Способ доменной плавки

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах. Способ включает введение в шихту окатышей, агломерата, кокса, металлодобавок, флюса и коксозаменителей, электросталеплавильного шлака окислительного периода фракции 10-80 мм с содержанием 25-44% FeO, 5-23% корольков железа и основностью 1,8-3,6 и шунгит фракции 10-80 мм с содержанием углерода не менее 25% при следующем соотношении материалов, мас.%: агломерат 40-74; окатыши 5-25; руда не более 3,5; металлодобавки не более 10; кокс 12-26; уголь 1-6; электросталеплавильный шлак окислительного периода 0,1-18; шунгит 0,1-5, при этом отношение CaO/SiO₂ шихты поддерживают 0,80-1,10. Использование изобретения позволяет снизить себестоимость чугуна, увеличить срок службы доменной печи, улучшить качество выплавляемого чугуна, повысить производительность доменной печи.

 

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

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топлива, загрузку в заданную зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, в котором в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковой шунгит, смешивая его при загрузке в печь с коксом и загружая в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника, а содержание кремния в чугуне поддерживают в заданных пределах, изменяя положение этой кольцевой зоны на колошнике, причем для увеличения содержания кремния в чугуне на 0,1% указанную зону перемещают к центру колошника печи и увеличивают ее площадь на 10-20% за счет уменьшения радиуса внутренней границы зоны, а для уменьшения содержания кремния в чугуне на 0,1% указанную зону перемещают к переферии колошника и увеличивают ее площадь на 10-20% за счет увеличения радиуса внешней границы зоны [1].

Существенными недостатками данного способа доменной плавки являются:

- высокая себестоимость чугуна в связи с повышенным количеством шунгита, необходимого для поддержания и регулировки содержания кремния в чугуне;

- невозможность получения чугуна заданного состава в течение короткого промежутка времени при изменении зоны загрузки шунгита вследствие большой инерционности печи.

Известен также способ выплавки передельного чугуна в доменной печи, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную кольцевую зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, при котором в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковой шунгит, смешивают его при загрузке в печь с коксом и загружают в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусом 0,1 и 0,95 радиуса колошника, причем количество загружаемого шунгита поддерживают в пределах 0,5-15% от суммарной массы углерода, загружаемого в печь кокса и вдуваемой в фурмы топливной добавки, а загрузку его в печь ведут периодически с периодом 0,2-0,6 длительности цикла загрузки [2].

Существенным недостатком данного способа выплавки передельного чугуна является:

- неэффективное использование твердой углеродсодержащей добавки шунгита при смешивании его с коксом, приводящее к невозможности образования карбидов кремния, и как следствие, отсутствие образования гарнисажа на стенках горна печи и снижение срока службы доменной печи.

Известен также способ выплавки передельного чугуна в доменной печи, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную кольцевую зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, при котором в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковой шунгит с содержанием углерода 20-36%, смешивая его при загрузке в печь с коксом и загружая в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусом 0,1 и 0,95 радиуса колошника, причем количество загружаемого шунгита поддерживают в пределах 0,5-15% от суммарной массы углерода загружаемого в печь кокса и вдуваемой в фурмы топливной добавки [3].

Существенными недостатками данного способа выплавки передельного чугуна являются:

- незначительное снижение расхода кокса в связи с отсутствием регламентации фракционного состава твердой углеродсодержащей добавки шунгита;

- не определена основность шихты, в связи с чем загрузка материала не гарантирует стабильность химического состава производимого чугуна.

Известен также способ доменной плавки, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, в котором в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковой шунгит, смешивая его при загрузке в печь с коксом и загружая в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника, причем основность железорудных материалов по модулю (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) при загрузке шунгита увеличивают на 0,001-0,004 на каждый кг шунгита, загружаемого в печь в расчете на 1 т чугуна [4].

Существенными недостатками данного способа доменной плавки являются:

- отсутствие эффективной защиты футеровки в результате отсутствия гарнисажа в горне доменной печи вследствие ограничения пределов загрузки шунгита радиусами колошника и смешения его с коксом;

- снижение производительности доменной печи вследствие уменьшения содержания в шихте железорудных материалов с высоким содержанием оксидов железа, приводящей к снижению его механической прочности.

Известен также способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудных материалов, кокса и металлодобавки фракцией 10-120 мм, в котором в качестве металлодобавки используют магнитную часть сталеплавильного шлака основностью 0,9-1,4 с содержанием фракции 10-40 мм более 80%, при этом загрузку металлодобавки осуществляют в центральную зону печи с расходом 11-80 кг/т чугуна [5].

Существенными недостатками данного способа доменной плавки являются:

- снижение производительности доменной печи из-за возникающих через определенный промежуток времени расстройств хода печи, в связи с кратковременным снижением расхода кокса при загрузке материала в центральную зону доменной печи и дальнейшим развитием периферийного потока газов;

- высокая себестоимость выплавляемого чугуна из-за высокого расхода кокса и дополнительных затрат на производство продукта переработки металлургического шлака вследствие необходимости выделения его магнитной составляющей и дополнительной сортировки.

Известна также, выбранная в качестве прототипа [6], шихта для выплавки литейного чугуна, содержащая кокс, окускованные железорудные материалы, флюс, кремний- и марганецсодержащие добавки, которая дополнительно содержит железную руду и металлодобавки, причем в качестве кремнийсодержащей добавки используют шунгитовую горную породу, а в качестве флюса - известняк и доломит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кокс	24-32
Железная руда	0-35
Металлодобавки	0-5
Марганецсодержащие добавки	0-3
Известняк	1,5-5
Доломит	1,5-3
Шунгитовая горная порода	0,5-3
Окускованные железорудные материалы	остальное,

причем отношение массы кремния в шунгитовой горной породе к массе железа в железной руде и металлодобавках составляет 0,008-0,25.

Существенными недостатками данной шихты для выплавки литейного чугуна являются:

- высокий расход кокса, связанный с введением в шихту известняка и доломита;

- низкая производительность доменной печи, возникающая вследствие образования "замусоренности" горна печи.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются:

- снижение себестоимости чугуна;

- увеличение срока службы доменной печи;

- улучшение качества выплавляемого чугуна;

- повышение производительности доменной печи.

Для этого предлагается способ доменной плавки, включающий загрузку в печь шихты, содержащей окатыши, агломерат, кокс, металлодобавки и шунгит, в котором в шихту дополнительно вводят уголь и электросталеплавильный шлак окислительного периода фракции 10-80 мм с содержанием 25-44% FeO, 5-23% корольков железа и основностью 1,8-3,6, причем в шихте используют шунгит фракции 10-80 мм с содержанием углерода не менее 25% при следующем соотношении материалов, мас.%:

Агломерат	40-74
Окатыши	5-25
Руда	не более 3,5
Металлодобавки	не более 10
Кокс	12-26
Уголь	1-6
Электросталеплавильный шлак
окислительного периода	0,1-18
Шунгит	0,1-5,

при этом отношение CaO/SiO₂ шихты поддерживают 0,80-1,10.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.

Количество агломерата принято исходя из того, что при загрузке агломерата менее 40% от общего количества загружаемой шихты невозможно добиться ведения ровного хода доменной печи, а при загрузке агломерата более 74% наблюдается захолаживание доменной печи вследствие снижения расхода кокса.

Количество окатышей принято исходя из того, что при загрузке окатышей менее 5% не удается добиться требуемой производительности доменной печи из-за общего содержания железа в данной шихте, а при загрузке окатышей более 25% происходит резкое ухудшение качества выплавляемого чугуна, что в дальнейшем переделе не позволяет получать рельсовую сталь с низкой концентрацией титансодержащих оксидных включений.

Руда вводится в состав доменной шихты для корректировки шлакового режима печи, но при ее загрузке более 3,5% происходит снижение производительности доменной печи из-за снижения содержания общего количества железа и резкое снижение основности шлака.

Металлодобавки, представляющие собой металлические отходы производства, вводятся в состав шихты для поддержания общего содержания железа в шихте, однако при загрузке металлодобавок более 10% повышается себестоимость выплавляемого чугуна.

Количество кокса принято исходя из того, что при загрузке кокса менее 12% происходит резкое похолодание доменной печи, а при загрузке более 26% возрастает содержание серы в чугуне, перегрев и потеря производительности доменной печи.

Количество угля принято исходя из того, что при загрузке угля менее 1% происходит увеличение себестоимости чугуна за счет повышенного расхода других углеродсодержащих материалов, а при загрузке угля более 6% возникают расстройства хода доменной печи, вследствие невысокой его прочности, приводящие к потере производительности печи.

Количество электросталеплавильного шлака окислительного периода принято исходя из того, что при загрузке электросталеплавильного шлака окислительного периода менее 0,1% не удается достичь желаемого эффекта снижения себестоимости выплавляемого чугуна и увеличения производительности доменной печи вследствие недостаточного количества данного материала, а при загрузке электросталеплавильного шлака окислительного периода более 18% возникает нестабильность хода доменной печи и снижение ее производительности. При фракции электросталеплавильного шлака окислительного периода менее 10 мм и более 80 мм наблюдаются расстройства хода печи из-за изменения газопроницаемости шахты.

При содержании FeO в шлаке менее 25% происходит снижение степени прямого восстановления железа и тем самым возникает эффект "замусоренности" горна, а при увеличении более 44% происходит захолаживание в горне печи и возникновение аварийных ситуаций.

Содержание корольков железа принято из того, что при содержании менее 5% снижается производительность доменной печи, а при увеличении их содержания более 23% происходит увеличение себестоимости чугуна, в связи с дополнительными расходами на их извлечение.

Основность принята исходя из того, что при снижении основности менее 1,8 происходит снижение качества чугуна, а при ее увеличении более 3,6 - снижение производительности доменной печи из-за необходимости осуществления периодических "промывок" горна.

Загрузка шунгита в печь в количестве 0,1-5% приводит к наиболее оптимальному режиму использования углерода шунгита: с одной стороны, как заменителя кокса, с другой стороны, увеличивающему срок службы доменной печи за счет образования трудновосстановимых соединений карбида кремния, осаждающихся на стенках доменной печи и приводящих к образованию гарнисажа, препятствующему размыву огнеупорной кладки.

При содержании углерода в шунгите менее 25% коэффициент замены кокса шунгитом резко падает, что вызывает собой отсутствие желаемого результата экономии расхода кокса и снижения себестоимости чугуна.

Содержание фракции кускового шунгита менее 10 мм приводит к увеличению количества выноса углеродсодержащей пыли и снижению эффективности замены кокса шунгитом, а при увеличении фракции более 80 мм процессы взаимодействия с данным материалом в шахте и фурменной зоне печи не успевают до полного использования куска шунгита и вызывают собой замусоренность горна печи и потерю ее производительности.

Заявляемый способ доменной плавки был реализован на доменной печи полезным объемом 1719 м³ при подаче дутья в количестве 3000 м³/ч с температурой 1080°С, природного газа и кислорода. В опытах использовали шихтовые материалы в указанных в формуле изобретения пределах при поддержании отношения CaO/SiO₂ шихты 0,80-1,10 следующего химического состава:

Агломерат: 51-59% Fe_общ; 7-12% СаО; 1,5-4,5% MgO; 6,5-10,5% SiO₂; 1,75-2,75% Al₂О₃; 0,01-0,02% S.

Окатыши: 57-67% Fe_общ; 0,8-2,6% СаО; 3,0-6,0% SiO₂; 0,30-0,75 V₂О₅; 2,0-3,5 TiO₂.

Руда: 45-54% Fe_общ; 5,2-8,3% СаО; 0,40-1,80% MgO; 9,70-14,5% SiO₂; 2,7-4,8% Al₂О₃.

Металлодобавки: 25-79% Fe_общ; 25,4-44,8% СаО; 4,4-10,8% MgO; 12,2-22,5% SiO₂; 2,0-3,8% Al₂О₃.

Кокс: 83-88% С; зола 10,2-14,5%; влага 1,5-5,1%; сера 0,3-0,5%; выход летучих веществ 0,8-1,4%.

Уголь: 75-83% С; зола 4,2-15,5%; влага 2,5-7,1%; сера 0,1-0,45%; выход летучих веществ 14,5-21,4%.

Электросталеплавильный шлак окислительного периода: 25-79% Fe_общ; 30,2-54,3% СаО; 7,4-12,8% MgO; 14,1-21,5% SiO₂; 2,0-3,8% Al₂О₃.

Шунгит: 25-36% С; 1,5-4,2% Fe₂О₃; 52,5-62,5% SiO₂; 3,0-5,0% Al₂О₃; 0,1-0,5% СаО; 0,4-2,2% MgO; 0,5-1,6 S.

Загрузку производили через двухконусное загрузочное устройство отдельным, вторым рудным скипом по системе загрузки КККК 6РРРКК.

Ведение доменной плавки по заявляемому способу позволило снизить себестоимость чугуна на 12,4 руб/т из-за снижения расхода кокса с 412 кг/т чугуна до 408 кг/т чугуна, повысить производительность печи на 1,1 т/ч;

уменьшить содержание концентрации фосфора на с 0,088 до 0,076%, серы на с 0,027 до 0,022% и увеличить срок службы доменной печи между ремонтами II разряда с 5 до 8 лет за счет образования защитного гарнисажа на футеровке печи.

Источники информации

1. Патент РФ №2184153 С21В 5/00.

2. Патент РФ №2186119 С21В 5/00.

3. Патент РФ №2186855 С21В 5/00.

4. Патент РФ №2186854 С21В 5/00.

5. Патент РФ №02115739 С21В 5/00.

6. Патент РФ №2167203 С21В 5/02.

Способ доменной плавки, включающий загрузку в печь шихты, содержащей окатыши, агломерат, кокс, металлодобавки и шунгит, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят уголь и электросталеплавильный шлак окислительного периода фракции 10-80 мм с содержанием 25-44% FeO, 5-23% корольков железа, основностью 1,8-3,6, причем в шихте используют шунгит фракцией 10-80 мм с содержанием углерода не менее 25%, при следующем соотношении материалов, мас.%:

Агломерат	40-74
Окатыши	5-25
Руда	не более 3,5
Металлодобавки	не более 10
Кокс	12-26
Уголь	1-6
Электросталеплавильный шлак
окислительного периода	0,1-18
Шунгит	0,1-5,

при этом отношение CaO/SiO₂ шихты поддерживают 0,80-1,10.