Способ производства чугуна Советский патент 1993 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к доменному производству.

Цель изобретения - снижение расхода кокса путем стабилизации положения зоны когезии в доменной печи при использовании окатышей основностью 0,6-0,9.

Поставленная цель достигается тем, что на каждый процент увеличения содержания окатышей в доменной шихте от 25 до 39% увеличивают расход железорудного концентрата с магнезиальной пустой породой или уменьшают расход топлива в аглошихте на величину, обеспечивающую снижение отношения FeO/MgO в агломерате на 0,033- 0,047 ед., начиная от значений 5,1-5,2.

Способ заключается в следующем.

Поддержание стабильным положения зоны когезии в печи обуславливается стабилизацией температуры фильтрации расплава Тф из восстановленных железорудных материалов через нижерасположенную коксовую насадку. Оптимальной является А-образная форма зоны когезии, когда средняя часть ее профиля сужена, а основание опирается на заплечики печи. Если зона коге-. зии расположена выше, то это означает снижение высоты столба шихтовых материалов, восстановление которых происходит косвенным путем, уменьшение степени восстановления и снижение температуры фильтрации шлака Тф и чугуна Тч. При этом требуется повышение нагреза горна за счет дополнительного количества сжигаемого на формах кокса. Если же зона когезии расположена над фурменными очагами ниже определенного уровня, то ход печи характеризуется частыми подвисаниями шихты и осадками, поступлением в горн

о

го

о

СА

неподготовленной массы материалов. Это также приводит к перерасходу кокса.

Температура фильтраций расплава для офлюсованных окатышей основностью 0,6- 0,9 ед., полученных из железорудных кон- центратов с кислой пустой породой (при обычном содержании железа 65;67,5% и кремнезема 5,8-8%) составляет 1370-1380°С. При этом технология их производства и химический состав являются стабильными. Поскольку производство окатышей не входит в состав металлургических комбинатов, их химическим составом нельзя оперативно управлять для регулирования положения зоны когезии в доменной печи. Эта роль принадлежит агломерату, производимому на металлургических комбинатах, имеющих в своем составе аглофабрику и доменный цех.

Для агломерации, спеченного из смеси железорудных концентратов с кислой и магнезиальной пустой породой, расход последнего является определяющим для величины Тф - чем больше такого концентрата использовано в аглошихте, тем выше тугоплав- кость материала и Тф и наоборот;

Содержание FeO в агломерате характеризует с каким расходом топлива спечена аглошихта и, в конечном итоге, какова вос- становимость продукта. Чем выше содер- жание FeO в агломерате, тем ниже его восстановимое™, при более низких температурах образуется и фильтруется расплав через нижерасположенную коксовую насадку.

Таким образом, отношение FeO/MgO в агломерате выступает комплексным показателем плавкости агломерата и способности расплава фильтроваться через слой кокса при определенной температуре. Рост числи- теля или знаменателя в показателе FeO/MgO изменяет Тф в противоположные стороны.

Для агломерата основностью 1,15-1,55 ед., спеченного из шихты с содержанием 3-4% углерода (9,8-17,5% FeO в агломерате) при 30--50% концентрата с магнезиальной пустой породой в смеси с концентратом с кислой пустой породой (2,14-3,12% магнезии в спеке) Тф находится в пределах (1410-1430)-(1510-1525)°С.

При изменении доли окатышей в доменной шихте для стабилизации положения зоны когезии в печи необходимо изменять соотношение FeO/MgO в агломерате таким образом, чтобы смеси агломерата и окатышей имели Тф неизменной. Поскольку Тф расплава из окатышей ниже таковой для агломерата, при увеличении доли окатышей в доменной шихте требуется повышение Тф

агломерата, т.е. увеличение содержания МдО или уменьшение содержания FeO на определенную величину, характеризуемую изменением отношения FeO/MgO. Изменение содержания FeO производят регулированием расхода топлива (углерода) в шихту, а МдО - регулированием доли магнезиального концентрата в аглошихте. При этом пределы изменения FeO ограничивают требованием получения прочного продукта, а пределы изменения МдО - составом конечного доменного шлака. Возможно изменение величины отношения FeO/MgO как за счет одного из факторов, так и одновременного изменения обоих.

Тф определяют экспериментально на лабораторной установке по моделированию поведения материалов в зоне когезии. Агломерат, окатыши и их смеси засыпают в графитовый стакан с отверстиями на слой кокса фракции 7-10 мм, Образец помещают в графитовую трубу, служащую нагревателем. Под трубой располагают секционированный поддон, позволяющий дифференцировать фильтрующийся расплав по температуре. Образец нагревают со скоростью 7°С/мин. С помощью груза обеспечивают давление на материал 9,8-105 Па/см2.

Испытывают окатыши с содержанием Fe 61,1-62,9% SI02 7,5-5,4%, МдО 0,13-0,27%, имевшие основность по CaO/SiOa 0,6-0,9 ед. Опыты показали, что Тф окатышей основностью 0,6-0,7 ед, составляют 1370°С, основностью 0,8-0,9 ед. - 1380°С. Температура фильтрации чугуна Тч соответственно составляет 1460 и 1470°С.

Агломерат получают из шихтовых компонентов ЧерМК; смеси ковдорского концентрата с магнезиальной пустой породой (6% МдО) и оленегорского концентрата с кислой пустой породой (8% SlOa). офлюсованной известняком и спеченной при разном расходе углерода. Характеристика аглошихты и агломерата приведена в табл. 1.

Из данных табл.1 следует, что для агломерата указанных интервалов основности при изменении в нем отношения FeO/MgO на 1 ед.Тф расплава изменяется на 24°С.

Опытами также установлено (табл,2), что для смеси агломерата и окатышей Тф расплава равна средневзвешенной от составляющих смеси.

Расчет пределов необходимого изменения отношения FeO/MgO в агломерате на 1% изменения доли окатышей в смеси для стабилизации положения зоны когезии (стабилизации Тф расплава) производят следующим образом.

Нижний предел (0,033 ед.) определяют как изменение Тф расплава смеси на каждый 1% изменения в ней доли окатышей основностью 0,8-0,9 ед. (Тф 1380°С) и агломерата со средним химическим соста- вом, соответствующим опытам серии III (ТФ 1458°С):

(1458-1380):24:100 0,033 ед.

Верхний предел {0,047 ед) определяют как изменение Тф расплава смеси на каж- дый 1% изменения в ней доли окатышей основностью 0,6-0,7 ед. (Тф 1370°С) и агломерата со средним химическим составом, соответствующим опытам серии II (ТФ 1483°С):

(1483-1370):24:100 0,047ед.

В промышленности, например, в условиях аглодоменного производства ЧерМК, при проплавке материалов на магнезиальных шлаках (8,5-11,5% магнезии) основно- стью 1,05-1,15 без использования сырого флюса способ реализуется в пределах использования 25-39% окатышей следующим образом.

Опытными спеканиями устанавлива- ют, что на каждый 1% повышения доли ковдорского концентрата в смеси с олене- горским содержание МдО в агломерате увеличивается на 0,04%. На каждую 0,1% роста содержания в шихте углерода содер- жание FeO в агломерате увеличивается на 0,40-0,43%. При одинаковом расходе топлива снижение основности агломерата на 0,1 ед. сопровождается ростом FeO на 0,39- 0,42%

При установленных опытным путем (по минимальному расходу кокса) параметрах зоны когезии для стабилизации ее положения при изменении доли окатышей в шихте на каждый 1% производят обратное изме- нение отношения FeO/MgO в агломерате на 0,033-0,047 ед. путем регулирования содержания ковдорсв кого концентрата и топлива в аглошихте с учетом установленного их влияния на химический состав агло- мерата.

П р и м е р 1. Плавят смесь 31 % окатышей и 69% агломерата основностью 1,35 ед., спеченного из шихты с 40% ковдорского концентрата при расходе углерода 3,4% (МдО 2.59%, FeO 13,36%, прочность по ГОСТ 15137-79 73,4%, FeO/MgO 5,16 ед). При этом Тф - 1460°С, Тч 1520°С.

П р и м е р 2 (известный способ). Долю окатышей повышают на 8% (до 39%) и плавят в смеси с 61 % агломерата основностью 1,40 ед., спеченного из шихты с 42% ковдорского концентрата при расходе углерода 3,64% (МдО 2,67%, FeO 14,36%, прочность 73,5%.

FeO/MgO 5,38 ед. При этом Тф 1435°С, ТЧ 1505°С.

П р и м е р 3 (предлагаемый способ). То же, что в примере 2, но расход углерода на спекание снижают до 3,35% (МдО 2.67%, FeO 12-95%, прочность 73,3%, FeO/MgO 4,85 ед). При этом Тф и Тч соответственно равны 1460 и 1520°С.

В сравнении с примером 1 доля окатышей увеличена на 8% отношение FeO/MgO в агломерате уменьшено на 0,31 ед. или на 0,039 ед, на 1 % увеличения доли окатышей.

Пример 4 (предлагаемый способ). В сравнении с примером 2 агломерат получают при расходе углерода 3,5% и доле ковдорского концентрата в аглошихте 45% (МдО 2.8%. FeO 13,67%. прочность 73,6%, FeO/MgO 4,88 ед.). При этом Тф 1460°С, ТЧ 1520°С.

П р и м е р 5 (известный способ). Долю окатышей снижают до 25% и плавят в смеси с 75% агломерата основностью 1,30 ед., спеченного из шихты с содержанием ковдорского концентрата 36% при расходе углерода 2,16% (МдО 2,43%, FeO 12,5%, прочность 72,6%, FeO/MgO 5,14 ед.). В сравнении с примером 1 доля окатышей уменьшена на 6%, а отношение FeO/MgO в агломерате осталось неизменным. При этом Тф 1475°С, ТЧ 1520°С.

П р и м е р 6 (предлагаемый способ). То .же, что в примере 5, но агломерат получен из шихты с 37% ковдорского концентрата и 3,4% углерода (МдО 2,48%, FeO 13,47%, прочность 73,7 %, FeO/MgO 5,43 ед.). При эом Тф 1460°С, Тч 1520°С.

В сравнении с примером 1 доля окатышей уменьшена на 6% отношение FeO/MgO увеличено на 0,27 ед. или на 0,045 ед. на 1 % уменьшения доли окатышей.

Пример (предлагаемый способ). В сравнении с примером 2 использовали агломерат, полученный из шихты с 41 % ковдорского концентрата при расходе углерода на . спекание 3,35% (МдО 2,65%, FeO 13,0%, прочность 73,4%, FeO/MgO 2,90 ед.). При этом Тф 1459°С, Тч 1520°С. В сравнении с примером 1 отношение FeO/MgO в агломерате уменьшено на 0,033 ед. на 1 % увеличения доли окатышей.

Примере (известный способ). В сравнении с примером 2 использовали агломерат, полученный при расходе углерода 3,35% и ковдорского концентрата 39% (МдО 2,52%, FeO 12,9%, прочность 73,5%, FeO/MgO 5,12 ед.), Тф снизилась до 1445°С, Тч-до 1510°С. В данном примере на 1 % увеличения доли окатышей отношение FeO/MgO в агломерате снизили на

0,005 ед., что находится за пределами предлагаемого способа.

П р и м ё р 9 (предлагаемый способ). Основность поступающих в доменный цех окатышей снизилась с 0,8 до 0,7 ед., что потребовало изменения основности агломерата и корректировки отношения FeO/МдО для стабилизации положения зоны когезии в доменной печи. Доля окатышей в шихте составляет 25% (уменьшена на 6% в сравнении с примером 1). Их плавят в смеси с агломератом основностью 1,34 ед, спеченным из шихты с 37% ковдорского концентрата при расходе углерода 3,4% (МдО 2,45%, FeO 13,32%, прочность 73.5%, FeO/MgO 5,44 ед.). Тф при этом составляет 1459°С, Тч - 1520°С. Увеличение FeO/MgO в агломерате на 1% снижения доля окатышей составляет 0,047 ед.

Пример 10 (известный способ). Доля окатышей и основность - как в примере 9. Их плавят в смеси с агломератом основностью 1,34 ед. спечённым из шихты с 37% ковдорского концентрата и расходе углерода 3,6% (МдО -2,44%, FeO 14,2%, прочность 73, 6%, FeO/MgO 5,82 ед,). При этом Тф 1445°С, Тч 1510°С. В сравнении с примером 1 на 1% снижения доля окатышей увеличение отношения FeO/MgO в агломерате составила 0,11 ед., что превысило верхний предел предлагаемого способа.

Примеры 1,2,4,6,7 и 9 свидетельствуют о стабилизации положения зоны когезии в печи по предлагаемому способу. При этом в сравнении с известным способом (примеры 2, 8, 10) температура чугуна Тч повысилась на 15°С, что эквивалентно экономии кокса

до 1,5 кг/т чуг. Увеличилась также степень восстановления материалов косвенным путем на 1,6-2,3% (определено путем прерывания опыта до начала фильтрации

расплава), что эквивалентно экономии кокса 2,8-3,9 кг/т чуг. Таким образом, суммарная экономия кокса оценивается величиной 4,3-5,4 кг/т чуг.

Приближение нижней границы зоны когезии к фурменным очагам (пример 5) приведет к подвисаниям и обрывам шихты, поступлению в горн неподготовленных материалов, что потребует перерасхода кокса. При получении агломерата по предлагаемому способу расход углерода подбирается таким образом, что его прочность не ниже, чем в известном способе.

Форму л а иэо бретени я Способ производства чугуна, включающий загрузку в доменную печь офлюсованных окатышей и агломерата, спеченного из смеси железорудных концентратов с кислой и магнезиальной пустой породой, флюса, топлива, изменение доли окатышей в шихте

в процессе плавки, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода кокса путем стабилизации положения зоны когезии в доменной печи при использовании окатышей основностью 0,6-0,9, на каждый процент

увеличения содержания окатышей в доменной шихте от 25 до 39 % увеличивают расход железорудного концентрата с магнезиальной пустой породой и/или уменьшают расход топлива в аглошмхте на величину

обеспечивающую снижение отношения FeO/MgO в агломерате на 0,033-0,047 ед., начиная от значений 5,1-5,2. . . .

) а о л и ц э 1

Таблица 2

Зависимость Тф расплава от содержания в смеси окатышей основностью 0,76 ед. и агломерата опыта 6

Использование: доменное производство. Сущность: способ производства чугуна включает загрузку в доменную печь офлюсованных окатышей и агломерата, спеченного из смеси железорудных концентратов с кислой и магнезиальной пустой породой, флюса, топлива. Зону когезии стабилизируют путем изменения доли окатышей в шихте, при этом используют окатыши основностью 0,6-0,9 и на каждый процент увеличения содержания окатышей в доменной шихте от 25 до 39% увеличивают расход железорудного концентрата с магнезиальной пустой породой и/или уменьшают расход топлива в аглошихте на величину, обеспечивающую снижение FeO/.MgO в агломерате на 0,033- 0,047 ед., начиная от значений 5,1-5,2. Это дает увеличение производительности и снижение расхода кокса. 2 табл. ел с