Способ выплавки ферромарганца в доменной печи

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству. Способ включает загрузку марганцевого сырья, известняка, кокса и подачу дутья, причем в печь дополнительно подают корольки железа совместно с коксом в количестве, определяемом по формуле. Использование изобретения обеспечивает снижение расхода кокса, повышение производительности печи, увеличение степени извлечения марганца при выплавке ферромарганца. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству и может быть использовано при выплавке ферромарганца.

Известен способ выплавки ферросплавов в - доменной печи, включающий загрузку ферросплавного сырья, известняка, кокса и подачу в фурменную зону высоконагретого атмосферного дутья с добавлением азота (а.с. СССР N 854986, C 21 B 5/00, 1981).

Недостатком этого способа при использовании его для выплавки ферромарганца является снижение температур в нижней части печи. Это приводит к уменьшению коэффициента извлечения марганца в сплав, так как реакция восстановления марганца MnO + C = Mn + CO протекает тем полнее, чем выше температуры. Обогащение дутья азотом снижает температуры из-за увеличения количества газов, приходящихся на единицу выделяющегося тепла - в единице газов по этой причине содержится меньше тепла и их температура получается соответственно меньше.

Другим недостатком является затруднение по газодинамике плавки. Дополнительное количество газов нужно пропустить навстречу потоку шихты, а эти возможности ограничены из-за приближения вертикального давления шихты к нулевому значению за счет действия подъемной силы газового потока. Попытка пропуска увеличенного количества газов ведет к неровному сходу шихты с последующим подвисанием ее. При выплавке ферромарганца это имеет большое значение, так как насыпная масса шихты низкая из-за высокой доли кокса в ней.

Ближайшим аналогом к заявляемому способу является способ выплавки ферромарганца в доменной печи, включающий загрузку марганцевой руды, известняка, кокса и подачу дутья, обогащенного кислородом (см. под редакцией Л.М. Цылева. Выплавка ферросплавов в доменной печи на дутье, обогащенном кислородом, АН СССР, Москва, 1959 г., стр. 80 - 82).

Недостатком способа выплавки ферромарганца с обогащением дутья кислородом является увеличение удельного расхода кокса, особенно при повышенных температурах дутья. Для обеспечения высокого коэффициента извлечения марганца и снижения расхода кокса температуру дутья приходится держать на максимальном уровне. По справочным данным (Волков Ю.П., Шпарбер Л.Я., Гусаров А. К. Технолог-доменщик, справочное и методическое руководство. М., Металлургия, 1986 г., с. 254 и др.) увеличение концентрации кислорода в дутье на каждый 1% абс. в пределах 21 - 30% повышает удельный расход кокса на 0,2 - 0,3%. Это влияние усиливается по мере роста температуры дутья. Другим недостатком является высокая стоимость кислорода.

Предлагаемый способ направлен на снижение расхода кокса, повышение производительности доменной печи и повышение коэффициента извлечения марганца при выплавке ферромарганца.

Положительный результат достигается тем, что в способе выплавки ферромарганца в доменной печи, включающем загрузку марганцевого сырья, известняка, кокса и подачу дутья, дополнительно подают корольки железа совместно с коксом в количестве от 50 кг в подачу до величины, определяемой по формуле: где Ч - выход ферромарганца из одной подачи, т; n - количество видов материалов в подаче; P_i - расход компонентов шихты, включая золу кокса, т; Mn_iFe_i - содержание марганца и железа в компонентах шихты, %; η_Mn - коэффициент перехода марганца в чугун (в пределах 0,7 - 0,9); Fe_кор - содержание железа в корольках (80 - 100%).

Минимальный расход корольков определяется возможностью дозирования их механизмами загрузки, максимальный - возможностью введения в ферромарганец дополнительного количества железа. Чем выше содержание марганца в загружаемых материалах и меньше в них железа, тем выше максимальный расход корольков.

Совместная загрузка корольков с коксом необходима для исключения окисления их выше горизонта фурм.

Загрузка в печь корольков обеспечивает выделение дополнительного тепла от окисления железа в зоне горения по реакции Fe + 0,5O₂ = FeO, повышение температуры образующихся газов. Повышение температуры газов улучшает восстановление марганца, повышает коэффициент перехода его в ферромарганец, интексифицирует теплообмен в нижней части печи. Интексификация теплообмена в нижней части снижает температуры в верхней, что благоприятно в условиях выплавки ферромарганца. Выделяемое тепло обеспечивает экономию кокса. Снижение объема, занимаемого коксом в шихте, дает рост производительности. Поступление высоконагретого FeO из зоны горения в горн обеспечивает интенсивное протекание реакции FeO + C = Fe + CO, благодаря чему происходит очистка горна от коксового мусора.

При расходе корольков железа в количестве 200 кг в каждый коксовый скип, т.е. 400 кг в подачу при четырехскиповой системе загрузки КРИК, при тепловом эффекте окисления корольков 4700 кДж/кг от окисления выделится тепла в количестве 4700 · 400 · 180/3000 = 112,8 · 10³кДж/т сплава, где 180 - количество загружаемых за сутки подач; 3000 - суточная производительность. т/сутки
Снижение расхода кокса составит: 13 кг/т ферромарганца,
где 1000 - теплота горения углерода кокса у фурмы, кДж;
0,85 - доля углерода в коксе.

Прирост производительности от уменьшения доли кокса в шихте равен:

где 1200 - удельный расход кокса при выплавке ферромарганца, кг/т сплава.

Повышение температуры газов, выходящих из фурменного очага, составляет:

где 3500 - выход фурменного газа при выплавке ферромарганца, м³/т ферромарганца;
1,5 - теплоемкость фурменного газа, кДж/м³ · град.

Повышение температуры продуктов плавки при поступлении их в горн составляет:

где 2 - соотношение теплоемкостей потоков шихты и газа в высокотемпературной зоне печи.

Пример.

В доменную печь загружали шихту ниже приведенного состава. Максимальный расход корольков рассчитывали по предлагаемой зависимости.

Исходные данные:
1. Содержание марганца и железа в компонентах шихты, %:
Марганцевое сырье - Mn 32,5, Fe 0,9
Известняк - Mn 0,29, Fe 0,8
Зола кокса - Mn 0,15, Fe 9,2
2. Расход материалов в подаче, т:
Марганцевое сырье - 10
Известняк - 3
Кокс - 5
3. Содержание золя в коксе, % - 12.

4. Выход ферромарганца из подачи, т - 3,4.

5. Коэффициент перехода марганца в сплав - 0,7.

6. Содержание железа в корольках, % - 100
Расчет:
Расход корольков на 1 т сплава составляет:
= 226 кг
Соотношение корольков и кокса по массе составляет: то есть
В таблице приведены данные, показывающие влияние корольков на результаты плавки.

Как следует из приведенных в таблице данных, оптимальным является расход корольков около 0,77 т/подаче, увеличение расхода корольков ведет к росту удельного расхода кокса, к снижению производительности, а также к избыточному поступлению железа в сплав и к нестабильности процесса плавки.

Формула изобретения

Способ выплавки ферромарганца в доменной печи, включающий загрузку марганцевого сырья, известняка, кокса и подачу дутья, отличающийся тем, что дополнительно в печь подают корольки железа совместно с коксом в количестве от 50 кг в подачу до величины, определяемой по формуле

где Ч - выход ферромарганца из подачи, т;
P_i - расход компонентов шихты, включая золу кокса, т;
Mn_i, Fe_i - содержание марганца и железа в компонентах шихты, %;
η_Mn - коэффициент перехода марганца в чугун;
Fe_кор - содержание железа в корольках, %;
n - количество видов материалов в подаче.

РИСУНКИ

Рисунок 1