Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65

Статья опубликована в рамках: IV Международной научно-практической конференции «Вопросы технических наук в свете современных исследований» (Россия, г. Новосибирск, 27 ноября 2017 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Материаловедение и металлургическое оборудование и технологии

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Ерохина О.О., Гордеев Д.В., Клименко И.В. [и др.] ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВОВЛЕЧЕНИЯ ТЕРМОАНТРАЦИТОВ В ДОМЕННЫЙ ПРОЦЕСС // Вопросы технических наук в свете современных исследований: сб. ст. по матер. IV междунар. науч.-практ. конф. № 4(3). – Новосибирск: СибАК, 2017. – С. 83-88.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВОВЛЕЧЕНИЯ ТЕРМОАНТРАЦИТОВ В ДОМЕННЫЙ ПРОЦЕСС

Ерохина Ольга Олеговна

студент кафедры автоматизации технологических процессов и производств Санкт-Петербургского Горного университета,

РФ, г. Санкт-Петербург

Гордеев Даниил Валерьевич

студент кафедры металлургии Санкт-Петербургского Горного университета,

РФ, г. Санкт-Петербург

Клименко Иван Владимирович

студент кафедры металлургии Санкт-Петербургского Горного университета,

РФ, г. Санкт-Петербург

Бутенко Александр Алексеевич

магистрант  кафедры автоматизации технологических процессов и производств Санкт-Петербургского Горного университета,

РФ, г. Санкт-Петербург

THE SUBSTANTIATION FOR THE INVOLVEMENT OF TERMOANTHRACITE IN THE DOMAIN PROCESS

 

Olga Erokhina

student of Automation of Technological Processes and Productions department at St. Petersburg Mining university,

Russia, Saint-Petersburg

Daniil Gordeev

student of metallurgy at St. Petersburg Mining university,

Russia, Saint-Petersburg

Ivan Klimenko

student of metallurgy at St. Petersburg Mining university,

Russia, Saint-Petersburg

Aleksandr Butenko

student of Automation of Technological Processes and Productions department at St. Petersburg Mining university,

Russia, Saint-Petersburg

 

АННОТАЦИЯ

В качестве углеродсодержащего топлива в доменных печах для получения чугуна традиционно используется каменноугольный кокс. Основным свойством, определяющим его применение, является высокое значение горячей прочности данного топлива, позволяющее ему поддерживать слой шихты во время процесса.

В ряде производств для частичной или полной замены кокса используется антрацит. Между тем, он обладает значительно более низкой горячей прочностью, в следствии чего его использование в доменном процессе является нецелесообразным.

В качестве альтернативы предлагается внедрение дополнительного передела прокалки антрацита для получения термоантрацита, позволяющего повысить прочностные характеристики данного энергетического сырья. 

 

Ключевые слова: кокс; коксовые батареи; газокальцинированный термоантрацит; трубчатая вращающаяся печь; прокалка; доменная печь; чугун.

Keywords: coke; coke-oven batteries; gas calcined thermoanthracite; tubular rotary kiln; calcining; blast furnace; cast iron

 

Введение

Углеродсодержащее сырье в доменном процессе выполняет ряд следующих функций: энергетическое поддержание эндотермических реакций; обеспечение восстановительной атмосферы в рабочем пространстве печи; создание газопроницаемого слоя, поддерживающего столб шихты. Наиболее подходящим сырьем для реализации данных функций является кокс [4]. Между тем, ввиду высокой стоимости коксующихся углей надлежащего качества, существуют тенденции по частичному переводу доменных печей на иное углеродсодержащее сырье [1].

Наиболее распространенным вариантом является реализация энергетической функции посредством более дешевых углеродсодержащих топлив [5]. В зависимости от экономической ситуации внутри страны, используются как низкосортные угли, вдуваемые в виде пыле- и водоугольного топлив, так и природный газ.

При этом, следует отметить, что существует критическая минимальная масса используемого кокса, необходимого для корректной работы печи, что обусловлено необходимостью поддерживать столб шихты. В качестве альтернативы на ряде производств используют антрацит [6], между тем, для печей с высокой производительностью, данный не может быть применён.

Характеристикой, определяющей применимость углеродсодержащего топлива, в доменном производстве, является его прочность после реакции с двуокисью углерода [4], при этом значение данного параметра для антрацита в среднем в два раза ниже, чем для кокса. Для повышения данного параметра возможно использование термоантрацитов, широко применяемых в электродной промышленности [7].

Антрациты в ходе прокалки проходят несколько температурных ступеней, характеризующихся выходом летучих, а также усадкой антрацитов [11]. Эти превращения позволяют понизить реакционную способность антрацитов, в том числе и окисление в токе воздуха, понизить пористость, а также повысить механические характеристики, такие как плотность, прочности на истирание и изгиб и пр. [13]. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что в ходе прокалки происходит также уменьшение реакционной способности с двуокисью углерода и, следовательно, увеличение прочности после данной реакции.

Следует также отметить, что в ходе процесса кальцинации происходит повышение теплотворной способности антрацитов, что позволяет говорить о сходимости значений данных параметров у термоантрацита и кокса.

С учетом экономических тенденций повышения стоимости кокса, внедрение дополнительного передела по прокалке антрацита является целесообразным для реального сектора экономики.

Термоантрацит

Существуют две технологии получения термоантрацита: газовая кальцинация в трубчатых вращающихся печах, а также электрокальцинация. На данный момент, себестоимость электрокальцинированного антрацита (ЭКА) выше, нежели газокальцинированного (ГКА). Это обусловлено большими издержками при производстве, связанными с использованием электроэнергии. [12]. Между тем, благодаря корректировке режимов газовой кальцинации, можно добиться сопоставимых характеристик получаемого термоантрацита. Вышеизложенное является причиной повсеместного использования трубчатых вращающихся печей для производства термоантрацита.

Следует отметить, что отходящие газы с передела прокалки могут использоваться в качестве дутья в доменном процессе, благодаря чему возможно уменьшение объема подаваемого кислорода в рабочее пространство печи. При этом, ввиду особенностей процесса прокалки в трубчатой вращающейся печи, понижается зольность антрацитов, в следствии чего уменьшается негативный эффект от загрязнения шихты золой. Следует отметить, что золы-уноса легко подвергаются последующей переработке по широко распространенным технологиям применения зол в строительстве [9].

Экология

Коксохимическое производство характеризуется образованием ряда токсичных веществ при прокаливании коксующихся углей, накапливающихся в каменноугольных смолах и коксовом газе. Так, в коксовом газе содержатся бензапирен (является канцерогеном и мутагеном), цианистые соединения (дициан (CN)2 и синильная кислота HCN), сероводород, аммиак [2]. Ввиду образования данных соединений, необходимы существенные затраты на установку и обслуживание газоочистительных систем, а также повышенный контроль их сохранности.

Одним из наиболее распространенных методов очистки коксового газа является метод мокрой мышьяково-содовой очистки, который характеризуется образованием тиосульфата натрия. Существует ряд решений, связанных с последующей утилизацией тиосульфата, наибольшее распространение из которых получил его сброс в водоем. Данный метод приводит к возникновению дефицита кислорода в водоемах, что обусловлено восстановительной природой тиосульфата натрия [3].

Сточные воды, образующиеся при очистке коксовых газов, также отрицательно влияют на экологическую составляющую, что связано с их повсеместным загрязнением химическими продуктами коксования. Для возврата сточных вод применяют обширный спектр очистительных мероприятий, продуктом которых является технологическая вода, использующуюся при тушении кокса [10]. Сам процесс тушения также характеризуется рядом проблем. В качестве примера можно привести выделение при тушении кокса паров воды, содержащих в себе ряд агрессивных компонентов, что обуславливает повышение интенсивности коррозии металлических конструкций вблизи тушильной башни, а также загрязнение атмосферы в целом [8].

Причинами вышеперечисленных проблем является состав коксующихся углей и низкие температуры их переработки (порядка 800-900 °С). Вовлечение в доменный процесс термоантрацита и, соответственно, использование трубчатых вращающихся печей нивелирует данные проблемы, так как, во-первых, состав антрацитов является более благоприятным относительно коксующихся углей (меньшая зольность, меньшее содержание летучих веществ), во-вторых, процесс прокаливания в трубчатой печи характеризуется более высокой температурой процесса (1200 – 1300 °С), вследствие чего органические соединения распадаются на элементарные составляющие, характеризующиеся пониженной вредностью и простотой улавливания, нежели в коксохимическом производстве [13]. Помимо этого, в технологии повсеместно используются сухие методы пылегазоочистки, что позволяет избегать образования сточных вод.

Резюмируя всё вышесказанное, можно отметить, что использование в доменном процессе термоантрацита вместо кокса позволит применять более простые методов и аппаратурное оформление очистки, что приведет к снижению затрат на системы пылегазоочистки при большей экологичности технологического процесса.

Заключение

Использование термоантрацитов для частичной или полной замены кокса в доменном производстве является целесообразным по ряду факторов: более низкая себестоимость данного энергетического сырья относительно топлива, высокая экологичность процесса прокалки термоантрацитов, возможность использования отходящих газов трубчатой вращающейся печи в доменной. Помимо этого, благодаря низкой зольности антрацитов, возможно повышение качества получаемого чугуна в следствии уменьшения доли примесей в составе.

 

Список литературы:

  1. Бажин В.Ю. Воздействие на структуру и свойства углей при экстремальной термообработке / В.Ю. Бажин, Ф.Ю. Шариков, Р.Ю. Фещенко, Е.О. Судницын // Международный научно-исследовательский журнал. – 2015 - № 7. С. 13.
  2. Бажин В.Ю. Проблемы снижения выбросов цианистого водорода в производстве кокса / В.Ю. Бажин, О.В. Титов // Экология и промышленность России. - 2016. Т. 20. № 9. - С. 30–33.
  3. Знак З.О., Позняк И. В. Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых // ХИМИЗДАТ СПб: материалы конф. (Санкт-Петербург, 12-15 сент. 2006 г.) – Санкт-Петербург, 2006. - С. 128.
  4. Курунов И.Ф. Качество кокса, его поведение в доменной печи и влияние на ее работу. – М.: ОАО "Черметинформация", "Новости черной металлургии за рубежом". Приложение "Аглодоменное производство", 2003. - 38 с.
  5. Кусков В.Б. Использование различных видов углеродсодержащего сырья для получения тепловой энергии / В.Б. Кусков, В.Ю. Бажин // Записки Горного Института. - 2016. Т. 220. - С. 582-587.
  6. Новохатский А.М. Применение антрацита в качестве заменителя кокса в доменном производстве / А.М. Новохатский, Г.Д. Михайлюк, А.В. Карпов // Научные труды Донецкого национального технического университета. - 2011. № 12. - С. 15-19.
  7. Сизяков В.М. Особенности разрушения подины высокоамперного электролизера / В.М. Сизяков, В.Ю. Бажин, Р.К. Патрин, Р.Ю. Фещенко, А.В. Саитов // Новые огнеупоры. -2013. № 5. – С. 5-8.
  8. Стельмаченко С.Ю. Повышение энергоэффективности и экологической безопасности коксохимических предприятий с внедрением установки сухого тушения кокса производительностью 160 т/час по коксу / С. Ю. Стельмаченко, П. П. Кинякин // Экология и промышленность. - 2012. № 4. - С. 82-89.
  9. Фещенко Р.Ю. Исследование золы углей с применением комплексного термического анализа / Р.Ю. Фещенко, О.О. Ерохина, В.В. Васильев, М.Ю. Шабалов // Кокс и химия. – 2017. №1. – С. 17-22
  10. Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути их решения: сборник трудов Всероссийской научной конференции 27-28 ноября 2013 года / Коллектив авторов // М.:Берлин: Директ-Медиа. 2015.- 443 с.
  11. Skripchenko G.B. Structure and Properties of Thermoanthracites Obtained under Industrial Conditions / G.B. Skripchenko, A.N. Seleznev, V.I. Pirogov // Solid Fuel Chemistry. - 2010. Vol. 44. No. 6. - P. 376–381.
  12. Spisak J. Innovation of the anthracite calcination process / J. Spisak, J. Mikula, J. Glocek // 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM. - 2015. V.3 - P. 407-414
  13. Variny M. Mass and heat balance elaboration in anthracite calcination process / M. Variny, O. Mierka // 43rd International Conference of SSCHE. – 2016. – Р. 353-358
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом