Способ доменной плавки
Владельцы патента RU 2283872:
Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" (RU)
Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве чугуна и ферросплавов. Способ включает периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки, контроль состава и количества загружаемых в доменную печь шихтовых материалов и продуктов доменной плавки, определение улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, при этом контролируют поступление в доменную плавку железа, кальция, кремния и их распределение между продуктами плавки и определяют потери железа со скрапом желобов литейного двора, разливочных машин и чугуновозных ковшей и с чугуном, увлекаемым на выпусках по соответствующим соотношениям. Использование изобретения повышает достоверность контроля неизбежных потерь железа, а также устраняет затраты на инструментальное определение этих значений. 2 табл.
Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве чугуна и ферросплавов.
Известны способы составления материального баланса доменной плавки, основанные на расчете шихты, выхода шлака и газа на тонну чугуна [Металлургия чугуна. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н., Юсфин Ю.С., Клемперт В.М., М.: Металлургия, 1989, 512 с.].
Однако эти способы не отражают реальных условий протекания доменной плавки, сопровождающейся выносом из печи мелких частиц шихты, потерями чугуна со скрапом и шлаком, что не позволяет достоверно составлять баланс железа доменной плавки и, тем самым, проводить всесторонний анализ хода доменного процесса для принятия своевременных решений по управлению технологическими процессами.
Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ ведения доменной плавки, включающий периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки и непрерывный контроль состава и количества загружаемых в доменную печь шихтовых материалов и продуктов доменной плавки, в том числе чугуна, шлака, улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц. Известный способ позволяет по балансу элементов, которые не переходят в чугун, оценивать текущее изменение количества железа в неулавливаемых пылеватых продуктах доменной плавки (Патент РФ N 2164243, МПК 7 С 21 В 5/00).
Недостатком известного технического решения является необходимость проведения дорогостоящего и трудоемкого инструментального измерения потерь железа со скрапом из желобов литейного двора доменных печей, чугуновозных ковшей, рабочих площадок разливочных машин, а также с чугуном, увлекаемым шлаком на выпусках. Имеющая место флуктуация теплового состояния доменных печей, свойств шлака, дренажной способности горна определяет не только величину указанных потерь, но и частоту проведения этих измерений. К недостатку также следует отнести низкую достоверность результатов оценки потерь железа в виде скрапа из желобов литейных дворов доменных печей, с рабочих площадок разливочных машин, из чугуновозных ковшей, а также в виде чугуна, увлекаемого шлаком на выпусках жидких продуктов доменной плавки, что не позволяет проводить всесторонний анализ работы доменных печей, устанавливать причины отклонений от нормального хода печей и принимать своевременно корректирующие решения по управлению доменной плавкой.
Задачей изобретения является повышение достоверности контроля величины неизбежных потерь железа в виде скрапа из желобов литейных дворов доменных печей, разливочных машин, чугуновозных ковшей и чугуна, увлекаемого шлаком на выпусках, а также устранение затрат на инструментальное определение значения этих величин.
Поставленная задача решается тем, что в способе доменной плавки, включающем периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки и непрерывный контроль состава и количества загружаемых в доменную печь материалов и продуктов доменной плавки, в том числе чугуна, шлака, улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, определяют потери железа со скрапом из желобов литейных дворов доменных печей, разливочных машин и чугуновозных ковшей (Feс) и чугуном, увлекаемым шлаком на выпусках жидких продуктов доменной плавки (Feш), соответственно по следующим соотношениям, кг/т чугуна:
Feс=[Fe]{Si-28(SiO2'+SiO2''+SiO2''')/60-10[Si]}/[Si],
Feш=Fe-Fe'-Fe''-56 FeO'''/72-10[Fe]-Fec,
где Si - количество кремния, загружаемого в доменную печь с шихтой, кг/т чугуна;
SiO2', SiO2'' - соответственно количество оксида кремния, уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/ т чугуна;
SiO2''', FeO''' - соответственно содержание оксида кремния и закиси железа в шлаке, кг/т чугуна;
[Fe], [Si] - соответственно содержание железа и кремния в чугуне, %;
Fe, Fe', Fe'' - соответственно количество железа, загружаемого в доменную печь с шихтой и уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;
28, 56 - соответственно атомные массы кремния и железа;
60 - молекулярная масса оксида кремния;
10 - коэффициент пересчета количества соответствующих компонентов на 1 т чугуна.
Значения составляющих элементов выражений определяются из оперативной информации, отражающей текущие изменения технологических параметров в технических отчетах и на электронных носителях, что позволяет своевременно и целенаправленно использовать получаемую информацию для оценки хода доменной печи и принятия необходимых технологических решений.
Необходимость в проведении инструментальных измерений с затратами на определение выхода соответствующих продуктов плавки и их химического состава отпадает, поскольку предложенное распределение железа между различными продуктами доменной плавки учитывает физические и физико-химические закономерности поведения основных элементов в условиях доменной плавки, а также компонентов шихты при загрузке печи и продуктов плавки при их транспортировке соответственно.
Предложенный способ осуществляется следующим образом.
Контролируется поступление в доменную плавку железа, кальция, кремния и их распределение между продуктами плавки (чугуном, шлаком, пылеватыми продуктами и скрапом) путем составления баланса кальция для определения количества железа в неулавливаемых пылеватых продуктах и балансов кремния и железа соответственно с целью определения количества металлического железа в скрапе и шлаке.
Предлагаемый способ был опробован в доменном цехе ОАО "ММК".
В исследуемых периодах ("А" и "Б") доменные печи загружали окускованным железорудным сырьем и коксом. С целью коррекции оптимального состава шлака в качестве флюсующих добавок грузили сырой известняк и кварцит. Поступление в доменные печи кальция, железа и кремния с шихтовыми материалами отражено в таблице 1.
Количество железа (как и любого другого элемента или соединения), теряемое с неулавленными продуктами доменной плавки (Fe'), представленными мелкими твердыми частицами, определяли по прототипу с помощью выражения:
Fe'=Fe''[Ca-Ca''-40(СаО)Ш/56100]/Ca'',
где Fe'' - количество железа в улавливаемых продуктах доменной плавки (колошниковая пыль, шлам, вентиляционная пыль), представленных компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;
Ca, Ca'' - соответственно количество кальция, загружаемого в печь шихтой и в улавливаемых пылеватых продуктах, кг/т чугуна;
Ш - выход шлака, кг/т чугуна;
СаО - содержание оксида кальция в шлаке, %;
40 - атомная масса кальция;
56 - молекулярная масса оксида кальция.
Результаты расчетов по предложенным выражениям, а также отдельные статьи общего баланса железа по прототипу (I) и предложенному решению (II) представлены в таблице 2 для двух периодов работы доменного цеха. Данные последней таблицы свидетельствуют о том, что применение известной методики обработки информации о работе доменных печей не отражает реальные ситуации, складывающиеся в разные периоды работы доменных печей. Об этом свидетельствуют разнознаковые значения невязок балансов железа, соизмеримые с отдельными статьями балансов. Так, период "А" был характерен проплавкой агломерата с более высоким содержанием мелочи (0-5 мм), повышенным расходом кокса и выходом уловленной пыли, ростом количества перешихтовок и осадок из-за неровного хода печей, а следовательно, и нестабильного их теплового состояния. В свою очередь, это приводит к изменению температуры чугуна и подвижности шлака, а, следовательно, к изменению количества образующегося скрапа в желобах литейных дворов доменных печей и чугуновозных ковшах, а также массы чугуна, увлекаемого шлаком на выпусках. Тем не менее, по известному решению в обоих периодах эти явления не находят отражения в соответствующих статьях баланса железа. Так, значения количества чугуна, увлекаемого шлаком (3% от массы шлака по известному решению), равно как и скрапа, остаются практически неизменными.
Таким образом, расчеты потерь железа с неулавливаемыми продуктами доменной плавки по прототипу позволяют отражать складывающуюся ситуацию при изменении механической прочности сырья, но не отражают изменения теплового и шлакового режимов работы доменных печей, дренажной способности горна при оценке выхода скрапа и количества увлекаемого со шлаком чугуна.
Достоверный и оперативный контроль количества и состава побочных продуктов доменной плавки по предложенному решению позволяет своевременно принимать необходимые технологические решения на основе комплексной оценки хода доменного процесса и работы оборудования доменных печей от приемных бункеров до чугуновозных и шлаковозных ковшей, что выражается в сведении к минимуму величины значения невязки (за счет уменьшения в ней доли неучтенных потерь железа) при составлении баланса железа. При этом целенаправленное использование текущей информации о работе доменных печей позволяет избежать проведения дорогостоящих и инструментальных измерений для определения выхода побочных продуктов доменной плавки и их химического состава и снизить величину объема чугуна, снимаемого на зашлакованность до 0,4% и менее.
| Таблица 1 Характеристика сырья и продуктов доменной плавки | |||
| № п/п | Параметры | Значение параметров в различные периоды работы доменного цеха | |
| А | Б | ||
| 1 | Поступило с шихтой, кг/т чугуна: | ||
| - железа (Fe); | 995,5 | 995 | |
| - кремния (Si); | 58,09 | 58,831 | |
| - кальция (Са) | 83,618 | 87,31 | |
| 2 | Содержание окускованного сырья в железорудной части шихты, %: | ||
| - агломерата; | 58,692 | 60,594 | |
| - окатышей | 41,24 | 39,406 | |
| 3 | Содержание мелочи (0-5 мм) в агломерате, % | 13,3 | 13,0 |
| 4 | Расход кокса, кг/т чугуна | 449,9 | 441,9 |
| 5 | Количество, шт./1000 т чугуна: | ||
| - осадок; | 0,01 | 0,003 | |
| - перешихтовок | 0,284 | 0,2 | |
| 6 | Выход шлака (Ш), кг/т чугуна | 289,787 | 296,973 |
| 7 | Содержится в шлаке: | ||
| - оксида кремния (SiO2'''), кг/т чугуна; | 104,862 | 107,329 | |
| - закиси железа (FeO'''), кг/т чугуна; | 0,661 | 0,686 | |
| - оксида кальция (СаО), % | 39,076 | 39,821 | |
| 8 | Вынос колошниковой пыли, кг/т чугуна | 28,32 | 25 |
| 9 | В колошниковой пыли содержится, кг/т чугуна: | ||
| - оксида кремния; | 1,804 | 1,555 | |
| - кальция | 1,202 | 1,038 | |
| 10 | Вынос шлама, кг/т чугуна | 11,9 | 22,2 |
| 11 | В шламе содержится, кг/т чугуна: | ||
| - оксида кремния; | 0,608 | 1,099 | |
| - кальция | 0,351 | 0,664 | |
| 12 | Вынос вентиляционной пыли, кг/т чугуна | 1,1 | 1,3 |
| 13 | Вентиляционная пыль содержит, кг/т чугуна: | ||
| - кремнезема; | 0,046 | 0,054 | |
| - кальция | 0,055 | 0,065 | |
| 14 | В чугуне содержится, %: | ||
| - железа ([Fe]); | 94,45 | 94,31 | |
| - кремния ([Si]) | 0,717 | 0,656 |
| Таблица 2 Эффективность контроля потерь железа в доменной плавке | |||||
| № п/п | Показатели | Способ контроля потерь железа | |||
| I | II | ||||
| Период работы доменного цеха | |||||
| А | Б | А | Б | ||
| 1 | В чугуне содержится железа (10 [Fe]), кг/т чугуна | 944,5 | 943,1 | 944,5 | 943,1 |
| 2 | В шлаке содержится железа в виде, кг/т чугуна: | ||||
| - закиси железа (56 FeO'''/72); | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |
| - чугуна (Feш) | 8,2 | 8,4 | 10,305 | 6,509 | |
| 3 | В скрапе содержится железа (Fec), кг/т чугуна | 4,5 | 4,5 | 4,49 | 5,031 |
| 4 | Уловленные продукты содержат железа (Fe'), | 21 | 24,8 | 21 | 24,8 |
| кг/т чугуна, в том числе: | |||||
| - колошниковая пыль | 14,1 | 12,4 | 14,1 | 12,4 | |
| - шлам; | 6,3 | 11,7 | 6,3 | 11,7 | |
| - вентиляционная пыль | 0,6 | 0,7 | 0,6 | 0,7 | |
| 5 | В неуловленных продуктах содержится железа (Fe''), кг/т чугуна | 14,705 | 15,06 | 14,705 | 15,06 |
| 6 | Невязка баланса железа, кг/т чугуна | -2,095 | +1,36 | - | - |
| 7 | Величина объема чугуна, снятого на зашлакованность, % | 0,5 | 0,4 |
Способ доменной плавки, включающий периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки и непрерывный контроль состава и количества загружаемых в доменную печь шихтовых материалов и продуктов доменной плавки, в том числе чугуна, шлака, улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц с учетом потерь железа, отличающийся тем, что определяют потери железа со скрапом из желобов литейного двора, разливочных машин и чугуновозных ковшей (Fec) и чугуном, увлекаемым шлаком на выпусках жидких продуктов доменной плавки (Feш), соответственно по следующим соотношениям, кг/т чугуна:
Fec=[Fe]{Si-28(SiO2'+SiO2"+SiO2'")/60-10[Si]}/[Si],
Feш=Fe-Fe'-Fe"-56FeO'"/72-10[Fe]-Fec,
где Si - количество кремния, загружаемого в доменную печь с шихтой, кг/т чугуна;
SiO2', SiO2" - соответственно количество оксида кремния, уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;
SiO2'", FeO'" - соответственно содержание оксида кремния и закиси железа в шлаке, кг/т чугуна;
[Fe], [Si] - соответственно содержание железа и кремния в чугуне, %;
Fe, Fe', Fe" - соответственно количество железа, загружаемого в доменную печь с шихтой и уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;
28, 56 - соответственно атомные массы кремния и железа;
60 - молекулярная масса оксида кремния;
10 - коэффициент пересчета количества соответствующих компонентов на 1 т чугуна.
