blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-11-833-839blackmet-1753Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESЭффективность вдувания природного газа и пылеугольного топлива при выплавке чугунаEfficiency of injection of natural gas and pulverized coal at ironmakingЯрошевскийС. Л.YaroshevskiiS. I.

Доктор технических наук, профессор, научный консультант кафедры «Руднотермические процессы и малоотходные технологии»

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Sci. Advisor of the Chair “Ore-Thermal Processes and Low-Waste Technologies

Donetsk

ira.brust@ukr.netКочураВ. В.KochuraV. V.

Кандидат технических наук, доцент, заведующий  кафедрой «Руднотермические процессы и малоотходные технологии»

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor, Head of the Chair“Ore-Thermal Processes and Low-Waste Technologies

Donetsk

kochura@ukr.netКузнецовА. М.KuznetsovA. M.

Кандидат технических наук, начальник доменного цеха

Cand. Sci. (Eng.), Head of the Blast-Furnace Workshop

Yenakievo

aleksandr.kuznetsov@emzsteel.comХайбулаевА. С.KhaibulaevA. S.

Начальник аглодоменной исследовательской группы аглодоменного отдела технического управления

Head of Research Group of Agglomeration and Blast-Furnace Department of the Engineering Office

Yenakievo

amina@wn.dn.uaАфанасьеваЗ. К.Afanas’evaZ. K

Старший преподаватель кафедры «Руднотермические процессы и малоотходные технологии»

Senior Lecturer of the Chair “Ore-Thermal Processes and Low-Waste Technologies”

Donetsk

 

zoya_afanaseva@mail.ruДонецкий национальный технический университетУкраинаDonetsk National Technical UniversityUkraineЕнакиевский металлургический заводУкраинаYenakiievo Iron and Steel WorksUkraine2019221220196211833839Copyright © Ярошевский С.Л., Кочура В.В., Кузнецов А.М., Хайбулаев А.С., Афанасьева З.К., 20192019Ярошевский С.Л., Кочура В.В., Кузнецов А.М., Хайбулаев А.С., Афанасьева З.К.Yaroshevskii S.I., Kochura V.V., Kuznetsov A.M., Khaibulaev A.S., Afanas’eva Z.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1753

Разработана методика расчета показателей доменной плавки, позволяющая на основе принципа полной и комплексной компенсации и компенсирующих мероприятий рассчитывать технологические режимы доменной плавки с заменой части кокса дополнительными топливами. Выполнены расчеты эффективности использования природного газа и пылеугольного топлива в условиях доменного цеха Енакиевского металлургического завода. Подтверждена высокая экономическая эффективность использования природного газа и пыле- угольного топлива в технологических условиях доменного цеха. Увеличение расхода природного газа от базового уровня (71,8 м3/т чугуна) до 110 м3/т чугуна обеспечивает соответственное повышение производительности доменной печи до 107,6 % и снижение расхода кокса до 417,3 кг/т чугуна (–38,4 кг/т чугуна, –8,42 %). Замена природного газа пылеугольным топливом в количестве 160 кг/т чугуна позволила полностью вывести его из состава дутья. При этом расход кокса снизился до 354,59 кг/т чугуна (–101,1 кг/т чугуна; –22,18 %). Повышение расхода пылеугольного топлива до 200 кг/т чугуна с компенсацией температурой дутья 1200 °С и кислородом дутья 25 % обеспечивает повышение производительности доменной печи до 105,8 % и снижение расхода кокса до 303,8 кг/т чугуна (–151,9 кг/т чугуна, –33,33 %). Высокая эффективность применения пылеугольного топлива в условиях Енакиевского металлургического завода объясняется меньшей его стоимостью по сравнению с природным газом, высоким содержанием углерода в угле и значительно меньшим влиянием на теоретическую температуру горения и другие технологические показатели.

The method for calculating indicators of blast furnace smelting with replacement of part of coke with additional fuels has been developed on the basis of full and complex compensation and compensating measures. Efficiency of the use of natural gas and pulverized coal in the blast furnace conditions of the Enakievo Metallurgical Plant was calculated and it has been confirmed as rather high. Increase in the consumption of natural gas from the baseline (71.8 m3/t of iron) to 110 m3/t ensures a corresponding increase in productivity of the blast furnace to 107.6 % and a decrease in the consumption of coke to 417.3 kg/t of iron (–38.4 kg/t, –8.42 %). Replacing natural gas with pulverized coal in the amount of 160 kg/t of iron made it possible to completely remove it from the blast. At the same time, coke consumption decreased to 354.59 kg/t of iron (–101.1 kg/t; –22.18 %). Increasing the consumption of pulverized coal fuel up to 200 kg/t of iron with compensation of the blast temperature of1200 °Cand oxygen of the blast of 25 % provides an increase in the productivity of the blast furnace to 105.8 % and reduction of coke consumption to 303.8 kg/t of iron (–151.9 kg/t, –33.33 %). High efficiency of the use of pulverized coal in conditions of the Enakievo Metallurgical Plant is explained by its lower cost compared to natural gas, high carbon content in coal and a significantly lower effecton the theoretical combustion temperature and other technological parameters.

природный газпылеугольное топливококсдутьекислородчугунпроизводительностьдоменная печьnatural gaspulverized coalcokeblastoxygenironcapacityblast furnaceReferencesКурунов И.Ф. Доменное производство Китая, Японии, Северной Америки, Западной Европы и России // Металлург. 2010. № 2. С. 69 – 77.Kurunov I.F. Blast-furnace smelting in China, Japan, North Ameri- ca, Western Europe, and Russia. Metallurgist. 2010, vol. 54, no. 1-2, pp. 114–126.Shen F., Yang Т., Gao B. Technology progress and strategy in blast furnace ironmaking in China // Steel Research International. 2005. Vol. 76. No. 10. P. 676 – 682.Shen F., Yang Т., Gao B. Technology progress and strategy in blast furnace ironmaking in China. Steel Research International. 2005, vol. 76, no.10, pp. 676–682.Zhang S., Yin H. The trends of ironmaking industry and challenges to Chinese blast furnace ironmaking in the 21st century. In: Proceedings of the 5th Int. Congress on the Science and Technology of Ironmaking (ICSTI`99) on October 20 – 22, 2009, Shanghai, China. Beijing: Chinese Society for Metals, 2009. Р. 2 – 15.Zhang S., Yin H. The trends of ironmaking industry and challenges to Chinese blast furnace ironmaking in the 21st century. In: Pro- ceedings of the 5th Int. Congress on the Science and Technology of Ironmaking (ICSTI`99) on October 20 - 22, 2009, Shanghai, China. Beijing: Chinese Society for Metals, 2009, pp. 2–15.Production and technology of iron and steel in Japan during 2018 // ISIJ International. 2019. Vol. 59. No. 6. P. 939 – 955.Production and technology of iron and steel in Japan during 2018.ISIJ International. 2019, vol. 59, no. 6, pp. 939–955.Naito M., Tekeda K., Matsui Y. Ironmaking technology for the last 100 years: deployment to advanced technologies from introduction of technological know-how, and evolution to next-generation process // ISIJ International. 2015. Vol. 55. No. 1. P. 7 – 35.Naito M., Tekeda K., Matsui Y. Ironmaking technology for the last years: deployment to advanced technologies from introduction of technological know-how, and evolution to next-generation pro- cess. ISIJ International. 2015, vol. 55, no. 1, pp. 7–35.Dauwels G., Clairay S., Hess E. etc. Stable and efficient blast furnace operation with high PCI and low coke rate at Arcelor Mittal Flat Carbon West Europe // Rev. Met. Paris. 2007. Vol. 104. No. 5. P. 221 – 230.Dauwels G., Clairay S., Hess E. etc. Stable and efficient blast fur- nace operation with high PCI and low coke rate at Arcelor Mittal Flat Carbon West Europe. Rev. Met. Paris. 2007, vol. 104, no. 5, pp. 221–230.Lacroix Ph., Dauwels G., Dufresne P. etc. High blast furnaces pro- ductivity operations with low coke rates in the European Union // Rev. Met. Paris. 2001. Vol. 98. No. 3. P. 259 – 268.Lacroix Ph., Dauwels G., Dufresne P. etc. High blast furnaces pro- ductivity operations with low coke rates in the European Union. Rev. Met. Paris. 2001, vol. 98, no. 3, pp. 259–268.Товаровский И.Г. Доменная плавка. Эволюция, ход процессов, проблемы и перспективы. – Днепропетровск: Пороги, 2003. – 597 с.Tovarovskii I.G. Domennaya plavka. Evolyutsiya, khod protsessov, problemy i perspektivy [Blast furnace smelting. Evolution, progress of processes, problems and prospects]. Dnepropetrovsk: Porogi, 2003, 597 p. (In Russ.).Вегман Е.Ф. Металлургия чугуна / Под ред. Ю.С. Юсфина. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – 774 с.Vegman E.F. Metallurgiya chuguna [Iron-making]. Moscow: Akademkniga, 2004, 774 p. (In Russ.).Ярошевский С.Л. Выплавка чугуна с применением пылеугольного топлива. – М.: Металлургия, 1988. – 176 с.Yaroshevskii S.L. Vyplavka chuguna s primeneniem pyleugol’nogo topliva [Ironmaking with pulverized coal]. Moscow: Metallurgiya, 1988, 176 p. (In Russ.).Рамм А.Н. Современный доменный процесс. – М.: Металлургия, 1980. – 303 с.Ramm A.N. Sovremennyi domennyi protsess [Modern blast furnace process]. Moscow: Metallurgiya, 1980, 303 p. (In Russ.).Китаев Б.И., Ярошенко Ю.Г., Лазарев Б.Л. Теплообмен в доменной печи. – М.: Металлургия, 1966. – 355 с.Kitaev B.I., Yaroshenko Yu.G., Lazarev B.L. Teploobmen v domen- noi pechi [Heat exchange in a blast furnace]. Moscow: Metallurgiya, 1966, 355 p. (In Russ.).Бабий В.И., Куваев В.Ф. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 208 с.Babii V.I., Kuvaev V.F. Gorenie ugol’noi pyli i raschet pyleugol’nogo fakela [Combustion of coal dust and calculation of pulverized coal torch]. Moscow: Energoatomizdat, 1986, 208 p. (In Russ.).Ярошевский С.Л., Афанасьева З.К., Кузин А.В. Основные принципы расчета и организации технологии доменной плавки при замене дополнительными топливами 30 – 60 % кокса (оте- чественный и зарубежный опыт). – В кн.: Творческое наследие Б.И. Китаева // Тр. Междунар. науч.-практич. конф. 11 – 14 фев- раля 2009 г. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. С. 138 – 148.Yaroshevskii S.L., Afanas’eva Z.K., Kuzin A.V. Main principles of calculation and organization of blast furnace technology with re- placing of 30 – 60 % of coke by additional fuels (domestic and for- eign experience) In.: Tvorcheskoe nasledie B.I. Kitaeva. Trudy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii 11-14 fev- ralya 2009 g. Ekaterinburg [Creative Heritage of B.I. Kitaev: Proceedings of the Int. Sci. and Pract. Conf. on February 11-14, 2009, Ekaterinburg]. Ekaterinburg: USTU-UPI, 2009, pp. 138–148. (In Russ.).Теория и практика производства и применения доменного кокса улучшенного качества / Ю.В. Филатов, Е.Т. Ковалев, И.В. Шульга и др. – Киев: Наукова думка, 2011. – 128 с.Filatov Yu.V., Kovalev E.T., Shul’ga I.V. etc. Teoriya i prak- tika proizvodstva i primeneniya domennogo koksa uluchshennogo kachestva [Theory and practice of production and use of coke of improved quality]. Kiev: Naukova dumka, 2011, 128 p. (In Russ.).Теория и практика подготовки металлургического кокса к доменной плавке / В.Г. Гусак, А.М. Кузнецов, А.В. Емченко и др. – Киев: Наукова думка, 2011. – 216 с.Gusak V.G., Kuznetsov A.M., Emchenko A.V. etc. Teoriya i prak- tika podgotovki metallurgicheskogo koksa k domennoi plavke [The- ory and practice of preparing metallurgical coke for blast furnace smelting]. Kiev: Naukova dumka, 2011, 216 p. (In Russ.).Langer K. Injection of pulverized coal at Thyssen Krupp Steel // Stahl und Eisen. 2005. No. 11. P. 591 – 594.Langer K. Injection of pulverized coal at ThyssenKrupp Steel. Stahl and Eisen. 2005, no. 11, pp. 591–594.Majeski A., Runstedtler A., D’alessio J., Macfadyen N. Injection of pulverized coal and natural gas into blast furnaces for iron-making: lance positioning and design // ISIJ International. 2015. Vol. 55. No. 7. P. 1377 – 1383.Majeski A., Runstedtler A., D’alessio J., Macfadyen N. Injection of pulverized coal and natural gas into blast furnaces for iron-ma- king: lance positioning and design. ISIJ International. 2015, vol. 55, no. 7, pp. 1377–1383.Chai Y., Zhang J., Shao Q. etc. Experiment research on pulverized coal combustion in the tuyere of oxygen blast furnace // High Temp. Mater. Proc. 2019. No. 38. P. 42 – 49.Chai Y., Zhang J., Shao Q. etc. Experiment research on pulverized coal combustion in the tuyere of oxygen blast furnace. High Temp. Mater. Proc. 2019, no. 38, pp. 42–49.Ueki Y., Yoshiie R., Naruse I. Combustion behavior of pulverized coal and ash particle properties during combustion // ISIJ International. 2015. Vol. 55. No. 6. P. 1305 – 1312.Ueki Y., Yoshiie R., Naruse I. Combustion behavior of pulverized coal and ash particle properties during combustion. ISIJ Interna- tional. 2015, vol. 55, no. 6, pp. 1305–1312.Babich A., Senk D., Born S. Interaction between co-injected substances with pulverized coal into the blast furnace // ISIJ International. 2014. Vol. 54. No. 12. P. 2704 – 2712.Babich A., Senk D., Born S. Interaction between co-injected sub- stances with pulverized coal into the blast furnace. ISIJ Internatio- nal. 2014, vol. 54, no. 12, pp. 2704–2712.Nozawa K., Kasai A., Matsui Y. etc. Combustion behaviors of fine coal and its impact on gas permeability at lower part of blast furnace under high pulverized coal rate operation // ISIJ International. 2011. Vol. 51. No. 8. P. 1336 – 1343.Nozawa K., Kasai A., Matsui Y. etc. Combustion behaviors of fine coal and its impact on gas permeability at lower part of blast furnace under high pulverized coal rate operation. ISIJ International. 2011, vol. 51, no. 8, pp. 1336–1343.Nomura S., Callcott T. Maximum rates of pulverized coal injection in ironmaking blast furnaces // ISIJ International. 2011. Vol. 51. No. 7. P. 1033 – 1043.Nomura S., Callcott T. Maximum rates of pulverized coal injec- tion in ironmaking blast furnaces. ISIJ International. 2011, vol. 51, no. 7, pp. 1033–1043.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.