Несообразности металлургического цикла. Их устранение (стр. 9 )

В связи с этим приходится полагаться на «искусство» доменщика, на его «чутье», на многолетний опыт, желательно на опыт нескольких поколений династии доменщиков. Однако все это не очень ясные и не очень надежные методы. Доменный процесс нередко называют капризным, непредсказуемым и др. Говорят, что у двух доменщиков всегда три мнения, потому что домна обычно имеет третье мнение.

Высокая управляемость предлагаемых процессов позволяет в них опробовать такие режимы, которые в доменной печи являются весьма рискованными или даже совершенно неприемлемыми.

Если в предлагаемом агрегате будет обилие дешевого тепла, то потеряют смысл предварительные процессы обжига сидеритов, обжига известняка, окислительного обжига руд и др. в отдельной специальной печи с последующим охлаждением и новым разогревом в доменной печи. Подобные процессы нецелесообразно будет проводить в отдельной печи, разумнее совместить их основной плавкой.

4.3. О качестве получаемой стали

Может быть, так будет получаться какая-то плохая сталь…

В условиях господства традиционной идеологии теоретические построения новых процессов, естественно, встречаются обычно с недоверием. Распространенные возражения сводятся к тому, что, может быть, здесь выявятся какие-то большие или непреодолимые технические сложности.

Естественно, если новую физико–химическую схему процесса предложит физхимик. При выборе схемы важно свободно оперировать данными о теплотах процессов, о теплоемкостях, о положениях равновесия, о константах скорости и др. Но металлурги–практики обычно быстро дают понять такому физхимику, что он недостаточно разбирается в технических сложностях и опасностях реального процесса, предлагает такие новшества исключительно по наивности, потому лишь, что «не бывал еще и около печи». Физхимик начинает думать, что, наверное, подобные варианты обдуманы или даже опробованы кем-то и отброшены как нереальные; просто не может быть, чтобы столь простые возможности оставались неиспользованными без каких-то глубоких причин. В результате такие физико–химические поиски быстро становятся неуверенными, робкими и вскоре затухают. Примерно по таким же причинам очевидные возможности часто не используются в разных областях, если они противоречат господствующей идеологии.

Обычное возражение по схеме (см. рис. 3.1), агрегата «Угольный Мидрекс» состоит в том, что, может быть, так будет получаться какая-нибудь плохая сталь, которую придется отправить в отвал. Подобные опасения в принципе естественны, потому что закономерности как доменного, так и сталеплавильного процессов далеко не ясны, часто представляются капризными, непредсказуемыми. В этих условиях естественно придерживаться отлаженных процессов, многократно опробованных вариантов и по возможности меньше от них уклоняться.

Возможности получения качественной стали, возможности рафинирования металла в том или ином агрегате определяются тем набором операций, которые можно провести с расплавом в данном агрегате. Важно иметь возможность перемешивать ванну с расплавами с определенной интенсивностью, а также возможность определенное время дать ей отстояться для хорошего разделения фаз. Ценна возможность вводить рафинирующие добавки (например, известь для очистки от серы) в жидкий металл, а также легирующие добавки. Хорошо, если можно организовать кипение и дегазацию металла в определенном режиме, варьировать содержание кислорода в расплаве, возможность нагреть металл до нужной температуры и др. Основным базовым условием для проведения всех операций является наличие достаточного количества дешевого тепла, возможность достаточно долго проводить нужные операции.

Возможности рафинирования металла в современных сталеплавильных агрегатах ограничены тем, что тепло в них весьма дорого. Нагрев ванны жидкого металла намного труднее и дороже, чем эквивалентный нагрев твердой шихты в шахтной печи. В сталеплавильных агрегатах, в отличие от домны, нет прихода тепла с горячим дутьем и нет утилизации хотя бы физического тепла отходящих газов. В предложенной схеме (см. рис. 3.1) в тепловом балансе горна–отстойника имеются эти статьи прихода тепла, характерные для домны, и, сверх того, имеется еще и утилизация химического тепла газов, получающихся при продувке жидкой ванны.

Если в агрегате по данной схеме (см. рис. 3.1) тепло горения топлива примерно в 10 раз дешевле, чем в доменной печи, имеется возможность в горне–отстойнике подбирать нужный режим обдува ванны факелами фурм и изменять этот режим по ходу плавки, то возможности рафинирования здесь весьма хорошие. После реализации такой схемы (см. рис. 2.1) откроются широкие перспективы рафинирования и легирования металла в горне–отстойнике. Сейчас не имеет смысла подробно обсуждать столь далекие перспективы, возможности спуска шлака перед рафинированием и др.

Обилие дешевого тепла позволяет также повысить температуру процесса в основном корпусе и более полно восстанавливать естественные легирующие компоненты руды, например, ванадий, марганец, кремний, титан в случае качканарских руд. При данной схеме исключаются также потери легирующих примесей, которые в современном цикле выгорают в конвертере. Конвертер отапливается в основном за счет горения железа и легирующих, что весьма дорого. По схеме (см. рис. 3.1) можно увеличить усвоение ценных легирующих примесей по сравнению с существующим процессом доменная печь – конвертер. Можно ожидать повышенное качество металла также за счет того, что здесь получается «первородный» металл из руды, который обычно лучше металла из лома.

Отметим, что многие сорта угля содержат больше серы, чем кокс, и при вдувании повышенных количеств угольной пыли в доменную печь иногда отмечается повышение содержания серы в чугуне. К большему содержанию серы в металле может привести и добавка кускового угля в завалку вместо кокса.

Если, однако, в данном агрегате имеется много дешевого тепла, то нетрудно добавить в шихту несколько процентов известняка и понизить тем самым содержание серы. Если тепло горения топлива в 10 раз дешевле, чем в доменной печи, то и затраты на такое рафинирование металла будут примерно на порядок меньше по сравнению с доменным процессом. В доменной печи добавка известняка приводит к большому перерасходу кокса; дополнительное тепло требуется на разложение известняка, а затем еще тепло и углерод расходуются на газификацию выделяемой известняком углекислоты (С+СО2 = 2СО). При горении до СО расчетный перерасход углерода составляет 650 кг/т известняка – больше, чем на получение тонны металла (600 кг), (см. Приложение 2, задача 4).

Сейчас получают широкое распространение процессы типа «электропечь – ковш»; в этих процессах легирование и раскисление стали, ее вакуумирование, и другие операции доводки проводятся в ковше (или в вакуум–ковше). При этом задача электропечи состоит в основном лишь в том, чтобы расплавить шихту, выдать жидкую сталь – полуфабрикат с нужной температурой и нужным содержанием углерода. Такая сталь может использоваться сразу, как рядовая сталь, или же может идти для дальнейшей переработки, для улучшения путем легирования, вакуумирования и др. Примерно такую сталь – полуфабрикат, как данная электропечь, может, очевидно, выдавать и обсуждаемый агрегат «угольный Мидрекс», особенно при наличии горна–отстойника.

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПРОДУВКИ В СУЩЕСТВУЮЩИХ ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ

В доменной печи можно организовать последовательную продувку топлива и окатышей, если просто нижнюю часть печи заполнить коксом, а верхнюю – окатышами.

Возможно промышленное опробование элементов последовательной продувки на какой-то существующей малой доменной печи. Такие печи нередко простаивают или недостаточно загружены. Ряд элементов последовательной продувки можно опробовать без каких-либо изменений конструкции печи, перейти к новому процессу за счет одного лишь изменения режимов ее работы.

5.1. Загрузка шихты двумя зонами – топлива

и окатышей

Да кто же будет делать такие странности?!

Из дискуссий.

Если нижнюю часть печи заполнить одним коксом (см. рис. 5.1), а поверх кокса и до колошника загрузить только окатыши, то в зоне окатышей отходящие газы могут окислиться почти полностью до СО2 и Н2О, особенно при использовании легковосстановимых руд, например, гематитовых. Глубокого догорания газов можно добиться также при использовании окатышей, прошедших окислительный обжиг. При такой загрузке плавление металлизованных окатышей будет происходить на границе топливной и рудной зон; здесь установится температура около точки плавления чугуна, то есть примерно 1200 0С. В пределах слоя окатышей температура будет приблизительно линейно понижаться от 1200 0С на нижней границе слоя до комнатной температуры у только что загруженных порций окатышей на верхней границе слоя. В целом температура окатышей на соответствующих горизонтах будет значительно выше, чем в домне, и возможности доокисления газов – выше. В нижней части этой зоны окатышей 5 (см. рис. 5.1) восстанавливается низший окисел железа FeО, в равновесии с которым газы СО и СО2 находятся примерно в равных количествах. Выше находятся недавно загруженные слои, содержащие высшие окислы железа Fe2О3 и Fe3О4, которые, прогревшись до 400-500 0С, способны окислять отходящие газы практически нацело до СО2. При полном сгорании отходящих газов тепло горения топлива было бы в (2-3) раз больше, чем в современной доменной печи. Очевидно, намного больше, чем в

Рис. 5.1. Схема доменного процесса с элементами последовательной продувки.

М – масса металлизируемых и плавящихся окатышей; К – зона кокса; 1 – дутье с вдуванием угольной пыли, концентрата и с введением кускового кокса через течки; 2 – загрузка окатышей; 3 – летки

домне, будет и реальное тепло горения топлива при описываемой загрузке печи. При горении до СО расчетный расход углерода составляет 600 кг/т металла, тогда как при полном горении до СО2 расчетный расход углерода снижается до 202 кг/т. (см. Приложение 2, задача 1, 2).

Продувка массы М окатышей в верхней части печи может идти, очевидно, примерно в том же известном режиме, который хорошо отлажен в процессе «Мидрекс».