Способ доменной плавки

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при загрузке шихтовых материалов в доменные печи. Способ доменной плавки включает загрузку в печь железорудной части шихты и топливной ее части, состоящей из кокса и каменного угля, регулирование при загрузке расхода кокса и каменного угля, при этом загрузку каменного угля фракции 40-150 мм в количестве 80-90 кг/т чугуна осуществляют в центральную зону доменной печи. Данный способ доменной плавки обеспечивает ровный ход доменной печи, повышение ее производительности на 0,9-1,0% и позволяет снизить удельный расход кокса на 2,3-3,0%. 1 табл.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам ведения доменной плавки.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудной части шихты и топливной ее части, состоящей из кокса и каменного угля, расход которого в ней определяют по контрольным параметрам, и регулирование при загрузке расхода кокса и каменного угля, причем определяют количество фракций более 40 мм, более 25 мм и менее 10 мм для кокса и каменного угля, по этим величинам в качестве контрольных параметров находят коэффициенты физико-механических свойств кокса и каменного угля, η_k и η_у, а также определяют предельный коэффициент физико-механических свойств для данного вида кокса η_кпр и по найденным значениям коэффициентов определяют максимальный расход каменного угля Y в топливной части шихты из следующего соотношения:

где К - минимальный расход кокса в топливной части шихты, доли ед. [патент RU №2083675, МПК⁶ С 21 В 3/00, 1997].

Недостатком данного способа является несоответствие контрольных параметров кокса и каменного угля, определенных в холодном состоянии, от получаемых в процессе обработки кокса и каменного угля горячими печными газами. Это приводит к ошибкам в определении максимального расхода угля в топливной составляющей, повышению расхода кокса и снижению производительности доменной печи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудной части шихты и топливной ее части, состоящей из кокса и каменного угля, расход которого в ней определяют по контрольным параметрам, и регулирование при загрузке расхода кокса и каменного угля, причем перед загрузкой определяют термическую стойкости каменного угля и послереакционную прочность кокса, по их величинам в качестве контрольного параметра находят потенциал образования мелких фракций в топливной части шихты и определяют в ней максимальный расход каменного угля из следующего соотношения:

где Y_пом - потенциал образования мелких фракций в топливной части шихты, %;

τ_птс - термическая стойкость каменного угля, %;

τ_csr - послереакционная способность кокса, %;

У - максимальный расход угля в топливной части шихты, %;

А - коэффициент пропорциональности, доли ед. [патент RU №2176272, МПК⁶ С 21 В 3/00, 2000].

Недостатком данного способа является то, что максимальный расход угля в топливной части шихты рассчитывается без учета влияния на его расход приемов загрузки в газодинамические зоны доменной печи, в которых уголь подвергается разной интенсивности тепловой, механической и химической обработке, что в значительной степени затрудняет определение фактических характеристик угля. Помимо этого, не установлен уровень оптимальной крупности загружаемого угля, определяющий наиболее рациональную газопроницаемость столба шихтовых материалов. Все это не позволяет с высокой точностью устанавливать действительно возможный максимальный расход каменного угля (70 кг/т чугуна) в топливной составляющей шихты, что приводит повышению расхода кокса и снижению производительности доменной печи.

Задачей изобретения является обеспечение ровного хода доменной печи, снижение удельного расхода кокса и повышение производительности за счет повышения газопроницаемости и восстановительного потенциала газов в центральной зоне, активизации работы горна, интенсификации процесса доменной плавки.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе доменной плавки, включающем загрузку в печь железорудной части шихты и топливной ее части, состоящей из кокса и каменного угля, и регулирование при загрузке расхода кокса и каменного угля, согласно изобретению загрузку каменного угля фракции 40-150 мм в количестве 80-90 кг/т чугуна осуществляют в центральную зону печи.

Технический результат заключается в том, что при реализации заявляемого способа доменной плавки загрузка каменного угля фракции 40-150 мм в количестве 80-90 кг/т чугуна в центральную зону доменной печи, характеризующуюся сравнительно невысокими разрушающими нагрузками на уголь и кокс, повышает ее газопроницаемость и восстановительный потенциал, активизирует работу горна и увеличивает интенсивность процесса доменной плавки. При этом достигается снижение удельного расхода кокса на 2,3-3,0% и увеличение производительности доменной печи на 0,9-1,0%.

Целесообразность загрузки каменного угля в центральную зону доменной печи подтверждается результатами лабораторных исследований и промышленных испытаний поведения угля и кокса в этой зоне, на основании которых установлено практически незначительное уменьшение исходного среднего размера кусков при их движении от колошника до горизонта воздушных фурм, т.е. уголь, как и кокс, в центральной зоне доменной печи подвергается действию относительно меньших разрушающих нагрузок. Центральная зона доменной печи характеризуется относительно низкими рудными нагрузками и повышенным потенциалом горновых газов за счет их обогащения водородом из летучих веществ угля. Это способствует более полному восстановлению железорудных материалов и приходу в горн сформировавшихся по химическому составу и в достаточной мере прогретых продуктов плавки. Дренажная способность горна улучшается, интенсивность плавки повышается.

Практикой работы доменных печей установлено, что в ее периферийной и промежуточной зоне уголь и кокс подвергаются воздействию более высоких рудных, тепловых, химических нагрузок, чем в центральной зоне, и частично разрушаются с образованием мелочи, способствующей уплотнению столба шихтовых материалов в этих газодинамических зонах, и снижению его газопроницаемости. Вследствие чего наблюдаются ухудшение работы горна из-за его загромождения неподготовленными материалами и снижение интенсивности процесса плавки.

Загрузка каменного угля крупностью 40-150 мм в центральную зону доменной печи позволяет значительно повысить газопроницаемость этой зоны и активизировать работу горна доменной печи (исключение явлений загромождения, улучшение дренажной способности и стабилизация температурного поля).

Экспериментально установлено, что каменный уголь фракции 40-150 мм характеризуется более высокой термической стойкостью и механической прочностью. Загрузка каменного угля крупностью менее 40 мм в центральную зону доменной печи нецелесообразна, так как он под воздействием разрушающих нагрузок в печи почти полностью переходит в класс 40-25 мм, который, по практическим данным, значительно ухудшает газопроницаемость столба шихтовых материалов. Загружать каменный уголь фракции более 150 мм в центральную зону доменной печи нежелательно из-за повышенной его дробимости при тепловой обработке, обусловленной значительным содержанием в нем летучих веществ, которые при выделении разрушают куски угля с образованием мелочи, ухудшая, тем самым, газопроницаемость столба шихтовых материалов.

Расход угля в топливной части шихты зависит от газодинамических условий в центральной зоне доменной печи, в которой уголь и кокс подвергаются воздействию относительно меньших разрушающих нагрузок.

Промышленными и лабораторными исследованиями установлено, что уголь, как и кокс в столбе шихты в доменной печи наряду с выполнением своей главной функции - тепловой и химической, в то же время является конструкционным материалом, обеспечивающим газопроницаемость этого столба шихты и создающим для него опору. Выполнение этой функции угля и кокса исключительно зависит от их физических свойств: механической прочности, термической стойкости и послереакционной прочности, которые, в свою очередь, определяют степень развития объемной газопроницаемости столба "сухой" шихты и зоны когезии, а также тепловую и дренажную работу горна.

Лабораторными исследованиями установлено, что значения этих прочностных показателей у угля на 3-7% (абс.) меньше, чем у кокса, что и обусловливает их высокую функциональную адекватность в процессе формирования высокой газопроницаемости столба шихты в центральной зоне печи, в которой уголь крупной части фракции (более 60 мм) способствует разрыхлению центрального столба шихты. Следовательно, при загрузке угля фракции 40-150 мм формируются оптимальные газодинамические условия в центральной зоне печи, которые наиболее благоприятны для достижения максимального расхода угля в топливной части шихты, действительная величина которого определена экспериментальным путем.

Промышленными испытаниями установлено, что при загрузке каменного угля в центральную зону доменной печи в количестве менее 80 кг/т чугуна достигаются меньшая экономия кокса и производительность печи. При загрузке каменного угля в количестве более 90 кг/т чугуна отмечаются увеличение расхода кокса и снижение производительности за счет преимущественного развития центрального газового потока и снижения интенсивности плавки по руде.

Пример. Предлагаемый способ доменной плавки испытан на доменной печи №1 ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат" полезным объемом 3000 м. Данные промышленных испытаний по прототипу (пример 1) и предлагаемому способу (пример 2-6) доменной плавки представлены в таблице.

Железорудная часть шихты состояла из 92% агломерата ОАО "ЗСМК" и 8% окатышей Качканарского ГОКа. В топливной части шихты использовали кокс ОАО "ЗСМК" и кусковый каменный уголь марки ССПК Бачатского разреза.

Из каменного угля выделяли фракцию 40-150 мм, взвешивали железорудную и топливную часть шихты, состоящую из кокса и каменного угля. Расход угля выдерживали в количестве 85 кг/т чугуна (пример 4). Сумма железорудных составляющих в шихте составляла 54 т, в том числе агломерата 49,68 т, окатышей 4,32 т, топливных составляющих шихты 16,22 т, в том числе кокса 13,5 т, угля 2,72 т.

Загрузку железорудной части шихты и топливной составляющей (кокс, уголь) осуществляли по циклу из 10 порций железорудных и коксовых составляющих, укладка их на поверхности колошника производилась по десяти равновеликим кольцевым зонам на фиксированные (6, 5, 4, 0 и т.п.) или переменные (6-5, 7-4, 0-0 и т.п.) радиусы. При загрузке регулировали расход кокса и каменного угля. Весь кусковый уголь загружали в центральную зону доменной печи (радиус 0-0).

Испытания подтвердили, что при реализации способа доменной плавки с заявляемой последовательностью операций и его параметрами достигаются оптимальные показатели процесса доменной плавки. При этом, в сравнении с прототипом, обеспечивался ровный форсированный ход доменной печи, снижение удельного расхода кокса (на 3,0%) и повышение производительности доменной печи до 1,0%.

Промышленные испытания доказали, что осуществление способа доменной плавки при значениях параметров, выходящих за заявляемые пределы (пример 2, 6) нежелательно, т.к. основные технико-экономические показатели работы доменной печи, в сравнении с прототипом, ухудшаются: удельный расход кокса увеличивается на 0,07-0,1%, а производительность доменной печи снижается на 0,1-0,11%.

Предлагаемый способ доменной плавки промышленно применим на доменных печах металлургических предприятий, реализация заявляемого способа не требует капитальных затрат и обеспечивает снижение себестоимости выплавляемого чугуна при максимальном расходе каменного угля.

Таблица
Показатели	Примеры
1	2	3	4	5	6
Производительность, %	100	99,89	100,95	101,0	100,91	99,9
Расход кокса, %	100	100,1	97,95	97,0	97,72	100,07
Расход угля, кг/т чугуна	70	79	80	85	90	91
Содержание фракции 40-150 мм, %	-	97,6	97,8	97,5	97,5	97,7

Способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудной части шихты и топливной ее части, состоящей из кокса и каменного угля, регулирование при загрузке расхода кокса и каменного угля, отличающийся тем, что загрузку каменного угля фракции 40-150 мм в количестве 80-90 кг/т чугуна осуществляют в центральную зону доменной печи.