СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ Российский патент 2007 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству чугуна в доменных печах.

Известен способ выплавки чугуна с использованием в качестве твердой углеродсодержащей добавки в шихту кускового шунгита в смеси с доменным коксом (патент РФ №2186855 С1). Низкое содержание углерода (до 35%) не делает его полноценным заменителем кокса, а морфологические особенности, близкие к особенностям антрацита, вызывают его растрескивание при нагреве, забивая мелочью слои кокса в печи. Известны также способ загрузки доменной печи (авт.свид. СССР №1235900) и способ ведения доменной плавки (авт.свид. СССР №1585337), в которых отсев кокса с нижним пределом крупности соответственно 8 и 10 мм смешивают с железорудными материалами. Эти способы не предусматривают использование кокса более мелких фракций, вызывают необходимость выработки дополнительного кокса на коксохимических заводах, что при известных вредных выбросах этого производства ухудшает экологическую обстановку.

Наиболее близким к заявляемому по технологической сущности является способ послойной загрузки шихты в доменную печь, в котором предложено смешивать мелкую фракцию кокса 3-15 мм с железной рудой. (Японский патент №52-43169 кл. 10J121, заявл. 24.03.73 №48-33887, опубл. 28.10.77). Однако одним из ограничений применения способа является трудность и поэтому нестабильность выделения такой фракции на грохотах из общей массы отсева от скипового кокса, особенно при рассеве кокса мокрого тушения. Отсюда большой разброс значений коэффициента замены скипового кокса отсевом и общий перерасход топлива из-за необходимости поддержки большого резерва тепла в горне печи.

Задача, решаемая изобретением, состоит в снижении расхода скипового кокса за счет использования в технологическом процессе коксового отсева отличной от известного способа фракции.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, - это обеспечение полноценного участия коксового отсева в процессе выплавки чугуна без нарушения нормального распределения газа, улучшения процессов восстановления и экономия скипового кокса.

Предлагаемый способ ведения доменной плавки, включающий предварительное грохочение кокса под бункерами доменной печи на грохотах с заданным размером решеток сит с выделением надрешетной фракции в качестве скипового кокса и загрузку шихты, содержащей железорудные материалы, в том числе агломерат и окатыши, скиповый кокс и твердую углеродсодержащую добавку, отличается тем, что в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют подрешетную фракцию от одностадийного грохочения кокса, не ограничивая нижний предел ее крупности, загрузку добавки осуществляют периодически в каждую 2-10 подачи совместно с железорудными материалами в промежуточную зону поверхности засыпи на колошнике. При этом твердую углеродсодержащую добавку используют в количестве 3-5% от суммарного содержания добавки и скипового кокса в подаче.

Сущность способа заключается в следующем.

Используемый на доменных печах среднего и большого объема скиповый кокс обычно имеет крупность от 35-40 до 80 мм и высевается из металлургического кокса коксохимического производства. Рассев на грохотах с большими ячейками 35-40 мм не вызывает трудностей и поэтому образующийся отсев фракции менее 40-35 мм имеет достаточно стабильный состав. Дополнительный рассев на грохотах с мелкими ячейками (10, 8 и тем более 3 мм как в известных способах) создает нестабильность состава промежуточной фракции, которую предлагается загружать совместно с железорудным сырьем, вызывает и нестабильность свойств слоев смеси. Использование многодечных грохотов для одновременного рассева кокса на 4 фракции практически невозможно и при использовании известных способов нельзя обойтись без многостадийного грохочения. Вводятся дополнительные стадии грохочения с затратой энергии и необходимость обслуживания оборудования.

Предлагаемый способ, в котором в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют отсев кокса без ограничения нижнего предела крупности, направлен на снижение следующих видов энергозатрат: исключение стадии повторного грохочения; возможность уменьшения производства металлургического кокса; экономию скипового кокса за счет использования преимуществ наиболее мелкой фракции без ограничения нижнего предела ее крупности как восстановителя за счет рациональных размещения ее в столбе шихтовых материалов и периодичности загрузки.

Кроме решения вопроса о влиянии отсева кокса в смеси с железорудными материалами на их восстановимость необходимо также знать его влияние на процессы размягчения, плавления, фильтрации жидких фаз через нижерасположенную коксовую насадку из скипового кокса. С этой целью проведена серия лабораторных опытов по следующей методике.

В реакционную трубу, помещенную в нагревательную печь, помещали слой крупного кокса (имитирующую слой скипового кокса в доменной печи), на него укладывали предварительно восстановленные по ГОСТ 21707-76 железорудные материалы и их смеси с отсевом кокса. Реакционная труба помещалась на камеру со смотровым окном и поддоном для улавливания расплава. В ходе опытов определяли предварительную степень восстановления железорудных материалов (R_восст, %), температуру начала (Т_н.ф, °С) и максимальной (Т_м.ф, °С) фильтрации расплава через коксовую насадку, а по окончании - остаток непрофильтровавшегося расплава и содержание закиси железа в профильтровавшихся первичных шлаках (FeO_п.ш, %). Результаты опытов даны в табл.1. Результаты проплавки смеси железорудных материалов и отсева кокса, приведенные в табл.1, показали, что ввод в железорудную часть шихты от трех до пяти процентов коксовой мелочи улучшает высокотемпературные характеристики расплава.

Таблица 1. - Результаты лабораторных опытовМатериалСодержание отсева кокса в смеси, %Т_н·ф, °сТ_м·ф, °сОстаток расплава на слое кокса, %FeO_п.ш, %R_восст., %Агломерат (Агл)-1455154018,810,278,5CaO/SiO₂=1,5031455154019,29,678,8 51460154522,19,479,0Окатыши (Ок) -136014909,036,276,2CaO/Si0₂=0,703137015009,635,876,6 5138515009,832,378,1Смесь 85% Ок+15% -1375149511,232,876.4Агл31370150011,830,476,6 51385150012,630,276,6Смесь 70% Ок+30% -1380151011,632,276,8Агл31380151012,030,677,2 51390151013,229.477,2 101400153015,828,078,1Смесь 50% Ок+50% -1385150013,022,877,2Агл31390150013,220,477,5 51400152013,520,678,4 101420154018,819,179,0Смесь 30% Ок+70% -1420153016,819,877,3Агл31430154018,419,276,5 51450154018,818,477,8

Восстановимость ЖРС основностью от 0,7 до 1,5 ед. повышается на 0,5-1,5%, температура начала фильтрации жидких фаз через коксовую насадку увеличивается на 10-15°С, содержание закиси железа в первичном шлаковом расплаве снижается на 3-5%. Несмотря на то, что остаток расплава увеличивается на 2-5%, несколько расширяя вязко-пластичную зону в высокотемпературной области, суммарное влияние трех-пяти процентов коксового отсева не ухудшает показателей расплава. Добавка к высокоосновному агломерату 3-5% коксовой мелочи резко увеличивает остаток расплава на слое кокса, однако в реальных условиях агломерат такой основности плавят только в смеси с кислым флюсом (рудой) или с частично офлюсованными окатышами.

Увеличение доли коксового отсева до десяти и более процентов практически при всех вариантах смесей агломерата и окатышей значительно увеличивает остаток расплава в слое кокса, что может привести к нарушению газораспределения в нижней зоне доменной печи и соответственно к общему перерасходу кокса и безрезультатному использованию коксовой мелочи. Первичный шлак из частично офлюсованных окатышей содержит повышенное количество FeO и поэтому ввод отсева кокса с неограниченным нижним пределом крупности необходимо производить совместно с железорудным сырьем, создавая его непосредственный контакт с окатышами и улучшая процессы восстановления.

В промышленных условиях технологию ведения процесса доменной плавки с использованием отсева кокса без ограничения нижнего предела его крупности организовывают в зависимости от системы загрузки шихты в доменную печь.

При скиповой и последующей конусной загрузке отсев загружается во второй скип на окатыши. При конвейерной загрузке и применении БЗУ отсев загружается на слой окатышей, загружаемых на слой агломерата на конвейере.

Оба этих приема позволяют организовать нахождение отсева с неограниченным нижним пределом крупности в близком контакте с окатышами, когда открывается возможность с помощью мелкого кокса создать условия восстановления и науглероживании закисного расплава из них, предотвратить в определенной степени развитие этого процесса в горне, из которого надо максимально вывести эндотермические реакции, ограничить воздействие "агрессивного" шлакового расплава на огнеупорную футеровку, достаточный нагрев чугуна и шлака и нормальные условия выпуска продуктов плавки.

Промышленные опыты проведены на доменных печах объемом 2002 м³ (конусная загрузка) и 5500 м³ (конвейерная загрузка и БЗУ).

Металлургический кокс коксохимического производства под бункерами доменных печей рассевается на скиповые фракции 35-80 мм и отсев 0-35 мм. Последний подается в отдельный бункер, не подвергаясь дополнительному грохочению для отсева наиболее мелкой фракции. Скиповый кокс дозируется по обычной технологии в заданном количестве, а при загрузке подач железорудных материалов с отсевом кокса расход скипового кокса снижают на величину расхода отсева. Производится чугун с содержанием кремния 0,5-0,6%.

Подача отсева кокса без ограничения нижнего предела крупности реже, чем в каждую 10 подачу, не дает положительного результата по экономии кокса, а чаще, чем в каждую 2 подачу, сказывалась на росте перепадов давления и необходимости снижения расхода дутья. Лучшие результаты (табл.2) получены при вводе отсева в каждую 4-6 подачи.

Таблица 2.
Показатели работы доменных печей до и при использовании предлагаемого способаДоменная печь объемом, м³Основность, CaO/Si0₂Соотношение в рудной части шихты аг-т/окат., %Показатели доменной плавки*агломератокатышиРасход, кг/т чугунаПроизводство чугуна, т/сут.Температура чугуна, °Сскипового коксаотсевасуммарный20021,500,7165/3555001,520,7070/30*) числитель: до использования предлагаемого способа; знаменатель: при использовании предлагаемого способа.

Применение предлагаемого способа выразилось в замене скипового кокса отсевом с коэффициентом замены 1:1 без введения стадии повторного грохочения отсева. При этом при плавке в доменных печах объемом 2002 и 5500 м³ доля отсева кокса в подаче составляла соответственно 5,0% и 3,0% от общего расхода топлива. Следует отметить, что меньшее содержание отсева в подаче на доменной печи объемом 5500 м³ объясняется жесткими требованиями к шихтовым материалам на печах большого объема. В опытном периоде отмечено повышение температуры чугуна на выпуске на 5-10°С. Производительность доменных печей осталась на стабильном уровне.

Для сравнения с известным способом во втором опытном периоде на доменной печи объемом 2002 м³ совместно с железорудными материалами загружали отсев кокса, выделенный на повторной стадии грохочения на двудечном грохоте с размером ячеек сит 15 и 3 мм. Выделение фракции 3-15 мм из отсева кокса мокрого тушения было затруднено как по верхнему, так и по нижнему пределу крупности, отчего содержание фракции +15 мм и 0-3 мм колебалось в пределах 3-10% и 11-22% соответственно. При использовании такого отсева в количестве 20 кг/т чугуна для поддержания нормального нагрева (содержание кремния в чугуне не ниже 0,5%) расход скипового кокса удалось снизить только на 16 кг/т чугуна (с 406 до 390), что составило коэффициент замены 0,8, а суммарный расход топлива повысился на 4 кг/т чугуна.

Способ ведения доменной плавки относится к области черной металлургии, а именно к производству чугуна в доменных печах. Способ включает предварительное грохочение кокса под бункерами доменной печи на грохотах с заданным размером решеток сит с выделением надрешетной фракции в качестве скипового кокса и загрузку шихты. Шихта содержит железорудные материалы, в том числе агломерат и окатыши, скиповый кокс и твердую углеродсодержащую добавку. В качестве твердой углеродсодержащей добавки используют подрешетную фракцию от одностадийного грохочения кокса, не ограничивая нижний предел ее крупности. Загрузку добавки осуществляют в каждую 2-10 подачи совместно с железорудными материалами в промежуточную зону поверхности засыпи на колошнике. При этом твердую углеродсодержащую добавку используют в количестве 3-5% от суммарного содержания добавки и скипового кокса в подаче. Использование изобретения обеспечит экономию скипового кокса и улучшение процессов восстановления в печи. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ ведения доменной плавки, включающий предварительное грохочение кокса под бункерами доменной печи на грохотах с заданным размером решеток сит с выделением надрешетной фракции в качестве скипового кокса и загрузку шихты, содержащей железорудные материалы, включающие агломерат и окатыши, скиповый кокс и твердую углеродсодержащую добавку, отличающийся тем, что в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют подрешетную фракцию кокса от одностадийного грохочения, без ограничения нижнего предела ее крупности, загрузку упомянутой добавки осуществляют периодически в каждую 2-10 подачу совместно с железорудными материалами в промежуточную зону поверхности засыпи на колошнике.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердую углеродсодержащую добавку используют в количестве 3-5% от суммарного содержания добавки и скипового кокса в подаче.