Способ создания защитного гарнисажа в доменной печи

Изобретение относится к области металлургии, в частности к доменному производству. Способ включает ввод в шихту, содержащую железорудную часть и кокс, гарнисажеобразующей добавки, содержащей титан в виде оксидов и карбонитридов, а также оксиды кальция, кремния, магния и алюминия в количестве 3-10% от массы железорудной части шихты, загрузку шихты в печь и ее проплавку с образованием гарнисажа на стенках печи, при этом гарнисажеобразующую добавку загружают между порциями кокса с одновременным увеличением расхода кокса к массе добавки в соотношении 1:(1÷5), причем операцию проводят после предварительной промывки горна от графита, коксовой мелочи и вязких, тугоплавких масс. Использование изобретения обеспечивает сокращение периода формирования гарнисажа, увеличение производительности доменной печи. 4 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может использоваться при выплавке чугуна в доменных печах.

Известно техническое решение, обеспечивающее создание защитного гарнисажа в доменной печи применением в качестве гарнисажеобразующей добавки шлака производства феррованадия путем ввода этого шлака в шихту для производства агломерата, проплавки получаемого агломерата в доменной печи (А. С. СССР №1401046, МКИ С 21 В 5/00).

Недостатками данного способа являются повышенная длительность периода формирования гарнисажа, ограниченные возможности увеличения производительности доменной печи и снижения удельного расхода кокса после формирования гарнисажа. Кроме того, необходимо спекание специального агломерата, что требует организации отдельной технологической цепи подачи и измельчения шлака производства феррованадия.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ создания защитного гарнисажа в доменной печи, включающий ввод в шихту, содержащую железорудную часть и кокс, гарнисажеобразующей добавки, содержащей титан в виде оксидов и карбонитридов, а также оксиды кальция, кремния, магния и алюминия, в количестве 3-10% от массы железорудной части шихты, загрузку шихты в печь и ее проплавку с образованием гарнисажа на стенках печи (патент РФ №2179583, МПК 7 С 21 В 5/00).

Недостатками данного технического решения являются повышенная длительность периода формирования гарнисажа (3-8 суток), ограниченные возможности увеличения производительности доменной печи и снижения удельного расхода кокса после формирования гарнисажа.

Период формирования гарнисажа получается длительным вследствие снижения температур в зоне протекания этого процесса из-за некомпенсированных затрат тепла на плавление и восстановление применяемой гарнисажеобразующей добавки и сопровождающих их рудных материалов, расходования части добавки вдали от футеровки (то есть вдали от места формирования гарнисажа). Ограниченные возможности увеличения производительности доменной печи и снижения удельного расхода кокса после формирования гарнисажа обусловлены поступлением карбидов и карбонитридов в промежуточную и осевую зоны горна совместно с рудными компонентами, выплавленными из них чугуном и шлаком и образования там дополнительного их количества. Эти факторы совместно с ранее накопленными графитом, коксовой мелочью и вязкими, тугоплавкими массами ухудшают дренажную способность горна.

Предлагаемым изобретением решается задача сокращения периода формирования гарнисажа, увеличения производительности доменной печи и снижения удельного расхода кокса после формирования гарнисажа.

Это достигается тем, что в способе создания защитного гарнисажа в доменной печи, включающем ввод в шихту, содержащую железорудную часть и кокс, гарнисажеобразующей добавки, содержащей титан в виде оксидов и карбонитридов, а также оксиды кальция, кремния, магния и алюминия, в количестве 3-10% от массы железорудной части шихты, загрузку шихты в печь и ее проплавку с образованием гарнисажа на стенках печи, при этом гарнисажеобразующую добавку загружают между порциями кокса с одновременным увеличением расхода кокса к массе добавки в соотношении 1:(1:5), причем операцию проводят после предварительной промывки горна от графита, коксовой мелочи и вязких, тугоплавких масс.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят предварительную промывку горна от графита, коксовой мелочи и вязких, тугоплавких масс, например, загрузкой сварочного шлака, повышением нагрева печи и снижением основности шлака. Загружают гарнисажеобразующую добавку в количестве 3 -10% от массы железорудной части шихты, размещая ее при загрузке между порциями кокса. Одновременно увеличивают расход кокса в соотношении 1:(1÷5) к массе гарнисажеобразующей добавки. В таком режиме проводят доменную плавку до снижения перепада температур воды в холодильниках горна и лещади до 3° и плотности теплового потока до 10 кВт/м² и менее.

Удаление графита и коксовой мелочи из горна в результате промывки исключает возможность их взаимодействия с гарнисажеобразующей добавкой. Благодаря этому отсутствует нецелевое расходование гарнисажеобразующей добавки и улучшается дренажная способность горна. В результате этого добавка полнее взаимодействует с углеродистой футеровкой горна по реакциям

ТiO₂+3С=TiC+2СО;

TiO+2С=TiC+СО;

TiO+С=Ti+СО;

Ti+С=TiC.

По этим реакциям поступающие в печь монооксид титана (TiO) и диоксид титана (ТiO₂) взаимодействуют с углеродом футеровки горна, образуя химическое соединение в виде карбида титана (TiC), и прочно связываются с ней. При этом карбонитриды титана закрепляются на поверхности благодаря высокой адгезии.

Размещение гарнисажеобразующей добавки при загрузке между порциями кокса исключает сопровождение ее железорудными материалами и, соответственно, исключает затраты тепла на восстановление этих железорудных материалов. От этого повышаются температуры в зоне формирования гарнисажа, что увеличивает развитие реакций и, соответственно, полноту использования гарнисажеобразующей добавки, обеспечивая одновременно повышенную стойкость гарнисажа. Кроме того, размещение гарнисажеобразующей добавки между порциями кокса приводит к поступлению ее вместе с коксом к фурменным очагам и далее, ниже по высоте, к периферийной части горна, что увеличивает полноту использования ее для формирования гарнисажа в результате взаимодействия с футеровкой.

Увеличение расхода кокса в соотношении 1:(1÷5) к массе гарнисажеобразующей добавки позволяет компенсировать затраты тепла на нагрев гарнисажеобразующей добавки и проведение реакций и не допустить благодаря этому снижения или избыточного повышения температур в зоне формирования гарнисажа.

Соотношение (1:5), то есть расходование одной части кокса по массе на каждые пять частей гарнисажеобразующей добавки по массе, обеспечивает сохранение теплового состояния горна на прежнем уровне. Соотношение (1:1), то есть загрузка гарнисажеобразующей добавки с увеличением расхода кокса в равных количествах по массе, обеспечивает повышение нагрева горна, соответствующего росту содержания кремния в чугуне на 0,1-0,2%. В этих пределах соотношений создаются наиболее благоприятные тепловые условия для протекания процессов: гарнисаж формируется ускоренно, производительность печи после формирования гарнисажа растет, а удельный расход кокса снижается.

Меньшее соотношение, например (1:6), приводит к недостатку кокса для компенсации дополнительных затрат тепла, к снижению нагрева горна, что затрудняет протекание процессов. Это в свою очередь ведет к увеличению расхода гарнисажеобразующей добавки, к снижению стойкости формирующегося гарнисажа. Часть гарнисажеобразующей добавки оказывается неизрасходованной. Увеличенный расход гарнисажеобразующей добавки, наличие остатков добавки в горне и низкая стойкость формирующегося гарнисажа, приводят в последующем, после формирования гарнисажа к неровной работе с простоями и тихими ходами, что снижает производительность печи и повышает удельный расход кокса.

Увеличение расхода кокса к массе добавки, например (1,5:1), приводит к излишнему нагреву горна, образованию карбидов и карбонитридов не только при взаимодействии добавки с углеродом футеровки, но и при взаимодействии с углеродом кокса в объеме горна. От этого ухудшается дренажная способность во всем объеме горна, что затрудняет поступление гарнисажеобразующей добавки к футеровке. Таким образом, увеличивается длительность формирования гарнисажа и расход гарнисажеобразующей добавки. Увеличенный расход гарнисажеобразующей добавки и ухудшение дренажной способности горна приводят к снижению интенсивности работы как в период формирования гарнисажа, так и после этого. Данные факторы понижают производительность печи и повышают удельный расход кокса.

Предлагаемый способ был опробован на доменной печи №10 ОАО "ММК" полезным объемом 2014 м³. Химический и гранулометрический состав гарнисажеобразующей добавки представлен в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Химический состав гарнисажеобразующей добавки, %
Fe	FeO	CaO	Аl2O3	MgO	TiO2	SiO2	S	TiCN
0,43	0,43	36,1	12,6	8,67	3,72	34,47	0,74	0,93
Таблица 2
Гранулометрический состав гарнисажеобразующей добавки
Класс крупности, мм	+60	60-40	40-25	25-10	10-0
Содержание,%	2,9	16,8	27,7	36,4	16,2

До начала применения гарнисажеобразующей добавки масса железорудного сырья в подаче составляла 38 т, кокса - 10,5 т. Система загрузки РРКК.

Провели промывку горна от графита, коксовой мелочи и вязких, тугоплавких масс. Для этого в последние 3 суток перед началом формирования гарнисажа в доменную печь грузили фракционированный сварочный шлак в количестве 120-180 тонн в сутки, основность шлака по (CaO+MgO)/SiO₂ установили равной 1,24, выплавляли чугун с содержанием кремния в среднем 0,75%.

Определили расходы гарнисажеобразующей добавки (Г) и кокса (К_п) в подаче:

Г=38,0х6,5/100=2,47 т;

К_п=10,5+2,47:3=11,3 т,

где 38,0 - масса железорудного сырья в подаче, т;

6,5 - средняя величина расхода гарнисажеобразующей добавки в процентах от массы железорудного сырья ((3 + 10)/2=6,5),%;

10,5 - масса кокса в подаче до начала применения гарнисажеобразующей добавки, т;

3 - средняя величина увеличения расхода кокса в соотношении с расходом гарнисажеобразующей добавки ((1+5)/2=3).

Гарнисажеобразующую добавку (Г) размещали между порциями кокса загрузкой ее отдельным скипом между коксовыми скипами в циклическом режиме:

Ход формирования гарнисажа оценивали по перепаду температуры воды в холодильниках горна и плотности теплового потока.

Длительность формирования гарнисажа составила 36 часов, что в 2 раза меньше минимальной величины, указанной в прототипе. За это время загрузили 681 т гарнисажеобразующей добавки. Показатели работы печи после формирования гарнисажа представлены в таблице 3.

Таблица 3
Показатели работы доменной печи после формирования гарнисажа
Наименование показателей	Прототип	Заявляемый способ
Производительность, т/сутки	3715	4240
Удельный расход кокса, кг/т чугуна	453,3	426,6
Состав рудной части шихты,%: агломерат	59,5	59,6
окатыши	40,5	40,4
Расход компонентов рудной части шихты,
кг/т чугуна: агломерат	977	980
окатыши	665	665
Вынос пыли (уловленной), кг/т чугуна	40,5	40,7
Параметры дутья: давление, ати	2,51	2,52
температура, °С	1148	1146
влажность, г/м3	11,4	11,9
расход природного газа, м3/т чугуна	92,3	81,8
содержание кислорода,%	27,3	27,3
Параметры колошникового газа: давление, ати	1,34	1,33
температура, °С	317	301
состав,%: СО2	18,4	19,4
СО	24,4	23,6
Н2	8,6	7,9
Состав чугуна,%: Si	0,61	0,63
Мn	0,20	0,21
S	0,017	0,017
Р	0,050	0,049
С	4,62	4,63
Ti	0,086	0,08
Состав шлака,%: SiO2	36,0	36,9
Аl2О3	13,2	12,2
СаО	39,6	39,6
MgO	7,6	7,7
МnО	0,20	0,19
FeO	0,26	0,21
S	0,88	0,89
TiO2	0,92	0,90

Срок службы сформировавшегося гарнисажа превысил 11 месяцев, что более чем в 2 раза выше максимальной величины, указанной в прототипе. Использование предлагаемого технического решения обеспечило работу печи с номинальными значениями перепада температур воды и плотности теплового потока в холодильниках горна и лещади.

Результаты доменной плавки при изменении расхода кокса к массе гарнисажеобразующей добавки представлены в табл. 4.

Таблица 4
Результаты доменной плавки при изменении расхода кокса к массе гарнисажеобразующей добавки
№ п/п	Соотношение	Длительность формирования гарнисажа, час	Удельный расход кокса, кг/т чугуна	Производительность, т/сутки
1	1:6	84	436,2	4167
2	1:5,1	45	429,1	4182
3	1,1:1	62	447,0	4040
4	1,5:1	69	452,1	3790
5	1: 3 без промывки горна	54	430,6	4150
6	Заявленный способ	36	426,4	4240
7	Прототип (0)	132	453,3	3715

Таким образом, применение предлагаемого технического решения сокращает период формирования гарнисажа, обеспечивает увеличение производительности доменной печи и снижение удельного расхода кокса после создания защитного гарнисажа.

Способ создания защитного гарнисажа в доменной печи, включающий ввод в шихту, содержащую железорудную часть и кокс, гарнисажеобразующей добавки, содержащей титан в виде оксидов и карбонитридов, а также оксиды кальция, кремния, магния и алюминия в количестве 3-10% от массы железорудной части шихты, загрузку шихты в печь и ее проплавку с образованием гарнисажа на стенках печи, отличающийся тем, что гарнисажеобразующую добавку загружают между порциями кокса с одновременным увеличением расхода кокса к массе добавки в соотношении 1:(1÷5), причем операцию проводят после предварительной промывки горна от графита, коксовой мелочи и вязких, тугоплавких масс.