к.т.н. Толымбекова Л.Б., к.т.н. Жунусов А.К.

Инновационный Евразийский университет, Казахстан, Павлодарский государственный университет, Казахстан

Применение углеродистых восстановителей в ферросплавной промышленности

Основным углеродистым восстановителем при выплавке ферросплавов длительное время остается коксовый орешек – отход при сортировке валового и доменного классов кокса. Требования ферросплавного и доменного производств к коксу диаметрально противоположны. Если для доменного процесса главные показатели: высокие крупность (более 40 мм) и механическая прочность, то для выплавки ферросплавов - высокое электросопротивление и реакционная способность, обеспечиваемые при небольшой плотности и развитой пористой структуре. При производстве ферросплавов углетермическим восстановлением коксовый орешек принят ввиду того, что соответствует специфическим требованиям процесса. Однако он имеет и недостатки. Так, его недостаточно высокая реакционная способность и относительно низкое электросопротивление ведут к неполному использованию возможностей печных агрегатов и к повышенному расходу электроэнергии. В связи с этим в ферросплавной практике все больше распространяется замена коксового орешка каменными углями [1, 2].

Режим работы рудовосстановительной ферросплавной печи во многом определяется свойствами углеродистого восстановителя: реакционной способностью, гранулометрическим составом и электрическим сопротивлением.

Качество выплавляемых ферросплавов определяется содержанием вредных примесей в восстановителе. При выплавке высокоуглеродистого феррохрома металлургический коксик можно использовать при содержании серы в нем не более 0,5 %.

В каменных углях для производства доменного кокса сера присутствует в виде соединений FeS₂ (пирит), FeS и CaSO₄, FeSO₄ (cульфидной и сульфатной серы) [1, 2]. В донецких углях (Украина) содержание пиритной серы подчиняется зависимости: S^k_c = 0.737, S^c_общ. - 0,83 при общем содержании серы до 5 %, а содержание сульфатной серы равно 0,1-0,2 %. При этом сера, в основном, переходит в газовую фазу и далее в органическую массу [3], поэтому получается высокосернистый кокс с содержанием до 1,8 % серы, который нельзя использовать при выплавке феррохрома. В связи с указанным, вопрос об углеродистом восстановителе является актуальным и решающим для развития производства высокоуглеродистого феррохрома в современных условиях и ему уделяется особое внимание в ферросплавной отрасли. На Актюбинском заводе ферросплавов (Казахстан) для выплавки высокоуглеродистого феррохрома применяют магнитогорский и нижнетагильский коксик (S_k< 0,75%), ленинск-кузнецкий полукокс (S_n< 0,45%), краснобродский каменный уголь (S_y< 0,045 %) и борлинский (Карагандинского угольного бассейна) каменный уголь (S_y<0,03%).

Проблема снижения расхода металлургического кокса без уменьшения устойчивости протекания процессов касается всех переделов, но наиболее важна для стадии производства первичного металла. Минимальный расход кокса рационален не только с точки зрения экономии энергии, но и по причине явно выраженной общемировой тенденции, выражающейся в тенденции к производству высокочистых по примесям металлургических полупродуктов (чугуна, ферросплавов и лигатур). Кокс, в силу природы своего формирования, - основной носитель микропримесных элементов [4, 5], определяющих свойства высококачественного металлопродукта.

Мировая потребность в коксе на 85 % определяется его расходом в черной металлургии. При этом потребность в коксе в мире и промышленно развитых странах оценивается в 360 и 200 млн. т/год [6]. Возможности совершенствования традиционного процесса производства кокса весьма ограничены. На стадии разработки и производственных испытаний находятся новые способы коксования углей. Система коксования на реакторах Джамбоу с предпосылкой реализации концепции низкозатратного коксового минизавода [7]; коксование на коксовых печах без улавливания химических продуктов и с комбинированием с установками утилизации теплоты отходящих газов для производства электроэнергии [8, 9]; процесс производства формованного кокса путем прямого нагрева в непрерывном режиме [6]. Однако, внедрение этих способов коксования углей в производство в ближайшей перспективе не предвидится.

Невысокие затраты на добычу слабоспекающихся углей открытым способом и низкие транспортные расходы обеспечивают стоимость единицы углерода в 1,3-1,5 раза меньше в сравнении с коксовым орешком. В последние десятилетия уделяется большое внимание подбору и испытанию новых эффективных углеродистых восстановителей для производства ферросплавов. Например, на Серовском заводе ферросплавов (Россия) выполнен значительный комплекс работ по использованию новых видов углеродистых восстановителей, оптимизации параметров электропечей. Были исследованы и внедрены в производство нетрадиционные виды углеродистых восстановителей: полукокс из углей Черемховского месторождения, полукокс из углей Кузбасса, тощие и жирные угли, отходы графитизации электродов [10].

Одним из простых и наиболее близким к практической реализации вариантов расширения сырьевой базы углеродистых восстановителей является использование смесей обычно применяемого восстановителя (коксика) с нетрадиционным углеродистым восстановителем, например антрацитом. Согласно [11], критерием целесообразности применения заменителей коксового орешка в металлургии следует считать техническую и экономическую доступность заменителя. Антрациты, применяемые в качестве восстановителя без предварительной термической обработки, должны отвечать ряду требований: иметь низкое содержание и благоприятный химический состав золы, невысокий выход летучих веществ, достаточную термическую стойкость и прочность, низкую графитизируемость, высокие удельное электросопротивление при температурах процесса и реакционную способность, оптимальную крупность [12, 13]. Антрацит по сравнению с коксом обладает повышенным (в 1000-1500 раз) удельным электросопротивлением, что является его преимуществом [14]. Подобные же требования предъявляются и к другим нетрадиционным углеродистым восстановителям (каменным углям, полукоксам и др.), перспективным в качестве частичных заменителей коксового орешка. Антрацит значительно дешевле кокса и хотя в составе антрацита меньше твердого углерода, его применение позволит получить значительную экономию дефицитного сырья.

Интенсивный рост мировой добычи антрацита показывает увеличение интереса промышленности к данному высококачественному виду углеродного сырья. Освоение новых технологий позволяет более полно использовать потенциал антрацитов в различных отраслях промышленности.

По данным Министерства энергетики и минеральных ресурсов Республики Казахстан (РК) в настоящее время крупнейшими производителями угля в республике являются ТОО «Богатырь Аксес Комир» (ТОО «БАК»), ОАО «Евроазиатская энергетическая корпорация» (ЕЭК), «Майкубен-Вест», угольный департамент (УД) АО «АрселорМиттал Темиртау» и УД «Борлы» ТОО «Корпорация «Казахмыс». На них приходится 87,7 % добычи угля в РК [15].

Основными поставщиками (порядка 90 %) антрацитов России являются Красногорский разрез («Мечел», Кузбасс), «Сибирский Антрацит» (Горловский бассейн, Новосибирская область). Антрациты Горловского угольного бассейна имеют уникальные качественные характеристики, что позволяет их отнести при экспортных поставках к классу UHG (Ultra High Grade Quality) [16].

Список использованных источников

1. Чумарова И.В. Производство кремнистых ферросплавов за рубежом // Бюлл. ин-та Черметинформация. – 1977. – Серия 5. – Вып.1. – С.8-9.

2. Мизин В.Г., Серов Г.В. Углеродистые восстановители для ферросилиция. – М.: Металлургия , 1976. – С. – 9-10.

3. Похвиснев А.Н. Поведение серы при получении кокса // Известия ВУЗов, черная металлургия. – 1963. – № 7. – С. 33-37.

4. Афонин С.З., Юсфин Ю.С., Муринец С.В. Энергосбережение в черной металлургии // Металлург – 1998. – № 8. – С.34-37.

5. Афонин С.З.. Юсфин Ю.С., Торгашев А.В. Продается дым отечества // Металлы Евразии. – 1998. – № 4. – С. 96-99.

6. International Coal Report. – 1996. – № 405. – Р. 16-20.

7. Toll H. Coal supply outlook // Iron and Steel Inst. – 1996.–v. 8.– № 1.– Р.54-56.

8. McManus G.J. - // Iron and Steel Engineer. – 1997. – v. 74. – № 3. – P.50-51.

9. Сoal Trans. Int. – 2000. – v. 15. – № 1. – P. 20-24.

10. Лекомцев В.П., Ocтровский Я.И., Кириченко Н.Ф. Серовский завод ферросплавов в канун 300-летия уральской металлургии // Сталь. – 2001. – № 9. – С. 64-67.

11. Толымбеков А.М. Опытно-промышленные испытания на Аксуском заводе ферросплавов технологии выплавки высокоуглеродистого феррохрома с применением энергетических углей // Материалы Межд. научн. практ. конф. «Комплексная переработка минерального сырья». – Караганда: Изд-во КарГУ, 2008. – С. 261-268.

12. Рысс М.А. Производство ферросплавов. – М.: Металлургия, 1985. – 344 с.

13. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. – М.: Металлургия, 1988. – 784 с.

14. Мизин В.Г., Серов Г.В. Углеродистые восстановители для ферросплавов. – М.: Металлургия, 1976. – 272 с.

15. Бутырина Е. На фоне роста цен на нефть и газ уголь в обозримом будущем останется привлекательным энергоносителем // Панорама. — № 47. — 2007. — 7 дек. — С. 12.

16. Твердов А. А., Никишичев С. Б., Рынки и основные направления использования антрацитов // Глобус. — № 3 (22). — Июль 2012.