Шихта для производства марганецсодержащего железофлюса
Владельцы патента RU 2410447:
Открытое акционерное общество "Высокогорский горно-обогатительный комбинат" (RU)
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству комплексного марганецсодержащего железофлюса для доменных печей. Шихта для производства марганецсодержащего железофлюса основностью (СаО/SiO2) 4,5-8,5 и содержанием железа не менее 40% состоит из известняка, твердого топлива, низкокремистого железосодержащего материала в виде смеси металлургических отходов крупностью 0-5 мм и марганецсодержащего компонента в виде карбонатной руды с содержанием марганца 7,0-9,0%. Соотношение компонентов в шихте следующее, мас.%: известняк 12,0-20,0; марганецсодержащая карбонатная руда 8,5-12,0; твердое топливо 3,5-7,0; низкокремнистая железосодержащая смесь - остальное. В качестве низкокремнистой железосодержащей смеси используют смесь аглоотсева, аспирационной и колошниковой пылей и шламов. Изобретение направлено на получение прочного высокоосновного марганецсодержащего флюса с повышенным содержанием железа и повышенной основностью, способствующего улучшению технико-экономических показателей доменных печей. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству комплексного марганецсодержащего железофлюса для доменных печей.
Известна шихта для производства железофлюса, состоящая из смеси известняка, замасленного шлама из вторичных отстойников системы оборотного водоснабжения прокатных цехов, кусковой извести и плавикового шпата, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| известняк | 60,0 |
| сухой шлам | 33,0 |
| известь | 6,0 |
| плавиковый шпат | 0,74 |
| тяжелые углеводо- | |
| роды (масла) | 5,0 |
Недостатками указанного состава шихты является малая производительность агрегата горячего окомкования при производстве железофлюса из-за низкого содержания извести и плохое качество готовой продукции.
Известна также шихта для производства железофлюса, в состав которой входят сталеплавильные шлаки и шламы, доменный шлам, колошниковая и конвертерная пыль, окалина, отсев агломерата и окатышей, известь и плавиковый шпат (авт. свид. СССР № 765370, кл. С21С 5/28, С22В 1/16, 1980).
Известна шихта для получения флюса, которая содержит, %: известь 15-20, известняк или доломит 10-12, топливо 8-10, конвертерный шлам или окалина - остальное (авт. свид. СССР № 945209, кл. С21С 5/00, 1982). Недостатками данных шихт являются большая загрязненность железофлюса вредными примесями, низкая его рафинирующая способность.
Известен (авт. свид. СССР № 1254021, МКИ С21С 5/36, опуб. БИ № 32, 1986, прототип) способ производства флюса путем термической обработки смеси известняка и железосодержащего флюса с использованием газообразного топлива во вращающихся печах.
Шихта состоит из известняка и ферритной добавки, в которой молярное отношение Fе2O3/СаО=2-3, содержание SiO2 равно 1-3%, а масса ее составляет 20-30% от общей массы загружаемого в печь флюса. В качестве ферритной добавки могут быть использованы, в частности, шламы сталеплавильного производства.
Недостаток шихты заключается в том, что из-за низкого содержания железа (2,76-10,1 Feобщ.) и высокого содержания СаО (81-85%) получаемый флюс пригоден только для использования в конвертерном производстве. Попытки увеличить содержание железа во флюсе, увеличивая присадку ферритной добавки, не дали желаемого результата, так как использование во вращающихся печах многокомпонентной шихты с разной плотностью составляющих связано с большими трудностями.
Известен ферритно-кальциевый флюс (патент РФ № 2087557, МКИ С22В 1/16, опубл. в БИ № 23, 1997), включающий железосодержащие отходы или их смесь отходов, известняк, доломит и топливо. Причем железосодержащие отходы и их смесь характеризуются отношением Fe/SiO2≥11, а содержание SiO2 ограничено интервалом 0,5-5,0% (мас.). Производство ферритно-кальциевого флюса из указанной шихты осуществляется на ленточных агломашинах. Способ позволяет получить ферритно-кальциевый флюс с повышенным содержанием железа (Feобщ.≥50%, 11-18 СаО и 3,5% SiO2), пригодный для использования в доменном процессе.
Известна шихта для получения высокоосновного марганецсодержащего агломерата, содержащая марганцевое сырье, твердое топливо и флюс, согласно изобретению, она дополнительно содержит железорудный концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.% (а.с. № 1446181, кл. С22В 47/00, опубл. 23.12.1988, БИ № 47):
| флюс | 35-60 |
| железорудный концентрат | 6-20 |
| твердое топливо | 8-15 |
| марганцевое сырье | - остальное |
Недостатком известных технических решений является невысокая механическая прочность полученного продукта и низкая влагоустойчивость.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является известный способ получения марганецсодержащего комплексного флюса, включающий дозирование, смешивание, грануляцию шихты, состоящей из известняка, твердого топлива, марганецсодержащего сырья (а.с. № 1708893, С22В 1/24, опубл. 30.01.1992, бюл. № 4), кроме того, в шихту дополнительно вводят железосодержащий материал, в качестве которого используют шлам конвертерного производства, в качестве марганецсодержащего материала используют отходы ферромарганцевого производства. Опыт производства флюса согласно предложенной технологии показал, что не удается избежать образования тугоплавкого двухкальциевого силиката кальция с температурой плавления более 2100°С за счет тесного контакта золы топлива (SiO2) и частиц СаО. За счет образования 2CaOSiO2 качество флюса ухудшается, снижается его вязкость. Кроме того, у такого марганецсодержащего флюса невысокая основность.
Техническим результатом изобретения является получение прочного высокоосновного марганецсодержащего флюса с повышенным содержанием железа и повышенной основностью, способствующего формированию жидкотекучего шлака, а также улучшению технико-экономических показателей доменной плавки.
Технический результат достигается тем, что используют шихту для производства марганецсодержащего железофлюса основностью (СаО/SiO2) 4,5-8,5 и содержанием железа не менее 40%, состоящую из известняка, твердого топлива, низкокремнистого железосодержащего материала в виде смеси металлургических отходов крупностью 0-5 мм и марганецсодержащего компонента в виде карбонатной руды с содержанием марганца 7,0-9,0%, при следующем содержании компонентов, мас.%:
| известняк | 12,0-20,0 |
| марганецсодержащая карбонатная руда | 8,5-12,0 |
| твердое топливо | 3,5-7,0 |
| низкокремнистая железосодержащая смесь | - остальное, |
при этом в качестве низкокремнистой железосодержащей смеси используют смесь аглоотсева, аспирационной и колошниковой пылей и шламов.
Предлагаемое для патентования изобретение заключается в использовании шихты для производства марганецсодержащего железофлюса, в котором наряду с марганецсодержащей карбонатной рудой используют низкокремнистые железосодержащие металлургические отходы, которые образуют железосодержащую смесь. Ограниченное содержание кремнезема устраняет его вредное воздействие на пропитку известняка оксидами железа, так как в этом случае максимально снижается возможность образования тугоплавкого двухкальциевого силиката (tпл.=2130°С), который покрывает оболочкой куски извести и оказывает тормозящее влияние на диффузию оксидов железа внутрь кусков. Кроме того, наличие 2СаО SiO2 способствует образованию настылей в доменной печи.
Низкокремнистая железосодержащая смесь приготавливается из металлургических отходов путем механического смешивания компонентов. Крупность железосодержащей смеси находится в пределах 0-5 мм. Улучшению физико-механических свойств железофлюса способствует равномерное распределение заранее сформированных ферритных и других связок. Для равномерного распределения железосодержащей смеси размер ее компонентов должен быть сопоставимым с остальными компонентами шихты, т.е. 0-5 мм.
Применение низкокремнистой железосодержащей смеси и марганец-содержащей карбонатной руды способствует образованию легкоплавкого высокоактивного железисто-кальциевого флюса с содержанием Fe более 40% и основностью (СаО/SiO2) в пределах 4,5-8,5 и без дополнительного использования железосодержащих и карбонатных флюсов VI пригодного в доменном производстве.
Пределы содержания известняка обусловлены качеством чугуна и расходом кокса на его производство. При содержании известняка в шихте железофлюса менее 12% произведенный в доменном цехе чугун не удовлетворяет требованиям сталеплавильного производства по содержанию серы. При содержании известняка в шихте более 20% возрастает расход кокса при производстве чугуна.
Пределы содержания твердого топлива обусловлены задачей получения прочного железофлюса. При содержании твердого топлива в шихте менее 3,5% прочность железофлюса не удовлетворяет требованиям доменного производства. При содержании твердого топлива в шихте более 7,0 повышается расход кокса, без существенного повышения прочности железофлюса.
Введение в состав шихты марганцовистой карбонатной руды в указанных пределах (8,5-12,0%) позволяет интенсифицировать процессы спекания железофлюса за счет ускорения растворения оксидов кальция, марганца и магния, способствует их усвоению марганецсодержащим расплавом. Пределы содержания карбонатной руды обусловлены необходимостью получения массовой доли Mn в готовом железофлюсе не менее 1,0% с допустимым отклонением ±0,3%.
Наличие железа в низкокремнистой железосодержащей смеси приводит к образованию легкоплавких эвтектик ферритов кальция, марганца и магния. При этом происходит стабилизация фазовых образований в системе Mn-Fe-Ca-Mg и тем самым уменьшаются фазовые превращения, приводящие к разрушению железофлюса.
Применение низкокремнистой железосодержащей смеси в заданных пределах с содержанием железа не менее 40% способствует получению железофлюса с высокими прочностными характеристиками.
Высокая удельная поверхность железосодержащих металлургических отходов (4,0-8,5 м2/г) улучшает эффективность грануляции и способствует интенсификации процесса спекания флюса, а интенсивное образование СаО и Fе2О3 при нагреве железосодержащей смеси сопровождается равномерным распределением температуры в спекаемом слое, улучшением физико-химических свойств и повышением механической прочности спекаемого марганецсодержащего железофлюса.
Пример 1
На основе отходов металлургического производства: аглоотсева, аспирационной и колошниковой пыли и шламов с расходом компонентов сырья, указанного в таблице №2, путем механического перемешивания была получена низкокремнистая железосодержащая смесь, которая закачивалась в выделенные бункера.
Известняк, марганецсодержащий компонент и твердое топливо также закачивали в отдельные бункера для их точной дозировки.
Далее компоненты из бункеров ленточными дозаторами подавали на сборный конвейер и усредняли в барабанном смесителе. Смешанную и увлажненную до 5-7% шихту окомковывали в барабанном смесителе и укладывали на паллеты агломашины для спекания, высота слоя составляла 320-340 мм. Спекание проводили при температуре 1250°С. После охлаждения спеченный железофлюс подвергали испытаниям в барабане для определения механической прочности. Прочность оценивали по выходу фракций более 5 мм, характеризующих показатель сопротивления на разрушение.
При проведении экспериментальных работ по отработке технологии получения оптимальной шихты железофлюса для доменных печей сравнивались показатели спекания взятой в качестве прототипа известной шихты и шихты, предлагаемой в качестве нового технического решения.
В таблице № 1 приведены сравнительные показатели разных шихт. Совокупность приведенных выше технологических факторов способствует получению марганецсодержащего железофлюса прочного по мех. свойствам и с высокими потребительскими свойствами, способствующего значительному увеличению технико-экономических показателей доменной плавки. Хим. состав компонентов шихты марганецсодержащего железофлюса показан в таблице № 2.
Опытное опробование патентуемого марганецсодержащего железофлюса проводилось на доменной печи № 5 Нижнетагильского металлургического комбината (НТМК) с полезным объемом 2200 м3, выплавляющей ванадийсодержащий чугун.
Существующая на НТМК технология доменной плавки титаномагнетитов предусматривает использование в железорудной части шихты примерно 40% высокоосновного агломерата (СаО/SiO2=2,2) и примерно 60% неофлюсованных окатышей с природной основностью около 0,3. В ванадиевом чугуне содержится в среднем 0,07 - 0,08% кремния и около 0,35% марганца. В связи с тем, что основность шлака (СаО/SiO2) устанавливается в пределах 1,20-1,25, расход известняка в шихту составляет около 60 кг/т чугуна, а повышенный расход известняка в доменной плавке приводит к повышенному расходу кокса.
Пример 2
Рассмотрим пример конкретного использования патентуемого железофлюса в доменной плавке.
Марганецсодержащий железофлюс, поступивший из аглоцеха Высокогорского ГОКа, выгружался на отдельно выделенное место рудного двора доменного цеха с целью его охлаждения в течение 2-4-х суток.
Средневзвешенный хим. состав железофлюса, указанный в таблице № 2, соответствовал требованиям технических условий на данный материал. Железофлюс использовался в шихте доменной печи №5 путем загрузки его в печь через бункера добавок. Расход железофлюса составлял около 10% от всей железорудной части шихты и корректировался по требуемой основности шлака. При этом из состава шихты был полностью выведен аглоотсев, известняк и марганцевый агломерат. Железофлюс загружался в скип совместно с окатышами.
Параметры загрузки шихты, дутьевого режима, интенсивность доменной плавки поддерживались в пределах, обеспечивающих ровный ход печи, нормальное тепловое состояние и оптимальный шлаковый режим согласно заводской инструкции ТИ-102-132-2007.
Анализ технологических показателей работы доменной печи № 5, выплавляющей ванадиевый чугун, показан в таблице № 3.
Особенностью выплавки ванадиевых чугунов является образование в печи карбидов и карбонитридов титана, образование которых происходит даже при холодном ходе печи. При этом потери чугуна с карбидами и карбонитридами доходят до 10-15%.
Патентуемый железофлюс способствовал улучшению процесса шлакообразования в печи и снижал вязкость конечного доменного шлака, за счет чего достигалось улучшение разделения продуктов плавки на выпуске из печи и значительно уменьшились потери чугуна со шлаком. Снижение вязкости доменного шлака происходило в связи с меньшим образованием в печи карбонитридов титана и гренали, что обусловлено благоприятным химическим составом железофлюса, его низкой температурой плавления (1260-1280°С) и хорошей жидкоподвижностью в расплавленном состоянии.
Вязкость шлака снизилась с 0,29 до 0,22-0,24 Па·с, что обеспечило снижение концентрации металла в шлаке на выпуске из печи, как было сказано выше, на 10-15%.
Данный фактор способствовал увеличению производства чугуна по суткам на опытных плавках с 5235 т. до 5810 т. (на 9,8%).
Благодаря использованию предлагаемого для патентования марганецсодержащего железофлюса, удалось достичь:
- удельный расход кокса снизился на 10 кг/т чугуна, при этом в опытном периоде расход природного газа был ниже на 6 м3/т чугуна;
- полностью выведены из шихты сырой известняк, аглоотсев агломерата КГОК и марганцевый агломерат ВГОК;
- увеличилось содержание ванадия в чугуне с 0,398% до 0,430%, и повысился коэффициент извлечения ванадия (КИВ) с 81% до 85%;
- улучшилась стабильность шлака по основности (САО/SiO2), а также стал более стабильным хим. состав выплавляемого чугуна по содержанию V, Si, Mn;
- содержание серы в чугуне осталось на прежнем уровне.
Таким образом, предложенное техническое решение полностью соответствует критерию "новизна". Анализ патентов и научно-технической литературы не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом изобретении, по функциональному назначению. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".
| Таблица №1 | ||
| Показатели процесса спекания марганецсодержащего железофлюса разных шихт | ||
| Показатели | Марганецсодержащий железофлюс | |
| Известный (прототип) | Предлагаемый | |
| Высота слоя шихты, мм | 750 | 320 |
| Содержание марганецсодержаще- | ||
| го компонента шихты, % | 9,40 | 9,00 |
| Содержание твердого топлива в | ||
| шихте, % | 6,93 | 5,8 |
| Основность (CaO/SiO2), ед. | 3,73 | 7,5 |
| Выход годного, % | 78,0 | 80,5 |
| Прочность, фр.>5 мм, % | 94,0 | 92,4 |
| Удельная производительность, т/ | ||
| м3 час. | 0,49 | 1,30 |
| Содержание Mn в железофлюсе, % | 5,85 | 1,1 |
| Таблица 2 | ||||||||||||
| Химический состав компонентов шихты доменного железофлюса | ||||||||||||
| Шихта | Сырье, т.т | Расход компон. на 1 т. железофлюса | Содержание компонентов железофлюса, | % | ||||||||
| Fe | СаО | SiO2 | S | TiO2 | MgO | Аl2O3 | Zn | Mn | V2O5 | |||
| Известняк | 6,86 | 0,460 | 0,00 | 53,80 | 1,30 | 0,04 | 0,00 | 0,45 | 0,00 | 0,0 | 0,0 | 0,00 |
| Аглоотсев | 6,90 | 0,457 | 54,30 | 10,50 | 4,70 | 0,16 | 2,41 | 2,40 | 2,50 | 0,10 | 0,16 | 0,51 |
| Зола | 0,13 | 0,009 | 10,00 | 6,00 | 42,00 | 0,00 | 1,00 | 1,40 | 26,60 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| Марганцовистая арбонатн. руда | 2,31 | 0,154 | 0,00 | 41,00 | 6,94 | 0,05 | 0,00 | 1,33 | 1,46 | 0,00 | 9,00 | 0,00 |
| Аспирационная. пыль | 0,54 | 0,036 | 56,00 | 4,20 | 3,20 | 0,17 | 1,20 | 1,30 | 1,50 | 0,10 | 0,18 | 0,19 |
| Колошниковая пыль | 1,21 | 0,081 | 43,00 | 6,10 | 4,85 | 0,23 | 1,00 | 2,20 | 2,82 | 0,25 | 0,40 | 0,40 |
| Шламы | 2,63 | 0,175 | 55,00 | 4,00 | 3,00 | 0,14 | 0,55 | 2,00 | 1,50 | 1,63 | 0,50 | 0,41 |
| Средневзвешенный состав железофлюса | 43,02 | 25,77 | 5,58 | 0,08 | 0,85 | 1,48 | 2,15 | 0,09 | 1,10 | 0,32 |
Показатели работы доменной печи №5 НТМК по обычной технологии и с использованием железофлюса.
| Обычная технология | С использованием железофлюса | |
| Производство по цеху (сут.), т. | 5235 | 5810 |
| Состав шихты, %: | ||
| агломерат КГОК | 35 | 36 |
| окатыши КГОК | 60 | 54 |
| аглоотсев | 5 | - |
| железофлюс | - | 10 |
| Содержание Fe в ЖР части ших- | ||
| ты, %: | 57,6 | 59,3 |
| Расход Fe всего, кг/ т | 988,0 | 982,2 |
| Расход Fe в ЖРС, кг/ т | 977,0 | 969,5 |
| Расход ПГ, куб. м/ т | 115,5 | 117,0 |
| Расход, кг/ т: | ||
| кокс | 422 | 405 |
| ЖРС | 1665 | 1527 |
| Добавки, кг/ т: | ||
| известняк | 66,0 | 0 |
| марг. агломерат ВГОК | 5,0 | 0 |
| Дутье: давление, атм. | 3,67 | 3,61 |
| температура, °С | 1187 | 1221 |
| Содержание O2 в дутье, % | 25,0 | 22,7 |
| Расход O2, куб./ т чуг. | 60,61 | 62,90 |
| Хим. состав чугуна, %: | ||
| Si | 0,07 | 0,08 |
| Mn | 0,31 | 0,31 |
| S | 0,018 | 0,018 |
| V | 0,398 | 0,430 |
| Ti | 0,14 | 0,15 |
| Основность шлака, ед. | 1,25 | 1,23 |
| Содержание V2O5, %: | ||
| аглом. КГОК | 0,498 | 0,513 |
| окат. КГОК | 0,556 | 0,564 |
| железофлюс | - | 0,32 |
| КИВ, % | 80,76 | 84,96 |
| Простои, % | 1,8 | 0 |
1. Шихта для производства марганецсодержащего железофлюса основностью (CaO/SiO2) 4,5-8,5 и содержанием железа не менее 40%, состоящая из известняка, твердого топлива, низкокремистого железосодержащего материала в виде смеси металлургических отходов крупностью 0-5 мм и марганецсодержащего компонента в виде карбонатной руды с содержанием марганца 7,0-9,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| известняк | 12,0-20,0 |
| марганецсодержащая карбонатная руда | 8,5-12,0 |
| твердое топливо | 3,5-7,0 |
| низкокремнистая железосодержащая смесь | остальное |
2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве низкокремнистой железосодержащей смеси используют смесь аглоотсева, аспирационной и колошниковой пылей и шламов.
