СПОСОБ ЗАГРУЗКИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 2020 года по МПК C21B5/00 C21B7/20 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах.

Известен способ доменной плавки цинкосодержащих шихт с частичным удалением цинковых настылей со стенок доменной печи во время ее работы путем их возгонки, заключающийся в том, что вводят шихту в следующем соотношении (мас. %): агломерат - 40-70, железорудные окатыши - 20-50, флюс - 8-12, состоящий из 70-80% конвертерного шлака и 20-30% сырого известняка, один раз в два месяца повышают температуру колошникового газа до 650±50°С путем снижения уровня засыпи шихты ниже уровня образовавшихся настылей, при этом оставшуюся часть настылей удаляют путем подачи воды через отверстия в кожухе доменной печи непосредственно к настыли и для ее расплавления производят загрузку кокса в печь в количестве 40-60 т (см. пат. РФ № 2252970, С21В 5/00)

Недостатком данного способа является то, что данные мероприятия приводят к ухудшению технико-экономических показателей работы доменной печи за счет изменения теплового режима плавки и дополнительного расхода кокса на предварительное формирование слоя, поддержание уровня засыпи в опущенном состоянии, диссоциацию известняка. Кроме того, в настоящее время этот способ затруднен в связи с использованием охлажденного агломерата и, как следствие, понижением температурных полей в шахте, что приводит к образованию отложений на более нижних горизонтах шахты.

Известен способ промывки доменной печи (см. пат. РФ № 2248400, С21В 3/00), включающий загрузку основных компонентов шихты и периодическую загрузку доз промывочного материала в виде металлофлюса основностью до 4,0, выделенного из конвертерного шлака, в смеси с кварцитом, причем доза промывочного материала составляет 0,01-0,1 от величины рудной части подачи. Данный способ позволяет очистить стены печи от тугоплавких составляющих.

Недостатком известного способа является повышение себестоимости чугуна из-за существенных затрат на кварцит и дополнительный расход кокса для компенсации потерь тепла на нагрев промывочного материала, проведение реакций с ним и предотвращение снижения температур в печи, связанного с периодической загрузкой доз промывочного материала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ доменной плавки (см. патент РФ № 2625620, С21B 3/00), обеспечивающий удаление настылей путем загрузки шихты, обладающей промывочными свойствами, содержащую, мас. %:

- неофлюсованные окатыши - 50-70,

- агломерат - 20-45

- минеральную часть конвертерного шлака - 5-10,

при этом загрузку упомянутой железорудной шихты производят со смещением к осевой зоне печи для предотвращения прогара холодильников нижней части печи, а интенсификацию процесса удаления настылей обеспечивают увеличением количества дутья и перераспределением его по периферии печи посредством изменения диаметра фурм.

Недостатки известного способа заключается в следующем:

- отдаление части окатышей от периферии путем смещения выгружаемой в колошниковое пространство шихты к осевой зоне печи, что приводит к менее эффективному истиранию лишних отложений на шахте доменной печи и неоправданному увеличению доли окатышей от расхода железорудной части шихты до 70%;

- не применяются мероприятия, позволяющие равномерно распределять конвертерный шлак по окружности колошника доменной печи, что приводит к неравномерному поступлению его в различные сектора по окружности горна, следовательно, к различию физико-химических свойств шлака в различных зонах горна и неравномерной промывки коксовой насадки, что сопровождается уменьшением производительности печи и повышением удельного расхода кокса;

- отсутствие контроля дренажной способности коксовой насадки в горне печи при повышенном расходе конвертерного шлака до 10% от расхода железорудного сырья, обеспечивающий уменьшение железа в шихте, повышение содержания MgO в шлаке, в связи с чем выход за пределы рациональной величины отношения MgO/(CaO/SiO₂) в шлаке, в результате ухудшение физико-химических свойств шлака (десульфурирующая споосбность и вязкость), и как следствие уменьшение производительности печи в опытном периоде при повышении удельного расхода кокса;

- увеличение диаметра некоторых фурм, что в условиях повышения количества подаваемого дутья приводит к увеличению размеров фурменного очага и как следствие истиранию футеровки заплечиков и преждевременного выхода из строя холодильников этой зоны печи. Кроме того, частичное изменение диаметра фурм приводит к нарушению распределения газового потока по окружности горна печи, а следовательно, к ухудшению технико-экономических показателей работы печи - повышению удельного расхода кокса и снижению производительности печи.

Технической проблемой является увеличение срока эксплуатации доменной печи, улучшение технико-экономических показателей работы печи, то есть повышение производительности и снижение удельного расхода кокса.

Техническим результатом является удаление настылей в шахте доменной печи за счет усовершенствования режима загрузки шихтовых материалов в колошниковое пространство печи.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе загрузки доменной печи основных компонентов шихты и удаление настылей периодической загрузкой железорудной шихты, обладающей промывочными свойствами и состоящей из неофлюсованных окатышей, агломерата и конвертерного шлака, согласно изобретению

шихта содержит мас., %:

-неофлюсованные окатыши 45-50,

- агломерат 45-55,

- конвертерный шлак 0-5, причем загрузку шихты по радиусу колошника доменной печи осуществляют неравномерно по составу:

первый рудный скип формируют из неофлюсованных окатышей - 75-80% от массы содержимого скипа и агломерата - 20-25% в следующей последовательности: в нижней части бункера бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) лоткового типа располагают неофлюсованные окатыши, а над ними - агломерат, осуществляя загрузку шихты первого рудного скипа в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах 0,9-1 от его радиуса; а шихту второго и последующих скипов соответствующей подачи в матрице загрузки, состоящую из неофлюсованных окатышей, агломерата и конвертерного шлака делят поровну между скипами, загружая конвертерный шлак в бункер БЗУ между слоями неофлюсованных окатышей и агломерата.

Способ отличается тем, что в случае истирания настылей устанавливают следующую последовательность загрузки: в нижней части бункера БЗУ располагается агломерат, над ним неофлюсованные окатыши, при этом массовая доля последних уменьшается до величины, не превышающей 37% от расхода железорудной части шихты.

При ухудшении технико-экономических показателей плавки, вызванных существенным повышением газодинамической напряженности в верхней части печи из-за наличия в ее шахте настылей, необходимо изменить режим загрузки шихты в доменной печи.

С целью удаления настылей в шахте доменной печи, согласно заявляемому способу загрузки шихтовых материалов в доменную печь, необходимо загружать следующий состав шихты, мас., %:

- неофлюсованные окатыши 45-50,

- агломерат 45-55,

- конвертерный шлак - 0 - 5,

причем загрузку шихты по радиусу колошника доменной печи осуществляют неравномерно по составу. Для этого первый рудный скип формируют из двух компонентов: неофлюсованных окатышей - 75-80% от массы содержимого скипа и агломерата - 20-25%. Загрузку шихты необходимо осуществлять таким образом, чтобы в нижней части бункера бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) лоткового типа расположились неофлюсованные окатыши (75-80%), а над ними - агломерат (20-25%). Загрузку шихты первого рудного скипа осуществляют в пристеночную кольцевую зону колошника, расположенную в пределах 0,9-1 от его радиуса. Последующие рудные скипы соответствующей подачи в матрице загрузки формируют из оставшейся части неофлюсованных окатышей, агломерата и конвертерного шлака. При этом конвертерный шлак загружают в бункер БЗУ между слоями неофлюсованных окатышей и агломерата. Загружаемую шихту распределяют между скипами поровну. Шихту второго и последующих скипов соответствующей подачи в матрице загрузки загружают в оставшуюся часть колошника, то есть в зону менее 0,9 его радиуса.

Проведено физическое моделирование заявленного способа загрузки доменной печи для удаления образовавшихся настылей на установке бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) лоткового типа. БЗУ было изготовлено в масштабе 1:5 по отношению к линейным размерам загрузочных устройств, установленных на реальных доменных печах объемом 1370 м³. При моделировании заявленного способа загрузки доменной печи наблюдали обеспечение формирования слоя шихты в пристеночной зоне из преобладающей доли окатышей, что сопровождалось отсутствием в технологии доменной плавки составляющих, направленных на формирование гарнисажа.

С помощью физического моделирования установили, что содержание окатышей в первом рудном скипе меньше 75% будет сопровождаться поступлением агломерата в пристеночную зону колошника, что будет приводить к менее эффективному истиранию настылей в шахте печи.

Увеличение доли окатышей в первом рудном скипе выше 80% от массы содержимого скипа приведет к увеличению площади колошника, заполненного материалами с различной основностью, что будет сопровождаться ухудшением показателей работы печи - повышением удельного расхода кокса и снижением производительности печи.

Выгрузка содержимого первого рудного скипа за пределы пристеночной зоны, где радиус менее 0,9 радиуса колошника, будет сопровождаться уменьшением количества окатышей, расположенных в пристеночной зоне печи, что снизит эффективность удаления настылей в шахте печи.

В заявленном способе загрузки доменной печи общая доля окатышей должна находиться в интервале 45-50% от расхода железорудной части шихты. По результатам опытных плавок, проведенных на ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» установлено, что содержание окатышей менее 45% не обеспечивало эффективного удаления настылей в шахте печи, а увеличение содержания окатышей от расхода железорудного сырья выше 50% будет сопровождаться повышением расхода конвертерного шлака более 5% от расхода железорудного сырья, что будет дополнительно уменьшать содержание железа в шихте, что приведет к снижению производительности печи и повышению удельного расхода кокса.

Поскольку конвертерный шлак содержит повышенное количество MgO 10-13%, то его расход необходимо определять из расчета, чтобы отношение MgO/(CaO/SiO₂) в шлаке находилось в пределах 10,0-10,5. Соблюдение такого соотношения обеспечивает образование шлака, обладающего наилучшими физико-химическими свойствами, обеспечивающими наиболее низкую вязкость и высокую десульфурирующую способностью. Выход за пределы 10,0-10,5 величины отношения MgO/(CaO/SiO₂) в шлаке будет сопровождаться повышением его вязкости, снижением десульфурирующей способности, что приведет к дополнительному расходу кокса и снижению производительности печи.

Загрузку конвертерного шлака осуществляют вместе с железорудными материалами в кольцевую зону колошника радиусом менее 0,9 радиуса колошника. При этом загружать конвертерный шлак необходимо между слоями окатышей и агломерата для обеспечения наиболее высокой равномерности его распределения по окружности колошника, что выявлено в результате физического моделирования различных режимов загрузки конвертерного шлака в смеси с агломератом и окатышами.

Использование изобретения позволяет увеличить производительность, срок службы доменной печи и снизить удельный расход кокса за счет удаления избыточных отложений на стенках шахты и восстановления ее профиля, а также рационально использовать промывочный материал в виде конвертерного шлака путем равномерного его распределения в колошниковом пространстве печи.

Целесообразность использования заявленного способа загрузки доменной печи оценивают по значению перепада температур охлаждающей воды (разность между температурой воды на входе и выходе) водоохлаждаемых элементов шахты доменной печи. Решение о применении данного состава шихты принимают при значительном (см. патент РФ № 2625620, С21B 3/00) (в 2-3 раза) снижении перепада температур охлаждающей воды. Периодичность использования заявленного способа загрузки доменной печи зависит от газодинамической напряженности печи, обусловленной искажением профиля из-за присутствия настылей на стенках шахты. В случае истирания настылей устанавливают следующую последовательность загрузки компонентов шихты в бункер БЗУ: в нижнюю часть бункера располагают агломерат, над ним неофлюсованные окатыши, при этом массовая доля последних уменьшается до величины, не превышающей 37% от расхода железорудной части шихты. Использование шихты, содержащей неофлюсованные окатыши более 37%, сопровождается избыточным истиранием футеровки шахты печи, что может привести к ускоренному износу кладки и преждевременной остановке доменной печи на капитальный ремонт.

Пример

Предлагаемый способ загрузки доменной печи реализован на доменных печах А и Б ПАО «ММК» объемом 1370 м³ каждая (см. табл. 1-3). На печах отработан способ загрузки доменной печи, обеспечивающий формирование пристеночной зоны печей из преобладающей части окатышей, что обеспечило отсутствие в технологии доменной плавки составляющих, направленных на формирование гарнисажа. При этом общая доля окатышей не превышала 50% от расхода железорудной ее части, что позволило обеспечить расход конвертерного шлака не более 5%. Загрузку конвертерного шлака осуществляли вместе с железорудными материалами в кольцевую зону колошника радиусом менее 0,9 радиуса колошника. Расход конвертерного шлака регулировали, исходя из обеспечения заданного отношения MgO/(CaO/SiO₂) в шлаке в пределах 10-10,5, что позволило обеспечить образование шлака, обладающего наилучшими физико-химическими свойствами с наименьшей вязкостью и наиболее высокой десульфурирующей его способностью. Наиболее высокую равномерность распределения конвертерного шлака по окружности колошника обеспечили загрузкой его в бункер БЗУ между слоями окатышей и агломерата.

На печи А в опытном периоде по сравнению с базовым доля агломерата в шихте была поэтапно снижена с 64,2 до 45,6% с соответствующим повышением доли неофлюсованных окатышей с 35,9 до 49,5%. Формирование первого рудного скипа в опытном периоде осуществляли из неофлюсованных окатышей - 75% и агломерата - 25%. Установили режим загрузки окатышей в нижнюю часть бункера БЗУ. На них загружали агломерат. Загрузку шихты первого рудного скипа осуществляли в пристеночную кольцевую зону колошника, расположенную в пределах 0,9-1 от его радиуса. Последующие рудные скипы соответствующей подачи в матрице загрузки формировали из оставшейся части неофлюсованных окатышей, агломерата и конвертерного шлака. При этом конвертерный шлак загружали в бункер БЗУ между слоями неофлюсованных окатышей и агломерата. Загружаемую шихту распределяли между скипами поровну. Шихту второго и третьего скипов соответствующей подачи в матрице загрузки загружали в оставшуюся часть колошника, то есть в зону менее 0,9 его радиуса.

Загрузку конвертерного шлака производили как добавку к шихте в количестве не более 5% для поддержания заданной основности конечного доменного шлака из расчета, чтобы отношение MgO/(CaO/SiO₂) в шлаке находилось в пределах 10,0-10,5.

На печи Б доля окатышей в базовом и опытном периодах составляла 49%. В базовом периоде была установлена последовательность набора материалов в скип - вперемешку. Причем загрузку шихты по радиусу колошника доменной печи осуществляли равномерно по составу. В опытном периоде установили последовательность загрузки компонентов шихты в скип, обеспечивающую размещение окатышей в низу бункера БЗУ. Над ними располагали агломерат. Причем загрузку шихты по радиусу колошника доменной печи осуществляли неравномерно по составу. Формирование первого рудного скипа в опытном периоде осуществляли из неофлюсованных окатышей - 80% и агломерата - 20%. Загрузку шихты первого рудного скипа осуществляли в пристеночную кольцевую зону колошника, расположенную в пределах 0,9-1 от его радиуса. Последующие рудные скипы соответствующей подачи в матрице загрузки формировали из оставшейся части неофлюсованных окатышей, агломерата и конвертерного шлака. При этом конвертерный шлак загружали в бункер БЗУ между слоями неофлюсованных окатышей и агломерата. Загружаемую шихту распределяли между скипами поровну. Шихту второго и третьего скипов соответствующей подачи в матрице загрузки загружали в оставшуюся часть колошника, то есть в зону менее 0,9 его радиуса.

Загрузку конвертерного шлака производили как добавку к шихте в количестве 3-5% для поддержания заданной основности конечного доменного шлака из расчета, чтобы отношение MgO/(CaO/SiO₂) в шлаке находилось в пределах 10,0-10,5.

Результаты работы печей А и Б с заявленным способом загрузки представлены в таблицах 1-3.

В опытном периоде на печах А и Б обеспечили наиболее высокую равномерность распределения конвертерного шлака по окружности колошника загрузкой его в бункер БЗУ между слоями окатышей и агломерата. Более равномерное распределение шлака по окружности колошникового пространства печи сопровождалось улучшением дренажной способности коксовой насадки в горне печи, на что указывает уменьшение количества шлака, остающегося в горне после выпуска в опытных и контрольных периодах по сравнению с базовыми периодами. Результаты работы печи А показывают, что количество шлака уменьшилось в контрольном периоде по сравнению с базовым с 21 до 14 тонн (см. табл. 1). Уменьшение количества шлака для условий работы печи Б составило 3 тонны (см. табл. 2).

По результатам работы доменных печей А и Б в опытных периодах с разработанным способом загрузки, обеспечивающим формирование пристеночной зоны печи из преобладающего количества окатышей, сопровождалось уменьшением толщины настылей. Толщина настылей по результатам ультразвукового контроля футеровки шахты печи эхо-импульсным (эхо-ударным) методом прозвучивания с помощью прибора Пульсар 1.0 в среднем уменьшилась с 218 мм до 156 мм (печь А, табл. 3) и с 264 до 162 мм (печь Б, табл. 3).

В результате очистки шахты доменных печей А и Б от настылей, улучшения дренажной способности коксовой насадки в горне в опытном и контрольном периодах обеспечили улучшение технико-экономических показателей их работы. На печи А производительность печи увеличилась на 9,7% при уменьшении удельного расхода кокса на 1,5%. На печи Б повышение производительности составило 21,6% при снижении удельного расхода кокса на 7,4%.

Применение разработанного способа загрузки доменной печи обеспечило:

- формирование пристеночной зоны колошника из одних окатышей,

- равномерное распределение конвертерного шлака по окружности колошника.

- рациональное отношение MgO/(CaO/SiO₂) в шлаке в пределах 10,0-10,5,

Путем применения данных мероприятий удалось:

- повысить производительность доменной печи до 21,6% при одновременном снижении расхода кокса до 7,4% (сравнение контрольного и базового периодов);

- увеличить кампанию печи (срок службы до капремонта I, II разряда) в связи с отсутствием необходимости остановки печи на очистку профиля;

- снизить себестоимость чугуна за счет рационального распределения в колошниковом пространстве печи продуктов переработки конвертерного шлака.

Таблица 1

Основные технологические показатели работы доменной печи А

Наименование показателей Период Базовый* Опытный** Контрольный*** Режим загрузки окатышей в бункер БЗУ Вперемешку с агломератом низ верх Удельный расход кокса (сухого, скипового), кг/т чугуна 506,0 500,0 454,4 Производительность, т/сутки 2536 2859 3418 Доля в шихте: Окатыши
Агломерат
Конвертерный шлак 35,9
64,2
0 49,5
45,6
4,9 48,1
46,9
4,9 Рудная нагрузка, т/т 3,32 3,41 3,78 Содержание Fe в шихте,% 57,8 57,0 56,7 Расход: дутья, м³/мин
природного газа м³/т чугуна 2711
84,2 2985
78,4 3293
93,4 Содержание кислорода, % 25,7 25,6 25,4 Температура дутья,°С 1130 1136 1140 MgO/Основность (CaO/SiO₂) в шлаке 8,1 10,3 9,7 Количество шлака, остающегося в горне после выпуска, т 21 14 12

* Базовый - период работы печи при наличии настылей;

** Опытный - период работы печи с заявленным способом загрузки;

*** Контрольный - период работы печи для оценки эффективности использования заявленного способа загрузки в опытном периоде.

Таблица 2

Основные технологические показатели работы доменной печи Б

Наименование показателей Период Базовый* Опытный** Контрольный*** Режим загрузки окатышей в бункер БЗУ Вперемешку с агломератом низ верх Удельный расход кокса (сухого, скипового), кг/т чугуна 470,4 461,5 448,8 Производительность, т/сутки 2820 3007 3064 Доля в шихте: Окатыши
Агломерат
Конвертерный шлак 49
48
3 49
47
4 47
52
2 Рудная нагрузка, т/т 3,44 3,50 3,63 Содержание Fe в шихте, % 57,5 57,7 57,6 Расход: дутья, м³/мин
природного газа м³/т чугуна 2857
112,2 2956
118,8 3000
120,5 Содержание кислорода, % 26,9 26,5 26,4 Температура дутья,°С 1131 1131 1132 MgO/Основность (CaO/SiO₂) в шлаке 9,5 10,0 8,8 Количество шлака, остающегося в горне после выпуска, т 18 15 14

Таблица 3

Величина настыли в шахте доменных печей А и Б в исследуемые периоды

Высота замера настыли в печи, м Период Доменная печь А Доменная печь Б Базовый Контрольный Базовый Контрольный Среднеарифметическая величина настыли, мм 18,85 79 100 5 0 21,60 128 110 22 0 24,50 241 221 352 208 26,00 316 258 485 289 27,40 320 209 430 256 30,60 225 37 290 220 Среднее 218 156 264 162

Таким образом, удаление настылей в шахте доменных печей ПАО «ММК» за счет усовершенствования способа загрузки шихтовых материалов в колошниковое пространство печи позволило снизить газодинамическую напряженность в верхней части печи, стабилизировать сход шихты, что обеспечило повышение производительности печи при снижении удельного расхода кокса.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах. Загрузку шихты осуществляют по радиусу колошника доменной печи неравномерно по составу, причем первый рудный скип формируют из неофлюсованных окатышей – 75-80% от массы содержимого скипа и агломерата – 20-25% в последовательности, при которой в нижней части бункера бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) лоткового типа располагают неофлюсованные окатыши, а над ними – агломерат. При этом загрузку шихты первого рудного скипа осуществляют в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах 0,9-1 от его радиуса, а шихту второго и последующих скипов соответствующей подачи в процессе загрузки, состоящую из неофлюсованных окатышей, агломерата и конвертерного шлака, делят поровну между скипами, загружая конвертерный шлак в бункер БЗУ между слоями неофлюсованных окатышей и агломерата. Техническим результатом является удаление настылей в шахте доменной печи за счет усовершенствования режима загрузки шихтовых материалов в колошниковое пространство печи. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Способ загрузки доменной печи, включающий загрузку основных компонентов шихты и удаление настылей периодической загрузкой железорудной шихты, обладающей промывочными свойствами и состоящей из неофлюсованных окатышей, агломерата и конвертерного шлака, отличающийся тем, что шихта содержит, мас. %:

неофлюсованные окатыши 45-50 агломерат 45-55 конвертерный шлак 0-5

при этом загрузку шихты осуществляют по радиусу колошника доменной печи неравномерно по составу, причем

первый рудный скип формируют из неофлюсованных окатышей – 75-80% от массы содержимого скипа и агломерата – 20-25% в последовательности, при которой в нижней части бункера бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) лоткового типа располагают неофлюсованные окатыши, а над ними - агломерат, при этом загрузку шихты первого рудного скипа осуществляют в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах 0,9-1 от его радиуса, а шихту второго и последующих скипов соответствующей подачи в процессе загрузки, состоящую из неофлюсованных окатышей, агломерата и конвертерного шлака, делят поровну между скипами, загружая конвертерный шлак в бункер БЗУ между слоями неофлюсованных окатышей и агломерата.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае истирания настылей устанавливают последовательность загрузки, при которой в нижней части бункера БЗУ располагают агломерат, а над ним - неофлюсованные окатыши, при этом массовую долю последних уменьшают до величины, не превышающей 37% от расхода железорудной части шихты.