Способ доменной плавки титаносодержащего сырья Российский патент 2024 года по МПК C21B5/04 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству чугуна из титансодержащего сырья.

Известен способ доменной плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках [1] (Авторское свидетельство SU № 981363, МПК С21В 5/02, опубл. 15.12.1982) с содержанием Аl₂O₃ и MgO от 5 до 30% каждого, включающий вдувание высокотемпературного комбинированного дутья и поддержание температуры конечных шлаков на 200-300°С выше температуры ликвидуса.

Недостатком этого способа является необходимость перегрева шлаков, что сопровождается повышением расхода кокса. Кроме того, способ не учитывает особенности доменной плавки на титанистых шлаках и неприменим в условиях выплавки ванадиевого чугуна с образованием тугоплавких соединений титана.

Известен способ доменной плавки титаносодержащего железорудного сырья [2] (патент РФ RU 2351657 МПК С21В 3/00, опубл. 10.04.2009, Бюл. №10), включающий загрузку и проплавку рудных составляющих шихты, флюсов и железосодержащих добавок, вдувание в горн печи углеводородных заместителей кокса, выпуск ванадиевого чугуна и титанистого шлака, измерение давления газовой смеси в горне печи путем определения содержания кремния в чугуне.

Недостатком этого способа является то, что состав чугуна регулируется только по поддержанию содержания Si в нем в пределах 0,05-0,12% изменением давления газовой смеси в горне печи, и при этом не регулируется состав шлака, что не позволяет повысить производительность и качественные показатели чугуна.

Наиболее близким к изобретению является способ выплавки ванадиевого чугуна на доменных печах Нижнетагильского металлургического комбината [3] (технологическая инструкция ТИ 102-Д-132-2021), включающий в себя загрузку и проплавку рудных составляющих шихты, кокса, флюсов и железосодержащих добавок, вдувание в горн печи углеводородных заменителей кокса, выпуск ванадиевого чугуна и титанистого шлака, в соответствии с [3], с целью обеспечения нормального теплового и шлакового режимов с получением чугуна заданного химического состава, установлен оптимальный режим работы доменных печей: основность шлака CaO/SiO₂ устанавливается и поддерживается в пределах 1,15-1,25; полная основность шлака (CaO + MgO)/SiO₂ устанавливается в пределах 1,70-1,73 и поддерживается за счет корректировки процентного соотношения компонентов шихты.

Недостатком данного способа является то, что в нем при установлении шлакового режима не учитывается содержание TiO₂ в шлаке, и при соблюдении установленных требований периодически происходит выплавка некондиционного по содержанию серы чугуна, что свидетельствует о недостаточной обессеривающей способности шлака, а также процесс сопровождается неуправляемым извлечением ванадия из сырья в чугун.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности доменной печи, снижение расхода топлива, повышение качества чугуна по содержанию серы, а также повышение коэффициента извлечения ванадия в чугун из сырья.

Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что в способе доменной плавки титансодержащего сырья, включающего загрузку и проплавку шихты, содержащей железорудное сырье, кокс, флюс и металлодобавки, вдувание в горн печи углеводородных заменителей кокса, выпуск ванадиевого чугуна и титанистого шлака, предусмотрены следующие отличия: шихту составляют исходя из получения шлака с магнезиально-титанистым модулем MgO/TiO₂ в пределах 1,1-1,5 при обеспечении требуемого теплового режима плавки.

Кроме этого, для обеспечения требуемого магнезиально-титанистого модуля MgO/TiO₂ шлака в шихту дополнительно вводят MgO-содержащие добавки и/или флюсы.

Кроме этого, для обеспечения требуемого магнезиально-титанистого модуля MgO/TiO₂ шлака предварительно повышают содержание MgO в железорудном сырье, и/или флюсах, и/или металлодобавках при их производстве.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

При выплавке ванадиевого чугуна из титансодержащего сырья при высоких температурах доменного процесса 4-8% титана восстанавливается из диоксида титана железорудного сырья и переходит в металлическую фазу с образованием тугоплавких карбидов титана, загромождающих при горячем ходе горн печи неплавкими массами, что является причиной плохой фильтруемости шлака через коксовую насадку и приводит к ухудшению технико-экономических показателей доменной плавки, а также является причиной повышенных потерь металла со шлаком.

В перспективе при разработке рудных месторождений с повышенным содержанием диоксида титана, и их использование в доменной выплавке приведет к усугублению данных проблем и ухудшению качественных показателей ванадиевого чугуна и технико-экономических показателей плавки в целом.

Предлагаемый способ заключается установлении и поддержании шлакового режима при выплавке ванадиевого чугуна с получением шлака с магнезиально-титанистым модулем MgO/TiO₂ в пределах 1,1-1,5, обеспечивающим высокую обессеривающую способность шлака, повышение коэффициента извлечения ванадия в чугун, а также при условии снижения качества чугуна отсутствие необходимости в повышении теплового состояния печи и повышении содержания CaO в шлаке, которые сопровождаются снижением производительности и повышением расхода топлива.

Применение указанного изобретения позволяет вести доменную плавку с более низким тепловым состоянием по содержанию кремния, повысить производительность доменной печи, снизить расход топлива (кокса), повысить обессеривающую способность шлака - снизить содержание серы в чугуне и повысить коэффициент извлечения ванадия из сырья в чугун.

Способ был опробован на доменных печах ОА «ЕВРАЗ НТМК». Зависимость качественных показателей ванадиевого чугуна от магнезиально-титанистого модуля MgO/TiO₂ шлака приведены на ФИГ.1 и ФИГ.2.

ФИГ.1 - Зависимость обессеривающей способности Ls титанистого шлака от магнезиально-титанистого модуля;

ФИГ.2 - Зависимость коэффициента извлечения ванадия от магнезиально-титанистого модуля,

где Ls = (S) / [S] – обессеривающая способность шлака,

КИВ = [V] / Vш – коэффициент извлечение ванадия в чугун,

[S], [V] – содержание соответственно серы и ванадия в чугуне,

(S) – содержание серы в шлаке,

Vш – содержание ванадия в материалах, входящих в шихту.

Многофакторный корреляционно-регрессионный анализ подтверждает, что поддержание магнезиально-титанистого модуля MgO/TiO₂ в пределах 1,1-1,5 позволяет повысить обессеривающую способность шлака и коэффициент извлечения ванадия.

Использование предлагаемого способа доменной плавки титансодержащего сырья по сравнению с известными аналогами обеспечивает следующие преимущества:

• повышение производительности доменной печи;

• снижение расхода топлива;

• повышение качества чугуна по содержанию серы;

• повышение коэффициента извлечения ванадия в чугун из сырья.

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Источники информации:

[1] Авторское свидетельство SU № 981363, МПК С21В 5/02, опубл. 15.12.1982;

[2] Патент РФ RU 2351657 МПК С21В 3/00, опубл. 10.04.2009, Бюл. №10;

[3] Технологическая инструкция ТИ 102-Д-132-2021 Нижнетагильского металлургического комбината.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству чугуна из титансодержащего сырья. Осуществляют загрузку и проплавку шихты, содержащей железорудное сырье, кокс, флюс и металлодобавки. Вдувают в горн печи углеводородные заменители кокса. Осуществляют выпуск чугуна и титанистого шлака. При этом шихту составляют исходя из получения шлака с магнезиально-титанистым модулем MgO/TiO₂ в пределах 1,1-1,5 при обеспечении требуемого теплового режима плавки. Для обеспечения магнезиально-титанистого модуля MgO/TiO₂ 1,1-1,5 в шлаке в шихту дополнительно вводят MgO-содержащие добавки и/или флюсы или предварительно повышают содержание MgO в железорудном сырье, и/или флюсах, и/или металлодобавках при их производстве. Техническим результатом является повышение производительности доменной печи, снижение расхода топлива, повышение качества чугуна по содержанию серы, а также повышение коэффициента извлечения ванадия в чугун из сырья. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ доменной плавки титансодержащего сырья, включающий загрузку и проплавку шихты, содержащей железорудное сырье, кокс, флюс и металлодобавки, вдувание в горн печи углеводородных заменителей кокса, выпуск чугуна и титанистого шлака, отличающийся тем, что шихту составляют исходя из получения шлака с магнезиально-титанистым модулем MgO/TiO₂ в пределах 1,1-1,5 при обеспечении требуемого теплового режима плавки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения магнезиально-титанистого модуля MgO/TiO₂ 1,1-1,5 в шлаке в шихту дополнительно вводят MgO-содержащие добавки и/или флюсы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения магнезиально-титанистого модуля MgO/TiO₂ 1,1-1,5 в шлаке предварительно повышают содержание MgO в железорудном сырье, и/или флюсах, и/или металлодобавках при их производстве.