Способ доменной плавки Советский патент 1993 года по МПК C21B5/00 

ел

с

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

Известен способ доменной плавки, применяемый на Нижне-Тагильском металлургическом комбинате, заключающийся в совместной проплавке агломератов и окатышей одинаковой основности, близкой к требуемой для доменного шлака Cao/Si02 1,1-1,3 ед. Недостатком является то, что из- за разрушения офлюсованных окатышей в верхних горизонтах доменных печей увеличивается сопротивление движению газов в шихте, ход печи становится менее ровным, применяются принудительные осадки шихты, снижается производительность и растет расход кокса.

Цель изобретения - снижение расхода кокса, повышение производительности печи и увеличение стойкости огнеупорной футеровки.

Поставленная цель достигается тем, что низкоосновные окатыши и высокоосновный агломерат содержат 3,5-5,0% амфотерных окислов, а процесс ведут при угле наклона к горизонту образующей потока шихты в зонах нагрева и восстановления (шахта доменной печи) 80-82° при основности окатышей 0,9 ед. и снижают его на 0,4-0,7° при уменьшении основности на 0,1 ед. При этом угол наклона образующей потока шихты в зоне плавления (заплечики доменной печи) устанавливают на 0,5-1,0° меньше, чем в зоне нагрева и восстановления. В качестве

00

о

Ю

со

амфотерных окислов вводят окислы алюминия и титана.

Сущность изобретения состоит в том, что наличие амфотерных окислов алюминия, титана и др. приводит к разукрупнению кремнекислородных комплексов, характерных для силикатных шлаков, в результате доля тетраэдрических пустот в кислородной подрешетке комплексов, которые занимают ионы двухвалентного железа, сокращается, а октаэдрических, где размещаются ионы трехвалентного железа, увеличивается. Иными словами, равновесие реакций деполимеризации 0 + 0 20 и окисления Fe ++ + 0 О2 + Fe3+ сдвигается вправо. Следовательно, образующиеся первичные шлаки при плавке низкоосновных окатышей с добавкой амфотерных окислов содержат меньше монооксида железа и не разъедают основной гарнисаж кладки доменных печей, тем самым улучшая стойкость футеровки.

Широкий диапазон температур, в котором протекает размягчение рудного сырья, и высокая вязкость первичных шлаков, затрудняющих их фильтрацию через кокс, обусловлены присутствием в кислых шлаках высокополимеризованных комплексов на основе кремнекислородных группировок. Введение амфотерных окислов AI и Ti в неофлюсованные окатыши приводит к частичному разукрупнению комплексов и соответствующему уменьшению вязкости шлаков с одновременным сокращением температурного интервала размягчения рудного сырья и зоны вязко-пластичного состояния шихты в доменной печи. Это в свою очередь обусловливает повышение производительности доменной печи и снижение расхода кокса.

Использование низкоосновных окатышей предполагает включение в состав шихты сырого известняка или высокоосновного агломерата для наведения в доменной печи шлака требуемой для десульфурации чугуна основности (1,15-1,20 ед). В связи с тем, что применение сырого известняка связано с перерасходом кокса, более предпочтительным является ввод высокоосновного агломерата. Однако отсутствие амфотерных окислов в составе агломерата приводит к тому, что вследствие высокого содержания извести в нерудной части агломерата, достигающей 50-60% при основности агломерата 2,0-2,5 ед., температура начала размягчения и плавления шлаков резко повышается. В связи с этим разница температур вязко-пластичного состояния агломерата и окатышей сохраняется, а фильтрация продуктов плавки через коксовую насадку практически прекращается.

Добавка амфотерных окислов AI и Ti к изве- стковистым соединениям снижает их темпе- ратуры размягчения и плавления, приближая к таковым для окатышей, имеющих в своем составе амфотерные окислы, Указанный диапазон содержаний амфотерных окислов AI и Ti 3,5-5,0% обусловлен тем, что при более низких количествах не достигается требуемого эффекта по снижению массовой доли монооксида железа в первичных шлаках и соответствующего увеличения стойкости футеровки в области заплечиков. Содержания атфотерных окислов более 5,0% вызывают интенсивное образование тугоплавких греналей, загромождение горна и растройство хода доменных печей.

Шихта, состоящая из низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата с

добавками окислов AI и Ti. обеспечивает высокую газопроницаемость в верхних го- ризо нтах доменных печей вследствие высокой прочности низкоосновных окатышей при восстановлении. Снижение верхнего

перепада давлений увеличивает эффективный вес шихты, что приводит к росту нормального бокового давления в нижней части шихты, это обусловливает раннее слипание железорудных компонентов, потерю газопроницаемости столба шихты и попадание неподготовленных материалов в расплав, где на их восстановление расходуется дополнительный кокс. Кроме того, высокое боковое давление столба шихты вызывает

истирание огнеупорной футеровки и выход из строя холодильников. В связи со сказанным при переходе от офлюсованных окатышей к низкоосновным предлагается уменьшить угол наклона шахты и соответственно образующей потока шихты к горизонту так, чтобы компенсировать избыточное боковое давление, которое.будет уменьшаться в соответствии с соотношением

45

PQ P/S(0,7 sin a -cos « 1).

где а 1 - угол наклона потока шихты к горизонту, град;

PQ - боковое давление, перпендикуляр- ное стенке. Па;

Р - активный вес шихты на определенном горизонте, Н;

S - боковая поверхность шахты, м ;

0,7- коэффициент, определяющий соотношение между силами нормального и горизонтального давления в сыпучих материалах.

Снижение бокового давления за счет уменьшения угла наклона в сочетании с введением амфотерных окислов Ti и AI обеспечат сохранение стойкости огнеупорной футеровки и холодильников при переходе к работе на шихте с использованием низкоосновных окатышей. В то же время высокая металлургическая прочность этого сырья приводит к росту производительности печей: и сокращению расхода кокса.

Угол наклона 80-82° устанавливается при использовании офлюсованных окаты- шей основностью 0,9 ед., в результате чего верхний перепад давления частично уравновешивает вес столба шихты. Практикой работы ряда доменных печей, проплавляющих шихту, состоящую из офлюсованных окфышей и агломерата (Магнитогорский металлургический и Нижнетагильский металлургический комбинаты), установлено, что;боковое давление в нижней части шахты в этом случае обеспечивает стойкость футе- ройки и сохранность холодильников в меж- ре юнтные сроки, определяемые износом большей части огнеупоров и металлоконструкций.

Превышение угла наклона сверх 82° приводит к увеличению бокового давления, которое становится выше среднего по высо- те ;шахты и вызывает износ футеровки и выход из строя холодильников. Установка углов, меньших 80° увеличивает вертикаль- ноё давление шихты в нижних горизонтах и приводит к поступлению невосстановленные : материалов в расплав, нарушению равномерного схода шихты и, соответственно к снижению производительности и увеличе- нию расхода кокса при доменной плавке.

Снижение основности окатышей требует соответствующего уменьшения угла на- кло на образующей потока шихты в зонах нагрева и восстановления для компенсации избыточного бокового давления. Предлагается снижать угол на 0,4-0,6° при снижении основности на 0,1 ед. Более сильное снижение угла приводит к недопустимому увеличению вертикального давлен ия и соответствующим отрицательным явлениям, указанным выше. Недостаточное снижение угла приводит к высокому боковому давлению в области заплечиков, вызывающему износ футеровки.

Интенсификация плавки при использовании прочных при восстановлении низко- осйовных окатышей и высокоосновного агломерата, содержащих амфотерные окислы, вызовет расширение зоны потока шихты в области низа шахты и заплечиков. Для того, чтобы предотвратить смывание гарни- на футеровке заплечиков увеличенным потоком шихты предлагается поддерживать угол наклона образующей потока шихты к

горизонту в области заплечиков на 0,5-1,0° меньшим, чем угол наклона образующей потока шихты в зоне нагрева и восстановления (шахта). В этом случае при понижении угла наклона шахты сохранится требуемая крутизна излома потока при переходе из зоны восстановления в зону плавления. Возникающее сопротивление движению шихты способствует образованию и закреплению гарнисажа на футеровке заплечиков. Понижение угла менее чем на 0,5° не обеспечивает образование стойкого гарнисажа, разрушение футеровки, сокращение межремонтных сроков и соответствующее снижение производства. Понижение угла более чем 1,0° приводит к торможению потока и сокращению эффективного сечения в зоне плавления из-за избыточного гарнисажа. Это также понижает производительность печи.

Таким образом, в заявляемом способе применение низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата, слаборазрушающихся при восстановлении, обеспечивают высокую газопроницаемость в верхних горизонтах доменной печи. В то же время введение амфотерных окислов в состав окатышей и агломерата, а также понижение угла наклона образующей потока шихты в области нагрева и восстановления предотвращают раннее слипание материала в нижних горизонтах и позволяют обеспечить высокую газопроницаемость в нижней части шахты. Сказанное обеспечивает ровный сход шихты, высокую степень использования восстановительного потенциала газа и соответственно повышенную производительность печи и низкий расход кокса. Выбор углов наклона образующей потока шихты в зонах нагрева, восстановления и плавления в соответствии с основностью окатышей позволяет сохранить стойкость огнеупорной футеровки на уровне, достигнутом для одноосновного сырья и удовлетворяющем современные требования к технологии доменного производства.

Способ осуществляют следующим образом.

Амфотерные окислы Ti и AI добавляют при производстве агломерата и окатышей путем использования соответствующего концентрата, например, титаномагнетито- вого. Необходимую концентрацию этих элементов в шихте можно установить путем планируемой добычи разновидностей руды с различным содержанием амфотерных окислов. Оптимальную основность агломерата и окатышей устанавливают исходя из максимальной прочности обоих видов сырья в исходном состоянии и при восстановлении. В соответствии с выбранной основностью окатышей подбирают угол наклона образующей столба шихты в зонах нагрева и восстановления путем изменения угла наклона футеровки шахты. Эту опера- цию можно осуществлять либо во время ремонтов, либо оперативно. При изменении состава шихты можно выдуть печь и заторк- ретировать внутреннюю поверхность печи с приданием требуемой конфигурации футе- ровки верхней части шихты и заплечиков.

В случае необходимости корректировки углов наклона без остановки и выдувки печи необходимо воспользоваться подвижными плитами футеровки шахты или заплечиков. Изменение угла наклона внутренней футеровки осуществляется путем перемещения плит за счет закачивания специальной огнеупорной массы в пространство между плитами и холодильниками. Когда состав шихты не меняется длительное время, требуемый профиль внутренней футеровки печи выкладывается во время капитальных ремонтов.

Соотношение между количеством раз- ноосновных агломерата и окатышей выби- рают так, чтобы наводился шлак требуемой основности для выпуска чугуна сообразно действующим техническим условиям. Шихту, содержащую агломерат, окатыши, рудные и металлические добавки отходов других переделов, загружают в доменную печь, чередуя с коксом по системам РРКК и КРРК. Нагрев, восстановление и плавление осуществляют по обычной технологии доменной плавки, регулируя состав чугуна и шлака путем соответствующего выбора параметров дутья, расхода кокса, составов и давлений колошникового газа.

Пример. Использовали окатыши основностью 0,3-0,9 ед. и агломерат основ- ностью 1,7-2,0 ед. из качканарского титано- магнетитовог.о концентрата. Плавка проводилась в доменной печи № 2 Нижнетагильского металлургического комбината. Соотношение окатышей и агломерата под- держивалось равным 1:1. Основной системой загрузки была РРКК при уровне засыпки 2,0 м. Регулирующей системой была КРРК. Она применялась совместно с основной системой в различном соотношении в цикле подач,

Измерения бокового давления потока шихты провели по методике Н. Н. Бабары- кина (Сталь, № 4, 1959, с. 289-291). Измене- ния угла наклона огнеупорной футеровки шахты и заплечиков производили оперативно, используя методику подвижных сегментов.

Основные технологические параметры доменных плавок во время испытаний не меняли и поддерживали следующими:

Расход природного газа, м /т чугуна Содержание желез в рудной сыпи, % Дутье: температура давление, МПа влажность, г/м содержание кирода, об.% Колошниковый газ: давление, МПа температура, °С содержание, % Содержание в

чугуне. %:

Si

Мп

S

V

Ti

Меняющиеся параметры и результаты сравнительных испытаний приведены в таблице. Данные по расходу кокса и производительности доменной печи приведены к единым условиям.

Из приведенных примеров 2-4, 7, ID- 12, 15, 16 следует, что в заявляемых пределах содержаний амфотерных окислов AI и Ti и углах наклона образующей столба шихты в зонах нагрева и восстановления 77.4-82°, плавления 76,4-81°, в интервале основно- стей окатышей 0,3-0,9 и агломерата 1,7-2,3 достигается более равный ход доменных печей, чем в прототипе, и соответственно экономиякокса и увеличение производительности.

- Снижение бокового давления в нижних горизонтах шахты с 50 до 15-28 КПа и массовой доли монооксида железа в первичных шлаках с 19,3 до 5-9% позволило повысить стойкость футеровки. Об этом свидетельствовало то, что число отключенных холодильников в месяц сократилось с 80-100 в прототипе до 5-10 в заявляемом способе.

Снижение содержания амфотерных окислов Al и Ti менее 3,5% (пример 5) обусловило существенно повышение массовой доли монооксида железа в первичных шлаках при плавлении окатышей (до 14%). Это привело к образованию друз, раннему слипанию шихты и соответствующему понижению газопроницаемости в нижней части шихты. В результате наблюдали снижение производительности и увеличенный расход

кокса. Более высокая, чем, заявляемая, массовая доля амфотерных окислов (пример 6) приводила к образованию тугоплавких гре- налей, заростанию горна, нарушению ритмичности технологического процесса, тихим ходам и др. Сказанное вызвало повышенный расход кокса и снижение производительности. Более интенсивное снижение угла наклона образующей потока шихты в зонах нагрева и восстановления, приумень- шении основности, чем предусмотренное в заявке (пример 8), привело к недопустимо низкому давлению в нижней части шахты, поступлению неподготовленных масс шихты в расплав и расходованию на их прямое восстановление дополнительного кокса. Его расход был не ниже прототипа.

Менее интенсивное снижение угла наклона образующей потока шихты в зонах нагрева и восстановления приуменьшении основности (пример 9) вызвало недопустимей рост давления в нижней части шахты. За короткий период эксплуатации (менее двух месяцев) были отключены более половины холодильников, что однозначно указы- вает на изношенность футеровки. В результате интенсивность плавки была сни- жена, резко упала производительность.

Из примеров 13, 14 следует, что выход за пределы заявляемых углов наклона пото- ка шихты при основности окатышей 0,9 ед. не допустим по тем же причинам, что указаны для окатышей естественной основности.

Выход за указанные в заявке пределы по углу наклона потока шихты в зоне плав- ления привел к выходу из строя холодильников заплечиков, что указывает на уменьшение толщины гарнисажа и разъедание огнеупорной футеровки. Это вызвало Необходимость снижения интенсивности Плавки и ухудшение технико-экономических показателей.

Установка угла наклона меньше, чем рекомендуется, (пример 19) вызвала зарастание горна, нарушение ритмичности выпусков продуктов плавки, остывание горна. В результате возрос расход кокса и производительность упала ниже, чем для прототипа.

Рассмотренные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет по сравнению с известным в среднем снизить расход кокса на 15 кг/т чугуна и увеличить производительность доменной печи на 5%. Эти показатели достигаются при ритмичной работе печи, обусловленной нормальной стойкостью футеровки и сохранностью холодильников в межремонтные сроки.

Формула изобретения

01

ел

ел

ю