СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ Российский патент 1998 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству и может быть использовано при проведении доменной плавки.

В практике доменного производства для получения чугуна необходимыми условиями ведения процесса являются загрузка сверху в печь шихтовых материалов-железосодержащих компонентов: шихты, кокса и флюса/карбонатосодержащих материалов/, а снизу - подача в горн высоконагретого комбинированного дутья.

В качестве флюсов в доменной плавке необходимо применять кальцийсодержащие материалы /CaCO₃/.

Известен способ работы доменной печи, при котором в качестве флюса применяются шлаки электропечного производства. Недостаток этого способа офлюсования пустой породы железорудных материалов состоит в том, что в электропечных шлаках содержание MgO достигает 15,0% и более, и этот фактор не позволяет осуществить полное офлюсование доменной шихты путем только их применения, т. е. количество этого шлака в шихте ограничивается предельным содержанием MgO в доменном шлаке - не более 10 - 12%.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является известный способ /прототип/, сущность которого состоит в том, что в доменную печь подают сверху шихтовые материалы/железорудные компоненты, кокс и флюсы/, а снизу - горячее дутье, при этом в рудную часть шихты добавляют обычный кусковой известняк, причем его массовое количество одинаково в каждой порции/подаче/ загружаемой шихты.

Недостаток известного способа заключается в том, что в нем предусматривается использование известняка с размерами кусков до 150 мм и в этих условиях часть кусков известняка/примерно 50%/ в связи с низкой его пористостью разлагается в доменной печи в области высоких температур - при 1000^oC и более.

Выделяющийся при разложении известняка диоксид углерода взаимодействует с углеродом кокса, что сопровождается затратой тепла на этот процесс и дополнительным расходованием дефицитного металлургического кокса.

Цель изобретения - сокращение расхода кокса и повышение производительности доменной печи путем применения карбонатных брикетов повышенной пористости по сравнению с известняком, полученных из шламов химической водоочистки тепловых электростанций, что позволяет устранить эндотермическую реакцию взаимодействия выделяющегося при разложении кальцита CO₂ с углеродом кокса, и тем самым обеспечивается экономия расходуемого тепла и снижение расхода кокса.

Предлагается способ доменной плавки, включающий загрузку в доменную печь железорудной части шихты, кокса, в качестве флюса карбонатосодержащего материала, подачу горячего комбинированного дутья, выпуск чугуна и шлака, отличающийся тем, что в качестве флюса в печь загружают карбонатные брикеты, полученные из шламов химической водоочистки тепловых электростанций с флюсующей способностью 38 - 43%, в количестве, обеспечивающем необходимую основность шлака.

В связи с повышенной пористостью карбонатных брикетов по сравнению с кусковым известняком разложение CaCO₃ в нем происходит в диапазоне температур 600 - 800^oC, т.е. в области доменной печи, в которой не развивается эндотермическая реакция CO₂ + C = 2CO.

При опускании шихты в температурном интервале до 1000^oC карбонатные брикеты не разрушаются, что обусловлено силами связи между отдельными мелкодисперсными частицами CaCO₃, возникающими в процессе брикетирования при наложении внешнего давления. Таким образом, газопроницаемость столба шихты при применении карбонатных брикетов из шламов химической водоочистки не ухудшается.

Получение брикетов из шламов химической водоочистки ТЭЦ является экономически выгодным по сравнению с получением брикетов из измельченного известняка, поскольку при этом исключается стадия измельчения /шлам химводоочистки представляет собой мелкодисперсный материал/ и, кроме того, рационально утилизуются экологически вредные отходы ТЭЦ, которые до последнего времени сбрасывались в наружную водную среду /реки, водоемы и др./.

При развитии реакции CO₂ + C = 2CO на 1 моль разлагающегося CO₂ затрачивается 165,797 кДж, а при горении углерода кокса до CO в количестве 1 моля/12 кг/ выделяется тепло 117,565 кДж, то при исключении одного моля CO₂/22,4 м³/ из реакции CO₂ + C = 2CO экономится 167,797/117,565 = 1,43 моля /17,2 кг/ углерода кокса за счет уменьшения потребления тепла в печи и 12 кг углерода кокса за счет уменьшения его количества, газифицируемого на фурмах в горне печи. Таким образом, суммарная экономия углерода кокса составляет в данном случае: 12,0 + 1,43 • 12 = 29,2 кг, что соответствует 29,2 : 0,85 = 34,3 кг металлургического кокса/ 0,85 - доля углерода в коксе, ед./. На каждый 1 м³CO₂, реагирующего с углеродом кокса, затрачивается 34,3 : 22,4 = 1,53 кг кокса.

Сущность предлагаемого способа доменной плавки состоит в том, что из состава шихты выводится сырой кусковый известняк и его заменяют карбонатными брикетами. Типичные составы указанных материалов представлены в табл. 1.

Содержание щелочных окислов Na₂O и K₂O в брикетах не превышает 0,1%, т. е. находятся в пределах, характерных для обычных известняков. Примерно на таком уровне в брикетах находится и содержание серы - 0,1 - 0,2%.

Из представленных данных следует, что карбонатные брикеты вполне могут быть применены в доменной плавке в качестве флюсующей добавки.

В связи с увеличением содержания SiO₂ в брикетах на 0,8% /1,6% в известняке и 2,4% в брикетах/ флюсующая способность брикетов несколько ниже по сравнению с известняком /Ф = /CaO + MgO/ - SiO₂ • n, %, здесь CaO, MgO, SiO₂ - содержание компонентов, n - основность доменного шлака/.

При среднем значении n = 1,25 флюсующие способности известняка и брикетов соответственно равны 52,2% и 43,7%.

Для карбонатных брикетов различных ТЭЦ содержание SiO₂ колеблется в пределах 2,6 - 11,3%, содержание CaO 43,9 - 47,5%, MgO 2,8 - 9,5%. Колебание флюсующей способности карбонатных брикетов составляет 38,0 - 43,0%.

Тогда для сохранения флюсующей способности шихты при применении брикетов количество последних в шихте должно определяться соотношением величин флюсующих способностей известняка и брикетов, которое колеблется в пределах 1,2 - 1,4.

Из представленных данных следует, что при расходе обычного известняка 1 кг на 1 т чугуна соответствующий удельный расход карбонатных брикетов составляет /1,2 ^oC 1,4/ кг/т чугуна. При этом состав доменного шлака и его обессеривающая способность не изменяются, сохранится примерно на одном уровне и содержание серы в чугуне. Поскольку расход сырого известняка по отдельным печам колеблется в пределах 5 - 60 кг/т, то колебания расхода брикетов находятся в пределах 6 - 84 кг/т чугуна.

Предлагаемый способ доменной плавки осуществляется следующим образом.

В составе шихты, загружаемой в доменную печь, вместо обычного кускового известняка подают карбонатные брикеты с флюсующей способностью 38 - 43% в количестве, обеспечивающем необходимую основность шлака. При этом другие параметры режима загрузки/порядок подачи железосодержащих материалов и кокса, величина рудной подачи, уровень засыпки/ остаются неизменными. Сохраняются также способы текущего регулирования хода доменной плавки путем изменения параметров режима загрузки, комбинированного дутья и шлакового режима печи.

Пример конкретного выполнения способа. Способ опробован на доменной печи объемом 1754 м³, работающей в создавшихся условиях на обычном атмосферном дутье, нагретом до 830^oC, без обогащения дутья кислородом и незначительным расходом природного газа /30 м³/т чугуна/. В базовом периоде производительность печи составила 1740 тонн в сутки; расход кокса - 670 кг/т чугуна. Интенсивность плавки по коксу составила 710 кг/м³ сутки. В передельном чугуне содержание кремния было равным 0,96%, содержание серы - 0,028% при основности шлака CaO/SiO₂ - 1,24 ед.

Ведение доменной плавки по известному способу.

Железорудная часть шихты состояла из агломерата - расход 1670 кг/т /82,8%/, окатышей - 230 кг/т чугуна /11,5%/ и руды железной 25 кг/т чугуна /1,2%/. В качестве флюса загружался обычный известняк в количестве 74 кг/т чугуна. Применялась смешанная четырехскиповая система загрузки типа 2КААК 3ААКК , уровень засыпи - 1,5 м. Масса коксовой подачи была равной 8,7 т при рудной нагрузке 2,7 т/т кокса, т.е. в печь в подачу загружалось 24 т железорудных материалов /в каждый скип - по 12 т/. Известняк подавался в каждую подачу в количестве 1,0 т во второй рудный скип. Основные показатели работы печи приведены в нижеследующей табл. 2.

Ведение доменной плавки по предлагаемому способу.

В доменную шихту вместо сырого кускового известняка были введены карбонатные брикеты, полученные из шламов химической водоочистки ТЭЦ, количество которых в одной подаче составило 1,0 х 1,2 = 1,2 т. Карбонатные брикеты загружали в каждую подачу во второй рудный скип, остальные параметры режима загрузки и дутья оставались такими же, как и в базовом периоде.

При вводе в шихту карбонатных брикетов уменьшилось количество CO₂, выделяющегося при разложении кальцита/CaCO₃ _→ CaO + CO₂/ и реагирующего с углеродом кокса /CO₂ + C = 2CO/.

В базовом периоде выделяется CO₂ при разложении известняка 16 м³ CO₂ /из соотношения, что на 100 кг известняка количество выделившегося CO₂ составляет 21,5 м³/. Из этого объема CO₂ половина его вступает во взаимодействие с углеродом кокса, т.е. равно: 16,0 х 0,5 = 8 м³CO₂. При применении карбонатных брикетов кальцит /CaCO₃/ разлагается при температурах 600 - 800^oC за счет более пористой их структуры и выделяющийся здесь диоксид углерода не реагирует с углеродом кокса. Таким образом, экономия кокса составляет: 1,53 • 8 = 12,2 кг/т чугуна или 1,8%. Примерно на такую же величину возрастает суточное производство, которое равно в опытном периоде: 1740 • 1,018 = 1770 т/сутки.

Остальные показатели плавки в опытном периоде приведены в табл. 2.

Приведенный конкретный пример показывает, что предлагаемый способ ведения доменной плавки позволяет получить экономию кокса и обеспечивает прирост производства чугуна.

Способ включает загрузку в доменную печь железорудной части шихты, кокса, в качестве флюса карбонатные брикеты в количестве 5-84 кг на тонну чугуна, подачу горячего комбинированного дутья, выпуск чугуна и шлака, при этом карбонатные брикеты получают из шлаков химической водоочистки тепловых электростанций с флюсующей способностью 38,0-43,0%. Способ позволяет сократить расход кокса и повысить производительность доменной печи. 2 табл.

Способ доменной плавки, включающий загрузку в доменную печь железорудной части шихты, кокса, в качестве флюса карбонатосодержащего материала, подачу горючего комбинированного дутья, выпуск чугуна и шлака, отличающийся тем, что в качестве карбонатосодержащего материала используют карбонатные брикеты, полученные из шламов химической водоочистки тепловых электростанций с флюсующей способностью 38 - 43% в количестве 5 - 84 кг на 1 т чугуна.