СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ Российский патент 2002 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке передельных и литейных чугунов и ферросплавов с использованием в шихте шунгита в доменных печах, оборудованных загрузочными устройствами, позволяющими регулировать распределение загружаемых материалов по радиусу колошника в широких пределах.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку доменной шихты, вдувание горячего дутья, выпуск продуктов плавки, причем в состав доменной шихты входят кокс, железорудные материалы и шунгит, используемый в качестве кислого флюса /1/. Недостатком известного способа является отсутствие в нем технологических регламентаций по применению комплексного материала-шунгита и отсутствие регламента регулирования основности шлака, что снижает эффективность его применения и вызывает колебания теплового состояния печи и шлакового режима и приводит, в итоге, к снижению качества выплавляемого чугуна.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и по достигаемым результатам является известный способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудных материалов и кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку твердой углеродсодержащей добавки в определенную зону колошника /2/. Недостатком данного способа является то, что он предусматривает загрузку твердой углеродсодержащей добавки в зону, транспортирующую эту добавку в район фурменных очагов. Это позволяет применять по данному способу лишь топливные добавки с традиционным спектром их функциий в доменной печи (горение, участие в реакции газификации). Способ не предусматривает мер по стабилизации основности шлака в печи, что снижает его эффективность.

Технической задачей изобретения является устранение недостатков способов-аналогов и прототипа, снижение расхода кокса, повышение производительности печи и повышение качества чугуна за счет стабилизации состава и свойств шлака.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном способе доменной плавки, включающем загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, отличающийся тем, что в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковый шунгит, смешивая его при загрузке в печь с коксом и загружая в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника, причем основность железорудной шихты по модулю (CaO+MgO)/(SiО₂+Al₂О₃) при использовании шунгита увеличивают на 0,001-0,004 на каждый 1 кг шунгита, загружаемого на 1 т чугуна.

Решение данной технической задачи достигается также тем, что основность железорудной шихты при использовании шунгита изменяют путем изменения доли малоофлюсованных (окатыши) или неофлюсованных (руда) компонентов шихты, а также тем, что основность железорудной шихты изменяют путем изменения основности офлюсованных компонентов шихты, например агломерата, или ввода флюсующих добавок, например конвертерного шлака.

Сущность изобретения заключается в следующем. При использовании кускового шунгита в качестве твердой углеродсодержащей добавки благодаря тесному контакту между мелкодисперсными частицами углерода и кремнезема в этом материале (удельная поверхность контактов составляет до 20 м²/г) углерод шунгита, находящийся в нем практически в стехиометрическом отношении с кремнеземом (содержание углерода в шунгите разрабатываемого месторождения колеблется преимущественно в пределах 26-33%, а содержание кремнезема в пределах 55-63%), реагирует с кремнеземом с образованием карбида кремния и кремния. При этом реакции восстановления кремния и образования карбида кремния протекают до прихода шунгита в горн доменной печи и с меньшими энергозатратами, чем аналогичные реакции с участием углерода кокса и кремнезема пустой породы железорудных материалов или золы кокса благодаря высокой активности углерода шунгита и чрезвычайно высокой удельной поверхности контактов между реагирующими компонентами. В горне доменной печи кремний и карбид кремния, образовавшиеся из шунгита, окисляются первичным железистым шлаком или кислородом дутья с выделением тепла. Содержание кремния в чугуне на выпуске из печи при этом определяется положением зоны плавления в печи и температурно-тепловым потенциалом горна Оно может поддерживаться также в заданных пределах изменением общепринятыми мерами регулирования нагрева горна или изменением долей карбида и кремния шунгита, которые окисляются в фурменной зоне и первичными железистыми шлаками на коксовой насадке и в горне печи за счет соответствующего распределения шунгита на колошнике при его загрузке.

Заявляемые пределы кольцевой зоны колошника, в которую необходимо загружать шунгит, обусловлены его ролью в доменном процессе и траекториями движения материалов и продуктов плавки в доменной печи. При выплавке передельного чугуна вещество шунгита в результате химических реакций образует сильные восстановители (кремний и карбид кремния) по отношению к закиси железа. При загрузке шунгита в центр печи, т.е. в зону, ограниченную радиусом менее 0,1 радиуса колошника, в шунгит попадает коксовый тотерман и остается там, не реагируя с оксидами железа до тех пор, пока не опустится ниже уровня продуктов плавки в горне. Жидкие продукты плавки, стекающие по коксовой насадке, на печах с бесконусными загрузочными устройствами в этой зоне практически отсутствуют. Т. е. длительное время шунгит не работает в этой зоне как восстановитель, накапливаясь в малоподвижном тотермане.

При загрузке шунгита за пределами зоны, ограниченной радиусом 0,95 радиуса колошника, шунгит попадает близко к стенкам печи и длительное время остается в зоне пониженных температур. При этом в нем не успевают завершиться реакции взаимодействия между углеродом и кремнеземом до прихода шунгита в горн. В результате при прохождении через фурменную зону углерод шунгита окисляется, что лишает шунгит термодинамических преимуществ перед обычной смесью углерода и кремнезема и снижает коэффициент замены кокса шунгитом.

Поддержание основности доменного шлака в оптимальных пределах, определяющих необходимые жидкоподвижность и серопоглотительную способность шлака и, следовательно, качество чугуна, при загрузке шунгита в печь согласно изобретению обеспечивается увеличением основности железорудных материалов на 0,001-0,004 по модулю (CaO+MgO)/(SiО₂+Al₂О₃) на каждый 1 кг загружаемого шунгита. При этом дополнительный кремнезем, образующийся при окислении кремния и карбида кремния под зоной плавления и в фурменной зоне, не снижает основности доменного шлака и не ухудшает его оптимальных свойств. Реакция этого кремнезема с двух- или трехкальциевыми силикатами высокоосновных компонентов шихты идет с выделением тепла и повышает коэффициент замены кокса шунгитом. Увеличение основности железорудной шихты по указанному модулю на величину, меньшую 0,001 на каждый 1 кг вводимого в шихту шунгита, может вызывать снижение основности шлака и повышение содержания серы в чугуне, что ухудшает его качество. Увеличение основности железорудной шихты на величину, большую, чем 0,004 на каждый 1 кг шунгита, вводимого в шихту, вызывает чрезмерное снижение содержания железа в железорудной шихте, увеличение выхода шлака и снижение производительности печи. Коэффициент замены кокса шунгитом при этом также снижается, что уменьшает экономическую эффективность его применения.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. В доменной печи объемом 3200 м³ с диаметром колошника 8,9 м, оборудованной бесконусным загрузочным устройством фирмы Paul Wurt, выплавляли передельный чугун, содержащий 0,3-0,6% кремния из железорудной шихты, включающей: агломерата 90%, окатышей 9,0%, конвертерного шлака 1%. Состав компонентов шихты указан в таблице.

При этом расход кокса на 1 т чугуна составлял 422 кг/т при расходе вдуваемого природного газа 96 м³/т чугуна и температуре дутья 1015^oС.

При переходе на выплавку чугуна согласно изобретению в шихту добавили шунгит в количестве 16 кг/т, загружая его вместе с коксом в кольцевую зону колошника, ограниченную радиусами, составляющими 0,65 и 0,90 радиуса колошника (зона на расстоянии 0,45 м от стенки колошника шириной 1,11 м). При введении в шихту шунгита согласно изобретению основность железорудной шихты по модулю В увеличили до 1,138 (т.е. на 0,0011 на каждый 1 кг шунгита) за счет уменьшения в шихте доли неофлюсованных окатышей на 0,65% и увеличения на столько же доли конвертерного шлака в шихте. Расход кокса на выплавку чугуна снизился до 409 кг/т чугуна без увеличения содержания кремния в чугуне. Коэффициент замены кокса шунгитом составил 0,81 кг/кг. Печь работала высокопроизводительно. Производительность печи при использовании шунгита увеличилась на 112 т/сутки (на 1,5%). Содержание серы в чугуне снизилось на 0,003%, а стандартное отклонение содержания кремния в чугуне по выпускам составляло 0,13-0,15, что ниже, чем в базовом периоде работы печи.

В другом примере при работе печи на железорудной шихте приведенного выше состава с расходом кокса 425 кг/т и расходом природного газа того же состава 90 м³/т и с той же температурой дутья при введении в шихту шунгита в количестве 25 кг/т, загружая его вместе с коксом в кольцевую зону колошника, ограниченную радиусами, составляющими 0,65 и 0,90 радиуса колошника (зона на расстоянии 0,45 м от стенки колошника шириной 1,11 м). При введении шунгита в шихту согласно изобретению основность железорудной шихты по модулю В увеличили до 1,153 (т. е. на 0,0013 на каждый 1 кг шунгита) за счет увеличения основности агломерата по модулю В до 1,23 (новый состав агломерата: FeO 11,9; Fe₂О₃ 71,1; SiО₂ 6,6; CaO 7,3; MgО 1,9; Аl₂О₃ 0,9; В 1,23) при сохранении неизменных долей компонентов шихты. Расход кокса на выплавку чугуна снизился до 407 кг/т коэффициент замены кокса шунгитом составил 0,72 кг/кг. Производительность печи увеличилась на 68 т/сутки (на 0,9%). Содержание серы в чугуне снизилось на 0,007%. Колебания содержания кремния в чугуне по выпускам отвечали стандартному отклонению 0,14%, что ниже, чем в базовом периоде.

Таким образом, применение изобретения позволяет сокращать расход кокса на выплавку чугуна путем замены его более дешевым углеродсодержащим материалом и при этом повышать производительность печи при стабильно высоком качестве выплавляемого чугуна.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N740834 МКИ С 21 В 5/00, заявл. 09.10.72 г., опубл. 15.06.80 г., Бюл. N22.

2. Патент РФ N2042714 МКИ С 21 В 5/00, заявл. 26.06.93 г., опубл. 27.08.95 г., Бюл. N24.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано в доменных печах с загрузочными устройствами, позволяющими осуществлять распределение материалов по радиусу колошника в широких пределах. Сущность изобретения заключается в том, что в доменную печь загружают железорудные материалы и кокс, вдувают дутье и топливо и дополнительно загружают шунгит, смешивая его с коксом и подавая в узкую кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника. При этом основность железорудной шихты по модулю (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) увеличивают на 0,001-0,004 на каждый 1 кг шунгита, загружаемого на 1 т чугуна. Основность железорудной шихты увеличивают за счет уменьшения доли малоофлюсованных или неофлюсованных железорудных компонентов либо путем увеличения основности офлюсованных компонентов. Использование изобретения позволяет сократить расход кокса и повысить производительность печи. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ доменной плавки, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, отличающийся тем, что в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковый шунгит, смешивая его при загрузке в печь с коксом и загружая в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника, причем основность железорудных материалов по модулю (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) при загрузке шунгита увеличивают на 0,001-0,004 на каждый кг шунгита, загружаемого в печь в расчете на 1 т чугуна. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основность железорудных материалов увеличивают путем уменьшения доли неофлюсованных и/или малоофлюсованных железорудных материалов. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что основность железорудных материалов увеличивают путем увеличения основности агломерата.