Способ доменной плавки цинксодержащих шихт
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в доменном производстве при плавке цинксодержащих шихт. Способ включает загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и выхода колошникового газа, формирование буферного слоя, периодическое опускание уровня засыпи шихты, восстановление рабочего положения уровня засыпи шихты, при этом формирование буферного слоя и восстановление рабочего положения уровня засыпи шихты осуществляют загрузкой шлакового щебня фракции 20-40 мм и кокса при соотношении их масс от 5,0:1,6 до 5,0:2,0. По фракционному составу кокса и шлакового щебня способ рассчитан к применению на доменных печах объемом 200-300 м3. При использовании способа обеспечивается увеличение степени удаления цинка из шахты печи. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в доменном производстве при плавке цинксодержащих шихт.
Известен способ доменной плавки цинксодержащих шихт [1], включающий загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и выхода колошникового газа, загрузку кокса с определенной высотой слоя, периодическое опускание уровня засыпи до повышения температуры газа на колошнике до 450-500°С, определение высоты слоя загружаемого в печь кокса (Н) из соотношения:
Н=А(650-t)V,
где:
А - коэффициент, учитывающий теплофизические свойства кокса, мин/°С м2;
t - температура колошникового газа, °С;
V - выход колошникового газа, м3/мин.
Способ позволяет удалять из печи значительную часть накопившегося в шахте цинка. Недостатком является то, что при его реализации на формирование слоя и загрузку охлаждающих (корректирующих) подач единовременно расходуется значительное (45-90 т) кокса, в порах кусков которого задерживаются мелкодисперсные частицы оксида цинка, способного выходить из печи с колошниковым газом, что снижает эффективность способа.
Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ доменной плавки цинксодержащих шихт [2], включающий загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и выхода колошникового газа, формирование буферного слоя определенной высоты из слоев кокса и фракционированного шлакового щебня, периодическое опускание уровня засыпи.
Способ позволяет удалять из печи значительную часть цинка, накапливающегося в шахте. Его недостатком является то, что период повышенного выхода цинка через колошник доменной печи равен периоду формирования буферного слоя и загрузки кокса для охлаждения газа. При загрузке железорудной шихты на опущенный уровень засыпи выход цинка резко снижается вследствие уменьшения размера межкусковых пустот.
Целью изобретения является разработка способа доменной плавки цинксодержащих шихт, обеспечивающего увеличение периода эффективного удаления цинка из доменной печи без увеличения общей длительности мероприятия при использовании способа только на доменных печах малого объема 200-300 м3. Особенностью этих печей является низкая шахта (7,45 м), что позволяет сохранить нормальную газопроницаемость столба материалов при увеличении объема буферной шихты.
Технический результат - увеличение степени удаления цинка из шахты печи.
Это достигается тем, что в способе доменной плавки цинксодержащей шихты в печах объемом 200-300 м3, включающем загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и выхода колошникового газа, формирование буферного слоя, периодическое опускание уровня засыпи шихты, восстановление рабочего положения уровня засыпи шихты, формирование буферного слоя и восстановление рабочего положения уровня засыпи шихты осуществляют загрузкой шлакового щебня фракции 20-40 мм и кокса при соотношении их масс от 5,0:1,6 до 5,0:2,0.
Предлагаемый способ основан на том, что загрузка фракционированного шлакового щебня и кокса на опущенный уровень засыпи шихты сохраняет газодинамические характеристики буферного слоя и выход цинка с газовым потоком остается высоким вплоть до восстановления уровня засыпи. При этом также уменьшается осаждение частиц оксида цинка в порах кусков.
Экспериментально установлено, что при загрузке обычной железорудной шихты на опущенный уровень засыпи после первой же подачи выход цинка резко снижается - в 3-4 раза за счет уменьшения размеров межкусковых пустот и большей пористости железорудных материалов по сравнению с пористостью кусков шлакового щебня.
При загрузке последующих подач его выход снижается до обычного, соответствующего нормально работающей печи, хотя уровень засыпи еще не восстановлен. Поэтому восстановление уровня засыпи шихты до рабочего положения загрузкой фракционированного шлакового щебня и кокса сохраняет газодинамические условия буферного слоя и обеспечивает продление периода повышенного выхода цинка из доменной печи.
В доменных печах небольшого объема (200-300 м3) используется кокс со средним размером куска меньшим, чем в более крупных печах. У такого кокса наибольшей по объему является фракция 25-40 мм. Это обусловливает использование щебня также меньшей фракции по отношению к способу-прототипу. Поэтому при удалении цинка из доменных печей малого объема для формирования буферного слоя и восстановления рабочего положения уровня засыпи шихты оптимальным по отношению к коксу является использование щебня также фракции 20-40 мм в отличие от фракции 40-70, предусматриваемой прототипом.
Выбор соотношения масс щебня и кокса определился двумя факторами: необходимостью обеспечения теплом, генерируемым коксом, протекающих в печи процессов, а также необходимостью предотвращения переполнения расплавом шлака межкусковых пустот в слое кокса в нижней части печи. Для доменных печей малого объема это явление, влияющее на газопроницаемость зоны вязкопластичного состояния материалов, более критично по сравнению с печами большего объема.
Период повышенного выхода цинка из доменной печи равен сумме периодов формирования буферного слоя и восстановления рабочего положения уровня засыпи щихты. При такой организации мероприятия последующие порции обычных железорудных материалов, загружаемых на нормальный уровень засыпи, пройдут стадии их подготовки (нагрев, восстановление) без нарушения координат зон и периода протекания этих процессов. Вследствие этого устраняется возможность изменения и осложнения условий образования зоны когезии, формирования расплавов и качества чугуна.
Периодичность применения способа для каждой доменной печи, как крупной, так и малой по объему, определяется длительностью восстановления в ней зоны циркуляции цинка.
Пример.
Способ был реализован на доменной печи «А» объемом 200 м3, работающей с температурой колошникового газа 315°С, расходом дутья 766 м3/мин и его температурой 1100°С, расходом природного газа 0,105 нм3/тч. Давление дутья составляло 1,4 ати, колошникового газа 0,7 ати. Кокс в печь грузится отдельно от рудных материалов специальными коробками, вмещающими от 520 до 600 кг кокса.
В печь загружали цинксодержащую шихту, состоящую из окатышей Качканарского ГОКа (10,7%), местного агломерата (82,8%), остальное - различные добавки. Рабочее положение уровня засыпи шихты составляло 1,45 м от кромки большого конуса. Расчетные количества шлакового щебня и кокса, необходимых для удаления цинка, составили соответственно 45,0 и 15,5 т (среднее соотношение - 5,0:1,7), а число подач - 15.
В 7 ч 00 мин загрузили последнюю подачу с цинксодержащими железорудными материалами и уровень засыпи начали опускать. В 7 ч 10 мин начали формировать буферный слой. Загрузили 7 подач фракционированного шлакового щебня и кокса, ориентируясь по температуре колошникового газа 500°С: в том числе 4 нечетные подачи при соотношении масс щебня и кокса 5,0:1,1 (1 скип щебня и 1 коробка кокса) и 3 четных подачи с соотношением масс 5,0:3,3 (1 скип щебня и 3 коробки кокса). Среднее соотношение масс щебня и кокса в буферном слое 5,0:2,0. В 8 ч 33 мин загрузили последнюю нечетную подачу с ориентировкой по температуре колошникового газа.
В 8 ч 40 мин начали восстанавливать рабочее положение уровня засыпи шихты подачами, также содержащими шлаковый щебень и кокс. Загрузили 8 восстановительных подач, в том числе 4 подачи, составленные из 2 скипов щебня и 4 коробок кокса (четные, соотношение масс 5,0:2,27), и 4 подачи, составленные из 2 скипов щебня и 2 коробок кокса (нечетные, соотношение масс 5,0:1,12). В 9 ч 30 мин измерительные шомполы зафиксировали положение уровня на глубине 2 м. В 10 ч 05 мин, после загрузки 3 подач с соотношением масс щебня и кокса 5,0:2,2 рабочее положение уровня засыпи (1,45 м) было восстановлено. Среднее соотношение масс щебня и кокса в восстановительных подачах составило 5,0:1,8. В 10 ч 15 мин начали грузить обычную цинксодержащую железорудную шихту.
На этом мероприятие по удалению цинка из доменной печи «А» объемом 200 м3, которое длилось 3 ч 15 мин, было завершено. Период повышенного выхода цинка из доменной печи вследствие восстановления рабочего положения уровня засыпи шихты загрузкой фракционированного шлакового щебня и кокса увеличился на 1 ч 40 мин.
В период реализации способа контролировали ход доменной печи и отбирали пробы колошниковой пыли (табл.1). Результаты использования способа представлены в табл.2, в которой также приведены показатели работы доменной печи «Б» равного объема, проплавляющей шихту такого же состава, как и печь «А», и работающей при одинаковых параметрах процесса: температура колошникового газа 305°С, расход дутья 750 нм3/мин, температура дутья 1100°С, расход природного газа 0,101 нм3/тч, давление дутья и колошникового газа 1,4 и 0,7 ати. Система загрузки такая же, как и на печи «А».
Сопоставление показателей работы печей показывает, что на печи «А» они улучшились в значительно большей степени, чем показатели печи «Б».
Результаты применения предлагаемого способа показывают, что восстановление рабочего положения уровня засыпи шихты загрузкой фракционированного шлакового щебня и кокса при проведении мероприятия по удаления цинка из доменной печи увеличивает период повышенного его выхода на 45-50%.
| Таблица 1 Количество цинка в пробах шлама газоочистки ДП «А» | |||||||
| № пробы | Время отбора пробы, час.мин | Выход цинка | № пробы | Время отбора пробы, час.мин | Выход цинка | ||
| % | кг | % | кг | ||||
| 1 | 7.00 | 0,78 | 2,617 | 15 | 9.20 | 7,8 | 2,371 |
| 2 | 7.10 | 2,4 | 3,597 | 16 | 9.25 | 8,0 | 1,635 |
| 3 | 7.20 | 6,8 | 5,560 | 17 | 9.30 | 8,8 | 2,371 |
| 4 | 7.30 | 7,8 | 6,378 | 18 | 9.35 | 8,2 | 1,308 |
| 5 | 7.40 | 7,8 | 6,378 | 19 | 9.40 | 8,0 | 1,226 |
| 6 | 7.50 | 7,0 | 5,724 | 20 | 9.45 | 9,6 | 2,289 |
| 7 | 8.00 | 6,4 | 5,233 | 21 | 9.50 | 10,6 | 2,289 |
| 8 | 8.05 | 6,4 | 2,616 | 22 | 9.55 | 12,2 | 4,988 |
| 9 | 8.15 | 7,6 | 3,761 | 23 | 10.00 | 8,6 | 3,516 |
| 10 | 8.23 | 6,0 | 3,924 | 24 | 10.05 | 12,0 | 4,906 |
| 11 | 8.32 | 7,8 | 5,740 | 25 | 10.10 | 11,0 | 2,044 |
| 12 | 8.50 | 7,4 | 6,476 | 26 | 10.15 | 11,5 | 3,107 |
| 13 | 9.00 | 8,6 | 2,943 | 27 | 10.20 | 8,0 | 3,270 |
| 14 | 9.15 | 7,4 | 5,396 | 28 | 10.25 | 4,4 | 3,020 |
Общий выход цинка с твердой взвесью шлама в период отбора проб равен сумме выхода в отдельные интервалы и составил 102,7 кг. Количество цинка в сухой части колошниковой пыли 10-15 кг. Количество цинка, унесенное водой газоочистки 8-25 кг. Общий выход цинка за контролируемый период 120-140 кг.
| Таблица 2 Усредненные технико-экономические показатели работы доменных печей «А» и «Б» в базовом и опытном периодах | ||
| Показатель | Доменная печь | |
| А | Б | |
| Объем доменной печи, м3 | 200,0 | 200,0 |
| Расход дутья, м3/мин | 766,0 | 750,0 |
| Температура горячего дутья, °С | 1100 | 1100 |
| Давление горячего дутья, ат | 1,4 | 1,4 |
| Давление под калашником, ат | 0,7 | 0,7 |
| Расход природного газа/нм3/тч | 0,105 | 0,101 |
| Температура колошникового газа, °С | 315 | 305 |
| Производительность, т/сутки: | ||
| базовый период | 517,0 | 489,0 |
| опытный период | 583,0 | 509,0 |
| Изменение производительности: | ||
| т/сутки | +66,0 | +20,0 |
| % к базе | +12,76 | +4,08 |
| Удельный расход кокса, кг/т чугуна: | ||
| базовый период | 521,0 | 543,4 |
| опытный период | 505,0 | 544,0 |
| Изменение удельного расхода кокса: | ||
| кг/т чугуна | -16,0 | +1,0 |
| % к базе | -3,07 | +0,184 |
Источники информации
1. RU патент №2074893, МПК С 21 В 5/00, 1997.
2. RU патент №2186117, МПК С 21 В 5/00, 2002.
Способ доменной плавки цинксодержащей шихты в печах объемом 200-300 м3, включающий загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и выхода колошникового газа, формирование буферного слоя, периодическое опускание уровня засыпи шихты, восстановление рабочего положения уровня засыпи шихты, отличающийся тем, что формирование буферного слоя и восстановление рабочего положения уровня засыпи шихты осуществляют загрузкой шлакового щебня фракции 20-40 мм и кокса при соотношении их масс от 5,0:1,6 до 5,0:2,0.
