Использование каменных  углей  

в металлургических процессах

А.М. Амдур

Уральский государственный горный университет, г. Екатеринбург

Дефицит коксующихся углей, их недостаточное  качество и высокая стоимость коксования — важная проблема горно-металлургического комплекса. Перспективным вариантом ее решения является замена части  кокса на  значительно более дешевый уголь.

Использование тощих сортовых углей и антрацитов не требует дополнительной подготовки и капитальных вложений. Стоимость  же углей в несколько раз  ниже стоимости кокса. Это делает экономичность их применения очевидной в том случае, если оно не приведет к ухудшению технологических показателей процесса и качества продукции. Кроме того применение углей на металлургических предприятиях расширит их сырьевую базу и укрепит экономическую безопасность. Вопрос о внедрении этой технологии после ее апробации в настоящее время должен решаться на основе экономической целесообразности.

Однако не обобщены и не систематизированы данные по свойствам углей с точки зрения возможности их применения в металлургических процессах, не выполнен анализ влияния замены части кокса на работу доменных и шахтных печей различного объема и сталеплавильных агрегатов. Решению этих проблем, в частности, посвящены работы Центра аналитического контроля горных и металлургических производств.

Основным источником  тощих сортовых углей и антрацитов в России являются разрезы и шахты Кузбасса. Эти угли прошли стадии контактно-термального метаморфизма в природных условиях.

Основные характеристики угля в сопоставлении с коксом выглядят следующим образом. Фракционный состав имеет принципиальное значение при использовании угля в металлургических   агрегатах,   поскольку  от  него  зависит   газопроницаемость   и  другие параметры работы шахтных печей и эффективность усвоения углерода в сталеплавильных агрегатах.  Для применения в доменном процессе и шахтных печах  необходима фракция 50 - 100 мм, в сталеплавильных печах - 13-50 мм. Содержание нелетучего углерода  велико и близко к коксу.

Зольность углей преобладающей части рабочих пластов Кузбасса составляет 12-18%.  Повышенное содержание золы может увеличить выход шлака и расход топлива в доменном процессе. Обогащение угля приводит к тому, что содержание золы в концентрате не будет превышать 10%. Вопрос о целесообразности обогащения при подготовке угля к доменной плавке должен решаться на основе экономического анализа. В золе преобладают кислотные оксиды. Однако из-за относительно низкого количества угля в топливной смеси это практически не сказывается на основности шлака и не требует загрузки дополнительного количества известняка.

Выход летучих компонентов на сухую беззольную массу равен примерно 11%, в углях марки СС до 17%. При 850^оС они состоят преимущественно из водорода (62-72%) и метана (20-24%), cодержание тяжелых углеводородов С_mH_n не превышает 0.55%. Выход смолистых веществ мал, следовательно, применение угля не приводит к зарастанию газовых трактов металлургических агрегатов.

Теплота сгорания сухой беззольной массы составляет для марок Т, ТС 35200-36500 кДж/кг. Тепло выделяется в основном за счет сгорания содержащихся в угле углеводородов и водорода, поэтому она может быть выше, чем у кокса.

Таким образом, сравнение свойств углей и доменного кокса показывает, что угли содержат меньше серы и фосфора, больше летучих компонентов и близкое количество золы и влаги. Прочность кускового угля ниже,  чем у кокса, а дробимость и истираемость выше. Угли  характеризуются    меньшей температурой воспламенения и большей теплотворной способностью. Термостойкость (ГОСТ 7714-75) краснобродского угля 65-70, расногорского-61-85% соответственно. Угли имеют меньшую пористость, однако их реакционная  способность близка к коксу.

Анализ характеристик тощих углей показывает, что в целом они соответствуют требованиям, предъявляемым к металлургическому сырью как топливу и углеродсодержащему агенту. Однако необходимо учитывать, что  уголь является природным сырьем, его свойства могут заметно отличаться для различных партий. Поэтому при использовании его в металлургии необходим специальный контроль за качеством на угольных предприятиях.

Низкие относительно кокса механические характеристики угля требуют разработки технологии его использования в шахтных, в частности, доменных печах. Наличие большого количества летучих компонентов, низкая температура воспламенения и другие свойства могут сказаться на усвоении угля как карбюратора при производстве стали. 

Нами разработаны и опробованы на шестнадцати предприятиях страны технологии применения тощих сортовых углей и антрацитов в различных металлургических процессах. Созданы методики и определены коэффициенты замены кокса углем и доли угля в топливной смеси. Технологии защищены патентами РФ.

Установлено, что в доменных печах различного объема - основных потребителях кокса, доля угля может достигать 12%. В шахтных печах для обжига известняка возможна полная замена кокса. В вагранках минераловатного производства использование 30% угля обеспечивает хорошие показатели процесса. При плавке медных и никелевых руд на штейн в шахтных печах доля угля - 30-50%. Использование тощих углей и антрацитов в качестве карбюратора в мартеновском производстве стали позволило полностью заменить кокс.
 

19.07.05