Отмеченное увеличение прочности кокса после реакции с СО2 при введении в шихту углей Кузбасса повышенного содержания позволяет уменьшать удельный расход топлива (кокса и природного газа) на выплавку чугуна в доменной печи при поддержании доли кокса в тепловом балансе на уровне 73—74% (рис. 4). Как видно из этого рисунка, удельный расход условного топлива в доменных печах ОАО «Северсталь» можно снизить в еще большей степени, добиваясь увеличения горячей прочности кокса. При исчерпании ресурса состава сырьевой угольной базы в формировании показателя CSR с очки зрения его дальнейшего повышения определенную роль должно сыграть совершенствование технологий как процесса коксования, так и доменного процесса.
Для условий получения кокса в современных динасовых печах разработана модель формирования температурного поля угольной загрузки при ее коксовании [17]. Расчет температурного поля по дифференциальным уравнениям тепло-переноса через огнеупорные стенки к углю в каждый момент времени сопровождается расчетом скорости термической деструкции органической массы угля в соответствии с химической кинетикой (при учете зависимости констант скорости от температуры) и тепловых эффектов химических реакций [18]. Математическая модель апробирована на примере коксовых печей батареи № 5 при
ширине камеры 450 мм и загрузке 8-компонент-ной шихты с долей кузнецких углей 68,7%. Результаты моделирования температурного поля печных камер, периода коксования и показателей качества кокса совпали полностью с производственными данными, полученными при промышленном коксовании шихты.
Таким образом, в последние годы коксохимическим производством Череповецкого металлургического комбината при участии научно-исследовательских организаций (И ГИ, ВУХИН, НТЦ «Лаг Инжиниринг») успешно решена актуальная народно-хозяйственная проблема разработки и научно-технического обоснования новой сырьевой угольной базы коксования для условий ОАО «Северсталь». Решение этой проблемы осуществлено на основе комплексного исследования состава и свойств наиболее перспективных для коксования углей Кузнецкого бассейна с привлечением методов петрографии при изучении спекающих и коксующихся параметров углей, современных методов оценки качества кокса и математического моделирования его реакционной способности и прочностных характеристик, ответственных за поведение кокса как углеродистого восстановителя в процессе доменной плавки.
Выводы
1. На основе анализа результатов исследований
 современными методами определения реакцион
 ной способности кускового кокса и данных ма
 тематического моделирования его прочностных
 характеристик разработаны научно-технические
 основы формирования сырьевой угольной базы
 для производства качественного металлургичес
 кого кокса при нестабильности марочного соста
 ва и характеристик исходных углей. Разработана
 компьютерная база данных по перспективным
 для коксования углям основных шахтопластов
 Печорского и Кузнецкого бассейнов. Впервые
 установлены взаимосвязи между характеристика
 ми состава и свойств углей различных марок, что
 позволяет надежно контролировать марочную
 принадлежность сырья для коксования.
2. Внедрены рефлектограммный анализ рядо
 вых углей и концентратов в производственных ус
 ловиях с определением петрографического соста
 ва и стадии метаморфизма и современные методы
 определения реакционной способности кусково
 го кокса (индекс CRI) и его послереакционной
 прочности (CSR). Установлены количественные
 взаимосвязи между показателями реакционной
 способности измельченного (К ) и кускового кокса
(CRI) и его доменной прочностью CSR, что позволяет прогнозировать по данным Ктзначения характеристик кускового кокса. Показано, что для получения кокса с показателем CSR > 56% значения Ктне должны превышать 0,18 см3т~'с~'.
3. Составлена компьютерная программа для
 петрографического метода расчета и выполнено
 вариантное моделирование коксуемости много
 компонентных шихт поданным рефлектограмм-
 ного и технического анализов углей с оценкой
 прочностных характеристик кокса (М|0, М2У Мю)
и индексов CRI, CSR. На основе результатов рас
 чета установлены требования к марочному соста
 ву перспективных угольных шихт для коксохими
 ческого производства ОАО «Северсталь». Пока
 зано, что в условиях нестабильности поставок и
 марочного состава углей и концентратов при раз
 работке шихт допустимо некоторое снижение
 механической прочности кокса (по индексу MiQ с
 8,4—8,5 до 9,1—9,2%), компенсируемое снижени
 ем реакционной способности кускового кокса и
 повышением показателя горячей прочности CSR до 53—56%. Результаты подтверждены промыш
 ленными испытаниями.
4. По результатам производственных коксова
 ний перспективных шихт разработана структура
 новой сырьевой базы с повышенным участием
 кузнецких углей марок К, КС, КО, а также ряда
 зарубежных углей (например, австралийских мар
 ки К). Реализация предлагаемых мероприятий
 обеспечивает устойчивость функционирования
 как коксохимического, так и доменного произ
 водств ОАО «Северсталь» и характеризуется сни
 жением расхода топлива в доменном производ
 стве (порядка на 6000 т у.т. в месяц) при соответ
 ствующем снижении себестоимости чугуна.
Список литературы
1. Темкин Н.Е., Афанасьев А.С. 45 лет коксохимическому
 производству Череповца// Кокс и химия. 2001. № 2. С.
 2-4.
2. Трифонов В.Н., Коновалова Ю.В. Влияние состава углей
 и качества кокса на уровень технологии доменного про
 изводства ОАО «Северсталь» // Кокс и химия. 2001. № 2.
 С. 15-20.
3. Афанасьев А.С, Коновалова Ю.В., Дышлевич И.И. и др.
 Проблемы формирования сырьевой базы коксования...
 // Производство чугуна на рубеже столетий: Труды V
 Международного конгрессадоменшиков. —Днепропет
 ровск-Кривой Рог, 7-12 июня 1999 г. С. 173-177.
4. Трифонов В. П., Коновалова Ю.В., Гагарин СТ., Султангу-
зин И.А. О применении петрографических методов оцен
 ки шихт для коксования...//Кокс и химия. 2001. № 2. С.
 9-14.
5. Коновалова Ю.В., Карунова Е.В. Использование петро
 графических методов для оценки качества поступающих
 углей и концентратов // Материалы науч.-техн. конф.
 молодых специалистов и инженеров «Северсталь — пути
 к совершенствованию». - Череповец, июль 2002 г. С. 17,
 18.
6. Коновалова Ю.В., Kupocupoea А.А. Оценка факторов, вли
 яющих на показатель термической прочности // Там же.
 С. 18-20.
7. Карунова Е.В., Коновалова Ю.В., Гагарин С.Г. и др. Конт
 роль избирательного измельчения компонентов шихты...
 //Кокс и химия. 2005. №4. С. 6-11.
8. Карунова Е.В., Трифонов В.Н., Султангузин И.А. и др.
 Прогноз показателей качества кокса Череповецкого ме
 таллургического комбината... // ХТТ. 2005. № 5. С. 41 —
 50.
9. Трифонов В.И., Коновалова Ю.В., Султангузин И.А. и др.
 Расширение угольной сырьевой базы... // Кокс и химия.
 2002. № 11. С. 2-8.
10. Афанасьев А.С, Коновалова Ю.В., Нетронин В.И., Изюм-
сшй Н.Н. Влияние состава углей и качества кокса... //
 Кокс и химия. 2001. № 2. С. 15-20.
11. Гюльмалиев A.M., Гагарин С. Г., Коновалова Ю. В., Султан -
гузин И.А. Оценка реакционной способности и прочно
 сти кокса... // ХТТ. 2002. № 2. С. 37-46.
12. Афанасьев А.С, Коновалова Ю.В., Гагарин С.Г. и др. Оцен
 ка качества доменного кокса//ХТТ. 2003. № З.С. 47—58.
13. Трифонов В.Н., Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Султангу
зин И.А. Высокотемпературное взаимодействие домен
 ного кокса с диоксидом углерода // ХТТ. 2004. № 2. С.
 19-26.
14. Коновалова Ю.В., Афанасьев А.С, Султангузин И.А. и др.
 Реакционная способность и прочность доменного кок
 са... // Кокс и химия. 2003. № 1. С. 15-20.
15. Трифонов В. Н., Коновалова Ю. В., Гагарин С. Г. и др. О вза-
 имосвязи показателей «холодной» и «горячей» прочнос
 ти доменного кокса // Кокс и химия. 2005. № 2. С. 16—
 21.
16. Логинов В. Н., Афанасьев А.С, Коновалова Ю.В. и др. Вли
 яние качества кокса на технологические показатели до
 менной плавки // Бюл. «Черная металлургия». 2003. № 5.
 С. 39-44.
17. Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Трифонов В.Н. и др. Ма
 тематическое моделирование процессов теплопереноса
 и термической деструкции угольной шихты в коксовых
 печах// Кокс и химия. 2004. № 9. С. 15-26.
18. Коновалова Ю.В., Трифонов В.Н., Гюльмалиев A.M. и др.
 Кинетика термической деструкции компонентов уголь
 ной шихты... //ХТТ. 2004. № 4. С. 3-16.