Требования европейских доменщиков к качеству кокса

 3.1 Требования  европейских доменщиков к качеству  кокса 
 

     Развитие  доменного производства в странах Европейского Союза в последние 15 лет характеризовалось выводом из эксплуатации доменных печей малого объема и заменой их мощными доменными печами. Число доменных печей в ЕС сократилось со 101 до 69. При этом средний диаметр горна печей увеличился на 5,5% (с 9 до-9,5 м), а рабочий объем печи на 13% (с 1575 до 1780 м³)[6]. Среднегодовое производство чугуна на одну доменную печь возросло на 63,5% (с 0,85 до 1,39 млн.т), а производительность печи на 1 м³ рабочего объема увеличилась на 30% (с 1,9 до 2,47 т/сут)[6].

     Стремления  к снижению расхода кокса в доменном процессе были связаны со значительной разницей цен между коксом и заменяющими восстановителями, с ситуацией с наличием кокса в Европе, а также с фактом улучшения работы доменных печей при регулируемой подаче энергии инжектируемых через фурмы восстановителей и кислорода. Работа доменных печей высокой производительности, с большой продолжительностью службы и низким расходом кокса достижима только при использовании высококачественных шихтовых материалов - железорудного сырья с высоким содержанием железа и кокса высокого качества.

     Показатели  качества кокса разняться в зависимости  от размера (диаметра горна) доменной печи, особенно по показателям прочности. Практически общепринятая в странах ЕС оценка прочности кокса - по показателю CSR (горячей прочности кокса после взаимодействия с С0₂), который колеблется в диапазоне 60-65%[6]. Наиболее прочный кокс (CSR = 73%) используют в Великобритании на металлургическом заводе в Сканторпе фирмы "Corus". Общей тенденцией представляется применение в более крупных доменных печах кокса с более высоким показателем CSR, особенно если печь работает в режиме с небольшим расходом кокса. Лишь несколько заводов в странах ЕС не определяют индекс CSR горячей прочности кокса.

     Показатель  CRI реакционной способности кокса, используемого в странах ЕС, колеблется в диапазоне 19,4— 34%[6].

     Для оценки механической прочности кокса  в холодном состоянии все чаще применяют показатель І₄₀, который, как считают, более точно характеризует поведение кокса в доменной печи, чем показатель М₄₀. Фактические значения показателя І₄₀ кокса на металлургических заводах стран ЕС составляют 46,6-61,0%; та же тенденция использования более прочного кокса отмечается и для печей увеличенного объема. В Великобритании и Финляндии для оценки холодной прочности кокса применяют только показатель M₄₀, значения которого изменяются в интервале 80-88%[6].

     Химические  свойства европейского кокса: зольность 8,5-11% (наиболее низкая зольность у  кокса в Германии); сернистость 0,52-0,81% (наиболее высокая сернистость в Германии); содержание щелочей в большинстве случаев <0,2%, однако в Германии этот показатель достигает 0,4, а в Австрии 0,3%; влажность кокса колеблется в диапазоне 2-7%.

     Сформулированные доменщиками стран ЕС современные требования к качеству кокса сводятся к следующему. Горячая прочность кокса по показателю CSR (выход класса > 10 мм после испытания в барабане) должна быть >60%, чтобы избежать высоких потерь давления и ухудшения газопроницаемости в доменной печи. Индекс CRI реакционной способности кокса, как правило, ограничивается диапазоном 20-30%, но не должен превышать 31 %.

     В целом требуется, чтобы кокс был максимально стабилизирован, свободен от трещин; требуемый показатель І₄₀ в большинстве случаев должен быть >50%. Лишь во Франции требования доменщиков к этому показателю ограничиваются 44 и 49%. Для оценки прочности кокса показатель М₄₀ должен быть >80%. Истираемость кокса по показателю I₁₀ должна быть < 19%, а по показателю М₁₀<8%.

     В доменной печи кокс разрушается под  воздействием механических нагрузок, щелочей и в результате реакции газификации. Установлено, что средняя крупность кокса при опускании в печи от уровня засыпи до уровня фурм уменьшается на 5-75% в зависимости от исходной механической прочности, степени стабилизации и горячей прочности. Обычно считают, что весь кокс, производимый на коксохимических производствах металлургических заводов, следует использовать для производства чугуна. Кокохимические производства вырабатывают, как правило, 75% доменного кокса (30-80 мм), 17% коксового орешка (10-30 мм) и 8% коксовой мелочи (<10 мм). На пути от коксовой батареи до уровня засыпи доменной печи кокс стабилизируется в результате многочисленных перегрузок. Суммарный перепад высоты при транспортировании кокса от коксовой до доменной печи на различных металлургических заводах в странах ЕС колеблется от 46,2 до 116 м. Это оказывает стабилизирующее воздействие на кокс и его гранулометрический состав перед загрузкой в доменную печь. Поэтому доменщики ограничивают содержание под-решетного продукта в скиповом коксе: содержание класса <40 мм ограничивается 15-25%, а выход класса <20 мм не должен превышать 3%. В настоящее время общей практикой для стран ЕС является использование в доменной шихте также более мелкого кокса, в виде класса 10-35 мм в количестве до 100 кг/т чугуна. Более реакционноспособный коксовый орешек смешивают с железорудной шихтой и загружают в периферийную часть доменной печи. Крупный кокс, отличающийся более низкой реактивностью, загружают в центральную часть печи для гарантированного поддержания газопроницаемости на уровне горна. При этом отмечают, что чем выше горячая прочность кокса по CSR, тем большее количество коксового орешка можно использовать вместо крупного кокса без ухудшения газопроницаемости в печи. В табл. 3.1 представлены требования доменщиков по прочности кокса. В табл. 3.2 приведены требования доменщиков к химическим свойствам кокса.

     Считают, что содержание золы в коксе не должно превышать 11%, поскольку высокая зольность кокса обусловливает увеличение выхода шлака и расхода энергии и снижение производительности доменной печи. Содержание серы в коксе ограничивается величиной 0,75%, в отдельных случаях - <0,5%, хотя сера из чугуна может быть удалена последующим процессом де-сульфурации, но при значительных затратах. Важное значение в последние годы придают содержанию щелочных элементов в золе кокса. Щелочи катализируют реакцию Будуара в доменной печи и понижают температуру реакции газификации. Содержание щелочей лимитируется на уровне 0,2-0,3%; содержание влаги в коксе рекомендуют поддерживать <6%, а на заводе в Линце (Австрия) доменщики требуют кокс влажностью <3,6%. Регрессионным анализом установлено, что повышение влажности кокса на 1% вызывает увеличение расхода кокса в доменной печи на 3,95 кг/т чугуна. Содержание фосфора в коксе не должно превышать 0,025%, чтобы обеспечить кондиционное качество чугуна. Высокие показатели CSR кокса достигнуты в Европе благодаря изменению состава угольной шихты для коксования и изменению режима процесса коксования. Вместе с тем более высокие показатели CSR кокса неизбежно связаны с повышением расходов на коксование по причине использования углей более высокого качества и удлинения периода коксования, а также обусловленного этим снижения производительности коксовых печей. Последнее обстоятельство означает также сокращение собственного производства кокса и, как следствие, необходимость увеличения его импорта. Подчеркивается также, что предпочтительно использовать в доменной печи кокс одного сорта, так называемый монококс, вместо смеси коксов различных сортов или поставщиков. 

Таблица 3.1 - Требования доменщиков по прочности  кокса

Таблица 3.2 - Требования доменщиков к химическим свойствам кокса