СПОСОБ ВЫПУСКА ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ ИЗ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 1997 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к черной металлурги и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах, работающих с периодическим выпуском чугуна и шлака.

Известен способ выпуска жидких продуктов плавки из доменной печи, включающий поочередной выпуск шлака и чугуна со шлаком на разных уровнях, т.е. через шлаковые и чугунные летки, расположенные на разных уровнях. При этом расстояние всех чугунных и шлаковых леток от лещади горна для данной доменной печи одинаково. Выпуск верхнего шлака через шлаковые летки начинается через 30-40 минут после окончания предыдущего выпуска чугуна и производится непрерывно до начала следующего выпуска чугуна, когда оставшийся в печи нижний шлак выпускается совместно с чугуном через чугунные летки. Однако этот способ имеет следующие существенные недостатки.

Между двумя смежными выпусками чугуна имеют место существенно различающиеся между собой периоды десульфурации. Первый период сразу после выпуска чугуна, когда в горне еще мало шлака, поэтому чугун обессеривается плохо. Второй период наиболее активной десульфурации, когда в горне имеется наиболее высокий слой шлака, т.е. чугуна еще относительно немного, а верхний шлак не выпускали. Наконец, период перед выпуском чугуна, когда в горне, наполненном чугуном, остается мало шлака, значительно насыщенного серой. При этом самый ненасыщенный серой и наиболее перегретый "верхний" шлак выпускается через шлаковую летку, при этом плохо используется его обессеривающая способность.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ выпуска жидких продуктов плавки из доменной печи без скачивания верхнего шлака, включающий совместный выпуск чугуна со шлаком на одном уровне через чугунные летки. Совместный выпуск чугуна со шлаком через чугунные летки способствует улучшению контакта шлака и чугуна, повышению степени использования обессеривающей способности шлака и снижению содержания серы в чугуне.

Однако описанный способ выпуска также не обеспечивает в современных условиях рациональный тепловой и шлаковый режим доменной плавки и тем самым приводит к ухудшению качества чугуна, перерасходу топлива и снижению производительности печей. В современных доменных печах, работающих на подготовленном железорудном сырье, выход шлака существенно понижается. Так, например, при содержании в железорудной части шихты 80% окатышей ССГОКа и 20% агломерата местных фабрик выход шлака для условий работы доменных печей АО ММК составляет 200-300 кг/т. чугуна. При работе доменных печей по способу прототипа степень достижения коэффициента распределения по сере приближается к единице, поэтому не удается получить чугун с низким содержанием серы. Более того при выходе шлака менее 230 кг/т.чугуна, как показывает опыт работы доменных печей АО ММК, значительно возрастают колебания теплового режима доменной плавки, связанные с уменьшением аккумуляции тепла в горне и понижением тепловой инерции печи. При этом уменьшается регулирующее воздействие шлака на химический состав чугуна. Роль же шлака как одного из основных регуляторов распределения тепла и химического состава чугуна утвердилось в научной литературе и убедительно подтверждается практикой.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемым способом, заключается в повышении качества чугуна и его температуры при выпуске за счет организации выпуска жидких продуктов плавки, позволяющей разделить более качественный по составу и более физически нагретый чугун от остальной массы чугуна, имеющей повышенное содержание серы и более низкую температуру.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выпуска продуктов плавки из доменной печи, включающем совместный выпуск чугуна со шлаком на одном уровне, в отличии от прототипа чугун совместно со шлаком выпускают на двух уровнях, причем сначала выпускают чугун совместно со шлаком на верхнем уровне.

После продувки нижней чугунной летки в печи остается небольшое количество шлака и чугуна, расположенных в "мертвом слое" горна. После закрытия этой летки в печи накапливается чугун и шлак. Известно, что основная масса серы переходит в шлак, когда через слой шлака фильтруются капли жидкого чугуна, скапливающегося в горне. Поэтому по мере накопления жидких продуктов плавки десульфурация протекает неравномерно. Сначала, когда в горне мало шлака, слабо, затем по мере накопления шлака в печи активность десульфурации возрастает. В связи с этим в конце периода накопления продуктов плавки в горне чугун, находящийся ниже верхней чугунной летки, будет иметь наибольшее содержание серы, а верхние слои чугуна, расположенные выше этого уровня будут характеризоваться пониженным содержанием серы. Температура расплава, поступающего в горн, по ходу доменной плавки в цикле "накопление-выпуск", изменяется циклически. Известно, что по мере накопления жидких продуктов плавки скорость опускания коксовой насадки падает, вследствие этого растут температуры в печи, а следовательно и жидких продуктов плавки. Поэтому "верхний чугун", расположенный выше верхней чугунной летки, будет иметь на 50 100 ^oС более высокую температуру, чем "нижний чугун". Как показывают расчеты и результаты исследований, представленные в работах, по мере накопления жидких продуктов плавки в горне кокс внедряется полностью в шлак и частично в чугун. При этом слой кокса находится во взвешенном состоянии, а нижняя граница этого слоя в ряде случаев может достигать района нижней чугунной летки. Т.е. существенная часть верхнего чугуна находится в коксовой насадке, что создает дополнительный резерв тепла в верхнем чугуне в виде нагретой массы кокса, имеющей на 50-100^oС более высокую температуру, чем чугун.

Действительно, как показывают исследования на относительно стабильно работающих печах, первые порции выпущенного чугуна из печи более холодные, при этом процессы восстановления кремния и марганца, так же как и десульфурации будут оставаться незавершенными и чугун будет содержать меньше кремния и марганца и больше серы.

В дальнейшем осуществляется совместный выпуск чугуна со шлаком на верхнем уpовне. При прохождении жидких продуктов плавки через канал чугунной летки происходит интенсивное перемешивание чугуна и шлака благодаря чему улучшается их взаимный контакт, а следовательно, создаются дополнительные условия развития обессеривания чугуна. Кроме этого, обработка меньшего количества верхнего чугуна относительно большим количеством шлака в канале чугунной летки осуществляется при более (на 50-100^oС) высоких температурах чугуна и шлака, что также способствует повышению эффективности десульфурации, поскольку удаление серы из чугуна связано с эндотермическим эффектом реакций. Предложенный способ выпуска жидких продуктов плавки становится актуальным особенно в связи с сокращением выхода шлака. Действительно, при малом выходе шлака и в случае совместного выпуска чугуна со шлаком на одном уровне, степень достижения коэффициента распределения серы приближается к единице и резервы обессеривающей способности шлака на всю массу поступающего в горн чугуна, как уже отмечалось, использованы практически полностью. В расчете же только на верхний чугун практически той же массы шлака, его обессеривающая способность использована в значительно меньшей степени.

В последующий период после продувки и закрытия верхней чугунной летки, т. е. окончания выпуска чугуна и шлака на верхнем уровне, открывается нижняя летка и осуществляется выпуск чугуна с остатком шлака на нижнем уровне. При этом естественно, что количество шлака, выпускаемое на нижнем уровне совместно с чугуном, будет значительно меньше, чем отработанное количество на верхнем уровне. Очевидно, что нижний чугун будет иметь повышенное содержание серы и пониженный физический нагрев по сравнению с чугуном, выпущенным на верхнем уровне.

Таким образом, предложенный способ выпуска жидких продуктов плавки из доменной печи обеспечивает выделение более качественного по составу и более физически нагретого чугуна, выпускаемого на верхнем уровне, от чугуна с повышенным содержанием серы и пониженным физическим нагревом, выпускаемого на нижнем уровне. При этом появляется возможность дальнейшего повышения обессеривающей способности шлака и регулирующего его воздействия на химический состав чугуна. Физически более нагретый, с пониженным содержанием серы чугун, в дальнейшем можно перерабатывать в сталеплавильных агрегатах, например конвертерах без предварительной внепечной обработки чугуна с целью снижения содержания серы в чугуне и повышения его температуры. Чугун же с худшими качественными характеристиками должен подвергаться внепечной обработке и в дальнейшем также поступать в конвертер или, минуя внепечную обработку, в мартеновские печи.

На фиг. 1 показано расположение слоев чугуна, шлака и кокса в горне печи после накопления в нем жидких продуктов плавки, т.е. перед выпуском чугуна и шлака, на фиг. 2 расположение слоев чугуна, шлака, кокса в конце выпуска чугуна со шлаком на верхнем уровне через чугунную летку, на фиг. 3 - расположение этих же слоев в конце выпуска жидких продуктов плавки на нижнем уровне через чугунную летку, а на фиг. 4 график выпуска жидких продуктов плавки. При этом предполагается, что будет наблюдаться идеализированный случай перемещения слоев чугуна и шлака, т.е. слои чугуна и шлака по мере выпуска расплава перемещаются одновременно на одинаковую величину по радиусу печи, а отдельные летки, расположенные по секторам печи при выпуске расплава из печи, работают относительно автономно, т.е. не оказывают влияния друг на друга.

Авторам неизвестна операция совместного выпуска чугуна со шлаком на двух уровнях, причем сначала выпускают чугун совместно со шлаком на верхнем уровне, кроме того, указанные признаки не следуют явным образом из существующего уровня техники, следовательно данное решение соответстет критерию "изобретательский уровень".

Пример.

Описание реализации заявляемого способа приведено применительно к условиям работы доменной печи N 10 АО Магнитогорский металлургический комбинат, объемом 2014 м³. Печь оборудована двумя литейными дворами, имеет две чугунные летки, расположенные на одном уровне и одну шлаковую летку 2. Рудная часть шихты состоит из 60% окатышей ССГОКа и 40% агломерата местных фабрик. Производительность печи составляет 4910 т/сутки, выход шлака 280 кг/т чугуна при расходе кокса 410 кг/т чугуна. Печь работала на комбинированном дутье с вдуванием в воздушные фурмы 120 м³/т чугуна природного газа и обогащении дутья кислородом до 27% Печь выплавляла передельный чугун с содержанием кремния 0,57% и серы 0,025% Совместный выпуск чугуна и шлака осуществляется поочередно через две чугунные летки, расположенные на одном уровне.

Для реализации заявляемого способа доменная печь дополнительно оборудуется двумя чугунными летками 3 верхнего уровня, расположенными на расстоянии 0,5 м выше оси чугунных леток нижнего уровня, что составляет 0,14 высоты горна доменной печи N10. Дополнительные верхние летки 3 располагаются над летками 1 нижнего уровня. После накопления расплава в горне осуществляется открытие одной из верхних леток 3 и происходит совместный выпуск чугуна со шлаком через эту летку в течение примерно 20-25 мин. После окончания выпуска жидких продуктов плавки и продувки этой летки осуществляется ее закрытие. В последующем через небольшой интервал времени, обусловленный технологическими причинами, открывают чугунную летку 1, расположенную под закрытой леткой 3 и осуществляют выпуск основной массы расплавом чугуна и остатков шлака в течение 20-25 минут. После окончания выпуска, продувки и закрытия летки 1 вновь происходит накопление продуктов плавки в горне. В дальнейшем такой же цикл открытия и закрытия чугунных леток 1 и 3 повторяется для следующей пары нижней и верхней чугунных леток. При этом доля чугуна, выпускаемого через верхний ряд леток, составит примерно 30% всего чугуна, а через нижний ряд леток 1 будет выпускаться оставшиеся 70% массы выпущенного чугуна. Содержание серы в чугуне, выпущенном на верхнем уровне, составит 0,020% а в нижнем 0,027% температура верхнего чугуна равна 1490^oС, а нижнего 1420^oC.

Таким образом, заявленный способ обеспечивает возможность выделения более качественного по составу и более физически нагретого чугуна, выпускаемого через верхний пояс леток, от чугуна с повышенным содержанием серы и пониженным физическим нагревом, выпускаемого на нижнем уровне, при этом появляется возможность дальнейшего повышения обессеривающей способности шлака и его регулирующего воздействия на химический состав чугуна.

Использование: изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах, работающих с периодическим выпуском чугуна и шлака. Сущность изобретения: способ заключается в совместном выпуске чугуна со шлаком на разных уровнях, причем сначала чугун со шлаком выпускают на верхнем уровне. 4 ил.

Способ выпуска жидких продуктов плавки из доменной печи, включающий совместный выпуск чугуна со шлаком, который осуществляют через летки поочередно, отличающийся тем, что совместный выпуск чугуна со шлаком осуществляют поочередно через летки, расположенные на разных уровнях, причем сначала выпускают чугун со шлаком через летку, расположенную на верхнем уровне.