СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ Российский патент 2006 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве чугуна и ферросплавов.

Известны способы составления материального баланса доменной плавки, основанные на расчете шихты, выхода шлака и газа на тонну чугуна [Металлургия чугуна. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н., Юсфин Ю.С., Клемперт В.М., М.: Металлургия, 1989, 512 с.].

Однако эти способы не отражают реальных условий протекания доменной плавки, сопровождающейся выносом из печи мелких частиц шихты, потерями чугуна со скрапом и шлаком, что не позволяет достоверно составлять баланс железа доменной плавки и, тем самым, проводить всесторонний анализ хода доменного процесса для принятия своевременных решений по управлению технологическими процессами.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ ведения доменной плавки, включающий периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки и непрерывный контроль состава и количества загружаемых в доменную печь шихтовых материалов и продуктов доменной плавки, в том числе чугуна, шлака, улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц. Известный способ позволяет по балансу элементов, которые не переходят в чугун, оценивать текущее изменение количества железа в неулавливаемых пылеватых продуктах доменной плавки (Патент РФ N 2164243, МПК 7 С 21 В 5/00).

Недостатком известного технического решения является необходимость проведения дорогостоящего и трудоемкого инструментального измерения потерь железа со скрапом из желобов литейного двора доменных печей, чугуновозных ковшей, рабочих площадок разливочных машин, а также с чугуном, увлекаемым шлаком на выпусках. Имеющая место флуктуация теплового состояния доменных печей, свойств шлака, дренажной способности горна определяет не только величину указанных потерь, но и частоту проведения этих измерений. К недостатку также следует отнести низкую достоверность результатов оценки потерь железа в виде скрапа из желобов литейных дворов доменных печей, с рабочих площадок разливочных машин, из чугуновозных ковшей, а также в виде чугуна, увлекаемого шлаком на выпусках жидких продуктов доменной плавки, что не позволяет проводить всесторонний анализ работы доменных печей, устанавливать причины отклонений от нормального хода печей и принимать своевременно корректирующие решения по управлению доменной плавкой.

Задачей изобретения является повышение достоверности контроля величины неизбежных потерь железа в виде скрапа из желобов литейных дворов доменных печей, разливочных машин, чугуновозных ковшей и чугуна, увлекаемого шлаком на выпусках, а также устранение затрат на инструментальное определение значения этих величин.

Поставленная задача решается тем, что в способе доменной плавки, включающем периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки и непрерывный контроль состава и количества загружаемых в доменную печь материалов и продуктов доменной плавки, в том числе чугуна, шлака, улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, определяют потери железа со скрапом из желобов литейных дворов доменных печей, разливочных машин и чугуновозных ковшей (Fe_с) и чугуном, увлекаемым шлаком на выпусках жидких продуктов доменной плавки (Fe_ш), соответственно по следующим соотношениям, кг/т чугуна:

Fe_с=[Fe]{Si-28(SiO₂'+SiO₂''+SiO₂''')/60-10[Si]}/[Si],

Fe_ш=Fe-Fe'-Fe''-56 FeO'''/72-10[Fe]-Fe_c,

где Si - количество кремния, загружаемого в доменную печь с шихтой, кг/т чугуна;

SiO₂', SiO₂'' - соответственно количество оксида кремния, уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/ т чугуна;

SiO₂''', FeO''' - соответственно содержание оксида кремния и закиси железа в шлаке, кг/т чугуна;

[Fe], [Si] - соответственно содержание железа и кремния в чугуне, %;

Fe, Fe', Fe'' - соответственно количество железа, загружаемого в доменную печь с шихтой и уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;

28, 56 - соответственно атомные массы кремния и железа;

60 - молекулярная масса оксида кремния;

10 - коэффициент пересчета количества соответствующих компонентов на 1 т чугуна.

Значения составляющих элементов выражений определяются из оперативной информации, отражающей текущие изменения технологических параметров в технических отчетах и на электронных носителях, что позволяет своевременно и целенаправленно использовать получаемую информацию для оценки хода доменной печи и принятия необходимых технологических решений.

Необходимость в проведении инструментальных измерений с затратами на определение выхода соответствующих продуктов плавки и их химического состава отпадает, поскольку предложенное распределение железа между различными продуктами доменной плавки учитывает физические и физико-химические закономерности поведения основных элементов в условиях доменной плавки, а также компонентов шихты при загрузке печи и продуктов плавки при их транспортировке соответственно.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Контролируется поступление в доменную плавку железа, кальция, кремния и их распределение между продуктами плавки (чугуном, шлаком, пылеватыми продуктами и скрапом) путем составления баланса кальция для определения количества железа в неулавливаемых пылеватых продуктах и балансов кремния и железа соответственно с целью определения количества металлического железа в скрапе и шлаке.

Предлагаемый способ был опробован в доменном цехе ОАО "ММК".

В исследуемых периодах ("А" и "Б") доменные печи загружали окускованным железорудным сырьем и коксом. С целью коррекции оптимального состава шлака в качестве флюсующих добавок грузили сырой известняк и кварцит. Поступление в доменные печи кальция, железа и кремния с шихтовыми материалами отражено в таблице 1.

Количество железа (как и любого другого элемента или соединения), теряемое с неулавленными продуктами доменной плавки (Fe'), представленными мелкими твердыми частицами, определяли по прототипу с помощью выражения:

Fe'=Fe''[Ca-Ca''-40(СаО)Ш/56100]/Ca'',

где Fe'' - количество железа в улавливаемых продуктах доменной плавки (колошниковая пыль, шлам, вентиляционная пыль), представленных компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;

Ca, Ca'' - соответственно количество кальция, загружаемого в печь шихтой и в улавливаемых пылеватых продуктах, кг/т чугуна;

Ш - выход шлака, кг/т чугуна;

СаО - содержание оксида кальция в шлаке, %;

40 - атомная масса кальция;

56 - молекулярная масса оксида кальция.

Результаты расчетов по предложенным выражениям, а также отдельные статьи общего баланса железа по прототипу (I) и предложенному решению (II) представлены в таблице 2 для двух периодов работы доменного цеха. Данные последней таблицы свидетельствуют о том, что применение известной методики обработки информации о работе доменных печей не отражает реальные ситуации, складывающиеся в разные периоды работы доменных печей. Об этом свидетельствуют разнознаковые значения невязок балансов железа, соизмеримые с отдельными статьями балансов. Так, период "А" был характерен проплавкой агломерата с более высоким содержанием мелочи (0-5 мм), повышенным расходом кокса и выходом уловленной пыли, ростом количества перешихтовок и осадок из-за неровного хода печей, а следовательно, и нестабильного их теплового состояния. В свою очередь, это приводит к изменению температуры чугуна и подвижности шлака, а, следовательно, к изменению количества образующегося скрапа в желобах литейных дворов доменных печей и чугуновозных ковшах, а также массы чугуна, увлекаемого шлаком на выпусках. Тем не менее, по известному решению в обоих периодах эти явления не находят отражения в соответствующих статьях баланса железа. Так, значения количества чугуна, увлекаемого шлаком (3% от массы шлака по известному решению), равно как и скрапа, остаются практически неизменными.

Таким образом, расчеты потерь железа с неулавливаемыми продуктами доменной плавки по прототипу позволяют отражать складывающуюся ситуацию при изменении механической прочности сырья, но не отражают изменения теплового и шлакового режимов работы доменных печей, дренажной способности горна при оценке выхода скрапа и количества увлекаемого со шлаком чугуна.

Достоверный и оперативный контроль количества и состава побочных продуктов доменной плавки по предложенному решению позволяет своевременно принимать необходимые технологические решения на основе комплексной оценки хода доменного процесса и работы оборудования доменных печей от приемных бункеров до чугуновозных и шлаковозных ковшей, что выражается в сведении к минимуму величины значения невязки (за счет уменьшения в ней доли неучтенных потерь железа) при составлении баланса железа. При этом целенаправленное использование текущей информации о работе доменных печей позволяет избежать проведения дорогостоящих и инструментальных измерений для определения выхода побочных продуктов доменной плавки и их химического состава и снизить величину объема чугуна, снимаемого на зашлакованность до 0,4% и менее.

Таблица 1
Характеристика сырья и продуктов доменной плавки№ п/пПараметрыЗначение параметров в различные периоды работы доменного цехаАБ1Поступило с шихтой, кг/т чугуна:   - железа (Fe);995,5995 - кремния (Si);58,0958,831 - кальция (Са)83,61887,312Содержание окускованного сырья в железорудной части шихты, %:   - агломерата;58,69260,594 - окатышей41,2439,4063Содержание мелочи (0-5 мм) в агломерате, %13,313,04Расход кокса, кг/т чугуна449,9441,95Количество, шт./1000 т чугуна:   - осадок;0,010,003 - перешихтовок0,2840,26Выход шлака (Ш), кг/т чугуна289,787296,9737Содержится в шлаке:   - оксида кремния (SiO₂'''), кг/т чугуна;104,862107,329 - закиси железа (FeO'''), кг/т чугуна;0,6610,686 - оксида кальция (СаО), %39,07639,8218Вынос колошниковой пыли, кг/т чугуна28,32259В колошниковой пыли содержится, кг/т чугуна:   - оксида кремния;1,8041,555 - кальция1,2021,03810Вынос шлама, кг/т чугуна11,922,211В шламе содержится, кг/т чугуна:   - оксида кремния;0,6081,099 - кальция0,3510,66412Вынос вентиляционной пыли, кг/т чугуна1,11,313Вентиляционная пыль содержит, кг/т чугуна:   - кремнезема;0,0460,054 - кальция0,0550,06514В чугуне содержится, %:   - железа ([Fe]);94,4594,31 - кремния ([Si])0,7170,656

Таблица 2
Эффективность контроля потерь железа в доменной плавке№ п/пПоказателиСпособ контроля потерь железаIIIПериод работы доменного цехаАБАБ1В чугуне содержится железа (10 [Fe]), кг/т чугуна944,5943,1944,5943,12В шлаке содержится железа в виде, кг/т чугуна:     - закиси железа (56 FeO'''/72);0,50,50,50,5 - чугуна (Fe_ш)8,28,410,3056,5093В скрапе содержится железа (Fe_c), кг/т чугуна4,54,54,495,0314Уловленные продукты содержат железа (Fe'),2124,82124,8 кг/т чугуна, в том числе:     - колошниковая пыль14,112,414,112,4 - шлам;6,311,76,311,7 - вентиляционная пыль0,60,70,60,75В неуловленных продуктах содержится железа (Fe''), кг/т чугуна14,70515,0614,70515,066Невязка баланса железа, кг/т чугуна-2,095+1,36--7Величина объема чугуна, снятого на зашлакованность, %0,50,4

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве чугуна и ферросплавов. Способ включает периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки, контроль состава и количества загружаемых в доменную печь шихтовых материалов и продуктов доменной плавки, определение улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, при этом контролируют поступление в доменную плавку железа, кальция, кремния и их распределение между продуктами плавки и определяют потери железа со скрапом желобов литейного двора, разливочных машин и чугуновозных ковшей и с чугуном, увлекаемым на выпусках по соответствующим соотношениям. Использование изобретения повышает достоверность контроля неизбежных потерь железа, а также устраняет затраты на инструментальное определение этих значений. 2 табл.

Способ доменной плавки, включающий периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки и непрерывный контроль состава и количества загружаемых в доменную печь шихтовых материалов и продуктов доменной плавки, в том числе чугуна, шлака, улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц с учетом потерь железа, отличающийся тем, что определяют потери железа со скрапом из желобов литейного двора, разливочных машин и чугуновозных ковшей (Fe_c) и чугуном, увлекаемым шлаком на выпусках жидких продуктов доменной плавки (Fe_ш), соответственно по следующим соотношениям, кг/т чугуна:

Fe_c=[Fe]{Si-28(SiO₂'+SiO₂"+SiO₂'")/60-10[Si]}/[Si],

Fe_ш=Fe-Fe'-Fe"-56FeO'"/72-10[Fe]-Fe_c,

где Si - количество кремния, загружаемого в доменную печь с шихтой, кг/т чугуна;

SiO₂', SiO₂" - соответственно количество оксида кремния, уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;

SiO₂'", FeO'" - соответственно содержание оксида кремния и закиси железа в шлаке, кг/т чугуна;

[Fe], [Si] - соответственно содержание железа и кремния в чугуне, %;

Fe, Fe', Fe" - соответственно количество железа, загружаемого в доменную печь с шихтой и уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;

28, 56 - соответственно атомные массы кремния и железа;

60 - молекулярная масса оксида кремния;

10 - коэффициент пересчета количества соответствующих компонентов на 1 т чугуна.