Отчет по практике на ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат»

6. ПРОДУКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЕГКИХ И ТЯЖЕЛЫХ ПИРИДИНОВЫЗ ОСНОВАНИЙ

• ОСНОВАНИЯ ПИРИДИНОВЫЕ ТЯЖЕЛЫЕ
• КАМЕННОУГОЛЬНЫЕ МАРКИ ЧМ-Р
• ХИНОЛИН ТЕХНИЧЕСКИЙ КОКСОХИМИЧЕСКИЙ ДЛЯ ЭКСПОРТА
• ФРАКЦИЯ БЕТА-ПИКОЛИНОВАЯ
• ПИРИДИН
• ПИРИДИН-РАСТВОРИТЕЛЬ

7. ЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА (РЕАКТИВЫ)

• ПИРИДИН
• 2-ПИКОЛИН
• 2,6-ЛУТИДИН

3. ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

3.1. Историческая справка

С 1964 г. на НТМК начата выплавка ванадиевого чугуна из титаномагнетитовых руд Среднего Урала, являющихся в  перспективе основным рудным сырьем комбината. Для их добычи и подготовки к доменной плавке в начале 60-х годов построен Качканарский горнообогатительный комбинат. Первая продукция его - железорудный концентрат - получен в 1963 г., а с февраля 1965 г. организовано производство офлюсованного агломерата. Характерной особенностью рудных материалов ванадиевой плавки является присутствие в них наряду с ванадием (0,45-0,60%) значительного количества (2,5-3,4%) диоксида титана. Наличие последнего в основном и определяет специфические трудности в работе печей. Доменная плавка титаномагнетитовых руд является первым этапом пирометаллургического способа получения ванадия и его сплавов. Затем ванадийсодержащий чугун подвергается продувке в кислородных конвертерах, где ванадий переходит в шлак. Дальнейшая переработка шлака производится химическим путем. Такая многостадийная технология выдвигает особые требования к составу ванадиевого чугуна что, в свою очередь, диктует определенные условия его производства. Пагубное воздействие титана на ход доменной плавки связано со склонностью его образовывать тугоплавкие карбиды и нитрокарбиды титана. Присутствие их в чугуне и шлаке резко понижает жидкотекучесть продуктов плавки. В горне печи образуется тугоплавкая смесь из капель чугуна с промежутками, заполненными шлаком, - греналь. При отклонении режима работы печи по нагреву от оптимального развитие греналеобразования приводит к загромождению горна и глубокому расстройству хода печи. Требования к составу чугуна обусловливают возможно более полную утилизацию ванадия шихты. Более полному переходу его в чугун способствует повышение нагрева горна и температуры продуктов плавки, однако при этом усиливается процесс греналеобразования. В силу этого нормальная работа доменной печи возможна лишь в узких пределах нагрева горна.

В 1965 г. внедрена технология плавки с  вдуванием в горн печи природного газа. Впервые он был использован на доменной печи № 5 в феврале 1965 г. и со второго полугодия на всех печах цеха

Было установлено, что  использование природного газа обеспечивает стабилизацию теплового режима горна  и снижение содержания в чугуне кремния и серы.

Внедрение комплекса  мероприятий в 1983-1988 гт. для повышения эффективности доменной ванадиевой плавки позволило увеличить выплавку чугуна с 2669 до 3093 тыс.т/год, извлечение ванадия в чугуне с 79,8 до 80,6%, уменьшить удельный расход кокса на 12 кг/т чугуна и содержание серы в чугуне с 0,028 до 0,022%. За последние 15 лет работы цеха без ввода новых мощностей выплавка чугуна возросла на 630 тыс.т (10%), расход сухого скипового кокса снижен на 28 кг/т чугуна (6 %) при росте интенсивности плавки с 1,76 до 1,91 т/(м³-сут).

Освоен передел титаномагнетитовых руд Урала в доменных печах  большого объема (до 1719 м ), работающих с современными параметрами процесса, высокими технико-экономическими показателями плавки: КИЛО ниже 0,5 м /(т*сут), расход кокса 464 кг/т чугуна, коэффициент извлечения ванадия 80,6%>.

Технико-экономические  показатели выплавки ванадиевого чугуна ниже показателей работы доменных печей  при выплавке передельного (мартеновского) чугуна. Агломерат и окатыши КГОКа имеют более высокую насыпную массу 1910-2180 против 1780-1790 кг/м³ и температуру плавления 1360-1395 против 1310-1340 с местного сырья. Кроме того титаномагнетит обладает высокой абразивностью. При плавке титаномагнетитов создается высокие боковые перегрузки по всей высоте шахты, происходит запаздывание в разрыхлении слоя плавильных материалов и схода их в горн. Уменьшение угла наклона верхней части шахты до 80 15¹ и увеличение отношения высоты горна к диаметру до 0474, повышение температуры плавки за счет применения комплексного дутья природного газа и кислорода, а также увеличение давления под колошником способствовали повышению надежности процесса плавки, повышению производительности 2,41 т/м³ и снижению расхода кокса до 395-410 кг/т. Этому способствовала оптимизация состава (40% высокоосновного агломерата и 60% окатышей) и обеспечение тщательного смешивания агломерата и окатышей, что стало возможным после реконструкции скиповых подъемников и транспортеров для их загрузки, а также применения безконусных загрузочных устройств лоткового типа. Предусмотрен отсев мелочи агломерата, обладающий высокой восстановимостью, и загрузка ее в печь отдельной порцией в периферийно кольцевую зону доменной печи. Это позволяет сосредоточить шихту постоянной основности и обеспечить формирование устойчивого гарниссажа. Для повышения долговечности печи и надежности технологического процесса плавки предусмотрена комбинированная (испарительная и водяная) система охлаждения заплечиков и шахты печи. В распаде нижней части шахты установлены медные ребристые холодильные плиты, верхние ряды охлаждения шахты выполнены плитовыми холодильниками из чугуна с шаровидным градиентом с залитыми карбидокремниевыми огнеупорами. Холодильные плиты фурменной зоны и заплечиков выданы из высокопрочного чугуна ВЧ-45 и покрыты слоем огнеупорного бетона толщиной 100 мм. Система испарительного охлаждения выполнена с принудительной циркуляцией и выработкой насыщенного пара с давлением 0,4 МПа. Питание системы охлаждения производится химически очищенной дезаэрированной водой. Повышенное избыточное давление в горне печи (0,90-0,45 МПа) позволяет выплавлять чугуны с содержанием кремния 0,05-0,12%, что способствует повышению растворимости титана в чугуне и препятствует образованию карбидов и карбонитридов титана. Важным результатом внедрения указанных технических решений явилось повышение качества ванадиевого шлака при использовании дуплекс-процессов, более высокое извлечение ванадия и снижение содержания серы в чугуне.

3.2. Технология производства чугуна в доменной печи

Доменные печи НТМК специализированы на выплавке двух видов чугуна: передельного и природно-легированного ванадиевого  чугуна. Отработана уникальная технология выплавки чугуна в печах большого объема с низким содержанием кремния (0,15 %), титана (до 0,20%) и высоким содержанием ванадия (до 0,55%), что позволяет получать ванадиевый шлак высокого качества в конвертерном цехе. Разработана и внедрена технология использования стального конвертерного шлака, с целью утилизации железа, свободного оксида кальция, оксида магния и оксида марганца без ухудшения технико-экономических показателей работы доменных печей и увеличением содержания ванадия в чугуне.

Исходными материалами (шихтой) в доменном производстве являются: железная руда, марганцевая руда, агломерат, окатыши, а также горючее и флюсы. Шихта в доменный цех НТМК поставляется в основном с Качканарского горно-обогатительного комбината. Широкое применение в шихте доменных печей получил офлюсованный агломерат (свыше 90%), который содержит 50—60% Fe при основности 1,1—1,3; расширяется применение офлюсованных окатышей. Важнейшие свойства железосодержащих шихтовых материалов, определяющие технико-экономические показатели доменной плавки: содержание железа, состав пустой породы, количество вредных примесей, а также гранулометрический состав, прочность и восстановимость.

 Основным горючим  в доменном производстве служит  каменноугольный кокс, который изготавливается  на НТМК. Получает распространение  плавка с заменой части кокса  газообразным, жидким или твёрдым топливом, вдуваемым в горн доменной печи. В качестве флюсов используется известняк, иногда доломит.

Побочными продуктами доменного  производства являются: доменный газ (теплота  сгорания 3,6—4,6 Мдж/м3 (850—1100 ккал/м3)) после  очистки от пыли используется для нагрева дутья в воздухонагревателях, а также в заводских котельных установках, коксохимических, агломерационных и некоторых других цехах; доменный шлак находит применение главным образом в промышленности строительных материалов; колошниковая пыль, выносимая из печи и улавливаемая системой газоочистки, содержащая 30—50% Fe, возвращается в шихту доменных печей после её предварительного окускования (главным образом путём агломерации).

В доменном цехе НТМК чугун  выплавляют 2 доменных печи. В 2004 году был проведен капитально-реконструктивный ремонт доменной печи № 6 , в ходе которого полностью обновлено ее оборудование: использована современная система загрузки с бесконусным загрузочным устройством лоткового типа, внедрены укрытые желоба с аспирацией пылегазовых выбросов, применены новые огнеупорные материалы и средства автоматизации технологического процесса. Печь объемом 2200 м имеет годовую производительность 1,6 млн. тонн чугуна. Здесь реализовано большинство из известных прогрессивных технологических решений, возможных для использования в условиях генплана доменного цеха и комбината. При реконструкции доменных печей, кроме того, учитывается необходимость проплавки ванадийсодержащих титаномагнетитов Качканарского ГОКа, являющихся основным железнорудным сырьем комбината. Специфика технологии выплавки ванадиевого чугуна из таких руд предопределяет особые требования к конструкции и профелю доменной печи, работе горна, конструкции фурм, работе оборудования.

Мероприятия по реконструкции  печи № 5 в основном одни и теже, что и на печи № 6: замена двухконусного загрузочного устройства бесконусным лоткового типа; внедрение современных систем охлаждения печи с использованием медных холодильников и современных систем газоотчистки; оборудование литейных дворов комплексом гидравлических машин; оснашение печи современными средствами контроля и управления технологическими процессами.

Полезный объем печи увеличился с 1719 до 2200 м ив связи  с этим усиливается фундамент; заменяются все металлоконструкции колошника  и опорной системы; сооружается второй литейный двор на месте старого блока воздухонагревателей, заменяется вся верхняя часть существующего литейного двора (остаются только колонны); строится болок воздухонагревателей с новым фундаментами, зданием, дымовой трубой, боровом и зданием дымососов; кардинально реконструрируется нижняя загрузка с заменой устаревшей системы конвейерной системой шихтоподачи с обеспечением отсева мелочи агломерата.

Проектная производительность печи в 2006 году после реконструкции  составила 1,7 млн чугуна в год.

Доменная печь (рис. 3) представляет собой шахтную печь круглого сечения; футерована огнеупорной кладкой (верхняя часть шамотным кирпичом, нижняя — преимущественно углеродистыми блоками). Для предотвращения разгара кладки и защиты кожуха печи от высоких температур используют холодильники, в которых циркулирует вода. Кожух печи и колошниковое устройство поддерживаются колоннами, установленными на фундаменте.

  Шихта подаётся  на колошник печи скипами, реже  ленточными конвейерами. Скипы  разгружаются в печь через приёмную воронку и засыпной аппарат, установленный на колошнике. Воздух (дутьё) от воздуходувных машин подаётся в печь через воздухонагреватели (в которых нагревается до 1000—1200°С) и фурменные приборы, установленные по окружности горна. Через фурмы вводится также дополнительное топливо (природный газ, мазут или угольная пыль).

  Продукты плавки  выпускаются в чугуновозные и  шлаковые ковши через лётки,  расположенные в нижней части  горна. Образующийся в печи  колошниковый газ отводится через газоотводы, расположенные в куполе печи

Схема доменной печи

         Рис. 3

Работа доменной печи начинается с её задувки. При этом горн и заплечики загружаются  коксом, а шахта — так называемой задувочной шихтой. В полностью загруженную  печь подаётся нагретое дутьё (уменьшенное количество), кокс воспламеняется, и начинается опускание материалов. Первый выпуск чугуна и шлака производится через 12—24 ч, после чего количество дутья и рудная нагрузка (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постепенно увеличиваются, и через несколько дней после задувки доменная печь достигает нормальной производительности.

Непрерывная работа (кампания) доменной печи от задувки до выдувки (остановки на капитальный ремонт) продолжается 5—6, а в некоторых  случаях 8—10 лет и более, в течение которых печь 1—2 раза останавливается на так называемый средний ремонт для замены изношенной кладки шахты. Выплавка чугуна на мощных печах за одну кампанию достигает 5—8 млн. т чугуна и более.

  Управление работой  (ходом) доменной печи заключается в регулировании (в соответствии с качеством сырых материалов и видом выплавляемого чугуна) состава шихты, количества, температуры и влажности дутья, а также величины подачи или последовательности загрузки отдельных компонентов шихты и уровня засыпи. Ход доменной печи контролируется измерительными приборами, регистрирующими основные параметры загрузки, дутья, колошникового газа, температуру кладки печи на разных горизонтах.

 Получили распространение плавка с вдуванием дополнительных видов топлива, обогащением дутья кислородом и работа с повышенным давлением колошниковых газов. При повышении давления на колошнике уменьшается перепад давлений между низом и верхом доменной печи; это обусловливает более ровный сход шихты, улучшает восстановительную работу газов, уменьшает вынос пыли.

  Доменное производство  характеризуется высокой степенью  автоматизации. На современной  доменной печи автоматически  осуществляются все операции  шихтоподачи: набор компонентов  шихты с отсевом мелочи, взвешивание,  транспортировка на колошник и загрузка в печь по заданной программе. Автоматически поддерживаются оптимальный уровень засыпи и распределение шихтовых материалов на колошнике, давление колошникового газа, расход воды на охлаждение, температура и влажность дутья, а также содержание в нём кислорода и расход природного газа. Автоматизировано переключение воздухонагревателей и управление режимом их нагрева. Автоматические анализаторы обеспечивают непрерывную регистрацию состава колошникового газа и дутья. Внедряются системы автоматического регулирования подачи дутья и природного газа как по общему расходу, так и по отдельным фурмам.

Основные химические процессы в доменной печи — горение  топлива и восстановление Fe, Si, Mn и др. элементов. Часть кокса расходуется  на процессы восстановления, но основное количество опускается в горн и сгорает вместе с вдуваемым топливом у фурм. Газы с t 1600—2300°С, содержащие 35—45% CO, 1—12% H2 и 45—65% N2, поднимаясь по печи, нагревают опускающуюся шихту, при этом CO и H2 частично окисляются до CO2 и H2O. Газы, выходящие из печи, имеют t 150—300°С.

  У фурм доменной  печи возникают очаги горения,  называемые окислительными зонами, в которых вихревое движение  газов приводит к циркуляции  кусков кокса. Горение кокса  развивается на поверхности контакта твёрдой и газообразной фаз. При этом кислород соединяется с углеродом в сложные комплексы СхОу, которые затем распадаются. В упрощённом виде суммарный процесс горения углерода твёрдого топлива у фурм сводится к экзотермической реакции 2C + O2 = 2CO. При вдувании природного газа или мазута, в которых главной составляющей являются углеводороды (например, метан), протекает реакция с выделением CO и H2; при этом поглощается значительная часть тепла, выделяемого при сжигании С, а следовательно, понижается температура горения у фурм. Во избежание этого необходимо повышать температуру дутья и обогащать его кислородом. Положительное влияние вдувания углеводородных топлив — в повышении концентрации водорода в газе и улучшении благодаря этому его восстановительной способности.