СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ ТИТАНОМАГНЕТИТОВОГО СЫРЬЯ Российский патент 1996 года по МПК C21B5/00 

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

Известен способ доменной плавки титано-магнетитового сырья, применяемый на Нижнетагильском металлургическом комбинате, заключающийся в совместной проплавке агломератов и окатышей одинаковой основности, близкой к требуемой для доменного шлака CaO/O₂ 1,1 1,3 ед. (Сталь, 1987, N 9, с. 6).

Доля окатышей в пределах 30 70 в составе рудной сыпи обеспечивает удовлетворительные результаты по распределению материалов на колошнике. Этот способ дает определенные преимущества в организации производства: задержки с поставкой одного из видов сырья не требует перешихтовки и дополнительного введения новых компонентов типа известняка, шлака или кварца.

Основными недостатками являются:
разрушение офлюсованных окатышей в верхних горизонтах доменной печи, ухудшающее тепло-массообмен в шахте;
образование карбонитридов титана на поверхности кокса и в шлаковом расплаве в виде так называемых "греналей" и затрудняющих фильтрацию расплавов и газов в средних и нижних горизонтах доменной печи.

В результате, сопротивление столба шихтовых материалов движению газов при плавке титано-магнетитов намного превышает обычно наблюдаемое для беститанового сырья. Ход печей становится менее устойчивым, применяются принудительные осадки шихты, снижается производительность плавки и растет удельный расход кокса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ доменной плавки (см. патент SU N 1801121, C 21 B 5/00. Бюл. N 9, 1993). В патенте предусмотрена загрузка в печь железорудной части шихты из низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата, содержащих 3,5 5,0 мас. амфотерных окислов алюминия и титана. Использование низкоосновных окатышей, обладающих повышенной прочностью при восстановлении, позволяет снизить количество мелочи в верхних горизонтах шахты и повысить газонепроницаемость столбы шихты. Это дает возможность получать экономию кокса 3 4 Однако способ прототипа не позволяет предотвратить активное греналеобразование и организовать массообмен в нижней части доменных печей. Газонепроницаемость нижней части столба шихты становится недостаточной из-за зарастания коксовой насадки выделяющимся карбонитридом титана. Неравномерность схода шихты, затруднения при выполнении горных операций, повышенные потери чугуна со шлаком снижают производительность печи и повышают расход кокса.

Цель изобретения снижение расхода кокса, повышение производительности печей и облегчение выполнения горновых операций.

Поставленная цель достигается тем, что в шихту помимо офлюсованного агломерата вводят окатыши осн. 0,2 0,5 ед. в количестве 30 70 от массы железорудной шихты и сырые карбонаты щелочно-земельных металлов в количестве 20 30 кг/т чугуна при содержании окатышей 30 Увеличение доли окатышей на каждые 10 требует роста расхода карбонатов на 10 12 кг/т чугуна. В качестве карбонатов щелочно-земельных металлов в шихту вводят известняк, доломит и их смеси.

Сущность изобретения состоит в создании условий, препятствующих образованию тугоплавких карбидов и карбонитридов титана за счет изменения физико-химических свойств шлаковых расплавов, формирующихся и изменяющихся по горизонтам доменной печи. Шлаки, выделяемые из низкоосновных окатышей, образуются путем растворения оксидов железа в расплавах силикатных стекол, при этом содержат до 40 закиси железа и имеют основность, близкую к низкоосновным окатышам CaO/SiO₂ 0,3 0,6 ед. (см. справочник "Доменное производство", т. 1. М. Металлургия. 1989, с. 339).

Восстановление TiO₂ из расплавов до карбидов и карбонитридов протекает по реакциям:
TiO₂ + 2C TiC + CO₂ (1)
TiO₂ + 3C + NO TiNC + CO + CO₂ (2)
Полнота и скорость процессов (1) и (2) в кислых шлаках меньше, чем в основных. Причины связаны как с термодинамическими, так и с кинематическими особенностями взаимодействия твердого углерода кокса с двухокисью титана, растворенном в оксидном расплаве. В кислых шлаках амфотерный окисел TiO₂ проявляет основные свойства, образуя комплексы с кремнеземом с соответствующим снижением активности TiO₂. В основных шлаках практически все комплексные кремнеземистые образования взаимодействуют с ионами кальция, повышая активность TiO₂. Низкая активность TiO₂ в кислых первичных шлаках сдвигает равновесие реакции (1) и (2) влево, препятствуя образованию карбидов и карбонитридов Ti, не растворимых в шлаке и чугуне.

В интервале содержания монооксида железа 25 40 его рост поднимает вязкость шлаков (см. справочник "Доменное производство", с. 361) и тем самым снижает скорость реакций (1) и (2) в зоне наибольшей концентрации несгоревших кусков кокса. В то же время в высокоосновных шлаках, где термодинамически устойчивы ионы трехвалентного железа, пониженная вязкость облегчает массоперенос соединений титана к кускам кокса и образование карбонитридов.

Введение в шихту наряду с низкоосновными окатышами сырых карбонатов щелочноземельных металлов позволяет снизить основность агломерата и увеличить время нахождения в печи высокозакисных кислых шлаков, выделяемых из неофлюсованных окатышей. В результате, в зоне наибольшей концентрации кокса с его кусками контактируют низкозакисные расплавы, из которых затруднено восстановление оксидов титана с образованием карбидов.

Отсутствие карбидных наростов на коксе увеличивает эффективное сечение для прохождения газов и обеспечивает повышение производительности печи и снижение расхода кокса за счет более равномерной и интенсивной обработки рудных материалов восстановительными газами. Снижение карбидных выделений в конечных шлаках обуславливает минимальную их вязкость при выпуске. Последнее облегчает выполнение горновых операций, снижает задержки с выпуском продуктов плавки. Ритмичная работа домен без их перевода на тихий ход создает дополнительные резервы экономии топлива.

Низкоосновные окатыши, как наиболее прочное и богатое по железу сырье, являются предпочтительными в количестве, приближающемся к 70 от общей массы ЖРС. Дальнейшее увеличение доли окатышей вызывает определенные трудности при распределении материалов по сечению колошника больших доменных печей. Использование менее 30 окатышей приводит к снижению технико-экономических показателей плавки вследствие большого содержания мелочи и низкой массовой доли железа в агломерате.

При 30 доле окатышей оптимальным расходом карбонатов щелочноземельных металлов является 20 30 кг/т чугуна. Меньшие расходы добавок связаны с использованием большего количества высокоосновного агломерата. В этом случае не образуется достаточной массы низкоосновного первичного шлака и образование карбидов и карбонитридов титана протекает достаточно активно. Увеличение расхода добавок вызывает повышение расхода кокса из-за того, что основность агломерата оказывается в области ее наименьшей прочности.

Рост доли окатышей на каждые 10 позволяет увеличить долю сырых карбонатов на 10 18 кг/т чугуна при сохранении неизменным модуля основности агломератов на уровне, обеспечивающем оптимальность его свойств по восстановимости и прочности. Увеличение доли карбонатов более, чем на 12 кг/ч чугуна, вызывает (при максимальной доле окатышей в 70) столь значительные расходы сырых карбонатов, что потребность в дополнительном топливе на его разложение и ассимиляцию шлаком не покроет экономии от торможения карбидообразования. При меньших расходах добавок интенсифицируется карбидообразование.

Способ осуществляли следующим образом. Согласно договора о поставке сырья на данный период определяли долю окатышей в рудной сыпи. На основе предлагаемого способа на рудном дворе заготавливали требуемое количество карбоната кальция или доломита, рассчитываемое по соотношению:
n(D) [30 + (О 30)•1,2]•0,001•A (3),
где n(D) количество известняка (доломита) на планируемый период, т;
O доля окатышей в планируемый период,
A количество чугуна, планируемое к выпуску в рассматриваемый период, т.

Рассчитывали требуемую основность агломерата по приближенной формуле:

где A массовая доля агломерата в шихте доменных печей, ед.

a требуемая по условиям десульфурации основность доменного шлака, ед.

i массовая доля компонентов доменной шихты, кроме агломерата, ед.

SiO₂ массовая доля кремнезема в i-м компоненте доменной шихты;
CaO массовая доля извести в i-м компоненте доменной шихты;
n количество компонентов доменной шихты;
b основность агломерата, ед.

k коэффициент, определяемый составом и количеством компонентов шихты для производства агломерата.

Способ осуществляли па печах, где угол наклона футеровки шахты печи (L_ш) и заплечиков (L_з) установлены средними для используемой основности окатышей CaO/SiO₂ 0,3 0,5 ед. и соответственно равны L_ш= 78 80 град. L_з 77 79 град.

Шихту, содержащую низкоосновные окатыши, агломерат, рудные и металлические добавки, загружали в доменную печь, чередуя с коксом по системе РРКК и КРРК. Нагрев, восстановление и плавление осуществляли по технологии доменной плавки титаномагнетитов, регулируя состав чугуна и шлака путем изменения расхода кокса и сырых карбонатов в определенных формулой пределах.

Пример.

Предлагаемый способ проверяли на доменной печи N 2 НТМК. Рудная сыпь содержала качканарский агломерат и окатыши. В качестве карбоната щелочноземельных металлов использовался известняк, доломит с примесями барита. Топливом служил кокс НТМК. Химический состав компонентов доменной шихты приведен в табл. 1. В ней указан состав неофлюсованных окатышей, которые применялись во всех испытаниях, и выпускаемого в настоящее время промышленного агломерата, осн. 1,27 ед. Коэффициент K в формуле (4) рассчитывался по составу этого агломерата и был принят K 19,7.

Основные технологические параметры доменных плавок, которые не менялись во время испытаний приведены в табл. 2. Меняющиеся параметры и результаты сравнительных испытаний приведены в табл. 3. Результаты плавки по расходу кокса и производительности доменной печи приведены к единым условиям.

Из приведенных примеров 2 4 следует, что при 30 доле окатышей в заявленных пределах расхода добавок (известняка) достигается снижение расхода кокса на 2 3% по сравнению с прототипом. Меньшие или большие по сравнению с формулой изобретения расходы известняка (см. примеры 5, 6) ухудшают показатели плавки.

Увеличение доли окатышей и соответствующий рост расхода сырого известняка по формуле изобретения (примеры 7, 8, 10) позволяют дополнительно (до 4,2 ) снизить расход кокса. Выход за заявляемые пределы по норме известняка на 10 роста доли окатышей (см. примеры 9, 11) повышают расход кокса и снижают производительность.

В примере 12 использовался доломит в качестве частичной замены известняка. Суммарный расход карбонатов находился в пределах, допускаемых формулой изобретения. Небольшие добавки магния благоприятно сказались на вязкости шлаков и позволили еще глубже снизить расход кокса. Рассмотренные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет по сравнению с известным снизить расход кокса на 10 20 кг/т чугуна и увеличить производительность печей не менее, чем на 3 Внедрение способа не требует значительных капитальных вложений.

Указанные показатели достигнуты при ритмичной работе печи без затруднения в выполнении горновых операций. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3

Использование: в металлургической промышленности при производстве чугуна. Сущность: в шихту доменных печей вводят малоосновные окатыши в количестве 30 - 70 % от массы железорудных компонентов, офлюсованный агломерат и карбонаты щелочно-земельных металлов в виде известняка, доломита или их смесей. Количество карбонатов щелочноземельных металлов определяется долей малоосновных окатышей. При их содержании 30 % количество карбонатов составляет 20 - 30 кг/т чугуна, а при росте содержания окатышей на каждые 10 % расход карбонатов возрастает на 10 - 12 кг/т чугуна. Требуемая основность доменного шлака достигается подбором основности агломерата, которая рассчитывается исходя из состава и количества компонентов шихты. 3 табл.

1. Способ доменной плавки титаномагнетитового сырья, включающий загрузку в печь железорудной шихты, содержащей окатыши основностью 0,3-0,5 и агломерат, введение в шихту кокса и флюсов, отличающийся тем, что в печь загружают 30-70% окатышей от массы железорудной шихты, а в качестве флюсов в шихту подают сырые карбонаты щелочно-земельных металлов в количестве 20-30 кг/т чугуна при содержании окатышей 30% от массы железорудной шихты и увеличивают подачу карбонатов щелочно-земельных металлов на 10-12 кг/т чугуна при увеличении содержания окатышей на каждые 10% от массы железорудной шихты. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве карбонатов щелочно-земельных металлов в шихту вводят известняк, доломит или их смеси.