Шихта для производства ванадиевого чугуна Российский патент 2020 года по МПК C21B5/02 C22C37/00 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к шихте для производства ванадиевого чугуна.

Известны составы шихт для выплавки ванадиевого чугуна на основе использования ванадийсодержащего железорудного сырья ЖРС (агломерата, окатышей), сварочного шлака, марганцевого агломерата, металлодобавок, известняка, кокса. Однако эти шихты не предусматривают использование шлака десульфурации, что снижает экономическую эффективность доменной выплавки ванадиевого чугуна и извлечение из него ванадия при дальнейшем переделе.

Известна шихта для производства чугуна [1] (патент на изобретение РФ № 2369639, МПК⁸ С21В 5/02, 2006), содержащая железорудное сырье, металлодобавки, промывочные материалы, кокс, известняк и/или известь, ванадийсодержащую шлакометаллооксидную смесь (ШМОС)с содержанием V₂O₅ равным 8-25% в количестве 0,2-1,0 % от массы шихты. В качестве ванадийсодержащей ШМОС использованы конвертерный ванадийсодержащий скрап, ванадиевые отходы. При этом соотношение компонентов составляет, мас.%: металлодобавки 1,4 - 3,5; промывочные материалы 0,3 - 1,2; кокс - 18,0 - 28,0; известняк и/или известь 2,0 - 4,0; ванадийсодержащая шлакометаллооксидная смесь 0,2 - 1,0; железорудное сырье - остальное.

Недостатком указанной шихты является использование в качестве топлива только кокса – без возможности снижения его расхода и вдувания пылеугольного топлива, а также необходимость использования дополнительных материалов (известняка, промывочных материалов), которые при определенной композиции шихтовых материалов не используются.

Наиболее близким по технической сущности является шихта для производства ванадиевого чугуна [2] (Патент на изобретение РФ, №2515709, МПК⁶ С21В 5/00, 2006, содержащая высокоосновный агломерат и/или неофлюсованные окатыши, доменный ванадийсодержащий железофлюс, металлургический кокс, пековый кокс, железо и ванадийсодержащие добавки. При этом соотношение компонентов составляет, мас. %: железосодержащие добавки 0,3-2,0; ванадийсодержащие добавки 0,20- 1,5; металлургический кокс 15,0-20,0; пековый кокс 0,1 – 2,0; доменный ванадийсодержащий железофлюс 6,0 – 12,0; высокоосновный агломерат и/или неофлюсованные окатыши - остальное, при этом отношение пекового кокса к металлургическому коксу составляет 1:(7,5-200).

Недостатком такой шихты является обязательное использование в качестве топлива пекового кокса совместно с металлургическим коксом, без возможности использования пылеугольного топлива.

Техническим результатом, на достижении которого направлено данное изобретение, является снижение расхода железорудного сырья (неофлюсованных окатышей и/или высокоосновного агломерата), снижение расхода кокса, увеличение производительности доменных печей, а также повышение прихода ванадия в доменную плавку, что как следствие повышает извлечение товарного ванадия.

Технический результат достигается тем, что шихта для производства ванадиевого чугуна, содержащая железорудное сырье, металлодобавки, флюсы и кокс, дополнительно содержит шлак десульфурации в количестве 3-75 кг/т чугуна при следующем соотношении компонентов, мас.%:

металлодобавки и флюсы 0,5-8,0 кокс 13,0-21,0 шлак десульфурации 0,1-4,0 железорудное сырье остальное

При этом в качестве железорудного сырья используют высокоосновный агломерат и/или неофлюсованные окатыши, и/или доменный ванадийсодержащий железофлюс, а в качестве топлива используют кокс и/или пековый кокс и/или пылеугольное топливо.

Кроме того в качестве металлодобавок используют продукты переработки отходов (шлак, скрап, отсев, окалина и др.) доменного, сталеплавильного, прокатных и других металлургических производств и/или продукты и смеси на их основе, в виде фракционного состава или брикетов; в качестве флюсов используют известняк или известь, и/или кальцийсодержащие и/или марганецсодержащие материалы.

Шлак десульфурации образуется при обработке ванадиевого чугуна на установке десульфурации. Введение его в шихту для производства ванадиевого чугуна в количестве 3-75 кг/т (или 0,1-2,5 т в подачу) позволяет снизить расход железорудного сырья, улучшить технико-экономические показатели: снизить расход кокса, увеличить производительность доменных печей, повысить приход ванадия в доменную плавку, что как следствие повышает извлечение товарного ванадия.

Содержание шлака десульфурации в количестве 3-75 кг/т чугуна в шихте для производства ванадиевого чугуна является оптимальным. При использовании шлака десульфурации менее 3 кг/т отсутствует эффективность его использования, а при использовании его более 75 кг/т не обеспечивается требуемое качество чугуна по содержанию серы.

Металлодобавки и флюсы вводятся в состав шихты для производства ванадиевого чугуна с целью сокращения доли железорудного сырья, а также для корректировки содержания химических элементов в продуктах доменной плавки до требуемого значения. Пределы содержания металлодобавок и флюсов 0,5 – 8,0 % получены опытно-экспериментальным путем, т.к. именно при таких соотношениях были получены наилучшие показатели выплавки качественного ванадиевого чугуна. При использовании металлодобавок и флюсов менее 0,5 % эффективность добавок невысокая, а при концентрации более 8,0 % возникает необходимость вывода из состава шихты других составляющих, что не позволяет с максимальным эффектом использовать их преимущества.

Кокс в шихте используют в качестве основного топлива, а использование пекового кокса и/или пылеугольного топлива (ПУТ)– это углеродсодержащие добавки, которые частично замещают дорогостоящий кокс, что в конечном итоге уменьшает себестоимость чугуна. Пределы содержания кокса и/или пекового кокса и/или пылеугольного топлива 13,0-21,0% получены опытно-экспериментальным путем. При использовании этих компонентов менее 13,0% не обеспечивается ровный ход доменных печей из-за ухудшения газопроницаемости столба шихты, а при содержании кокса в шихте более 21,0% снижается экономическая эффективность работы доменных печей.

В качестве примера осуществления изобретения приводятся показатели доменной плавки ванадиевого чугуна в условиях АО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат».

Конкретные составы шихты определены опытно-экспериментальным путем в результате доменных плавок на печи большого объема (на доменной печи № 5 АО «ЕВРАЗ НТМК»). Опытная плавка с содержанием шлака десульфурации (предлагаемая шихта для производства ванадиевого чугуна) в сравнении с базовым периодом приведена в таблице 1.

Таблица 1
Технико-экономические показатели: № п/п Состав шихты, мас. % Средний расход кокса, кг/т Производство чугуна, т/сутки Средний расход железорудного сырья, кг/т Содержание ванадия в чугуне, % 1. Базовый период
Металлодобавки и флюсы – 3,8;
Кокс – 17,6;
Шлак десульфурации – 0,0;
Железорудное сырье – остальное. 359,3 6643 1610 0,484 2. Опытный период
Металлодобавки и флюсы – 3,5;
Кокс – 17,5;
Шлак десульфурации – 0,6;
Железорудное сырье – остальное. 358,6 6649 1598 0,505

Таблица 1 показывает, что наиболее рациональным является состав опытного периода 2., т.к. он позволяет увеличить содержание ванадия в чугуне - 0,505 % и производство чугуна в сутки, уменьшить расход железорудного сырья - 1598 кг/т и расход кокса.

Результаты химического анализа шлака десульфурации за опытный период приведены в таблице 2.

Таблица 2
Химический состав шлака десульфурации Пробы Содержание, % Fe _общ. V₂O₅ MgO S Mn CaO SiO₂ Al₂O₃ 1 53,4 3,94 7,62 0,77 2,18 17,45 4,44 3,55 2 54,1 3,51 4,88 1,77 1,52 16,05 2,98 1,40 3 52,7 5,38 5,63 1,48 2,44 17,17 5,14 2,62 Среднее: 53,4 4,28 6,04 1,34 2,05 16,89 4,19 2,52

Сопоставительный анализ приведенных результатов испытаний показывает, что наиболее рациональными при выплавке ванадиевого чугуна с использованием предлагаемых материалов является состав плавки № 2, т.к. он позволил снизить расход железорудного сырья на 12 кг/т чугуна и повысить содержание ванадия в чугуне на 0,021% (на 4,3% отн.), а также повысить производительность доменной печи и снизить расход кокса.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ патентов и научно-технической информации выявил отсутствие признаков, сходных с признаками, которые присуще в предлагаемом техническом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Использование заявленной шихты с использованием шлака десульфурации позволяет обеспечить:

1) снижение расхода железорудного сырья (неофлюсованных окатышей и/или высокоосновного агломерата);

2) снижение расхода кокса;

3) увеличение производительности доменных печей;

4) повышение прихода ванадия в доменную плавку, и как следствие увеличение извлечения товарного ванадия.

Опытная проработка и использование предлагаемого технического решения на АО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат» подтверждает соответствие критерию «промышленная применимость изобретения».

Источники информации

[1] Патент на изобретение РФ № 2369639, МПК⁸ С21В 5/02, 2006;

[2] Патент на изобретение РФ, № 2515709, МПК⁶ С21В 5/00, 2006.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к шихте для производства ванадиевого чугуна. Шихта содержит, мас.%: металлодобавки и флюсы 0,5-8,0, кокс 13,0-21,0, шлак десульфурации 0,1-4,0, железорудное сырье остальное. Изобретение обеспечивает снижение расхода железорудного сырья в виде неофлюсованных окатышей и/или высокоосновного агломерата и расхода кокса, а также увеличивает производительность доменных печей, повышает приход ванадия в доменную плавку, что позволяет повысить извлечение товарного ванадия. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Шихта для производства ванадиевого чугуна, содержащая железорудное сырье, кокс, металлодобавки и флюс, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шлак десульфурации в количестве 3,0-75,0 кг/т чугуна при следующем соотношении компонентов, мас.%:

металлодобавки и флюс 0,5-8,0 кокс 13,0-21,0 шлак десульфурации 0,1-4,0 железорудное сырье остальное

2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве железорудного сырья она содержит высокоосновный агломерат и/или неофлюсованные окатыши, и/или доменный ванадийсодержащий железофлюс.

3. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве металлодобавок она содержит продукты переработки отходов в виде шлака, скрапа, отсева, окалины доменного, сталеплавильного, прокатных металлургических производств.

4. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве части кокса она дополнительно содержит пылеугольное топливо (ПУТ) и/или пековый кокс.

5. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве флюса она содержит известняк, или известь, и/или кальций, и/или марганецсодержащие материалы.