Способ доменной плавки

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 В 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

i Q()

О

1 Э (21) 4902353/02 (22) 13.11.90 (46) 07.03,93. Бюл. ¹ 9 (71) Нижнетагильский металлургический комбинат и Научно-исследовательский и проектный институт обогащения и механической обработки полезных ископаемых

"Уралмеханобр" (72) Б, А. Марсуверский, С. Г, Меламуд, А, В, Малыгин, Б. В. Качула, B. В. Филиппов, А. А, К оичков, А, Ю. Чернавин, Ю. С. Юсфин, B.ß,4åãoäÿ и В.Н,Леушин (73) Н ижнета гил ьский металлургический комбинат (56) Сталь. № 1, 1982, с. 4-10. (54) СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ (57) Использование: плавка чугуна в доменной печи, Сущность изобретения: при проИзобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах, Известен способ доменной плавки, примЕняемый на Нижне-Тагильском металлургИческом комбинате, заключающийся в совместной проплавке агломератов и окатышей одинаковой основности, близкой к требуемой для доменного шлака Cao/SiOz =

1,1 — 1,3 ед. Недостатком является то, что изза разрушения офлюсованных окатышей в верхних горизонтах доменных печей увеличивается сопротивление движению газов в шихте, ход печи становится менее ровным, применяются принудительные осадки шихты, снижается производительность и растет расход кокса. Ы 1801121 АЗ изводстве окатышей и агломерата используют амфотерные окислы титана и алюминия в количестве 3,5 — 5,0 мас. Д. Оптимальную основность высокоосновного агломерата и низкоосновных окатышей устанавливают исходя из максимальной прочности обоих видов сырья в исходном состоянии и при восстановлении, Загрузку шихты в доменную печь осуществляют при основности окатышей 0,9 в зоны нагрева и восстановления шихты при угле наклона образующей потока к горизонту, равном 80 — 82 „а в зону плавления — под углом на 0,5 — 1,0 меньше, чем в зонах нагрева и восстановления, при этом при уменьшении основности окатышей на

0,1 снижают угол наклона образующей потока шихты к горизонту на 0,4 — 0,6 . 1 з.п. ф-лы, 1 табл, Цель изобретения — снижение расхода кокса, повышение производительности печи и увеличение стойкости огнеупорной футеровки, Поставленная цель достигается тем, что низкоосновные окатыши и высокоосновный агломерат содержат 3,5 — 5,07 амфотерных окислов, а процесс ведут при угле наклона к горизонту образующей потока шихты в зонах нагрева и восстановления (шахта доменной печи) 80 — 82 при основности окатышей 0,9 ед. и снижают его на 0,4 — 0,7 при уменьшении основности на 0,1 ед. При этом угол наклона образующей потока шихты в зоне плавления (заплечики доменной печи) устанавливают на 0.5-1,0 меньше, чем в зоне нагрева и восстановления. В качестве

1801121

50 амфотерных окислов вводят окислы алюминия и титана.

Сущность изобретения состоит в том, что наличие амфотерных окислов алюминия, титана и др, приводит к разукрупнению кремнекислородных комплексов, характерных для силикатных шлаков, в результате доля тетраэдрических пустот в кислородной подрешетке комплексов, которые занимают ионы двухвалентного железа, сокращается, а октаэдрических, где размещаются ионы трехвалентного железа, увеличивается.

Иными словами, равновесие реакций деполимеризации 0 + 0 = 20 и окисления Ее + г- з+

+ 0 = 0 + Fe сдвигается вправо. Следовательно, образующиеся первичные шлаки при плавке низкоосновных окатышей с добавкой амфотерных окислов содержат меньше монооксида железа и не разъедают основной гарнисаж кладки доменных печей, тем самым улучшая стойкость футеровки.

Широкий диапазон температур, s котором протекает размягчение рудного сырья, и высокая вязкость первичных шлаков, затрудняющих их фильтрацию через кокс, обусловлены присутствием в кислых шлаках высокополимеризованных комплексов на основе кремнекислородных группировок.

Введение амфотерных окислов Al u Ti в неофлюсованные окатыши приводит к частичному разукрупнению комплексов и соответствующему уменьшению вязкости шлаков с одновременным сокращением температурного интервала размягчения рудного сырья и зоны вязко-пластичного состояния шихты в доменной печи. Это в свою очередь обусловливает повышение производительности доменной печи и снижение расхода кокса.

Использование низкоосновных окатышей предполагает включение в состав шихты сырого известняка или высокоосновного агломерата для наведения в доменной печи шлака требуемой для десульфурации чугуна основности (1,15 — 1,20 ед). В связи с тем, что применение сырого известняка связано с перерасходом кокса, более предпочтительным является ввод высокоосновного агломерата, Однако отсутствие амфотерных окислов в составе агломерата приводит к тому, что вследствие высокого содержания извести в нерудной части агломерата, достигающей 50 — 60oj при основности агломерата 2,0-2,5 ед., температура начала размягчения и плавления шлаков резко повышается. В связи с этим разница температур вязко-пластичного состояния агломерата и окатышей сохраняется, а фильтрация продуктов плавки через коксовую насадку практически прекращается.

Добавка амфотерных окислов Al u Ti к известковистым соединениям снижает их температуры размягчения и плавления, приближая к таковым для окатышей, имеющих в своем составе амфотерные окислы, Указанный диапазон содержаний амфотерных окислов А! и Ti 3,5 — 5,0 обусловлен тем, что при более низких количествах не достигается требуемого эффекта по снижению массовой доли монооксида железа в первичных шлаках и соответствующего увеличения стойкости футеровки в области заплечиков. Содержания атфотерных окислов более 5,0% вызывают интенсивное образование тугоплавких греналей, загромождение горна и растройство хода доменных печей.

Шихта, состоящая из низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата с добавками окислов Al u Ti. обеспечивает высокую газопроницаемость в верхних горизонтах доменных печей вследствие высокой прочности низкоосновных окатышей при восстановлении. Снижение верхнего перепада давлений увеличивает эффективный вес шихты, что приводит к росту нормального бокового давления в нижней части шихты, это обусловливает раннее слипание железорудных компонентов, потерю газопроницаемости столба шихты и попадание неподготовленных материалов в расплав. где на их восстановление расходуется дополнительный кокс. Кроме того, высокое боковое давление столба шихты вызывает истирание огнеупорной футеровки и выход из строя холодильников. В связи со сказанным при переходе от офлюсованных окатышей к низкоосновным предлагается уменьшить угол наклона шахты и соответственно образующей потока шихты к горизонту так, чтобы компенсировать избыточное боковое давление, которое. будет уменьшаться в соответствии с соотношением

Pg = Р/S (0,7 sin e < — cos a > ). где и — угол наклона потока шихты к горизонту, град;

Pa — боковое давление, перпендикулярное стенке. Па;

Р— активный вес шихты на определенном горизонте, Н;

S — боковая поверхность шахты,м ;

0,7 — коэффициент, определяющий соотношение между силами нормального и горизонтального давления в сыпучих материалах.

Снижение бокового давления за счет уменьшения угла наклона в сочетании с вве1801121

55 дением амфотерных окислов Ti u Al обеспечат сохранение стойкости огнеупорной футеровки и холодильников при переходе к работе на шихте с использованием низкооснойных окатышей, В то же время высокая металлургическая прочность этого сырья прйводит к росту производительности печей и сокращению расхода кокса.

Угол наклона 80 — 82 устанавливается прИ использовании офлюсованных окатышей основностью 0,9 ед., в результате чего верхний перепад давления частично уравнойешивает вес столба шихты, Практикой работы ряда доменных печей, проплавляющих шихту, состоящую из офлюсованных окатышей и агломерата (Магнитогорский металлургический и Нижнетагильский металлургический комбинаты), установлено, что боковое давление в нижней части шахты в этом случае обеспечивает стойкость футеройки и сохранность холодильников в межремонтные сроки, определяемые износом большей части огнеупоров и металлоконструкций, Превышение угла наклона сверх 82 приводит к увеличению бокового давления, кот орое становится выше среднего по высоте шахты и вызывает износ футеровки и выход из строя холодильников. Установка углов, меньших 80 увеличивает вертикальное давление шихты в нижних горизонтах и приводит к поступлению невосстановленных материалов в расплав, нарушению равномерного схода шихты и, соответственно к снижению производительности и увеличению расхода кокса при доменной плавке, Снижение основности окатышей требует соответствующего уменьшения угла наклона образующей потока шихты в зонах нагрева и восстановления для компенсации избыточного бокового давления. Предлагается снижать угол на 0,4 — 0,6 при снижении осНовности на 0,1 ед. Более сильное снижение угла приводит к недопустимому увеличению вертикального давления и соатветствующим отри цател ьн ым я влен иям, указанным выше, Недостаточное снижение угла приводит к высокому боковому дайлению в области заплечиков, вызывающему износ футеровки.

Интенсификация плавки при использовании прочных при восстановлении низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата, содержащих амфотерные окислы, вызовет расширение зоны потока шихты в области низа шахты и заплечиков. Для того, чтобы предотвратить смывание гарнисажа на футеровке заплечиков увеличенным потоком шихты предлагается поддерживать угол наклона образующей потока шихты к

45 горизонту в области заплечиков на 0,5 — 1,0 меньшим, чем угол наклона образующей потока шихты в зоне нагрева и восстановления (шахта). В этом случае при понижении угла наклона шахты сохранится требуемая крутизна излома потока при переходе из зоны восстановления в зону плавления.

Возникающее сопротивление движению шихты способствует образованию и закреплению гарнисажа на футеровке заплечиков.

Понижение угла менее чем на 0,5 не обеспечивает образование стойкого гарнисажа, разрушение футеровки, сокращение межремонтных сроков и соответствующее снижение производства. Понижение угла более чем 1,0 приводит к торможению потока и сокращению эффективного сечения в зоне плавления из-за избыточного гарнисажа.

Это также понижает производительность печи, Таким образом, в заявляемом способе применение низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата, слаборазрушающихся при восстановлении, обеспечивают высокую газопроницаемость в верхних горизонтах доменной печи. В то же время введение амфотерных окислов в состав окатышей и агломерата. а также понижение угла наклона образующей потока шихты в области нагрева и восстановления предотвращают раннее слипание материала в нижних горизонтах и позволяют обеспечить высокую газопроницаемость в нижней части шахты. Сказанное обеспечивает ровный сход шихты, высокую степень использования восстановительного потенциала газа и соответственно повышенную производительность печи и низкий расход кокса. Выбор углов наклона образующей потока шихты в зонах нагрева. восстановления и плавления в соответствии с основностью окатышей позволяет сохранить стойкость огнеупорной футеровки на уровне, достигнутом для одноосновного сырья и удовлетворяющем современные требования к технологии доменного производства.

Способ осуществляют следующим образом.

Амфотерные окислы Ti u Al добавляют при производстве агломерата и окатышей путем использования соответствующего концентрата. например, титаномагнетитового. Необходимую концентрацию этих элементов в шихте можно установить путем планируемой добычи разновидностей руды с различным содержанием амфотерных окислов. Оптимальную основность агломерата и окатышей устанавливают исходя из максимальной прочности обоих видов сырья в исходном состоянии и при восста1801121 приданием требуемой конфигурации футе- 10 ровки верхней части шихты и заплечиков.

В случае необходимости корректировки

55 новлении, В соответствии с выбранной основностью окатышей подбирают угол наклона образующей столба шихты в зонах нагрева и восстановления путем изменения угла наклона футеровки шахты. Эту операцию можно осуществлять либо во время ремонтов, либо оперативно. При изменении состава шихты можно выдуть печь и заторкретировать внутреннюю поверхность печи с углов наклона без остановки и выдувки печи необходимо воспользоваться подвижными плитами футеровки шахты или заплечиков.

Изменение угла наклона внутренней футеровки осуществляется путем перемещения плит за счет закачивания специальной огнеупорной массы в пространство между плитами и холодильниками. Когда состав шихты не меняется длительное время, требуемый профиль внутренней футеровки печи выкладывается во время капитальных ремонтов.

Соотношение между количеством разноосновных агломерата и окатышей выбирают так, чтобы наводился шлак требуемой основности для выпуска чугуна сообразно действующим техническим условиям. Шихту, содержащую агломерат, окатыши, рудные и металлические добавки отходов других переделов, загружают в доменную печь, чередуя с коксом по системам PPKK u

KPPK. Нагрев, восстановление и плавление осуществляют по обычной технологии доменной плавки, регулируя состав чугуна и шлака путем соответствующего выбора параметров дутья, расхода кокса, составов и давлений колошникового газа.

Пример, Использовали окатыши основностью 0,3 — 0,9 ед, и агломерат основностью 1,7 — 2,0 ед. из качканарского титаномагнетитового концентрата. Плавка проводилась в доменной печи 1Ф 2 Нижнетагильского металлургического комбината.

Соотношение окатышей и агломерата поддерживалось равным 1:1. Основной системой загрузки была PPKK при уровне засыпки 2,0 м. Регулирующей системой была КРРК. Она применялась совместно с основной системой в различном соотношении в цикле подач, Измерения бокового давления потока шихты провели по методике Н. Н. Бабарыкина (Сталь, N 4, 1959, с, 289 — 291). Изменения угла наклона огнеупорной футеровки шахты и заплечиков производили оперативно, используя методику подвижных сегментов.

Основные технологические параметры доменных плавок во время испытаний не меняли и поддерживали следующими:

Расход природного газа, м /т чугуна

Содержание железа в рудной сыпи, %

Дутье; температура, С давление, МПа влажность, г/м содержание кислорода, об.%

Колошниковый газ: давление, МПа температура, С содержание, %; СОг

СО

Нг

57,48

1111

0,233

15,5

24,2

0,108

222

19,2

22,7

6,51

Содержание в чугуне. %: Si

Мп

V

0,22

0,31

0,022

0,457

0,22

Меняющиеся параметры и результаты сравнительных испытаний приведены в таблице. Данные по расходу кокса и производительности доменной печи приведены к единым условиям.

Из приведенных примеров 2 — 4, 7, 10—

12, 15, 16 следует, что в заявляемых пределах содержаний амфотерных окислов Al u Ti и углах наклона образующей столба шихты в зонах нагрева и восстановления 77,4-82О, плавления 76,4 — 81О, в интервале основностей окатышей 0,3 — 0,9 и агломерата 1,7 — 2,3 достигается более равный ход доменных печей, чем в прототипе. и соответственно экономия кокса и увеличение производительности, - Снижение бокового давления в нижних горизонтах шахты с 50 до 15 — 28 КПа и массовой доли монооксида железа в первичных шлаках с 19,3 до 5 — 9% позволило повысить стойкость футеровки. Об этом свидетельствовало то. что число отключенных холодильников в месяц сократилось с 80 — 100 в прототипе до 5 — 10 в заявляемом способе.

Снижение содержания амфотерных окислов Al u Ti менее 3,5% (пример 5) обусловило существенно повышение массовой доли монооксида железа в первичных шлаках при плавлении окатышей (до 14%). Это привело к образованию друз. раннему слипанию шихты и соответствующему понижению газопроницаемости в нижней части шихты. В результате наблюдали снижение производительности и увеличенный расход

1801121

50

55 кокса. Более высокая, чем, заявляемая, массовая доля амфотерных окислов (пример 6) приводила к образованию тугоплавких греналей, заростанию горна, нарушению ритмичности технологического процесса, 5 тихим ходам и др. Сказанное вызвало повышенный расход кокса и снижение производительности. Более интенсивное снижение угла наклона образующей потока шихты в зонах нагрева и восстановления, при умень- 10 шении основности, чем предусмотренное в заявке (пример 8), привело к недопустимо низкому давлению в нижней части шахты, пОступлению неподготовленных масс шихты в расплав и расходованию на их прямое 15 вОсстановление дополнительного кокса.

Его расход был не ниже прототипа.

Менее интенсивное снижение угла наклона образующей потока шихты в зонах нагрева и восстановления при уменьшении 20 основности (пример 9) вызвало недопустимый рост давления в нижней части шахты.

За короткий период эксплуатации (менее двух месяцев) были отключены более половины холодильников, что однозначно указы- 25 вает на изношенность футеровки. B результате интенсивность плавки была снижена, резко упала производительность, Из примеров 13, 14 следует, что выход за пределы заявляемых углов наклона пото- 30 ка шихты при основности окатышей 0,9 ед. не допустим по тем же причинам, что указа. ны для окатышей естественной основности.

Выход за указанные в заявке пределы по углу наклона потока шихты в зоне плав- 35 ления привел к выходу из строя холодильников заплечиков, что указывает на уменьшение толщины гарнисажа и разъедание огнеупорной футеровки, Это вызвало необходимость снижения интенсивности 40

Плавки и ухудшение технико-экономических показателей, Установка угла наклона меньше, чем рекомендуется, (пример 19) вызвала зарастание горна, нарушение ритмичности выпусков продуктов плавки, остывание горна. В результате возрос расход кокса и производительность упала ниже, чем для прототипа.

Рассмотренные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет по сравнению с известным в среднем снизить расход кокса на 15 кг/т чугуна и увеличить и роизводител ьность домен ной печи на 5,.

Эти показатели достигаются при ритмичной работе печи, обусловленной нормальной стойкостью футеровки и сохранностью холодильников в межремонтные сроки.

Формула изобретения

1. Способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудной шихты из низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата, ее нагрев, восстановление и плавление, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, снижения расхода кокса и увеличение стойкости огнеупорной футеровки печи, в состав низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата вводят в количестве 3,5 — 5,0 мас. 7 амфотерн ые окислы и осуществляют загрузку шихты при основности окатышей

0,9 в зоны нагрева и восстановления шихты при угле наклона образующей потока к горизонту, равном 80 — 82, а в зону плавления — под углом на 0,5 — 1,0 меньше, чем в зоны нагрева и восстановления, при этом при уменьшении основности окатышей на 0,1 снижают угол наклона образующей потока шихты к горизонту на 0,4-0,6 .

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве амфотерных окислов вводят окислы алюминия и титана.

1801121

1

0I

С

СО

СЪ

S а

Ф с

С0

С0

О

Щ о х

C)

CO а

Б

Ю

О О

CO CO с

CU X

Z О

О х фз

Ф „X

O.ZФ

С- С0

О х

ВО Ф

Е Ф О.

l0 Ф Ф

С0 О

О С

Е с

u """

О .0

СО

О

Ф

О

О о Е

Ф э

СhC.

О

О С а

О О а

S

О. с

55

О

СЪ

Ф

l х

2

ЪС

О

IО

C Я

3

Я а

О Ф

X

О

О.

О

С

t0

CL

С0

О

С

СС

С0

С

О

Л

О

С0

СО

О

О

Ф

Е

С0

Ф

С0

О

С0

Q.

Ф

О

С

Ф

S о

О

О

О

О

СЯ

Л

Э

CB

СЪ

1Я з

ЪС

О Ф CD CD СО «D «t СЧ «О О О О О ССЪ О О С Ъ

О Л Л t t- Л ID В Ф О О> l Ф Ф В Ф

Ф t Л Л t» Л t» Л t Ф Л CO СО Л Л Л Л

CD lD ID CD ID «Ф N «- О О О О О LD ID ССЪ IO

CO СО CO Ф CO t IO сЪЪ «О СЧ Ф ОЪ О) ОЪ О) Ch

Л Л Л Л I Л- СО Ф CO CO Л Л t t Л

О О О О О О О О О. О О О О О О

° ««- ««О СЧ С Ъ DI

CO CO CO CO CO CO CO Ф СО CO CO CO I CO CO

О С СЪ О О О О О О О О О О О О О О О О

СЧ С Ъ «t ID С Ъ CO «3 4 «t «t «3 «t «t «t «t «Г «I «I

С Ъ С) С" Ъ С Ъ С Ъ С Ъ РЪ С Ъ С Ъ t I» С I Л- О О О О

СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ N СЧ N «««« СЧ СЧ СЧ СЧ

С Ъ С Ъ С Ъ С ) С Ъ С Ъ СЪ C Ъ ЕЪ ОЪ C0 a) ОЪ ОЪ CD СО сСЪ сСЪ

О О О О О О О О О О О О О О О О О О

1801121 S w с(4о

Ф 44

Ф 3о о О а ь

О

О

СО

СЧ о о о о

CD c сч сч о с

4I х

Ф о

m

3о о а

Ф z е с о.

m

z о е ьст ха о

Э z x е

Фсх

Ф S о « осе

ОСЭ

0 z z ео уп>О

o - о

Ф а О

X с о а О

z с е

Ф

m Z

3- Е

o g о

3о с

a S

С 4Б

Q. с сЧ М Г СО Со Г «0 O:

55 ь

S с

ID

I»

z е

4« с о с

m т о л х л

«33 а о х о

Ю х е

II Ф а с с Э о х ь

«С эо Ф о о

«3 е

Б.

Ф е z о

z е с о

Ф

m е о е о

X о со z

Ф с о Ф а

433

z D, о

-) m о

C е х

> m л z

63 л л <б е а

S е о

z э Ф

z O е с х л а

Б о

ID с, Ф

Ф е с Э с о е 4 о х щ о

Ф о

Ф о 3 о - Y

Ф

z

CL4 е с

CL

Ф х

Ф g

О ь о

4х

Э m

m е о с

СО

Я л

Xm Я э е ь

IЩ о е

oo о

Ф о о о о о о о о о о о о о о

М 30 Ч О О М М О О СЧ С 3 СЧ О О

CO CD СО LA LA CD CD LA 40 CD CD CD IA CD

СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ Сч С 4 СЧ СЧ СЧ Сч СЧ С 4 С 4

О О 3= О О О О О Î 3- СО Î Î Î CD O Î О

«O CD LA СО СО О) CD «O «O CD СО l «3) «O CD 3- «0 3 Г сс и Т 3 c3 сс cl ct с3 ct W c3 c« «3 7 :Г Т

О О LA - . О O СЧ O О О О О О О О О O

LA LA LA IA IA «0 «0 «О СO

О О СО Г- СО 03 О LA М СО О LA СЧ СО О СО С«3 О

LA сч т сч сч м сч сч

О О О О О О О О О О О О О О IA а сч

C4 Ct Ф W CD «O СЧ IA О > LA 443 о о о о о о о о о о о о