Содержание к диссертации
Введение
1 Ресурсосбережение и интенсификация процесса доменной плавки 9
1.1 Нагрев дутья 9
1.2 Влияние повышенного давления на расход кокса 12
1.3 Добавка к дутью водяного пара 14
1.4 Вдувание горячих восстановительных газов 15
1.5 Добавка в шихту и вдувание углеродсодержащих веществ в доменную печь 19
1.5.1 Вдувание мазута. 19
1.5.2 Вдувание природного газа 20
1.5.3 Вдувание коксового газа 22
1.5.4 Вдувание пылеугольного топлива 23
1.5.5 Добавка в шихту антрацита 26
2 Доменная плавка с использованием в шихте антрацита 27
2.1 Свойства антрацита 27
2.2 Опыт доменной плавки с добавкой в шихту сырого антрацита 33
2.3 Опыт ведения доменной плавки с добавкой в шихту антрацита на доменных печах полезным объемом 1033 м и 1233 м3 (Украина) 35
2.4 Опыт ведения доменной плавки с добавкой в шихту антрацита на доменных печах заводов «Тулачермет» и ЗСМК 37
3 Лабораторные исследования антрацита 40
3.1 Методика проведения совмещенного термического анализа 40
3.2 Результаты исследования антрацита и кокса методами совмещенного термического анализа 43
3.3 Методика проведения мессбауэровской спектроскопии 48
3.4 Результаты исследования процесса восстановления железорудного концентрата антрацитом и коксом в атмосфере аргона методами мессбауэровской спектроскопии и совмещенного термического анализа 53
4 STRONG Расчет показателей доменной плавки с увеличением удельного расхода антрацита в
шихте от 0 до 50 кг/т чугуна STRONG 60
4.1 Исходные данные для выполнения теоретических расчетов процесса доменной плавки 60
4.2 Определение удельного расхода кокса при увеличении доли антрацита в шихте доменной плавки 62
4.3 Расчет распределения тепла по зонам доменной печи при увеличении доли антрацита в шихте 64
4.4 Прогнозирование влияния увеличения удельного расхода антрацита (до 100 кг/т чугуна) на ТЭП печи с использованием расчетных моделей 66
5 Промышленное освоение процесса выплавки чугуна с добавкой в шихту антрацита, как заменителя части кокса на доменной печи» № 1 ОАО «Косогорский металлургический завод» 68
5.1 Краткая характеристика объекта исследований(параметры>ДП №1) 68
5.2 Параметры работы печи в базовомварианте, без добавки в шихту антрацита 69*
5.2.1 Топливо - сырьевые характеристики базового периода 70
5.2.3 Расчет показателей процессов восстановления доменнойшлавкшв базовом периоде 71
5.2.4 Расчет общего теплового и материального баланса для базового варианта. 74
5.2.5 Расчет зонального теплового баланса для условий базового варианта... 76
5.2.6 Определение фактической порозности слоя столба шихтыдля базового варианта 77
5.2.7 Расчет теоретической температуры горения для базового периода 79
5.3 Параметры работы печи в опытном варианте, с добавки в шихту антрацита' 80
5.3.1 Топливо — сырьевые характеристики опытного периода 81
5.3.2 Расчет показателей процессов восстановления доменной плавки в, опытном периоде 82
5.3.3 Расчет общего теплового и материального баланса для опытного варианта 83
5.3.4 Расчет зонального теплового баланса для условий опытного варианта... 85
5.3.5 Определение фактической порозности слоя столба шихты для опытного варианта 86
5.3.6 Расчет теоретической температуры горения для опытного периода 86
5.4 Поведение серы при выплавке чугуна с добавкой в шихту антрацита 88
5.5 Влияние частичной замены кокса антрацитом на газодинамеческие условия работы доменной печи 90
6 Практические аспекты использования антрацита в шихте доменной плавки 97
6.1 Определение оптимального удельного расхода антрацита при производстве
чугунов различных марок 97
6.2 Оценка эффективности использования антрацита, как заменителя кокса 104
6.3 Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии 105
6.4 Экологические оценка применения антрацита как заменителя кокса 107
Выводы по работе 112
Приложения 113
- Вдувание пылеугольного топлива
- Опыт ведения доменной плавки с добавкой в шихту антрацита на доменных печах полезным объемом 1033 м и 1233 м3 (Украина)
- Методика проведения мессбауэровской спектроскопии
- Расчет распределения тепла по зонам доменной печи при увеличении доли антрацита в шихте
Введение к работе
Актуальность работы:
Ключевой стратегической задачей, стоящей,перед отечественной и мировой черной металлургией, является снижение потребленияt энергоресурсов на производство единицы готовой продукции. Основными- мероприятиями, направленным на достижение данной» цели, являются, оптимизация технологических процессов'производства, а также реализация проектов, направленных,на снижение энергозатрат. В доменном производстве основным энергоносителем1 и наиболее' дорогостоящим компонентом шихты является металлургический кокс, ресурсы > которого крайне ограничены, а качественные характеристики, во многом зависящие от состава угольной шихты и состояния коксовых батарей, зачастую не соответствуют условиям достижения* оптимальных параметров^ устойчивого технологического режима доменной плавки. Мировые запасы коксующихся углей в настоящее время оцениваются примерно в 1,5 трлн. т, что составляет менее 10 % общих ресурсов каменных углей; при этом разведанные запасы не превышают 400 млрд.т [1]. На протяжении последних 60 лет разработка и внедрение в производство целого ряда мероприятий, таких как нагрев дутья, оптимизация загрузки шихтовых материалов в доменную печь, улучшение качества, железорудного сырья, увеличение давления, металлизация шихты, вдувание углеродсодержащих добавок [2]* (природный^ газ, угольная пыль, гранулированный уголь, мазут, коксовый, газ; измельченный пластик, горячий восстановительный газ) и т.д: позволило снизить. удельный' расход кокса с уровня, превышающего 1000 кг/т чугуна, до 350 кг/т чугуна и менее (рисунок 1).
I ' і I I II І І І І І І і I I І І І І і I I 1 I I I > Г ' I I ' і I I I I I '
Рисунок 1 - Динамика потребления энергоносителей при производстве чугуна на доменных печах Западной Европы [3,4]
В России в качестве энергосберегающей технологии активно используется вдувание в горн доменной печи природного газа. Очевидно, что в ближайшее время стоимость природного газа может значительно возрасти и дальнейшее его использование, вероятнее всего, окажется экономически не эффективным. В мировой практике для экономии энергоресурсов при производстве чугуна используется технология вдувания пылеугольного топлива (ПУТ). Следует отметить, что на территории Российской Федерации на данный момент нет ни одного действующего комплекса по подготовке, хранению и подаче измельченного угля в горн доменной печи [2].
Исходя из всего вышесказанного, очевидно, что исследование вопросов связанных с добавкой антрацита в шихту доменных печей является весьма актуальной задачей, как с технической, так и с экономической точки зрения. Внедрение этой технологии позволит снизить расход кокса при выплавке чугуна в доменных печах, при этом отсутствует необходимость дополнительных капиталовложений, т. к. подача антрацита осуществляется через колошник при помощи установленного на печи засыпного аппарата [5,6]. Кроме того, использование в шихте доменного производства сырого антрацита, не требующего предварительной термической обработки, позволяет несколько снизить количество выбросов вредных веществ в атмосферу образующихся в результате процесса коксования.
Цели работы:
Отработать режимы доменной плавки с добавкой в шихту антрацита, как заменителя части кокса; определить особенности процессов восстановления железа и трудновосстановимых элементов при добавке в шихту антрацита; выполнить расчеты показателей доменной плавки при использований в шихте антрацита в различных количествах, с целью прогнозирования эффективности использования коксозамещающей технологии; на основе практических данных и результатах расчетов, определить эффективность применения антрацита, как заменителя кокса, в различных условиях плавки; оценить влияние различных расходов антрацита на изменение газодинамических условий работы доменной печи, теоретической температуры горения топлива, температуры и состава колошникового газа, выхода шлака и состав чугуна; оценить влияние частичной замены кокса антрацитом на качество выплавляемого чугуна; определить оптимальный расход антрацита в шихте при выплавке чугуна различных марок.
Научная новизна:
1. Найдена зависимость степени развития процессов прямого и косвенного восстановления при использовании антрацита в качестве коксозамещающего компонента в шихте доменной плавки.
2. Теоретически обоснованы и практически подтверждены основные функции, выполняемые антрацитом в качестве заменителя кокса в шихте доменного производства.
Впервые определен и практически подтвержден оптимальный и максимально- допустимый», удельный расход антрацита при выплавке чугуна различных марок.
Установлено- влияние доли антрацита на «ход» доменной^ печи, производительность, качество выплавляемого чугуна, а также изменение газодинамических' условий работы доменной печи. Определены фактические коэффициенты распределения- серы между чугуном, шлаком, и газовой фазой при увеличении удельного расхода антрацита до*50 кг/т чугуна.
Практическая значимость:
Экспериментально! доказана эффективность использования- антрацита как заменителя кокса в шихте доменной плавки. По результатам работы реализована энергосберегающая технология частичной замены кокса каменным углем с подачей его через колошник, позволяющая снизить удельный расход кокса в шихте доменного производства, 'без изменения газодинамических характеристик процесса выплавки чугуна в. доменной печи, а так же без> изменения^ качества конечного продукта. Разработаны рекомендации по использованию коксозамещающей технологии для* обеспечения, высокой эффективности от её внедрения в промышленное- производство. По предложенной в работе схеме, появляется возможность определения оптимального удельного расхода антрацита при выплавке чугунов различных марок.
Рассчитан экономический эффект от внедрения технологии в промышленном масштабе. Применительно к условиям работы ДП №1 ОАО «КМЗ» годовой экономический эффект составит 7 млн. $.
Вдувание пылеугольного топлива
Первые промышленные опыты- по вдуванию в горн доменных печей пылеугольного топлива с целью снижения расхода кокса были проведены в 1948 и 1955 годах на металлургических заводах Днепропетровска и Тулы [49].
Большим преимуществом пылевидного угля (ПУТ) является его- низкая стоимость как по сравнению с коксом, так и в сравнении с другими видами топлива. По данным Л. Богданди и Р. Гергена, теплота сгорания у фурм отдельных углей (содержащих 3% влаги и-7% золы) составляет, кДж/кг: антрацит 7530; тощий уголь. 6800; газовый уголь 6100; пламенный уголь 5300.
Задачами, которые необходимо1 решать при г вдувания ПУТ в доменную, печь, являются: 1) обеспечение длительной и бесперебойной работы всей системы пневмотранспорта и ее износостойкости против-абразивного воздействия. пыли; 2) обеспечение постоянства поступления ПУТ в доменную печь и равномерности её распределения по фурмам; 3) полнота газификации ПУТ в фурменных очагах горна. При работе доменных печей с вдуванием ПУТ встречались следующие технические затруднения: повышение статического перепада давлений в печи, массовое горение и выход из строя воздушных фурм, увеличение выноса углерода из печи с колошниковой пылью и шлаком, следствием чего явилось значительное снижение коэффициента замены кокса; закупорка пылепроводов и фурменных приборов при сползании гарнисажа перед фурмами; снижение производительности.
Совершенствование техники и технологии вдувания ПУТ за. последние несколько-лет позволило минимизировать влияние негативных факторов указанных выше. На сегодняшний день стабильные расходы ПУТ на зарубежных доменных печах находятся на уровне 150 — 200 кг/т чугуна.
Основным следствием воздействия измельченного угля на процесс является непосредственная замена углерода кокса углеродом угля при горении его на фурмах. Поэтому коэффициент замены кокса- углем во многом зависит от его свойств, в частности от содержания в нем углерода, золы, серы и влаги. Чем выше содержание углерода в угле, тем большее значение имеет прямая замена им углерода кокса, тем выше приход тепла в горн печи и выше коэффициент замены кокса углем. В отличие от газообразных и жидких восстановителей уголь, практически не содержит водорода (кроме содержащегося в летучих и водяном паре), поэтому вдувание угля в горн оказывает слабое влияние на ход восстановительных процессов. Зола угля несколько увеличивает выход шлака в печи, что снижает экономию кокса при вводе угля в печь. Сера, вносимая углем, может частично переходить в чугун, что требует ограничения используемых углей по их сернистости. Уменьшение прихода тепла в горн из-за меньшей по сравнению с коксом теплоты сгорания угля и наличия водяных паров, претерпевающих в горне диссоциацию, приводит к снижению температуры горна. Поэтому в доменной плавке следует использовать угли с низкой влажностью [21].
Необходимо выполнять ряд условий, для обеспечения эффективной замены кокса ПУТ, а именно: использовать качественный кокс и уголь используемый для приготовления ПУТ; применять специальную технику вдувания, обеспечивающую полноту сжигания ПУТ в фурменной зоне; увеличение содержания кислорода в дутье [2]. При вдувании большого количества угля уменьшается объемная доля кокса в шихте, что повышает требования к обеспечению газопроницаемости столба шихты в шахте и коксового тотермана в горне. Главным условием выполнения этих требований является применение высококачественного кокса, обладающего высокой холодной и горячей прочностью.
Требования к качеству углей для вдувания в доменную печь сводятся к следующему: высокое содержание углерода, низкая зольность (не более 10-12%); высокое содержание летучих; низкое содержание серы (не более 1%); высокая, температура плавления золы (более 1400 С); тонкое измельчение, хорошая измельчаемость (80% крупностью до 100 мкм); низкая влажность.
Особое значение имеет зольность, вдуваемого угля, которая определяет коэффициент замены кокса углем (в зависимости от марки угля эта цифра может колебаться в пределах от 0,7 до 0,9), влияет на содержание кремния в чугуне и на выход шлака. Кроме того, абразивные свойства угля, влияющие на стойкость трубопроводов системы его вдувания, также определяются зольностью угля [20].
В связи со снижением газопроницаемости столба шихты при вдувании значительных количеств ПУТ и для поддержания производительности печей на необходимом уровне расход дутья сокращают, обогащая его кислородом. Особенностью технологии плавки при вдувании?ПУТ является создание в осевой части печи коксовой отдушины из крупного кокса. На печах с конусными аппаратами для этого применяют специальные приемы загрузки. Дляг вдувания используют угли, как с высоким, так и с низким содержанием летучих веществ.
Несмотря на целый ряд очевидных преимуществ технологии ПУТ, следует отметить, что на территории Российской Федерации на данный момент нет ни одного действующего комплекса по подготовке, хранению и подаче измельченного угля в горн доменной печи. Возведение таких комплексов требует решения целого ряда организационных и производственно-технологических вопросов на каждом конкретном предприятии, а также значительных капитальных затрат на их реализацию. 1.5.5 Добавка в шихту антрацита
Использование антрацита в шихте доменных печей — менее распространенная в мировой практике технология частичной замены кокса. В числе основных положительных характеристик антрацита с точки зрения его использования в качестве компонента шихты доменной плавки следует отметить большую по сравнению с коксом теплотворную способность, низкую зольность, меньшую стоимость по сравнению с коксом и отсутствие необходимости дополнительных капиталовложений, т. к. подача антрацита в доменную печь осуществляется через колошник при помощи установленного на печи засыпного аппарата [5,6].
Далее в представленной работе приводятся данные по опыту использования антрацита в качестве заменителя части кокса (литературная информация глава 2), а также осуществляется описание, разработка и реализация энергосберегающей технологии с использованием в шихте доменного производства антрацита применительно к условиям работы доменной печи № 1 рабочим объемом 1066 м3 ОАО «Косогорский металлургический завод» г. Тула.
Опыт ведения доменной плавки с добавкой в шихту антрацита на доменных печах полезным объемом 1033 м и 1233 м3 (Украина)
С 1985 г. по 1991 г. ДонНИИчермет совместно с Краматорским металлургическим заводом на печи № 4 полезным объемом \ 033 м3 провел опытные плавки с частичной заменой кокса каменным углем различных марок (донецкий антрацит марки АС, донецкий уголь марки Т (тощий), уголь марки ТПК (тощий, пластовый, калиброванный) Краснобродского угольного разреза (г. Белово Кемеровской обл.) [24,34]. В составе шихты находилось 85-95 % окатышей Полтавского ГОКа и кокс различного качества. Выплавляли передельный чугун с содержанием около 1% Si и 1 % Мп с давлением газов на колошнике 105-120 кПа. Температура дутья колебалась в пределах 1000-1100 С [24].
В августе-ноябре 1985 г. были проведены опыты с частичной заменой кокса на донецки антрацит АС. Длительность испытаний составила 15 сут. Расход антрацита составил 340 т.
Средняя доля угля в опытно-промышленных плавках при использовании антрацита марки АС составила 2,58 % (1,65-3,4 %). Удельный массовый расход угля на 1 т чугуна при работе на антраците составил 9,8-20,5 кг. Удельный массовый расход кокса в опытно-промышленных плавках, приведенный к равным условиям базового периода в расчете на сухую массу, изменялся в пределах 607-613,5 кг/т чугуна на антраците.
Коэффициент замены кокса углем составил 0,9-0,86 кг/кг. В различные периоды плавок сравнивали показатели качества кокса и каменного угля. В период работы на антраците был использован менее прочный кокс, чем в последующие периоды. Расположение скипов при загрузке угля должно соответствовать КУКРР и РРКК при обязательной цикличной загрузке подач. Распределение газового потока должно регулироваться путем изменения загрузки подач с углем с КУКРРА на РРКУКА и суммарного количества подач в цикле (1:3.1:5и 1:7)-[24]. Влияние изменений технологических параметров плавки и газодутьевого режима учтено приведением удельного массового расхода кокса и производительности доменной печи к условиям базовых периодов при работе на одном коксе по уточненной методике пересчета. При частичной замене кокса на донецкий антрацит АС приведенная производительность по сравнению с базовым периодом снижается на 1,9 %, а приведенный удельный массовый расход кокса — на 2,9 %. В заключение авторы работы [24] делают следующие выводы: 1 .Разработан способ доменной плавки с частичной заменой металлургического кокса каменным углем. Количество угля, загружаемого в доменную печь, пропорционально массовой доле кремния в чугуне и составляет 0,5-3,6 %. 2.Определены технологические параметры для установления оптимальных систем загрузки шихты при работе доменной печи с частичной заменой металлургического кокса каменным углем. Способ предусматривает уменьшение количества кокса в подаче соответственно количеству загружаемого угля. Загрузка угля должна производиться таким образом, чтобы обеспечить подачу угля средним скипом коксовой части колоши (расположение скипов соответственно КУКРР4, PPKKj при обязательной цикличной загрузке подач с углем). Распределение газового потока регулируется путем изменения загрузки подач с углем с КУКРРАj на РРКУКА4 и суммарного количества подач в цикле (1:3,1:5 и 1:7). В период 1996-1998 гг. в доменном цехе МК "Азовсталь" была исследована возможность применения каменного угля, загружаемого через колошник, для частичной замены металлургического кокса [25]. Для определения вида и марки углей, а также их поставщика, был предварительно проведен анализ их характеристик. Наиболее приемлемым в условиях комбината был антрацитовый уголь сорта АКО. Для исследования и оценки влияния различного расхода» угля, а также его зольности, на доменной печи № 2 объемом 1233 м3 провели опытные плавки. В результате установили, что при расходе угля 24,4 кг/т (4,0 %t от расхода кокса) рудная нагрузка по сравнению с базовым периодом увеличивается, а расход кокса снижается (26,9 кг/т), производство чугуна остается на прежнем уровне. При этом коэффициент замены кокса каменным углем составляет 1,1 т/т. При увеличении расхода антрацита той же зольности до 42,1 кг/т (6,7 % от расхода кокса), производство чугуна осталось прежним, а расход кокса по сравнению с базовым периодом снизился на 34,1 кг/т. Коэффициент замены кокса каменным углем снизился до.0, 81 т/т. Эффективность применения-угля во втором периоде ниже, чем в первом. В третьем опытном периоде применяли антрацит с зольностью 9,3 %. Расход антрацита составил 19,5 кг/т (3,0 % от расхода кокса). Эффективность третьего периода также ниже первого. В течение исследований контролировали содержание углерода в колошниковой пыли, которое по сравнению базовыми периодами не возрастало [25,27]. Опытные плавки и исследования с применением антрацита на доменной печиг №- 1 такого же объема» подтвердили результаты работы доменной печи и возможность эффективного применения антрацитового угля в условиях комбината [25].
В целях экономии дефицитного кокса ЦНИИчерметом совместно с рядом металлургических предприятий была разработана технология доменной плавки с частичной заменой его сырым каменным углем [26]. Испытания проводились на "Тулачермет". Исползьзовали уголь марки ТО Краснобродского разреза. Опытно-промышленные плавки проводили на доменных печах № 1, 2 и 3 полезным объемом соответственно 1386, 1033 и 2000 кг. Общая продолжительность плавок составила 35 сут., было, израсходовано» 9500 т угля и сэкономлено эквивалентное количество кокса.. Коэффициент замены кокса углем составил 1,05 кг/т. Расход, кокса-по цеху снизился на 47,7 кг/т чугуна при. расходе угля 46,4 кг/т. Производство чугуна на трех доменных печах возросло на 281 т/сут. Из-за превышения стоимости железнодорожных- перевозок по доставке угля с Краснобродского разреза в г. Тулу в 1994 г. стоимости угля-данные испытания были прекращены.
В декабре 1994 г. и в 1995 г. на доменной печи № 3 АО ЗСМК объемом 3000 м3 проводились . испытания с использованием, углей, марок ТПК шахты "Краснокаменская" и Краснобродского разреза. Опытные, плавки с использованием угля ш. "Краснокаменская" в 1994 г. на ДП № 3-проводилисьв несколько этапов, по 3-6 сут. с постепенным увеличением содержания.угля в топливной части шихты с 3,0 до 7,0 %.
С марта по июнь 1995 г. в доменной печи №3 АО ЗСМК проплавили 9552 т сырого угля. Краснобродского разреза, произовдство чугуна составило 319249 т. Общая продолжительность работы ДП № З с. применением угля» за этот период составила-60 сут.
Методика проведения мессбауэровской спектроскопии
Мессбауэровская ядерная гамма-резонансная спектроскопия основана на резонансном испускании и поглощении у-квантов ядрами изотопов, эффекте открытом Р:Мессбауэром в 1958 году. В отличие от других видов резонанса, в данном случае резонансными системами являются ядра изотопов, жестко связанные в кристаллической решетке. Дцра излучателя; переходя из возбужденного состояния в основное, излучают у-кванты с энергией перехода Ер = hv, где h - постоянная Планка, v - частота перехода. При прохождении у-квантов через поглотитель, содержащий аналогичные ядра, возможно их резонансное поглощение, если энергия у-квантов будет равна энергии, необходимой для перехода ядра поглотителя из основного состояния в возбужденное. В кристаллах, вследствие электромагнитных взаимодействий ядра с электронами, энергетические уровни ядермогут смещаться и расщепляться, что приводит к нарушению условий резонанса. Поэтому для создания резонансных условий необходимо изменять энергию у-квантов. Это достигается с помощью линейного эффекта Допплера, при котором движение источника в сторону поглотителя сопровождается- увеличением энергии у-квантов, а в обратную — уменьшением. Регистрируя прошедшее через поглотитель излучение, на резонансных скоростях можно наблюдать максимумы его поглощения. Зависимость прошедшего через поглотитель излучения от скорости движения источника есть мессбауэровский спектр. Для Fe57 достаточно изменения скорости движения источника в диапазоне ±8 мм/с, чтобы охватить энергетические изменения ядерных уровней и получить мессбауэровский спектр. Блок схема мессбауэровского спектрометра показана на рисунке 7 [29,30].
Мессбауэровские спектры характеризуются числом«резонансных линий, их интенсивностью, шириной, положением на шкале скоростей. Эти характеристики зависят от тонких особенностей структуры, состава и свойств исследуемого вещества. К основным параметрам мессбауэровских спектров относятся: величина резонансного эффекта (є), химический изомерный сдвиг ($), квадрупольное расщепление (А), величина магнитного поля на ядрах Fe57(ifJ, ширина резонансной линии (Г). Обычно в мессбауэровских спектрах для ионов Fe одной структурной позиции содержится или 6 резонансных линий (секстет), или 2 — (дублет).
Химический изомерный сдвиг (SE) есть разность между энергиями ядерных переходов источника и поглотителя. Он возникает вследствие различного кулоновского взаимодействия заряда ядер источника и поглотителя, находящихся в различном химическом окружении. Экспериментально химический сдвиг 5 определяется по смещению центра тяжести резонансного спектра от нулевой скорости движения источника.
Квадрупольное расщепление (АЕ) возникает в результате взаимодействия квадрупольного момента ядра с градиентом электрического поля, наводимом на ядре. В результате этого взаимодействия возбужденный уровень ядра со спином I = 3/2 расщепляется на два подуровня и создается возможность реализации двух резонансных переходов. Мессбауэровский спектр в этом случае представляет собой дублет. Неоднородное электрическое поле на ядрах создают собственные электроны атома и окружающие атомы, поэтому этот параметр чувствителен как к изменению валентности атомов, так и к степени искажения координационных полиэдров. Экспериментально квадрупольное расщепление для дублетов можно определить по расстоянию на шкале скоростей между центрами тяжести двух резонансных линий мессбауэровского спектра, параметры мессбауэровского спектра представлены на рисунке 8 [29, 30].
Магнитное сверхтонкое расщепление является результатом взаимодействия дипольного магнитного момента ядра с магнитным полем на ядре, создаваемым электронами собственного атома. Поскольку основной энергетический уровень (1=7/2) ядра Fe57 в результате этого взаимодействия расщепляется на два подуровня, а возбужденный (1=3/2) на четыре, то возникает возможность реализации шести резонансных переходов, и мессбауэровский спектр в этом случае описывается шестью резонансными линиями. Для поликристаллического поглотителя отношение интенсивностей будет равно 3:2:1:1:2:3. Величина магнитного поля на ядрах Fe57 пропорциональна размаху магнитного расщепления С = Ve— Vj. Экспериментально магнитное поле на ядрах Fe57 определяется как
Ширина резонансной линии измеряется на ее полувысоте. Для изотопа Fe57 естественная ширина линии, обусловленная только временем» жизни возбужденного атома, составляет 0,19 мм/с.
Для получения мессбауэровских спектров использовался спектрометр MS-1104Ет. Для измерения использовались пробы навеской 100 мг, измельченные до, 0,05-0,07 мм. Изомерный сдвиг принято рассчитывать относительно металлического железа.
Изомерный сдвиг для ионов Fe3+, расположенных в тетраэдрических позициях, составляет 0,29-0,32 мм/с, для ионов Fe3+ октаэдрических позиций 0,34—0,39 мм/с. Для ионов Fe2+, соответственно 0,92—1,00 мм/с и 1,10-1,14 мм/с. Из мессбауэровских спектров и анализа вариаций их параметров, являющихся отражением электрических и магнитных электронно-ядерных взаимодействий в минералах v можно получить информацию:
Расчет распределения тепла по зонам доменной печи при увеличении доли антрацита в шихте
Для качественной оценки работы доменной печи, как в технологической документации, так и в технической литературе, наиболее часто употребляется термин «ход доменной печи». Он включает в себя целый ряд различных составляющих общего понятия «доменный процесс», а именно: движение шихтовых материалов в печи, конфигурацию, толщину и распространение по высоте печи зоны когезии; стекание жидких продуктов плавки по коксовой насадке в нижней части печи; движение кокса над фурменными очагами; движение продуктов плавки в горне печи во время выпусков; горение топлива в фурменных очагах и их протяженность; распределение и движение газов в печи от горизонта воздушных фурм до колошника. Главной составляющей хода доменной печи является скорость и характер опускания шихтовых материалов [2].
Доменная печь является противоточным агрегатом. Опускание шихтовых материалов с колошника в горн осуществляется за счет действия силы тяжести и в связи с освобождением пространства в нижней части печи. Образующийся и поднимающийся из горна газ, движется в противоточном с шихтой направлении. Освобождение пространства в печи происходит вследствие протекания целого ряда процессов таких, как окисление углерода кокса кислородом дутья и трудновосстановимых элементов; протекание реакции газификации углерода; науглероживание чугуна; образование расплавов, объём которых меньше, чем объем кускового материала шихты, а также уминка сыпучих материалов в шахте доменной печи. Дутье при этом подается от воздухонагревателей под давлением, достаточным для преодоления сопротивления столба шихты и зоны когезии [36].
Движение газов осуществляется через многочисленные каналы сложной конфигурации, образующиеся в столбе опускающейся шихты между отдельными кусками шихтовых материалов различной крупности и геометрической формы. При этом следует учитывать, что столб шихтовых материалов имеет сложную структуру, также в нем находятся зоны с различным агрегатным состоянием материалов. Газопроницаемость слоев в этих зонах определяется и зависит от различных факторов [39].
Верхняя часть столба шихтовых материалов (сухая часть шахты)» занимает больший объем и включает в себя сыпучие материалы, находящиеся- в твердом состоянии. Газопроницаемость в этой зоне главным образом зависит от нескольких комплексных факторов - распределения шихтовых материалов по радиусу и. окружности печи, качества материалов, т. е. от их исходного гранулометрического состава, холодной и горячей прочности.
Нижняя часть- включает в себя зону, в, которой- происходит образование жидких продуктов плавки - чугуна и первичного шлака; которые стекают, в горн по каналам коксовой-насадки. Газопроницаемость при этом зависит, в большей мере, от расположения слоев, материалов и от формы зоны когезии. Движение газов в этой зоне происходит через каналы, образующиеся в слоях кокса (коксовые окна).
Вследствие ограниченности ресурсов коксующегося угля и его высокой стоимости стратегической задачей мировой черной металлургии является снижение удельного расхода кокса на производство чугуна. Однако следует учитывать, что при уменьшении удельного расхода кокса объемная доля железорудных материалов в шихте увеличивается. Кокс, в свою очередь, имеет наибольший коэффициент газопроницаемости из всех шихтовых материалов» при производстве чугуна [2]. Таким образом, внедрение в доменное производство коксозамещающих, энергосберегающих технологий, неизбежно должно сказаться-на газодинамических условиях работы печи. Количество замещенного кокса при этом напрямую зависит от его качественных характеристик (горячей прочности, реакционной способности, механических свойств), а также вида и способа подачи в печь заменителя кокса.
Для эффективного использования заменителей кокса и предотвращения нарушения ровного хода, в результате использования топливных добавок, должен производиться постоянный контроль параметров доменного процесса, который осуществляется при помощи контрольно — измерительных приборов.
На ОАО- «Косогорский металлургический завод», на доменной печи № 1 полезным объемом 1066 м3, начиная с июня 2010 года, бала проведена серия опытно-промышленных плавок с использованием в шихте антрацита как заменителя кокса. При этом удельный расход антрацита в шихте изменялся в пределах 25—50 кг/т чугуна. Всего за период с июня по декабрь 2010 года в печь было загружено более 4000 т антрацита.
Чтобы оценить каким образом добавка антрацита в шихту в различных количествах повлияет на газодинамические условия работы печши, как следствие, на её ход, ВІ круглосуточном режиме снимались и анализировались показания контрольно - измерительных приборов. Особое внимание уделялось параметрам дутья (расход, давление и температура дутья), колошникового газа (температура, давление, состав), перепадам статического давления» (нижний перепад, верхний, общий) [37]1
На ОАО» «Косогорский металлургический завод» принята схема загрузки ЮЦРР., уровень засыпи колеблется при этом от 0,75 м до 1,0 м. Антрацит в. доменную шечь загружался вместе с железорудной составляющей шихты (в смеси с окатышами Михайловского ГОКа) из расчета 340 кг угля в подачу. При нормальной газопроницаемости и ровном ходе печи давление дутья должно поддерживаться" на постоянном уровне, а частные перепады, для различных печей находиться в пределах 0,65 - 0,8 ати для нижнего перепада и 0,45 — 0,6 ати для верхнего. При ухудшении газопроницаемости давление дутья возрастает по мере повышения противодавления газов [2,31,32].
Характеристики используемых в исследуемый период кокса ОАО «Алтайкокс» и антрацита угольных шахт Луганской области (Украина) приведены в таблице 20 п.п.5.3.1 Сравнение технического анализа кокса и антрацита показывает, что показатель горячей прочности кокса CSR в 2,5 раза выше горячей прочности антрацита.
Результаты пофракционного рассева основных материалов формирующих столб шихты при производстве чугуна на доменной печи №1 ОАО «КМЗ» представлены в пп 5.2.6 Из представленных данных видно, что примерно. 90 % антрацита, поступающего на Косогорский металлургический завод, по фракционному составу находится в интервале 25- -50 мм при среднем размере куска 40 мм, это в несколько раз превышает средний размер загружаемых в печь окатышей-( 14 мм) и примерно на одном уровне с величиной среднего размера куска Михайловской руды. Соотношение руды и окатышей в шихте при производстве чугуна в исследуемый период составляло 12/88 % соответственно [40].
