Способ создания защитного гарнисажа в шахте доменной печи

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству чугуна в доменных печах. Способ включает циклическую загрузку шихтовых материалов, в том числе гарнисажеобразующего материала, ввод его в периферийную зону печи, контроль тепловых нагрузок на холодильники шахты. В качестве гарнисажеобразующего материала в процессе загрузки формируют смесь железной руды и части агломерата от общего его количества в подаче или порции, взятых в процентном соотношении руда: агломерат (5-15):(95-85) применительно к массе смеси, обеспечивающей получение первичного шлакового расплава из нее в количестве 20-25% с долей закиси железа не более 15%. При этом на время приближения тепловых нагрузок на холодильники шахты доменной печи к установленной допустимой величине или превышении ее ввод смеси осуществляют в каждую подачу или порцию цикла соответственно при скиповой и конвейерной загрузке. Способ позволяет увеличить межремонтный период футеровки шахты доменной печи и продлить ее кампанию. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству чугуна в доменных печах.

Известен способ доменной плавки [1], в котором в шихту вводят титансодержащие компоненты - шлак, агломерат специального состава. Способ позволяет частично восстановить футеровку в горне доменной печи, где температура развивается до 1600-1700°С и титансодержащие компоненты проходят через стадию плавления и восстановления с образованием тугоплавких карбидов и карбонитридов. Однако эти материалы остаются “сухими” на горизонтах шахты и не только не способствуют гарнисажеобразованию в этих зонах, но и выступают в качестве абразивного материала при загрузке их в периферийную зону печи.

Наиболее близким к заявляемому по технологической сущности является способ создания защитного гарнисажа в доменной печи [2], в котором гарнисажеобразующая добавка представлена шлакообразующим щебнем - продуктом переработки доменного шлака, который получают при проплавке в доменной печи титаномагнетитовых железорудных материалов. Гарнисажеобразующая добавка содержит карбонитриды титана, являющиеся тугоплавкими самостоятельными включениями в матрице кусков щебня и не участвует в образовании расплавов на горизонтах шахты. Полиэлементный состав добавки приводит при нагревании и восстановлении к ее “расслоению” на тугоплавкие титанистые и кальций магнийсодержащие составляющие с образованием из последних первичных шлаковых расплавов с повышенной “агрессивностью” к остаточной шамотной типа ШПД футеровке, внедряются в нее, вызывая постепенное “перерождение” и последующее разрушение огнеупорного материала по высоте шахты доменной печи. Кроме того, периодичность введения гарнисажеобразующей добавки приводит к тому, что образовывающийся при ее введении слой гарнисажа может стираться последующими порциями материалов, не содержащих добавку.

В предлагаемом способе создания защитного гарнисажа в шахте доменной печи, включающем циклическую загрузку шихтовых материалов, в том числе гарнисажеобразующего материала, ввод его в периферийную зону печи, контроль тепловых нагрузок на холодильники шахты, в качестве гарнисажеобразующего материала в процессе загрузки формируют смесь железной руды и части агломерата от общего его количества в подаче или порции, взятых в процентном соотношении руда: агломерат (5-15):(95-85) применительно к массе смеси, обеспечивающей получение первичного шлакового расплава из нее в количестве 20-25% с долей закиси железа не более 15%, при этом на время приближения тепловых нагрузок на холодильники шахты доменной печи к установленной проектом допустимой величине или превышении ее ввод смеси осуществляют в каждую подачу или порцию цикла загрузки.

При скиповой загрузке доменной печи железную руду подают в первый скип на агломерат, а при конвейерной - в головную часть порции совместно с агломератом.

Положительный результат, достигаемый предлагаемым способом, заключается в возможности “залечивания” футеровки шахты доменной печи (технический результат) и продлении кампании доменной печи на определенный срок сверх ее нормативной службы, экономии инвестиций и процентной ставки по ним на величину этой ставки и продления кампании (экономический результат).

Сущность способа заключается в следующем.

Аглофабрика металлургического комбината снабжает железорудным сырьем блок доменных печей, различающихся сроком эксплуатации и состоянием футеровки. Производство агломерата специального состава для направленного гарнисажеобразования на одной из печей вызовет изменение шихтово-технологических условий на всех остальных печах и отрицательно скажется на стабильности их работы. Одновременно на состав окатышей доменщики не могут повлиять, поскольку фабрики окомкования не входят в состав металлургических комбинатов и являются поставщиками большого количества потребителей.

Поэтому для создания доменной шихты с заданной температурой плавления для гарнисажеобразования по высоте шахты отдельно взятой печи без изменения состава окатышей и агломерата предусматривается смешивание последнего с сырой железной рудой в определенном соотношении, обеспечивающем указанные температурные параметры размягчения-плавления с образованием повышенного количества малоагрессивного по содержанию FeO первичного расплава. Такой расплав при соприкосновении с остаточной футеровкой образовывает гарнисаж на определенном горизонте шахты, не внедряясь в футеровку и не разрушая ее, что определяется содержанием закиси железа в первичном расплаве из железорудных материалов.

Поскольку непосредственные измерения в доменной печи провести невозможно, моделировали температурные интервалы размягчения-плавления восстановленных железорудных материалов и процесс первичного шлакообразования по методике [3].

Взаимодействие расплава с футеровкой определяли по следующей методике. Предварительно восстановленные материалы или их смесь помещались и нагревались до 1250-1400°С между пятаками из шамота марки ШПД диаметром 48 мм и толщиной 12 мм. По глубине проникновения расплава в футеровку судили об агрессивности расплава.

Начало появления жидких фаз или “тестообразование” и интервал их плавления модельно отражается в интервале 45%-ной усадки слоя и начала фильтрации расплава через коксовую насадку.

Химический состав использованных материалов и результаты испытаний представлены в табл. 1.

Результаты испытаний показывают высокую “агрессивность” расплава из окатышей и повышенную - при высокой доле в смеси с агломератом за счет большого содержания FeO в первичном расплаве (опыты №2, 5, 6 и 7). Расплав с участием шлакового щебня также значительно внедряется в огнеупорную массу за счет химического взаимодействия шамота и основного расплава (опыты №4 и 11). В обоих случаях происходит “перерождение” огнеупора и его последующее разрушение.

Таблица 1
Химический состав материалов, характеристики размягчения-плавления, шлакообразования и глубины проникновения расплава.
№№ опытов	Материал	Содержание, %	Т45	Тнф	FeOпш	Мпш	ГП
Fe	FeO	CaO	SiO2	МgО	Аl2O3	TiO2
1	Агломерат (А)	58,80	13,00	7,66	5,10	2,49	0,95	0,40	1370	1430	11,0	6,8	1-2
2	Окатыши (О)	63,20	1,50	3,69	4,99	0,26	0,33	-	1260	1350	36,2	28,1	8-12
3	Руда (Р)	44,40	6,20	3,07	27,20	0,36	0,42	-	1400	1560	27,0	6,0	0-1
4	Шлаковый щебень (Ш)	3,8	1,0	30,1	29,5	11,5	14,3	9,6	1300	1345	4,9	19,0	4-6
	Смеси:
5	63% А	60,43	8,75	6,19	5,06	1,66	0,72	0,24	1270	1395	14,0	15,5	3-5
37% О
6	70% А	60,12	9,55	6,47	5,07	1,82	0,76	0,25	1275	1395	11,7	15,6	3-5
30% О
7	34% А	61,70	5,41	5,04	5,03	1,02	0,54	0,14	1250	1380	25,0	15,1	6-8
66% О
8	85% А	56,64	11,98	6,97	8,42	2,17	0,87	0,33	1270	1360	15	25,1	2-3
15% Р
9	90% А	57,36	12,32	7,20	7,31	2,28	0,90	0,35	1285	1395	7,4	23,5	1-2
10% Р
10	95% А	58,10	12,55	7,40	6,45	2,40	0,92	0,38	1295	1400	6,4	20,2	1-2
5% Р
11	66% А	56,73	9,06	7,90	6,53	2,41	1,58	0,84	1285	1380	11,3	19,5	4-5
	28% О
6% Ш
Т45 - температура 45-процентной усадки слоя, °С;
Тнф - температура начала фильтрации расплава через слой кокса, °С;
FеОпш - содержание закиси железа в первичном шлаке, %;
Мпш - масса первичного шлака по отношению к массе пробы, %;
ГП - глубина проникновения расплава в футеровочный материал, мм.

Чистый агломерат не создает “агрессивного” расплава, однако количество последнего и высокие температуры размягчения-плавления (опыт №1) не позволяют формировать гарнисаж на горизонтах шахты печи.

Оптимальные результаты достигнуты в опытах №№8, 9 и 10, в которых в качестве гарнисажеобразующего материала сформирована смесь железной руды и агломерата, взятых в процентном соотношении в смеси (5-15):(95-85).

В промышленных условиях способ создания гарнисажа реализуется следующим образом.

В обычном режиме плавка ведется на доменной печи объемом 2002 м³, оборудованной скиповой загрузкой с конусным засыпным аппаратом. Цикл загрузки состоит из пяти подач по два скипа в каждой. Система загрузки показана в табл. 2.

Таблица 2
Система загрузки доменной печи при работе в обычном режиме
Подачи	Расход шихты, т
	Первый скип	Второй скип
Агломерат	Руда	Конвертерный шлак	Окатыши	Агломерат
1	17	2	0	12	7
2	16,5	0	2,5	12	7
3	19	0	0	12	7
4	19	0	0	12	7
5	19	0	0	12	7
6	17	2	0	12	7
7	16,5	0	2,5	12	7
8	19	0	0	12	7
9	19	0	0	12	7
10	19	0	0	12	7

При проектной норме тепловой нагрузки в шахте печи на 2-3 ряд плитовых холодильников на зону 583200 ккал/час печь работает с тепловой нагрузкой 550800 ккал/час.

В определенный период начинается повышение тепловых нагрузок на данном горизонте шахты и это явление принимает непрерывный характер, что свидетельствует о сползании гарнисажа и, возможно, частичного разрушения футеровки на этом горизонте.

Ввод в течение трех суток шлакового щебня, содержащего карбонитриды титана, в количестве 6% от массы железорудной части шихты сопровождался снижением перепада температур воды на холодильниках горна, что свидетельствовало о наращивании гарнисажа в этом месте, но не остановило тенденцию повышения тепловой нагрузки на холодильники шахты.

Для направленного создания гарнисажа на данном горизонте шахты систему загрузки изменяют согласно предлагаемому способу, ввод смеси руды и агломерата в соотношении 5,6%:94,4% осуществляют в каждую подачу цикла загрузки (табл. 3). Для смешивания с агломератом и попадания смеси на периферию руда подается в первый скип на агломерат.

Таблица 3
Система загрузки доменной печи с созданием гарнисажа в шахте
Подачи	Расход шихты, т
	Первый скип	Второй скип
Агломерат	Руда	Конвертерный шлак	Окатыши	Агломерат
1	18	1	0	12	7
2	15,5	1	2,5	12	7
3	18	1	0	12	7
4	18	1	0	12	7
5	18	1	0	12	7
6	18	1	0	12	7
7	15,5	1	2,5	12	7
8	18	1	0	12	7
9	18	1	0	12	7
10	18	1	0	12	7

Поскольку доменная печь инерционный агрегат тепловая нагрузка на холодильники шахты некоторое время продолжает расти и достигает величины 610500 ккал/час.

Через сутки после установки предлагаемой системы загрузки тепловые нагрузки стабилизируются и начинают снижаться, достигая нормы через 2 суток. Система загрузки вводится в постоянную эксплуатацию.

На доменных печах, оборудованных конвейерной шихтоподачей и БЗУ, формирование гарнисажеобразующей смеси осуществляют подачей железной руды на агломерат или под агломерат (в зависимости от положения бункеров на шихтоподаче) в заданном соотношении в головной части порции на конвейер.

Таким образом, использование предлагаемого способа создания защитного гарнисажа позволяет увеличить на определенный срок период между капитальными ремонтами шахты доменной печи II разряда и в целом продлить кампанию доменной печи.

Использованные источники

1. Способ доменной плавки. Авт. свид. СССР №1401046, С 21 В 5/00. Опубл. 07.06.88. Бюл. №21.

2. Способ создания защитного гарнисажа в доменной печи. Пат. Российской Федерации №2179583 С 21 В 5/00. Опубл. 20.02.2002. Бюл. №5.

3. Н.А.Гладков, А.С.Нестеров. Процессы в слое железорудных материалов при его нагревании //Известия АН СССР. Металлы. 1987, №3, с.9-11.

1. Способ создания защитного гарнисажа в шахте доменной печи, включающий циклическую загрузку шихтовых материалов, в том числе гарнисажеобразующего материала, ввод его в периферийную зону печи, контроль тепловых нагрузок на холодильники шахты, отличающийся тем, что в качестве гарнисажеобразующего материала в процессе загрузки формируют смесь железной руды и части агломерата от общего его количества в подаче или порции, взятых в процентном соотношении руда: агломерат (5÷15):(95÷85) применительно к массе смеси, обеспечивающей получение первичного шлакового расплава из нее в количестве 20÷25% с долей закиси железа не более 15%, при этом на время приближения тепловых нагрузок на холодильники шахты доменной печи к установленной проектом допустимой величине или превышении ее ввод смеси осуществляют в каждую подачу или порцию цикла загрузки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при скиповой загрузке доменной печи железную руду подают в первый скип на агломерат.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при конвейерной загрузке доменной печи железную руду подают в головную часть порции совместно с агломератом.