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

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

Известен способ доменной плавки на основных шлаках с высоким нагревом горна, и это обеспечивает снижение содержания серы в чугуне (Остроухов М.Я., Шпарбер Л.Я. Эксплуатация доменных печей. М: "Металлургия", 1975, с. 249).

Недостатком этого способа является рост потребности в коксе и сокращение производительности печи: на каждые 0,01% снижения содержания серы в чугуне приходится давать дополнительно 1% кокса, а чугуна при этом выплавляется на 1% меньше (Волков Ю.П., Шпарбер Л.Я., Гусаров А.К. Технолог-доменщик. Справочник М.: "Металлургия", 1986, с. 256).

Ближайшим аналогом к заявляемому способу является 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, причем в печь загружают 30-70% окатышей от массы железорудной шихты (см. патент РФ N 2063443).

Недостатком этого способа является использование окатышей с невысоким отношением Fe/Al₂O₃, равным 61,11/2,7 = 22,6. Повышенное содержание глинозема по отношению к железу ведет к поступлению в печь совместно с железом значительного количества Al₂O₃. Вследствие этого получается высоким содержание Al₂O₃ в шлаке и низким отношение основности B по (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) к модулю Al₂O₃/SiO₂. В условиях аналога содержание Al₂O₃ находится в пределах 12-14%, а соотношение B/(Al₂O₃/SiO₂) - 2,2-2,8. Такой шлак имеет высокую вязкость, особенно при пониженных температурах, в связи с чем он затрудняет движение газов в нижней части печи. На обеспечение газопроницаемости требуется дополнительный кокс. Условия десульфурации чугуна оказываются неблагоприятными. Поэтому в известном способе удельный расход кокса получается относительно высоким - составляет 458 кг/т чугуна и более (табл. 3 аналога). Содержание серы в чугуне также получается высоким - составляет 0,028% и не изменяется от использования способа (табл. 2 аналога).

Технической задачей данного способа является снижение содержания серы в чугуне с одновременным уменьшением удельного расхода кокса.

Поставленная задача решается тем, что в способе доменной плавки, включающем загрузку в печь железорудной шихты, содержащей окатыши основностью 0,3-0,5 и агломерат, введение в шихту кокса, флюсов, причем в печь загружают 30-70% окатышей от массы железорудной шихты, при производстве чугуна используют окатыши с соотношением Fe/Al₂O₃ в пределах 180-280, а содержание их в массе железорудной шихты (%Ок) определяют по формуле

где Fe_а - содержание железа в агломерате, %.

Сущность изобретения состоит в создании условий для улучшения газодинамики нижней части доменной печи путем использования окатышей с повышенным соотношением содержания железа и глинозема. Применением таких окатышей обеспечивают оптимальное соотношение между основностью шлака B= (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) и глиноземокремнеземного модуля M_гк= Al₂O₃/SiO₂. По результатам исследований на доменных печах оно составляет 4-5,5. Его достигают установлением содержания окатышей в железорудной шихте в соответствии с полученной формулой, причем используют окатыши с соотношением Fe/Al₂O₃ в пределах 180-280.

Оптимальное соотношение B/M_гк = 4-5,5 обеспечивает высокую газопроницаемость зоны плавления и шлакообразования, т.е. нижней части доменной печи. Высокая газопроницаемость позволяет увеличить интенсивность газового потока (интенсивность по дутью) и вести плавку с повышенным общим перепадом давления газа. Переход от режима работы доменной печи по аналогу на режим по заявке на изобретение позволяет повысить общий перепад давления на 0,1 ат, и это сопровождается снижением расхода кокса на 8 кг/т чугуна, повышением производительности на 2,1% и снижением содержания серы в чугуне на 0,0025% абс. Повышение производительности обеспечивается увеличением количества проходящих через шихту газов, снижение расхода кокса - улучшением использования энергии газов из-за лучшего распределения по сечению, уменьшение содержания серы - более полной восстановленностью материалов к зоне десульфурации в нижней части печи. Повышенная восстановленность обеспечивается улучшением использования химической энергии газов на восстановление и приводит к снижению концентрации FeO в первичных и промежуточных шлаках. Снижение концентрации FeO улучшает условия для перевода серы из металла в шлак по реакции FeS + CaO = CaS + FeO. Улучшение получается как по термодинамике, так и по кинетике реакции. В качестве термодинамического фактора действует снижение концентрации FeO как продукта реакции (принцип Ле-Шателье). Кинетическими факторами являются: уменьшение вспенивания шлака при снижении концентрации в нем FeO, что улучшает диффузию, снижение содержания нерасплавленных включений в жидком шлаке, что также улучшает диффузию. Нерасплавленными включениями являются металлические корольки из свежевосстановленного безуглеродного железа, имеющего более высокую температуру плавления, чем температура шлака.

Соотношение B/M_гк более 5,5 ведет к получению вязкого шлака пониженной газопроницаемости либо вследствие высокой основности B, либо низкого значения M_гк. Основность B получается высокой при содержании окатышей в железорудной шихте меньше, чем это требуется по расчетной формуле - основность окатышей ниже основности агломерата, в связи с чем уменьшение доли окатышей повышает основность смеси и, соответственно, основность шлака. Низкое значение M_гк получается при использовании окатышей, имеющих соотношение Fe/Al₂O₃ более 280.

Соотношение B/M_гк менее 4 снижает серопоглотительную способность шлака как за счет уменьшения основности B, т.е концентрации основных оксидов, так и за счет увеличения M_гк, т.е. формирования высокоглиноземистых шлаков. Такие шлаки ухудшают газопроницаемость зоны плавления и шлакообразования. Низкая основность B получается при расходовании окатышей больше, чем это требуется по расчетной формуле, а высокое M_гк - при расходовании окатышей, имеющих соотношение Fe/Al₂O₃ менее 180.

Пример.

Доменная печь N 9 OAO "ММК" работала на железорудной шихте, включающей местный агломерат с содержанием железа 55% и окатыши основностью 0,3-0,5. Содержание железа в окатышах равно 62,1%, глинозема-0,33%.

Соотношение содержания железа и глинозема в окатышах равно
62,1/0,33=188.

Оптимальное содержание окатышей в шихте составляет
10•188/55=34%.

При работе печи на такой шихте получен шлак состава:
Компоненты CaO MgO SiO₂ Al₂O₃
Содержание,% 40,4 8,4 37,5 8,7
В нем соотношение основности B и глиноземокремнеземного модуля M_гк составило [(40,4+8,4)/(37,5+8,7)] (8,7/37,5)= 4,6, т. е. находилось в пределах оптимальных значений. Удельный расход кокса равнялся 437 кг/т чугуна. Содержание серы в чугуне составило 0,015%.

При использовании окатышей, имеющих соотношение Fe/Al₂O₃=57 (меньше, чем по заявляемому способу), печь работала с соотношением в шлаке B/M_гк=3,1; на 1 т чугуна расходовали 442 кг кокса, в металле содержалось 0,019% серы.

При использовании окатышей с соотношением Fe/Al₂O₃=290 (больше, чем по заявляемому способу) шлак имел характеристику B/M_гк=5,6. Потребность в коксе составила 438 кг/т чугуна при содержании серы 0,016%.

Изобретение относится к металлургии, конкретно к выплавке чугуна в доменной печи. Способ доменной плавки заключается в том, что в шихту доменной печи вводят агломерат совместно с окатышами основностью 0,3-0,5 и соотношением Fe/Al₂O₃ в пределах 180-280. Содержание окатышей в железорудной шихте рассчитывают по предложенной формуле. Процесс организуют так, чтобы соотношение основности шлака B = (CaO+MgO)/(SiO₂ + Аl₂O₃) и глиноземокремнеземного модуля М_гк = (Аl₂O₃/SiO₂) находилось в пределах 4-5,5. Использование изобретения обеспечивает снижение содержания серы в чугуне и уменьшение удельного расхода кокса.

Способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудной шихты, содержащей окатыши основностью 0,3 - 0,5 и агломерат, введение в шихту кокса, флюсов, причем в печь загружают 30 - 70% окатышей от массы железорудной шихты, отличающийся тем, что в печь загружают окатыши с соотношением Fe/Al₂O₃, в пределах 180 - 280, а содержание их в массе железорудной шихты (%Ок) определяют по формуле:

где Fe_а - содержание железа в агломерате, %.