СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ Российский патент 2000 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при появлении признаков загромождения горна доменной печи, подготовке ее к ремонту и задувке, к переводу на выплавку ферромарганца, зеркального чугуна, ванадиевого чугуна из титаномагнетитового сырья.

Известен способ промывки горна доменной печи, включающий ввод в рудную часть шихты высокозакисного агломерата и его проплавку в доменной печи (а.с. СССР N 1161560).

Основными недостатками данного способа являются невозможность очистки горна от высокоосновных силикатов и снижение производительности агломерационных машин, производящих такой агломерат. Условия для удаления из горна тугоплавких силикатов (2CaO • SiO₂; 3CaO • 2SiO₂) ухудшаются из-за снижения температуры в горне вследствие значительного развития реакции прямого восстановления железа.

Известен способ доменной плавки, предусматривающий промывку горна путем ввода в железорудную часть шихты материалов с высоким содержанием оксидов железа и марганца и проплавку их в доменной печи заданной основности шлака (а.с. СССР N 1458393).

Основным недостатком этого способа является снижение температуры в горне печи из-за расходования тепла на восстановление Fe и Mn. Предлагаемое снижение основности по а. с. 1458393 не предусматривает ввод дополнительного тепла в печь. По этой причине промывка получается неполной, улучшения результатов плавки по удельному расходу кокса и производительности - незначительными, а ухудшение качества чугуна по сере - существенным.

Ближайшим аналогом к заявляемому способу является способ доменной плавки, включающий промывку чугуна путем ввода в рудную часть шихты сварочного шлака и его проплавку в доменной печи (М.Я. Остроухов, Л.Я. Шпарбер "Эксплуатация доменных печей", М., "Металлургия", 1975, c. 115).

Основными недостатками способа, использующего сварочный шлак, являются невозможность очистки горна от высокоосновных силикатов и необходимость расходования дополнительного кокса. Сварочный шлак обеспечивает промывку горна только от коксового мусора. Это происходит главным образом вследствие расходования углерода коксовой мелочи на восстановление Fe из Fe0 по реакции FeO + C = Fe + CO. Высокоосновные силикаты, такие как ларнит (2CAO • SiO₂), ранкинит (3CaO • 2SiO₂), ухудшающие дренажную способность горна, не удаляются. Условия для их удаления ухудшаются из-за снижения температуры в горне, вследствие затрат тепла на восстановление железа из FeO по вышеприведенной реакции. Повышенный расход кокса проявляется в необходимости загрузки холостых (состоящих только из кокса) подач размером 20 т и более.

Данное изобретение направлено на снижение удельного расхода кокса, повышение производительности, улучшение перевода вредных примесей в шлак, полезных - в чугун.

Положительный результат достигается за счет того, что промывку горна осуществляют путем подачи вместе с коксом ферросилиция крупностью 40-100 мм, наибольшее количество которого в подаче определяют по зависимости:

где ФС - расход ферросилиция в подачу, т;
CaOi, SiO₂i - содержание CaO в материалах, входящих в состав подачи, включая зону кокса, %;
Mi - расход материалов, входящих в состав подачи, включая золу кокса, исключая остальную часть кокса, т;
Ч - выход чугуна из подачи, т;
[Si] - содержание кремния в выплавляемом чугуне, %;
[Si] фс - содержание кремния в загружаемом ферросилицие, %;
n - количество видов материалов в подаче.

Смешивание ферросилиция с коксом необходимо для исключения окисления его по мере опускания в печи. Крупность менее 40 мм ухудшает газопроницаемость шихты. Эта крупность соответствует нижнему пределу крупности кокса. Крупность более 100 мм затрудняет выдачу через течки во время загрузки в скип и создает возможность неполного окисления в фурменных очагах. Минимальный расход ферросилиция в 50 кг определяется возможностью дозирования в системе шихтоподачи доменной печи - весовое устройство не обеспечивает взвешивание и загрузку меньшего веса. Максимальный расход, определяемый по формуле, соответствует получению основности шлака по CaO/SiO₂, равной 0,5. Снижение основности до меньших величин дает вязкие шлаки (Остроухов М.Я. "Процесс шлакообразования в доменной печи", М., "Металлургия", 1963, с. 92).

При использовании сварочного шлака для промывки гона происходит очистка его от коксового мусора за счет протекания реакции FeO + C = Fe + CO. Эта реакция протекает с поглощением большого количества тепла и поэтому происходит одновременно охлаждение горна. Для компенсации затрат тепла на восстановление требуется предварительно загружать холостые подачи, т.е. подачи, состоящие только из кокса, не включающие рудную часть (М.Я. Остроухов, Л.Я. Шпарбер "Эксплуатация доменной печи", М., "Металлургия", 1975, с. 115).

При использовании сварочного шлака горн не очищается от высокоосновных тугоплавких шлаков, включающих ларнит (2CaO • SiO₂) и ранкинит (3CaO • 2SiO₂). Снижение температур в горне усугубляет ситуацию - не вытекающие из доменной печи вязкие шлаки становятся еще более вязкими.

Загрузка в печь ферросилиция совместно с коксом обеспечивает выделение дополнительного тепла от окисления кремния и железа в зоне горения. Количество выделяющегося тепла на 1 кг кремния составляет 30700 кДж, на 1 кг железа - 4700 кДж, на 1 кг ферросилиция марки ФС-65: 30700 х 0,65 х 0,35 х 4700 = 21600 кДж.

Из зоны горения в горн печи поступают перегретые SiO₂ и Fe. Оксид железа, расходуя углерод на восстановление, обеспечивает очистку горна от коксового мусора. Кремнезем, взаимодействуя с высокоосновными силикатами, переводит их в низкоосновные (CaO • SiO₂ с уменьшением температуры плавления и вязкости. Поступление SiO₂ и FeO в перегретом виде обеспечивает повышение температур в горне, что обеспечивает дополнительное снижение вязкости шлака, а также чугуна, вывод из печи масс, находящихся до этого в непрогретом вязком состоянии. Чем выше содержание кремния в ферросилицие, тем больше тепла выделяется на 1 кг этого сплава.

Выделение тепла в зоне горения от окисления кремния и железа повышает температуру газов, образующихся в ней и поднимающихся в последующем вверх. Это улучшает теплопередачу в нижней части печи, создает благоприятные условия для восстановления трудновосстановимых элементов, снижает температуру газов на колошнике. Указанное влияние имеет важное значение при подготовке печи к выплавке ферромарганца, так как основные сложности при получении этого сплава в доменной печи связаны с загромождением горна, зарастанием печи, повышением температур на колошнике.

Пример реализации способа.

Применяют ферросилиций марки ФС-65, его расходуют в количестве 100 кг в каждый коксовый скип, т.е. 200 кг в подачу в течение 8 часов (одной смены).

Общий расход составляет:
где 60 - количество загруженных за смену подач.

Из него образуется:
SiO₂ в количестве:
где 60 и 28 - молярные массы SiO₂ и Si соответственно.

FeO в количестве:
где 72 и 56 - молярные массы FeO и Fe соответственно.

Образовавшегося количества SiO₂ достаточно для вывода из печи высокоосновного силиката 3CaO • 2SiO₂ (основностью 1,4) путем доведения его основности до 1,0 в количестве:

где 56 и 60 - молярные массы CaO и SiO₂ соответственно;
3 и 2 - количество молей CaO и SiO₂ в ранкените;
1 - основность шлака после ее снижения.

Образовавшегося количества FeO достаточно для перевода в газообразное состояние коксовой мелочи горна (т.е. очистки от коксового мусора) в количестве:

Окисление Si и Fe ферросилиция обеспечивает поступление тепла в количестве 21600 • 12 10³=259 • 10⁶ кДж.

Это количество тепла приводит к повышению температуры горновых газов
,
где 1000 - выплавка чугуна за смену (8 часов);
1700 - выход фурменного газа, м/т чугуна;
1,5 - теплоемкость фурменного газа, кДж/м град.

Средняя температура продуктов плавки увеличивается от этого на

где 2 - соотношение теплоемкостей потоков шихты и газа в высокотемпературной зоне печи.

Снижение расхода кокса на горение у фурм из-за поступления дополнительного тепла составит:

где 1000 - количество выплавляемого чугуна за смену, т;
10000 - тепло горения углерода кокса у фурм, кДж/кг;
0,85 - доля углерода в коксе.

Прирост производительности от снижения доли кокса в шихте составит:

где 500 - удельный расход кокса, кг/т чугуна.

Пример расчета максимального расхода ферросилиция
Исходные данные:
1. Содержание SiO₂ и CaO в компонентах шихты, %:
Агломерат: SiO₂ 8,6, CaO 13,7;
Окатыши: SiO₂ 4,8, CaO 0,3;
Зола кокса: SiO₂ 50,1, CaO 7,0.

2. Расход материалов в подачу, т:
Агломерата - 18
Окатышей - 12
Кокса - 8,0.

3. Выход чугуна из подачи, т - 18.

4. Содержание Si, %: в чугуне 0,8;
в ферросилицие 65.

5. Содержание золы в коксе, %: 12.

Расчет:
в

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для промывки горна доменной печи. Способ включает промывку горна доменной печи путем подачи вместе с коксом ферросилиция крупностью 40-100 мм в количестве, определяемом по зависимости. Использование изобретения позволит снизить расход кокса и улучшит перевод вредных примесей в шлак, а полезных - в чугун. 1 табл.

Способ доменной плавки, включающий загрузку подач шихты, состоящей из кокса и железорудных материалов, промывку горна печи путем ввода в шихту промывочного материала, выпуск чугуна и шлака, отличающийся тем, что промывочный материал, в качестве которого используют ферросилиций крупностью 40 - 100 мм, загружают вместе с коксом и определяют наибольший расход ферросилиция в подаче (ФС) из следующего соотношения:

где CaO_i, SiO₂ - содержание CaO и SiO₂ в шихтовых материалах, входящих в состав подачи, включая золу кокса, %;
Mi - расход шихтовых материалов, входящих в состав подачи, включая золу кокса, исключая оставшуюся часть кокса, т;
Ч - выход чугуна из подачи, т;
(Si) - содержание кремния в выпускаемом чугуне, %;
(Si)фс - содержание кремния в загружаемом ферросилицие, %;
n - количество видов шихтовых материалов в подаче.