СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ Российский патент 2001 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способу доменной плавки передельного чугуна.

Известен способ доменной плавки передельного чугуна, включающий загрузку в доменную печь через колошник агломерата, окатышей, железной руды, кокса и флюсов, их восстановительный нагрев до температуры 1200 - 1250^oC в шахте доменной печи продуктами сжигания кокса и природного газа в воздушном дутье, обогащенном кислородом, плавление шихты и выпуск продуктов плавки с температурой жидкого чугуна 1450 - 1500^oC (журнал "Сталь" N 4, Москва, изд. "Металлургия", 1982, стр.4 - 12).

По известному способу невозможно реализовать эффективную доменную плавку титаномагнетитового сырья из-за низкой производительности печей, зарастания горна и чугуновозных ковшей при выделении тугоплавких карбидов и карбонитридов титана и ванадия.

Наиболее близким аналогом является способ доменной плавки передельного чугуна по патенту N 2096474 от 22.12.95, включающий загрузку в доменную печь через колошник железорудной шихты, агломерата и неофлюсованных титаносодержащих окатышей при их количестве 10 - 20% в зону, отстоящую от периферии доменной печи на расстоянии (0,25 - 0,5) радиуса колошника, а при их количестве 21 - 30% - в зону, отстоящую от периферии печи до 0,5 радиуса колошника. Восстановительный нагрев и плавление шихты осуществляют продуктами горения кокса и природного газа, а затем выпускают чугун и шлак, контролируя в чугуне массовые доли кремния и титана.

Недостатками наиболее близкого аналога являются:
1. При указанном принципе загрузки неофлюсованных титаносодержащих окатышей значительная часть их попадает непосредственно в периферийную высокотемпературную зону, что способствует карбидообразованию с последующим отложением карбидов в гарнисаже и уменьшением объема горна.

2. Повышение содержания серы в чугуне из-за затруднения массообменных процессов в присутствии гетерогенных включений в шлаке.

3. Невозможность обеспечить ритмичную высокопроизводительную работу доменной печи из-за уменьшения объема горна и присутствия гетерогенных включений в шлаке.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении производительности печей, снижении содержания серы в чугуне за счет оптимизации физико-химических свойств шлаков, снижения интенсивности процесса карбидообразования как в сухой зоне доменной печи, так и на границе "шлак-чугун".

Решение технической задачи достигается тем, что в известном способе доменной плавки, включающем загрузку в печь через колошник железорудной части шихты, в том числе до 30% неофлюсованных окатышей, содержащих оксиды титана, флюсов, кокса, нагрев, восстановление и плавление шихты, выпуск чугуна и шлака, определение в готовом чугуне массовой доли кремния (Si). Согласно изобретению неофлюсованные окатыши, дополнительно содержащие оксиды ванадия, загружают в зону, отстоящую как от периферии, так и от оси доменной печи на расстоянии 0,25 радиуса колошника, определяют в конечном шлаке массовые доли оксидов титана (TiO₂) и оксидов ванадия (V₂O₅) и осуществляют контроль массовой доли кремния (Si) в готовом чугуне в зависимости от массовых долей оксидов титана (TiO₂) и оксидов ванадия (V₂O₅) в шлаке
[Si] = (0,6 - 1,0) - (0,07 -0,08) • (TiO₂ + V₂O₅),
где (0,6 - 1,0) - массовая доля кремния в готовом чугуне,%, при отсутствии оксидов титана и оксидов ванадия в конечном шлаке, а (0,07-0,08) - снижение массовой доли кремния в чугуне при увеличении суммарной доли (TiO₂ + V₂O₅) в шлаке на 1%.

Сущность изобретения состоит в следующем:
Высокопроизводительная и экономичная работа доменной печи и низкое содержание серы в чугуне при использовании титано- и ванадийсодержащих окатышей достигаются только при незначительном количестве тугоплавких карбидов титана и ванадия, которые формируются как в зоне твердофазного восстановления в шахте доменной печи, так и в горне при взаимодействии углерода кокса и жидкого чугуна с оксидами титана и оксидами ванадия в окатышах и в шлаке.

Наличие карбидов в периферийной зоне приводит к образованию тугоплавкого гарнисажа, к уменьшению рабочего объема горна.

Увеличение карбидов в шлаке значительно снижает их подвижность и затрудняет выдачу продуктов плавки, что наряду с уменьшением объема горна вызывает снижение производительности печи.

Кроме того, гетерогенность оксидных расплавов снижает эффективность массообменнык процессов на границе чугуна со шлаком и тормозит обессеривание чугуна.

Для обеспечения устойчивой работы доменной печи, как правило, формируется W-образный характер температурных полей в виде перевернутой латинской буквы W по всем горизонтам печи, включая распар, с максимумами непосредственно на периферии и в центре печи.

Размещение титано- и ванадийсодержащих неофлюсованных окатышей в зонах повышенных температур недопустимо, так как это приводит к раннему образованию карбидов.

Предлагаемая загрузка титано- и ванадийсодержащих неофлюсованных окатышей в низкотемпературную зону доменной печи, отстоящую от стенки и от оси печи на расстоянии 0,25 радиуса колошника, предотвращает раннее восстановление титана и образование карбидов, снижает их негативное влияние на производительность доменной печи, расход кокса и качество чугуна.

Контроль за содержанием кремния в готовом чугуне пропорционально массовой доле оксидов титана и оксидов ванадия в шлаке позволяет поддерживать тепловой уровень продуктов плавки на оптимальном уровне.

Превышение содержания кремния в готовом чугуне сверх определенного зависимостью по формуле изобретения свидетельствует о повышенных температурах и активном восстановлении титана и ванадия с образованием карбидов на границе чугуна со шлаком, что приводит к затруднению при выпуске чугуна, зарастанию желобов, чугуновозных ковшей, соответственно снижению производительности доменной печи и повышению содержания серы в чугуне.

При содержании кремния в готовом чугуне ниже определенного зависимостью по формуле изобретения температура продукта плавки будет недостаточна для нормального выпуска и использования в сталеплавильном агрегате. Кроме того, низкий температурный уровень процесса не позволит достичь требуемой степени обессеривания чугуна.

Возможность осуществления предлагаемого способа доменной плавки передельного чугуна подтверждается его опробованием на доменных печах OAO "HOCTA" (Орско-Халиловский металлургический комбинат) и ОАО ЗСМК (Западно-Сибирский металлургический комбинат).

В качестве основной железорудной части шихты применяли агломерат местного производства, железорудные неофлюсованные окатыши Лебединского и Качканарского горно-обогатительных комбинатов. Содержание в качканарских железорудных окатышах оксидов титана TiO₂ = 2,5%, оксидов ванадия V₂O₅ = 0,6%.

Загрузку титано- и ванадийсодержащих железорудных окатышей осуществляли отдельными скипами по системе "nAAKK/mKAOK" в цикле 5 подач при соотношении m/n = = 2-3 раз. Это обеспечило преимущественное расположение железорудных окатышей в зоне колошника, отстоящей от периферии и от оси печи на расстоянии 0,25 радиуса колошника при содержании в железорудной шихте до 30% качканарских окатышей. Подбор необходимого соотношения m/n осуществляли путем отбора проб материала с поверхности засыпи и химического анализа на содержание в шихте двуокиси титана.

Нагрев и восстановление шихты осуществляли в потоке колошникового газа, содержащего 17-18% CO₂, 20-22% CO и 5-7% Н₂. Расход природного газа поддерживали на уровне 70 м³/т чугуна, а кислорода в дутье -21-25%.

По программе ПЭВМ, разработанной для расчета составов чугуна и шлака при использовании титано- и ванадийсодержащего сырья (см. "Балансовая логико-статистическая модель доменного процесса", А. В. Ченцов и др., Москва, "Наука", 1991 г. ) определяли содержание TiO₂ и V₂O₅ в шлаке при заданной условиями поставок массовой доле качканарских окатышей в железорудной шихте и необходимое содержание кремния в чугуне. По той же программе для ПЭВМ определяли расход кокса, необходимый для рассчитанной в соответствии с формулой изобретения массовой доли кремния.

По мере выпуска чугуна корректировали тепловой уровень продуктов плавки (содержание кремния) подачей пара, регулированием расхода природного газа и кокса: при большем содержании кремния подавали пар и снижали расход кокса, при меньшем сокращали расход пара и поднимали расход кокса.

Сравнительные испытания известного и заявляемого способов доменной плавки передельного чугуна при содержании в железорудной части шихты 50-70% агломерата местного производства, 10-30% качканарских окатышей проведены в сопоставимых условиях на печах объемом 1500 м³ в условиях ОАО "НОСТА" и объемом 3000 м³ на ОАО ЗСМК.

В таблице 1 представлены результаты испытаний на доменной печи ОАО "НОСТА". При реализации способа наиболее близкого аналога (N 1) титаносодержащие окатыши размещались в зону на расстоянии от периферии печи 0,5 радиуса колошника (R). Содержание кремния в чугуне не контролировалось по содержанию двуокиси титана и определялось технологическим персоналом по условиям обычного нагрева продуктов плавки. Отмечена повышенная эффективная вязкость конечных шлаков, фиксируемая по соотношению длины и максимальной ширины шлакового языка, образующегося после разливки пробы массой 1,5 кг на стальную плиту, наклоненную к горизонту под углом 30^o. Причиной повышенной вязкости являлись выделения карбонитридов титана из-за повышенной температуры на границе шлак-металл и в зоне сосредоточения титаносодержащих окатышей вблизи периферийной стенки шахты печи.

В примерах 2-5 по заявляемому способу содержание кремния в чугуне уменьшалось пропорционально суммарной доле оксидов Ti и V в шлаках согласно формуле изобретения.

Окатыши Качканарского ГОКа, содержащие карбидообразующие оксиды Ti и V, размещались в зону, отстоящую от наиболее нагретых периферии и центра, на расстояние 0,25 R. Это позволило снизить эффективную вязкость шлака, стабилизировать процесс выпуска и разливки продуктов шлака. Отсутствие задержек при выпуске и подаче ковшей обеспечило рост производительности печи по сравнению с известным способом на 2,5-3,0% и сократить приведенный расход топлива на 70 кг/т.

В примере 6 табл. 1 содержание кремния в чугуне выше заявляемого предела и в результате перегрева продуктов плавки наблюдалось выделение карбонитридов Ti и V. Из-за нарушения стабильности хода доменной печи производительность снизилась, а расход кокса вырос.

В примере 7 табл. 1 содержание кремния в чугуне ниже заявляемого предела и в результате пониженной температуры ухудшилось обессеривание чугуна.

В примере 8 табл. 1 доля окатышей, содержащих Ti и V в зоне колошника не превышала 60%. Их нахождение в центральной и периферийной зонах при повышенных температурах привело к повышенному карбидообразованию и снижению производительности печи с перерасходом кокса.

В таблице 2 приведены данные сравнительных испытаний известного и заявляемого способов в условиях большой доменной печи ОАО ЗСМК. В примере 1 по известному способу Ti -содержащие окатыши размещались в зону, отстоящую от периферии на 0,5 R. Их нахождение в высокотемпературной зоне привело к образованию карбидов Ti в нижней части шахты и нарушению ровного схода шихты. Нестабильный ход печи с использованием вынужденных осадок не обеспечил экономичную высокопроизводительную работу.

В примерах 2 табл. 2 практически все окатыши размещались в низкотемпературной зоне, отстоящей на 0,25 R от периферии и оси печи. Содержание кремния в чугуне соответствовало заявляемому пределу. Отсутствие осадок и оптимальная вязкость шлаков обеспечило повышение производительности печи и снижение расхода топлива.

Выход за заявляемые пределы по содержанию кремния в чугуне в примерах 3, 4 табл. 2 привел к снижению производительности печи и повышению содержания S в чугуне.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способу доменной плавки передельного чугуна. Способ доменной плавки включает загрузку в печь через колошник железорудной части шихты, в том числе до 30% неофлюсованных окатышей, содержащих оксиды титана, флюсов, кокса, нагрев, восстановление и плавление шихты, выпуск чугуна и шлака, определение в готовом чугуне массовой доли кремния (Si), при этом неофлюсованные окатыши дополнительно содержат оксиды ванадия и их загружают в зону, отстоящую как от периферии, так и от оси доменной печи на расстоянии 0,25 радиуса колошника. В конечном шлаке определяют массовые доли оксидов титана (TiO₂) и оксидов ванадия (V₂O₅), и осуществляют контроль массовой доли кремния (Si) в готовом чугуне в зависимости от массовых долей оксидов титана (TiO₂) и оксидов ванадия (V₂O₅) в шлаке: [Si] = (0,6 - 1,0) - (0,07 - 0,08) x (TiO₂ + V₂O₅), где (0,6 - 1,0) - массовая доля кремния в готовом чугуне, %, при отсутствии оксидов титана и оксидов ванадия в конечном шлаке, (0,07 - 0,08) - снижение массовой доли кремния в чугуне при увеличении суммарной доли (TiO₂ + V₂O₂) в шлаке на 1%. Использование изобретения обеспечивает повышение производительности печей и снижение содержания серы в чугуне. 2 табл.

Способ доменной плавки, включающий загрузку в печь через колошник железорудной части шихты, в том числе до 30% неофлюсованных окатышей, содержащих оксиды титана, флюсов, кокса, нагрев, восстановление и плавление шихты, выпуск чугуна и шлака, определение в готовом чугуне массовой доли кремния (Si), отличающийся тем, что неофлюсованные окатыши, дополнительно содержащие оксиды ванадия, загружают в зону, отстоящую как от периферии, так и от оси доменной печи на расстоянии 0,25 радиуса колошника, определяют в конечном шлаке массовые доли оксидов титана (TiO₂) и оксидов ванадия (V₂O₅) и осуществляют контроль массовой доли кремния (Si) в готовом чугуне в зависимости от массовых долей оксидов титана (TiO₂) и оксидов ванадия (V₂O₅) в шлаке
[Si] = (0,6 - 1,0) - (0,07-0,08) x (TiO₂ + V₂O₅),
где (0,6 - 1,0) - массовая доля кремния в готовом чугуне, %, при отсутствии оксидов титана и оксидов ванадия в конечном шлаке; (0,07 - 0,08) - снижение массовой доли кремния в чугуне при увеличении суммарной доли (TiO₂ + V₂O₅) в шлаке на 1%.