СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ НА МАГНЕЗИАЛЬНО-ГЛИНОЗЕМИСТЫХ ШЛАКАХ Российский патент 2009 года по МПК C21B5/04 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в доменном производстве при выплавке передельного чугуна на магнезиально-глиноземистых шлаках.

Известен способ доменной плавки на двухкомпонентной рудной части шихты, состоящей из низкоосновной рудной части шихты, состоящей из низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата (основностью 2,0-2,3) [1].

Недостатком указанной шихты является то, что низкоосновные окатыши и высокоосновный агломерат резко отличаются по температурам размягчения (для низкоосновных окатышей 1440-1470°С, для высокоосновного агломерата 1220-1280°С), что приводит к ухудшению газопроницаемости шихты и условий шлакообразования, а также к увеличению зоны шлакообразования.

По предлагаемому способу в состав рудной части доменной шихты дополнительно вводят демпферный агломерат такого химического состава, который имеет промежуточную температуру размягчения и позволяет получать увеличенную прочность компонентов, высокую газопроницаемость шихты. Расход демпферного агломерата с основностью 0,7-1,1 составляет 10-40%. Однако у такого способа доменной плавки основными недостатками являются повышенный расход кокса и повышенный выход шлака.

Известен способ доменной плавки высокомагнезиального железорудного сырья с массовой долей магнезии 19-25%, включающий загрузку в печь шихты, вдувание высокотемпературного комбинированного дутья, введение в шихту борсодержащих добавок [2]. Способ позволяет снижать перегрев шлака на 40-70°С. Его недостатком является то, что перерасход кокса и вероятность оползания гарнисажа, хотя и в меньшей мере, но сохраняются. При этом борсодержащие добавки относятся к дорогостоящим материалам.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ доменной плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках с содержанием Al₂О₃ и MgO от 5 до 30% каждого, включающий вдувание высокотемпературного комбинированного дутья и поддержание температуры конечных шлаков на 200-300°С выше температуры ликвидуса [3].

Недостатком этого способа является необходимость перегрева шлаков выше нормального и создания более высокого уровня теплового состояния горна, что требует дополнительного расхода кокса и может приводить к оползанию гарнисажа.

Технической задачей изобретения является устранение недостатков способов-аналогов и прототипа, т.е. необходимости перегрева шлака выше точки ликвидуса на 130-230°С, повышение содержания железа в шихте за счет уменьшения количества шлакообразующей ее части, увеличение производительности печи и повышение качества чугуна за счет стабилизации состава и свойств шлака.

Техническим результатом изобретения является обеспечение достаточной жидкотекучести и серопоглотительной способности шлака при пониженной его основности в нормальных тепловых условиях работы горна без перегрева.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе доменной плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках с содержанием Al₂О₃ и MgO от 5 до 20% каждого, включающем загрузку в печь железорудной шихты, содержащей глиноземистые и магнезиальные добавки, вдувание высокотемпературного комбинированного дутья, получение чугуна и конечного шлака, согласно изобретению железорудную шихту с глиноземистыми и магнезиальными добавками формируют с кремниевым модулем SiO₂/Al₂О₃ 2,2-2,5 и магнезиальным показателем MgO/(СаО+MgO) 0,30-0,35, обеспечивающими получение низкосернистого чугуна и конечного шлака основностью СаО/SiO₂ 0,78-0,92.

Предлагаемый способ основан на нескольких факторах. Первый состоит в том, что на диаграмме вязкости шлаков в системе "СаО - SiO₂ - Al₂О₃" отражающая значения кремниевого модуля в указанном пределе сопрягается с областью, где необходимая вязкость шлака может быть получена при минимальном количестве СаО. Необходимая серопоглотительная способность конечного шлака может быть обеспечена добавками извести, но в этом случае будет увеличиваться вязкость шлака. Достаточная вязкость и серопоглотительная способность шлака могут быть обеспечены добавками магнезии. Мотивацией такой замены является то, что введение магнезии, в отличие от извести, не только не приводит к уменьшению температурного предела, в котором сохраняется достаточно низкая вязкость конечных шлаков, но даже приводит к ее снижению. Магнезия разрушает силикатный комплекс СаО*SiO₂, что освобождает СаО и повышает его активность по отношению к сере, т.е. серопоглотительная способность шлака увеличивается при сохранении количества извести.

Кроме того, магнезиальные шлаки, обладая большим теплосодержанием по сравнению с обычным, повышают физическое тепло чугуна и улучшают его обессеривание даже при меньшем удельном выходе шлака. Особенно заметное действие магнезия оказывает на относительно более кислые шлаки основностью СаО:SiO₂<1,0.

Сложный характер влияния магнезии на вязкость шлаков объясняется тем, что первоначально она разрушает в расплаве одинарные пироксеновые цепочки волластонита и диопсида, заменяя их более простыми изолированными группами, характерными для монтигеллита CaMgSiO₄.

В то же время повышение содержания магнезии в шлаке >20% приводит к неустойчивому шлаковому режиму, к резкому повышению вязкости при небольшом похолодании горна из-за выпадения в расплаве кристаллов шпинели (MgO*Al₂О₃).

По предлагаемому способу степень замены извести магнезией оценивается по магнезиальному показателю MgO/(СаО+MgO), который должен находиться в пределах 0,30-0,35. Основность шлака по показателю СаО/SiO₂ при значениях кремниевого модуля 2,2-2,5 и магнезиального показателя 0,30-0,35 будет находиться в пределах 0,78-0,92.

Наведение конечного шлака с указанными характеристиками за счет соответствующего формирования шихты с добавками обеспечит получение физически нагретого низкосернистого, т.е. кондиционного чугуна.

Вторым фактором является то, что не все железные руды России характеризуются кремниевым модулем в прилагаемых пределах. Эти значения генетически обусловлены только для железных руд месторождений Уральского региона (Тагило-Кушвинские, Северопесчанское), а также месторождения Сибири (Коршуновское). При использовании в доменной плавке руд других месторождений для обеспечения должного значения кремниевого модуля низкоосновного шлака в шихту необходимо вводить глиноземистые добавки, в том числе обычный глинозем.

Способ был опробован на доменной печи объемом 1513 м³. В обычном режиме плавки (по способу-прототипу) железорудную часть шихты составляли из агломерата Высокогорского ГОКа (ВГОК-1) и Михайловских окатышей. В шихту вводили известняк. Опытную шихту составляли из агломерата ВГОК-2, в котором содержание магнезии повышали за счет ввода в аглошихту Бакальского сидерита. Известняк не вводили. Состав материалов представлен в табл.1.

Таблица 1
Химический состав шихтовых материаловМатериалСодержание, %FeFeOCaOSiO₂Al₂O₃MgOАгломерат ВГОК-157,4012,916,716,412,652,76Агломерат ВГОК-258,1114,205,556,042,443,00       Михайловские окатыши63,501,200,748,490,150,27Известняк4,10-51,800,63-0,36Зола кокса6,31-5,0850,6023,001,95

Обычная и опытная плавки проходили в одинаковом режиме. Доменная печь работала с расходом дутья 2550-2560 м³/тч при содержании кислорода в дутье 24,5-26,5%. Средняя температура колошникового газа составляла 300-330°С. Давление дутья было в пределах 250 кПа при избыточном давлении колошникового газа 120 кПа. Обработка продуктов плавки проходила в штатном режиме.

Основные показатели плавок и характеристика продуктов плавки в сопоставляемых периодах приведены в таблице 2.

Таблица 2
Основные показатели работы доменной печи и характеристика продуктов плавкиПоказатели, характеристикаРежим работыпо прототипуопытныйПроизводительность, т/сутки30113247Удельный расход кокса, кг/т чугуна446444Расход кг/т чугуна:  агломерат ВГОК-11290-агломерат ВГОК-2-1598Михайловские окатыши319-известняк36-Чугун:  содержание серы, %0,0190,020содержание кремния, %0,470,51Шлак: выход, кг/т чугуна425372химический состав, %: СаО34,529,5SiO₂36,836,275Al₂O₃13,1016,2MgO11,9015,15Основность СаО/SiO₂, д. ед.0,940,81Кремниевый модуль SiO₂/Al₂O₃, д.ед2,812,24Магнезиальный показатель MgO/(СаО+MgO)0,2560,339

Данные табл.2 показывают, что замена извести магнезией при значениях кремниевого модуля 2,4 и магнезиального показателя 0,339 обеспечивает жидкоподвижность и серопоглотительную способность шлака, необходимые для получения низкосернистого кондиционного чугуна. Использование в качестве добавки железорудного материала с повышенным содержанием MgO приводит к уменьшению выхода шлака с 425 до 372 кг/т чугуна и сокращению удельного расхода кокса с 446 до 444 кг/т чугуна. За время проведения опытных плавок по предлагаемой технологии доменной плавки производительность печи по суткам увеличивалась от 2 до 10% в сравнении со способом-прототипом.

Кроме того использование в шихте добавок с повышенным MgO создает резерв в изменении содержания железа в шихте при введении и глиноземистых добавок, если это потребуется при использовании железорудных материалов с повышенным кремниевым модулем.

Анализ приведенных в таблице №2 данных показал, что при использовании предлагаемого способа восстановительно-тепловая работа горна становится более равномерной, кроме того, за счет соответствующего формирования шихты с добавками магнезии обеспечивается получение физически нагретого низкосернистого чугуна.

Использование предлагаемого способа доменной плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках по сравнению с прототипом обеспечивает следующие преимущества:

- сокращение периодов расстройств хода печи и повышенных энергозатрат;

- повышение стабильности химического состава и температуры чугуна;

- снижение выхода шлака;

- увеличение производительности печи.

Реализация предложенного технического решения позволит значительно улучшить технико-экономические показатели доменной плавки.

Источники информации

1. SU №981363, С21В 5/02, опубл. 15.12.1982.

2. SU №502941, С21В 5/00, опубл. 15.02.1976.

3. RU №1749232, С21В 5/02, опубл. 23.07.1992 - прототип.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в доменном производстве. Способ плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках с содержанием Al₂О₃ и MgO от 5 до 20% каждого включает загрузку шихты, вдувание высокотемпературного комбинированного дутья с использованием глиноземистых и магнезиальных добавок. Железорудную шихту формируют с кремниевым модулем SiO₂/Al₂O₃ в пределах 2,2-2,5 и с магнезиальным показателем MgO/(CaO+MgO) в пределах 0,30-0,35, за счет чего получают низкосернистый чугун при пониженной основности шлака CaO/SiO₂, равной 0,78-0,92. Использование изобретения обеспечивает повышение жидкотекучей и серопоглотительной способности шлака при пониженной его основности. 2 табл.

Способ доменной плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках с содержанием Al₂О₃ и MgO от 5 до 20% каждого, включающий загрузку в печь железорудной шихты, содержащей глиноземистые и магнезиальные добавки, вдувание высокотемпературного комбинированного дутья, получение чугуна и конечного шлака, отличающийся тем, что железорудную шихту с глиноземистыми и магнезиальными добавками формируют с кремниевым модулем SiO₂/Al₂О₃ 2,2-2,5 и с магнезиальным показателем MgO/(CaO+MgO) 0,30-0,35, обеспечивающими получение низкосернистого чугуна и конечного шлака основностью CaO/SiO₂ 0,78-0,92.