восстановленности к горизонту
шлакообразования ухудшает газодинамические условия в нижней части печи
по следующим причинам: восстановление большого количества железа из
FeO шлака приводит к вспениванию его; такой шлак обладает низкой
газопроницаемостью; температура плавления железа, полученного по
реакции FeO + С = Fe + СО, выше фактической температуры шлака; оно
находится в нем в виде взвеси, увеличивая вязкость расплава; уменьшение
концентрации FeO в шлаке вследствие расходования его на получение железа
увеличивает температуру плавления шлака, что также повышает его вязкость
и задерживает движение вниз.
Для компенсации влияния повышенного содержания железа (до 60 %)
необходимо одновременно использовать другие мероприятия, обеспечивающие рост восстановленности материалов к зоне плавления их. К таким мероприятиям, в частности, относятся увеличение расхода природного газа и восстановимости сырья, применение офлюсованных материалов, отсев мелочи из сырья и увеличение его средней крупности с интенсификацией процесса по дутью. Скорость восстановления vR офлюсованных материалов, содержащих 63 % Fe и имеющих степень восстановления 60 %, в 1,36 раза выше, чем неофлюсованных. Содержанию железа 50 % соответствует превышение скорости vR в 3,66 раза. К другим мероприятиям, способствующим реализации преимуществ сырья с высоким содержанием Fe, относятся улучшение стабильности показателей качества шихтовых материалов и высокотемпературной прочности кокса, повышение рудной нагрузки на периферии, а также своевременная промывка горна.
Для оценки влияния расхода окатышей на технико-экономические
показатели работы печи была проведена сравнительная оценка показателей
работы печи с различным содержанием окатышей в загружаемом сырье с
апреля по июнь 2009г на ДП № 5 ОАО «НЛМК» В период с апреля по июль 2005 г. доменные цехи ОАО «НЛМК» работали с минимальным расходом окатышей. При оценке изменения технико-экономических показателей последние были приведены к одинаковым условиям методом пофакторного анализа.
По рисунку видно, что при уменьшении доли окатышей происходят снижение производительности и увеличение расхода кокса. Основными
причинами этого являются снижение содержания железа в шихте и
нарушение газодинамики потоков.
В результате сравнения степени влияния доли окатышей в шихте ДП
№ 6 (VДП = 3200 м3) и ДП № 4 (VДП = 2000 м3) установлено, что при
использовании печей большего объема это влияние сильнее. Сравнение
работы ДП № 3 и ДП № 4 одинакового объема показало, что с увеличением
форсирования хода печи влияние окатышей усиливается. Увеличение доли и стабильный расход металлизованных окатышей, применяемых на ОАО «НЛМК» совместно с агломератом собственного производства, способствуют:
• стабилизации химического состава чугуна и ровному ходу
доменной печи;
• снижению расхода кокса и себестоимости чугуна;
• повышению производительности печи.
Гранулометрический состав окатышей является предпочтительным:
содержание фракции 5 мм менее 4 %, в то время как у скипового агломерата
она составляет 10 - 12 %, а периодически и более. Поэтому окатыши
значительно облегчают газодинамику верха доменной печи.
Окатыши при их применении в достаточном количестве (25-30 % от
общей массы шихты) служат постоянным "промывочным" материалом для
стен доменной печи. Их применение значительно уменьшает расстройства хода
печи, связанные с “потерей объема”. Увеличение активного веса шихты (с
окатышами), а также отмеченное выше "промывочное" действие, дает
возможность работать с большим общим перепадом давления.
Таким образом, при увеличении
содержания железа в железосодержащем
сырье на 1 %приводит к уменьшению
расхода кокса на 0,75 % и росту
производительности на 1,14, но при содержании
железа более 58% в железорудном сырье
необходимо: улучшение стабильности
показателей качества шихтовых материалов
и высокотемпературной
Увеличение содержания
окатышей в железорудной части
шихты на 1% способствует снижению
расхода кокса, примерно на 3,1
кг/т чугуна и повышению
3. Температурные режимы плавки
Вторым важным этапом разработки технологий является исследование составов шлакообразующих смесей и температурных режимов плавок. Для подбора ТШС необходимого состава было произведены плавки на ИСТ-0,16 с кислой футеровкой с использованием различных смесей, по режиму: «нагрев расплава до 14000С - скачивание первичного шлака - ввод состава на «зеркало» металла - нагрев до температуры 16000С». Результаты представлены в Таблице №3.
№ |
Состав |
Свойства* |
1 |
55% SiO2, 40% Al2O3, 5% CaO |
Удовлетворительная текучесть |
2 |
60% SiO2, 40% Al2O3 |
Шлак «комкуется» до температуры 16000С |
3 |
50% SiO2, 35% Al2O3, 15% CaO |
Удовлетворительная текучесть, сильный прогар футеровки |
Таблица №3. - Исследование составов ТШС на кислых футеровках
Выбор режимов плавок, в которых бы учитывались «наследственные» и технологические свойства шихты с учетом обзором и проведенных исследований, должен осуществляться исходя из следующих предпосылок:
1) относительно низкая температура миксирования (для чугунов - около 14000С, для углеродистых сталей - около 15500С) не обеспечивает необходимую степень удаления газов и неметаллических включений в шлак, но способствует сохранению высокой стойкости футеровок (для кислых - не менее 100 плавок); при этом расплавы имеют приемлемую склонность к дендритной сегрегации;
2) относительно высокая температура миксирования (для чугунов - около 15500С, для углеродистых сталей - около 16500С) повышает жидкоподвижность кислых шлаков, уменьшает вязкость расплавов, но существенно снижает стойкость футеровки (вплоть до аварийного выпуска плавки) и увеличивает их склонность к сегрегации.
Таким образом, необходимо выбирать
некоторый «комбинированный»
1) действующая - с форсированным режимом нагрева и одним режимом миксирования, с использованием в качестве ТШС сухого кварцевого песка в количестве 6,5-7 кг/т. Энергозатраты составили 560-590 кВтч/т;
2) экспериментальная – с тремя режимами миксирования (ТВО), с использованием в качестве ТШС смеси боя шамотного кирпича и извести в отношении 9,5:0,5 (52% SiO2, 38% Al2O3 и 5% CaO) в том же количестве. Энергозатраты составили 580-600 кВтч/т.
Температурные режимы плавок указаны на рисунке 1.
Рисунок №1. - Температурные режимы плавок
На рисунке №1 отображены режимы плавок: 1 – действующий (форсированный) режим; 2 – экспериментальный режим. Вертикальными стрелками обозначены технологические операции: «Ш» - скачивание первичного шлака и ввод ТШС, «Т» - замер температуры, «Х» - отбор пробы на химический состав, «Ф» - ввод ферросплавов для корректировки состава.
Назначение периодов миксирования в следующем. В первый период миксирования происходит окисление Si, Mn и Fe, в результате этих процессов шлакообразующая смесь насыщается соответствующими оксидами, начинается процесс шлакообразования. Второй период характеризуется наличием жидкоподвижного шлака, постепенным развитием реакций восстановления оксидов, всплытием неметаллических включений и удалением растворенных газов вследствие эффекта «барботажа» расплава пузырьками {СО}. При наличии жидкотекучего шлака углерод расходуется на восстановление марганца и железа по известным уравнениям:
(FeO) + [С] ® {CO} + Feж, ∆GºFeO = -100,75 – 0,093T,
(MnO) + [С] ® {CO} + [Mn], ∆GºMnO = 270,94 – 0,17T,
Третий период необходим
для выравнивания химического состава
и температуры расплава перед
выпуском плавки. В результате поверхностно-активный
углерод на границе раздела «металл-шлак»
в большей степени расходуется
не на восстановление SiO2 из шлака и
футеровки шлакового пояса
Технология выплавки |
Содержание элементов |
Температура отбора пробы, 0С | ||
С |
Si* |
Mn | ||
Экспериментальная |
3,70 |
1,90 |
0,55 |
1400 |
3,52 |
2,05 |
0,53 |
1450 | |
Действующая |
3,70 |
1,90 |
0,55 |
1400 |
3,48 |
2,15 |
0,51 |
1550 | |
*«пригар» кремния
Таблица №4. - Окисление элементов в плавках различных технологий (% масс.)
Для кислых процессов при температуре расплава выше 14000С характерно протекание тигельной реакции:
(SiO2) + 2[С] ↔ [Si] + 2{CO}, ∆G ºSiО2 = -357,71 + 0,128T,
Развитие реакции определяет
конечное содержание углерода и кремния.
Усреднение ванны по химическому
составу и температуре, а также
приведение основных химических взаимодействий
в состояние близкое к

- Оценка влияния коммерческого кредита на деятельность организации
- Оценка влияния коммерческого кредита на деятельность предприятия(на примере ООО «Надежда»)
- Оценка влияния корпоративной культуры
- Оценка влияния маркетинговой макросреды на деятельность ОАО «Тепличное»
- Оценка влияния метеорологических факторов на полет воздушного судна Як – 40 по маршруту Сыктывкар – Москва
- Оценка влияния метода начисления амортизация на основные экономические показатели организации (1)
- Оценка влияния монополии на экономику России
- Оценка влияния автотранспорта на атмоферу города Оренбурга
- Оценка влияния автотранспорта на состояние окружающей среды улицы Киевской г. Симферополя
- Оценка влияния автотранспорта на состояние окружающей среды улицы Киевской г. Симферополя
- Оценка влияния внешней среды на деятельность предприятия
- Оценка влияния внешней среды на деятельность предприятия
- Оценка влияния Единого таможенного тарифа на внешнеэкономическую деятельность стран ТС
- Оценка влияния инфляции на инвестиционные решения