Способ выплавки чугуна в доменной печи

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству. Способ включает загрузку в доменную печь кокса, железорудного материала, флюсующей добавки, вдувание дутья и топлива, и загрузку твердой топливной добавки в периферийную кольцевую зону колошника шириной 0,1-0,5 радиуса печи. Количество добавки обеспечивает поступление в печь 0,5-55% всего углерода, поступающего в печь с коксом, твердой топливной добавкой и вдуваемым топливом. В воздушные фурмы вдувают дополнительно мелкодисперсные минеральные материалы в количестве, обеспечивающем поступление с ними в печь 1,0-50% всего железа и 0,01-40% всего СаО, поступающих в печь. В качестве твердой топливной добавки используют мелкофракционный кокс, и/или фракционированный, или брикетированный каменный уголь, и/или торфяные или торфорудные брикеты, а в качестве мелкодисперсных минеральных материалов - железную руду, и/или концентрат, и/или известь, и/или промышленные отходы. Реализация изобретения позволит снизить расходы на выплавку чугуна металлургического кокса и подготовленных железорудных материалов, а также утилизировать отходы металлургического производства. 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах, оборудованных загрузочными устройствами, позволяющими регулировать распределение загружаемых материалов по радиусу колошника в широких пределах.

Известен способ выплавки чугуна в доменной печи, включающий загрузку кокса, железорудных материалов. Флюса и добавок, вдувание в печь нагретого дутья и топливных добавок и выпуск продуктов плавки [1].

Недостатком известного способа является то, что получение высоких технико-экономических показателей работы доменной печи по этому способу возможно только при использовании высококачественных кокса и подготовленных железорудных материалов (агломерата и окатышей). Использование этих материалов позволяет вдувать в воздушные фурмы большое количество дополнительного топлива (твердого, газообразного или жидкого), оптимизировать распределение материалов по радиусу колошника и обеспечивать при этом работу печи с расходом кокса и суммарного топлива, приближающимся к теоретическим пределам. Однако производство высококачественного кокса требует дефицитных коксующихся углей и становится все более дорогим из-за роста стоимости коксующихся углей и ужесточения экологических требований. Производство агломерата и окатышей также связано с расходом топлива и должно удовлетворять экологическим нормам, что удорожает их производство. Кроме того, при производстве кокса и подготовленного железорудного сырья безвозвратно теряется большое количество тепла, что повышает энергозатраты на выплавку чугуна в доменной печи по известному способу.

Известен способ выплавки чугуна в доменной печи, включающий загрузку в доменную печь кокса и железорудных материалов, вдувание в воздушные фурмы дутья, топлива и флюсующих добавок [2]. Данный способ позволяет применять железорудные материалы пониженной основности, что облегчает процесс первичного шлакообразования в доменной печи, повышает газопроницаемость зоны шлакообразования и способствует повышению производительности доменной печи.

Недостатком данного способа является то, что он также требует применения высококачественных железорудных материалов и кокса.

Известен способ выплавки чугуна в доменной печи, включающий загрузку кокса и железорудных материалов, вдувание дутья, топливных добавок, мелкодисперсных промышленных отходов и пластмасс, а также мелкодисперсных железной руды и ильменита [3].

Данный способ решает задачи утилизации промышленных железосодержащих отходов, а также пластических масс. Кроме того, он предусматривает вдувание в печь в небольшом количестве мелкодисперсной железной руды для снижения себестоимости чугуна, а также вдувание ильменита для повышения стойкости футеровки горна и лещади.

Недостатком этого известного способа является то, что он, как и другие известные способы, базируется на применении высококачественных кокса и железорудных материалов при выплавке чугуна в доменной печи и лишь незначительно уменьшает расход последних.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению и достигаемым результатам является известный способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудных материалов, флюсующей добавки и кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топлива, загрузку в периферийную кольцевую зону колошника твердой топливной добавки [4].

Данный способ решает задачу существенного сокращения расхода кокса в доменной плавке путем частичной замены его твердой топливной добавкой, загружаемой в периферийную зону колошника.

Недостатком данного способа является то, что он не предусматривает мер по предотвращению загромождения горна коксовой мелочью, загружаемой в печь в качестве твердой топливной добавки или образующейся в печи при загрузке каменного угля, используемого в качестве твердой топливной добавки. Этот способ не решает также проблемы снижения расхода высококачественного железорудного сырья на выплавку чугуна.

Технической задачей изобретения является устранение недостатков известных способов выплавки чугуна в доменной печи - аналогов и прототипа, снижение расхода на выплавку чугуна металлургического кокса и подготовленных железорудных материалов, утилизация отходов металлургического производства.

Решение данной технической задачи обеспечивается тем, что в известном способе выплавки чугуна в доменной печи, включающем загрузку в печь кокса, железорудных материалов, вдувание в воздушные фурмы дутья и топлива, загрузку твердой топливной добавки в периферийную кольцевую зону колошника твердую топливную добавку загружают в периферийную кольцевую зону шириной 0,1-0,5 радиуса в количестве, обеспечивающем поступление в печь 0,5-55% всего углерода, поступающего в печь с коксом, загружаемой в печь твердой топливной добавкой и вдуваемым топливом, в воздушные фурмы дополнительно вдувают мелкодисперсные минеральные материалы в количестве, обеспечивающем поступление с ними в печь 1,0-50% всего железа и 0,01-40% всего СаО, поступающих в доменную печь.

Техническая задача изобретения решается также тем, что в качестве твердой топливной добавки, загружаемой в периферийную кольцевую зону колошника, используют мелкофракционный кокс, и/или фракционированный каменный уголь, и/или брикетированный каменный уголь, и/или торфяные или торфоугольные брикеты.

Решение технической задачи изобретения обеспечивается дополнительно тем, что в качестве мелкодисперсных минеральных материалов используют железную руду, и/или железорудный концентрат, и/или известь, и/или промышленные отходы.

Техническая задача изобретения решается также тем, что мелкодисперсные минеральные материалы вдуваются в печь в виде жидких суспензий.

Решение технической задачи изобретения обеспечивается дополнительно тем, что заданную основность шлака в печи обеспечивают основностью загружаемого офлюсованного железорудного материала, и/или количеством загружаемой флюсующей добавки, и/или количеством СаО, поступающим в печь с вдуваемыми в воздушные фурмы мелкодисперсными минеральными материалами.

Техническая задача решается также тем, что в центральную зону колошника, диаметром 0,1-0,3 диаметра колошника, загружают кокс крупностью кусков 40-80 мм в количестве 5-20% от всего кокса, загружамого в печь, а железорудный материал загружают в кольцевую зону колошника шириной 0,5-0,8 радиуса колошника, отстоящую от стенки колошника на 0,05-0,2 радиуса колошника.

Сущность изобретения зaключaeтcя в следующем. При загрузке в периферийную кольцевую зону колошника шириной в пределах 0,1-0,5 радиуса колошника твердой топливной добавки в виде мелкофракционного кокса, и/или фракционированного каменного угля, и/или брикетированного каменного угля, и/или торфяных брикетов, и/или торфоугольных брикетов этот материал, обладающий более высокой реакционной способностью по сравнению с качественным металлургическим коксом, а также более высокой удельной реакционной поверхностью, активно участвует в реакции газификации углерода диоксидом углерода доменного газа, который образуется преимущественно в указанной зоне, где располагается основная часть загружаемого в печь железорудного материала. Оставшаяся часть твердой топливной добавки транспортируется в фурменную зону, где сгорает. Несгоревшая часть твердой топливной добавки в горне доменной печи активно реагирует с железистыми шлаками, образующимися в горне при вдувании в воздушные фурмы мелкодисперсных минеральных материалов, содержащих оксиды железа. Образование железистого шлака в горне печи препятствует накоплению коксовой мелочи, которая непрерывно расходуется на восстановление железа из железистого шлака. Это обеспечивает хорошую проницаемость коксовой насадки и выпуск чугуна и шлака из печи без затруднений.

Необходимая основность шлака для получения чугуна заданного качества обеспечивается либо применением повышенной основности загружаемых в печь подготовленных железорудных материалов (агломерата), либо загрузкой в печь одновременно с офлюсованным железорудным материалом флюсующей добавки, например конвертерного шлака, либо вдуванием в фурмы мелкодисперсной флюсующей добавки. В последнем случае повышается газопроницаемость зоны шлакообразования в связи с уменьшением количества образующегося здесь шлака.

Вдувание мелкодисперсных минеральных материалов в виде жидких суспензий упрощает и удешевляет технику вдувания и позволяет использовать для получения суспензий воду, различные жидкие отходы, включающие органические вещества, отработанные и загрязненные нефтепродукты и т.п.

Загрузка в центральную зону колошника диаметром 0,1-0,3 диаметра колошника кокса крупностью 40-80 мм обеспечивает поддержание в печи устойчивого центрального потока газов, ровный сход шихтовых материалов, а также создание в нижней части доменной печи коксового тотермана с повышенной порозностью и проницаемостью, что необходимо для хорошего дренажа жидких продуктов плавки и их выпуска из печи без затруднений.

Загрузка железорудных материалов в кольцевую зону колошника шириной 0,5-0,6 радиуса колошника, отстоящую от стенки колошника на 0,02-0,1 радиуса колошника, обеспечивает активную газификацию углерода твердой высокореакционной топливной добавки углекислотой, образующейся в этой зоне при восстановлении оксидов железа монооксидом углерода. Кроме того, отсутствие железорудных материалов в узкой периферийной зоне у стен печи препятствует образованию настылей.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. При компьютерном моделировании доменной плавки в доменную печь объемом 1033 м³ загружали агломерат с основностью 2,33 в кольцевую зону колошника, ограниченную радиусами 0,8-0,3 радиуса колошника, коксовый орешек крупностью 10-25 мм в периферийную кольцевую зону колошника шириной 0,4 радиуса колошника в количестве 50% от всего загружаемого в печь твердого топлива, что поставляло в печь 45% углерода. В доменную печь вдували дутье с температурой 1100^oС и содержанием кислорода 26%. В центральную часть колошника, диаметром 0,3 диаметра колошника, загружали кокс крупностью 40-80 мм, в количестве 20% от всего загружаемого твердого топлива. В воздушные фурмы вдували железорудный концентрат с содержанием железа 67,9% в смеси с угольной пылью (2% от массы концентрата) в количестве 718 кг/т чугуна, что обеспечивало поступление в печь 50% всего железа. Производительность печи при выплавке передельного чугуна с содержанием кремния в чугуне 0,71% и серы 0,022% составила 1326 т/сутки при суммарном расходе твердого топлива 819 кг/т. Расход агломерата составил 884 кг/т чугуна. Расход металлургического кокса крупностью 40-80 мм составил 165 кг/т и расход кокса крупностью 25-100 мм составил 286 кг/т. Заданная основность доменного шлака обеспечивалась применением суперофлюсованного агломерата с основностью 2,33. Выход колошникового газа с калорийностью 5,66 МДж/м³ составил 2730 м³/т.

Пример 2. При компьютерном моделировании доменной плавки в доменную печь объемом 1033 м³ загружали агломерат с основностью 0,67 и содержанием Fe 60,7%, металлургический кокс и твердую топливную добавку в виде малозольнистого каменного угля с невысоким содержанием летучих веществ. Средневзвешенный состав загружаемого твердого топлива составил: С - 80%, летучие - 10,5%, сера - 0,37%, зола - 9,5%. Печь работала на обогащенном кислородом дутье (26%) с температурой 1100^oС и влажностью 20 г/м³. В воздушные фурмы вдували пылеугольное топливо в количестве 220 кг/т и мелкодисперсные металлургические отходы, содержащие 63% Fe в виде оксидов и имеющие основность 6,32. Расход вдуваемых мелкодисперсных металлургических отходов составил 330 кг/т и обеспечивал поступление в печь 21,5% всего поступающего в печь железа. Суммарный расход топлива на выплавку передельного чугуна с содержанием кремния 0,41% составил 790 кг/т, из которых 220 кг/т - пылеугольное топливо, 100 кг/т- металлургический кокс крупностью 40-80 мм, 160 кг/т кокс крупностью 25-100 мм и 200 кг/т - каменный уголь крупностью 25-50 мм. Производительность печи составляла 1508 т в сутки при выходе колошникового газа 2311 м³/т калорийностью 4,66 МДж/м³. Необходимая основность шлака обеспечивалась за счет извести вдуваемых мелкодисперсных металлургических отходов.

Пример 3. Доменная печь объемом 1033 м³ работала на агломерате с основностью 0,89 с содержание железа 59,8% на дутье с содержание кислорода 27% и влажностью 35 г/м³. В воздушные фурмы вдували железорудный концентрат в смеси с угольной пылью (2% от массы концентрата) в количестве 205 кг/т с содержанием железа 67,9%. В качестве твердого топлива в печь загружали кокс крупностью 40-80 мм (15%), кокс крупностью 25-100 мм (45%) и низкозольнистый каменный уголь крупностью 25-50 мм (40%). Каменный уголь загружали в периферийную зону доменной печи, а кокс крупностью 40-80 мм - в осевую часть печи диаметром 0,15 диаметра колошника. При суммарном расходе топлива 720 кг/т чугуна (0,4% Si, 0,02% S, 4,9% С) производительность печи составила 1408 т в сутки при выходе колошникового газа 2374 м³/т с калорийностью 4,98 МДж/м³. Заданную основность шлака обеспечивали загрузкой конвертерного шлака в количестве 117 кг/т. Основность шлака поддерживали в заданных пределах.

Таким образом, использование изобретения позволяет применять при выплавке чугуна неподготовленные железорудные материалы и мелкодисперсные металлургические отходы без их окомкования, а также использовать в качестве твердого топлива энергетические угли без их измельчения и сушки. Это позволяет снижать расход металлургического кокса и суммарные энергетические затраты на производство чугуна.

Источники информации 1. А. В. Тарасов, Н. И. Уткин. Общая металлургия. М.: Металлургия, с. 531-550.

2. Jitang M.A. Injection of flus into the dlast furnace via tuyeres for optimising slag formation. ISIJ International, Vol. 39. 1999. N 7, p.697-704.

3. Wolf K. , Wolf C., Kretschmer H. Furnace injection for carbon and residues. Steel times international. 2000. N 3, p.34-36.

4. Способ доменной плавки. Патент РФ N 2042714, МКИ C 21 B 5/00. Опубл. 27.08.95.

Формула изобретения

1. Способ выплавки чугуна в доменной печи, включающий загрузку в печь кокса, железорудных материалов, флюсующей добавки, вдувание в воздушные фурмы дутья и топлива, загрузку твердой топливной добавки в периферийную кольцевую зону колошника, отличающийся тем, что твердую топливную добавку загружают в периферийную кольцевую зону шириной 0,1-0,5 радиуса в количестве, обеспечивающем поступление в печь 0,5-55% всего углерода, поступающего в печь с коксом, твердой топливной добавкой и вдуваемым топливом, в воздушные фурмы дополнительно вдувают мелкодисперсные минеральные материалы, причем количество вдуваемых минеральных материалов, обеспечивает поступление с ними в печь 1,0-50% всего железа и 0,01-40% всего СаО, поступающих в печь.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве твердой топливной добавки, загружаемой в периферийную кольцевую зону колошника, используют мелкофракционный кокс, и/или фракционированный или брикетированный каменный уголь, и/или торфяные или торфоугольные брикеты.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве мелкодисперсных минеральных материалов, используют железную руду, и/или железорудный концентрат, и/или известь, и/или промышленные отходы.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что мелкодисперсные минеральные материалы вдувают в доменную печь в виде жидких суспензий.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что заданную основность шлака в доменной печи обеспечивают основностью загружаемого офлюсованного железорудного материала, и/или количеством загружаемой флюсующей добавки, и/или количеством СаО, поступающего в печь с вдуваемыми в воздушные фурмы мелкодисперсными минеральными материалами.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в центральную зону колошника диаметром 0,1-0,3 диаметра колошника загружают кокс крупностью 40-80 мм в количестве 5-20% от всего кокса, загружаемого в печь.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что железорудный материал загружают в кольцевую зону колошника шириной 0,5-0,8 радиуса колошника, отстоящую от стенки колошника на 0,02-0,1 радиуса колошника.