Способ доменной плавки цинксодержащих шихт

 

Использование: при выплавке чугуна. Способ включает загрузку цинксодержащих шихтовых материалов, подачу дутья, периодическое снижение уровня засыпки шихты, загрузку в печь перед снижением уровня засыпки шахты кокса с определенной высотой слоя, прекращение загрузки. При этом контролируют температуру и выход колошникового газа, определяют высоту слоя загружаемого в печь кокса δ из следующего соотношения: d = A(650-t)·V м, где А - коэффициент, учитывающий теплофизические и физические свойства кокса, мин/^oС · м²; t - температура колошникового газа, ^oС; V - выход колошникового газа, нм³/мин, и опускают уровень засыпи шихты до повышения температуры колошникового газа до 450 - 500^oС, и затем повышают уровень до исходного. 3 табл.

Известен способ доменной плавки цинксодержащих шихт, включающий загрузку цинксодержащих материалов, контроль накопления цинка в печи, повышение уровня засыпи шихты с переводом печи на тихий ход, обрушение цинкитных настылей с последующей их проплавкой и выведением цинка из доменной печи.

Недостатком этого способа является то, что при отсутствии четких параметров, определяющих глубину опускания уровня засыпи, не контролируется сопряженность освобождаемого участка шахты с протяженностью в ней зоны циркуляции цинка. При его реализации необходим перевод печи на тихий ход, а также возможно дополнительное охлаждение колошника.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ ведения доменной плавки, включающий загрузку цинксодержащих шихтовых материалов, подачу дутья и периодическое снижение уровня засыпи. Способ позволяет почти полностью удалять накопившийся в печи цинк.

Недостаток способа значительные потери производства чугуна. Способ является также трудоемким в отношении подготовки и реализации. Поэтому его использование ограничено и возможно только при остановке и выдувке печи на капитальный ремонт 1-2 разрядов или при появлении условий для остановки печи на длительный срок, что бывает редко.

Цель изобретения удалить накопившийся в верхней части шахты цинк без выдувки печи, без перевода ее на тихий ход, без ощутимых потерь и дополнительных мер по охлаждению колошника при опускании уровня засыпи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем загрузку цинксодержащих шихтовых материалов, подачу дутья, периодическое снижение уровня засыпи шихты, загрузку в печь перед снижением уровня засыпи шихты кокса с определенной высотой слоя, прекращение загрузки, контролируют температуру и выход колошникового газа, определяют высоту загружаемого в печь кокса δ из следующего соотношения: δ A ˙(650 t) ˙v˙м где А коэффициент, учитывающий теплофизические и физические свойства кокса, мин/^оС˙м²; t температура колошникового газа, ^оС; v выход колошникового газа, нм³/мин, и опускают уровень засыпи шихты до повышения температуры колошникового газа до 450-500^оС, затем повышают уровень засыпи до исходного.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что его реализация при удалении из шахты печи несколько меньшей, по сравнению с прототипом, массы цинка обеспечивает быстрое восстановление режима работы печи практически без потерь производства чугуна и с последующим сокращением удельного расхода кокса. Поэтому он может быть использован с более высокой периодичностью по сравнению с прототипом.

Установлено, что при загрузке холостых подач в доменную печь, проплавляющую цинксодержащую шихту, в 10-25 раз возрастает содержание цинка в колошниковой пыли. Этот факт объясняется следующим. Кокс в начальный период теплообмена нагревается быстрее железорудных материалов (ЖРМ), при этом температура поверхности его кусков растет быстрее среднемассовой. Вследствие этого различие в конденсирующей способности кусков кокса и ЖРМ возpастает. В таких условиях конденсация паров цинка на коксе развита минимально и значительно меньше, чем на ЖРМ. Ограничение верхнего размера кусков кокса, загружаемого при реализации способа, фракцией 40 мм, обусловливает еще большее сдерживание процесса конденсации паров цинка на коксе. При отсутствии над слоем кокса ЖРМ цинк, который в обычных условиях работы конденсируется на загружаемых ЖРМ и многократно вовлекается в циркуляцию, выносится из печи колошниковым газом. Конденсация паров цинка и формирование нисходящей ветви его циркуляции интенсивно протекает в участке шахты, ограниченном уровнем засыпи и горизонтом с температурой газа 600-650^оС. Высота этого участка непостоянна и зависит от интенсивности теплообмена, показателем которого является температура колошникового газа высокой температуре соответствует меньшая высота участка, низкой большая высота.

По этой причине, для того чтобы слой кокса перекрывал всю область формирования нисходящей ветви циркуляции цинка, толщина этого слоя должна быть также различной. Предусматривается, что контроль за опусканием уровня засыпи производится по температуре колошникового газа, поскольку она без подачи на колошник воды равна температуре газа, выходящего из столба шихты, независимо от того, на каком горизонте находится уровень засыпи. Экспериментами установлено, что при опускании верхней границы слоя кокса (уровня засыпи) на горизонт с температурой газа 450-500^оС (без подачи воды на охлаждение газа) нижняя граница слоя будет располагаться на горизонте с температурой газа 600-650^оС, если его толщина соответствует зависимости δ А(650- t)˙ v.

Коэффициент пропорциональности А отражает соотношение физических и теплофизических свойств кокса и колошникового газа и определяет объемную массу кокса, необходимого для охлаждения 1 м³ колошникового газа от 650^оС до 450-500^оС в различных условиях теплообмена. На большинстве металлургических комбинатов качество кокса соответствует единому стандарту по химическому, фракционному составам, насыпной массе. Поскольку эти параметры обозначены пределами, то в конкретных случаях имеются незначительные различия.

Поэтому значения коэффициента А также несколько отличаются и находятся в пределах 0,45˙10^-5.0,55˙10^-5 мин/^оС˙м². Интенсивность теплообмена в рассматриваемой зависимости отражает сомножитель (650-t).

При формировании слоя кокса, толщина которого меньше определяемой по предлагаемому соотношению, и опускании уровня засыпи на горизонт с температурой газа 450-500^оС нижняя граница слоя кокса не достигнет горизонта с температурой газа 600-650^оС и будет перекрыта только часть зоны циркуляции цинка, в результате чего максимальный эффект его удаления не будет достигнут. При превышении необходимой толщины слоя эффект удаления цинка будет достигнут, но в этом случае возможен перегрев горна и его устранение связано с использованием дополнительных мер, с изменением параметров работы печи и ухудшением качества чугуна.

Способ реализуется при относительно стабильном ходе печи следующим образом. Прекращается загрузка цинксодержащих ЖРМ и загружается необходимое количество фракционированного кокса. После последней холостой подачи, завершающей формирование слоя кокса, загрузка полностью прекращается и уровень засыпи начинает опускаться. При опускании его от горизонта, соответствующего загрузке очередной подачи (при нормальном режиме загрузки), до горизонта, при достижении которого температура колошникового газа повышается до 450-500^оС, двумя-тремя ступенями снижается давление дутья, давление на колошнике, уменьшается расход природного газа и кислорода с сохранением их соотношения. При достижении предельной температуры колошникового газа, в зависимости от интенсивности выхода цинка, начинается восстановление уровня засыпи ускоренной загрузкой кокса или уровень засыпи выдерживается на том же горизонте путем загрузки охлаждающих подач кокса. Моментом загрузки каждой охлаждающей подачи является повторное повышение температуры колошникового газа до 450-500^оС. При восстановлении уровня засыпи переход от холостых подач к загрузке нормальной цинксодержащей шихты производится при достижении уровня области действия измерительных шомполов. После этого начинают восстанавливать и газодинамические параметры. Степень и темп снижения газодинамических параметров (25-35%), объем (количество скипов в подаче) и количество охлаждающих подач (длительность выдержки уровня засыпи в отпущенном состоянии) зависят от объема печи, режима ее работы, параметров комбинированного дутья и в каждом конкретном случае ориентировочно определяются расчетом и экспериментом. Режим работы, соответствующий понятию "тихий ход" при реализации способа не достигается, поскольку "запас" в величинах давления дутья и колошникового газа после их снижения остается достаточным для поддержания общего перепада давления на необходимом для каждой печи уровне.

Периодичность применения способа определяется временем восстановления зоны циркуляции цинка. Исследования показали, что восстановление циркулирующей массы цинка происходит постепенно через 4-5 недель, в результате чего снова повышается расход кокса и снижается производство чугуна.

Предлагаемый способ был реализован на нескольких доменных печах, в том числе на печи В объемом 1370 м³, работающей со средней температурой колошникового газа 225^оС, выходом его 1,7х10⁵ нм/ч, с расходом дутья 1,25х10⁴ нм³/ч, природного газа 14,5х10³ нм³/ч и кислорода 14,8х10³ нм³/ч. Давление дутья составляло 2,8 ати, колошникового газа 1,55 ати, что обусловило перепад давления между фурмами колошником 1,25 ата.

Загружалась цинксодержащая шихта, состоящая из окатышей Лебединского ГОКа 28,6, Соколовско-Сарбайского ГОКа 25 и местного агломерата 46,4% Шихту загружали с обеспечением уровня ее засыпи 2,25 м от кромки большого конуса.

Коэффициент А по характеристикам кокса и колошникового газа определялся величиной 0,5х10^-5 ин/^оС˙м². Толщина слоя кокса, который необходимо было сформировать, составила в соответствии с зависимостью δ 0,5˙10^-5(650-225) 2870 6,1 м. Это соответствовало загрузке трех холостых четырехскиповых подач.

В 10 ч 00 мин загрузили последнюю подачу с железорудными материалами и начали грузить холодные подачи в 10 ч 12 мин, 10 ч 21 мин и 10 ч 30 мин. После этого загрузку прекратили и уровень засыпи начал опускаться.

Одновременно с началом загрузки холостых подач через каждые 10 минут контролировали изменение параметров дутья и колошникового газа, а также отбирали пробы тонкой части колошниковой пыли шламов. Данные контроля приведены в табл.1.

В 10 ч 40 мин сократили расход дутья до 1,15х10⁴нм³/мин и его давление до 16 ати, соответственно снизили давление колошникового газа до 0,55 ати. Сократили расход природного газа до 10х10³ нм³/ч и кислорода до 10,2х10³ нм³/ч (табл.1).

В дальнейшем через каждые 10 мин снижали расход природного газа и кислорода без изменения расхода дутья до 11 ч 30 мин. В 11 ч 00 мин снизили давление дутья и колошникового газа соответственно до 1,5 и 0,5 ати.

Непрерывно контролировали выход колошникового газа и его температуру. В 11 ч 10 мин средняя температура газа составила 478^oС, и поэтому в 11 ч 15 мин была загружена холостая подача для охлаждения газа и обеспечения выдержки уровня в опущенном состоянии.

В 11 ч 30 мин было последнее снижение давления дутья, расхода природного газа и кислорода (табл.1). В 11 ч 50 мин температура колошникового газа снова поднялась и составила в среднем 490^оС. При достижении этого значения началось восстановление уровня засыпи интенсивной загрузки холостых подач и повышение параметров дутья.

В 12 ч 30 мин печь вышла на обычный режим работы и процесс велся согласно технологической инструкции, учитывающей наличие в печи холостых подач кокса.

Измерение положения уровня засыпи проводилось с помощью шомполов до 4,5 м и троса с грузом ниже этого уровня.

Результаты проведения испытаний приведены в табл.2.

Как видно из приведенных данных, вынос цинка из печи при использовании предлагаемого способа был несколько ниже, чем при использовании прототипа на той же печи. Однако при этом были значительно меньшими потери чугуна и не было необходимости в дополнительном охлаждении колошника. Это свидетельствует о том, что использование предлагаемого способа может быть довольно частым и без какой-либо значительной подготовки, даже не допуская полного восстановления циркулирующей массы цинка.

Эффективность удаления цинка из доменных печей при неоднократном использовании на них предлагаемого способа показана в табл.3, из которой видно, что такой способ весьма существенно сказывается на улучшении технико-экономических показателей работы печи, проплавляющей цинксодержащую шихту.

Таким образом, данные в таблицах показывают, что при использовании способа обеспечивается удаление цинка из верхней части шахты доменной печи без длительных изменений параметров ее работы, перевода на тихий ход, с низкими потерями производства чугуна. Заметно улучшаются технико-экономические показатели и работа печей.

Формула изобретения

СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ШИХТ, включающий загрузку цинксодержащих шихтовых материалов, подачу дутья, периодическое снижение уровня засыпи шихты, загрузку в печь перед снижением уровня засыпи шихты кокса с определенной высотой слоя, прекращение загрузки, отличающийся тем, что контролируют температуру и выход колошникового газа, определяют высоту слоя загружаемого в печь кокса δ из следующего соотношения: d = A(650-t)·V,м, где A коэффициент, учитывающий теплофизические и физические свойства кокса, мин/^oС · м²; t температура колошникового газа, ^oС; V выход колошникового газа, нм³/мин,
и опускают уровень засыпи шихты до повышения температуры колошникового газа до 450 500^oС и затем повышают уровень засыпи до исходного.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3