способ доменной плавки
Классы МПК: | C21B5/00 Получение чугуна в доменной печи |
Автор(ы): | Павлов Вячеслав Владимирович (RU), Девяткин Юрий Дмитриевич (RU), Поляков Николай Серафимович (RU), Годик Леонид Александрович (RU), Козырев Николай Анатольевич (RU), Томских Сергей Геннадьевич (RU), Поляков Виталий Николаевич (RU), Слепенков Владимир Владимирович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-04-18 публикация патента:
27.12.2008 |
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах. Способ включает введение в шихту окатышей, агломерата, кокса, металлодобавок, флюса и коксозаменителей, электросталеплавильного шлака окислительного периода фракции 10-80 мм с содержанием 25-44% FeO, 5-23% корольков железа и основностью 1,8-3,6 и шунгит фракции 10-80 мм с содержанием углерода не менее 25% при следующем соотношении материалов, мас.%: агломерат 40-74; окатыши 5-25; руда не более 3,5; металлодобавки не более 10; кокс 12-26; уголь 1-6; электросталеплавильный шлак окислительного периода 0,1-18; шунгит 0,1-5, при этом отношение CaO/SiO 2 шихты поддерживают 0,80-1,10. Использование изобретения позволяет снизить себестоимость чугуна, увеличить срок службы доменной печи, улучшить качество выплавляемого чугуна, повысить производительность доменной печи.
Формула изобретения
Способ доменной плавки, включающий загрузку в печь шихты, содержащей окатыши, агломерат, кокс, металлодобавки и шунгит, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят уголь и электросталеплавильный шлак окислительного периода фракции 10-80 мм с содержанием 25-44% FeO, 5-23% корольков железа, основностью 1,8-3,6, причем в шихте используют шунгит фракцией 10-80 мм с содержанием углерода не менее 25%, при следующем соотношении материалов, мас.%:
Агломерат | 40-74 |
Окатыши | 5-25 |
Руда | не более 3,5 |
Металлодобавки | не более 10 |
Кокс | 12-26 |
Уголь | 1-6 |
Электросталеплавильный шлак | |
окислительного периода | 0,1-18 |
Шунгит | 0,1-5, |
при этом отношение CaO/SiO2 шихты поддерживают 0,80-1,10.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах.
Известен способ доменной плавки, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топлива, загрузку в заданную зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, в котором в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковой шунгит, смешивая его при загрузке в печь с коксом и загружая в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника, а содержание кремния в чугуне поддерживают в заданных пределах, изменяя положение этой кольцевой зоны на колошнике, причем для увеличения содержания кремния в чугуне на 0,1% указанную зону перемещают к центру колошника печи и увеличивают ее площадь на 10-20% за счет уменьшения радиуса внутренней границы зоны, а для уменьшения содержания кремния в чугуне на 0,1% указанную зону перемещают к переферии колошника и увеличивают ее площадь на 10-20% за счет увеличения радиуса внешней границы зоны [1].
Существенными недостатками данного способа доменной плавки являются:
- высокая себестоимость чугуна в связи с повышенным количеством шунгита, необходимого для поддержания и регулировки содержания кремния в чугуне;
- невозможность получения чугуна заданного состава в течение короткого промежутка времени при изменении зоны загрузки шунгита вследствие большой инерционности печи.
Известен также способ выплавки передельного чугуна в доменной печи, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную кольцевую зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, при котором в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковой шунгит, смешивают его при загрузке в печь с коксом и загружают в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусом 0,1 и 0,95 радиуса колошника, причем количество загружаемого шунгита поддерживают в пределах 0,5-15% от суммарной массы углерода, загружаемого в печь кокса и вдуваемой в фурмы топливной добавки, а загрузку его в печь ведут периодически с периодом 0,2-0,6 длительности цикла загрузки [2].
Существенным недостатком данного способа выплавки передельного чугуна является:
- неэффективное использование твердой углеродсодержащей добавки шунгита при смешивании его с коксом, приводящее к невозможности образования карбидов кремния, и как следствие, отсутствие образования гарнисажа на стенках горна печи и снижение срока службы доменной печи.
Известен также способ выплавки передельного чугуна в доменной печи, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную кольцевую зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, при котором в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковой шунгит с содержанием углерода 20-36%, смешивая его при загрузке в печь с коксом и загружая в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусом 0,1 и 0,95 радиуса колошника, причем количество загружаемого шунгита поддерживают в пределах 0,5-15% от суммарной массы углерода загружаемого в печь кокса и вдуваемой в фурмы топливной добавки [3].
Существенными недостатками данного способа выплавки передельного чугуна являются:
- незначительное снижение расхода кокса в связи с отсутствием регламентации фракционного состава твердой углеродсодержащей добавки шунгита;
- не определена основность шихты, в связи с чем загрузка материала не гарантирует стабильность химического состава производимого чугуна.
Известен также способ доменной плавки, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, в котором в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковой шунгит, смешивая его при загрузке в печь с коксом и загружая в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника, причем основность железорудных материалов по модулю (CaO+MgO)/(SiO2+Al 2O3) при загрузке шунгита увеличивают на 0,001-0,004 на каждый кг шунгита, загружаемого в печь в расчете на 1 т чугуна [4].
Существенными недостатками данного способа доменной плавки являются:
- отсутствие эффективной защиты футеровки в результате отсутствия гарнисажа в горне доменной печи вследствие ограничения пределов загрузки шунгита радиусами колошника и смешения его с коксом;
- снижение производительности доменной печи вследствие уменьшения содержания в шихте железорудных материалов с высоким содержанием оксидов железа, приводящей к снижению его механической прочности.
Известен также способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудных материалов, кокса и металлодобавки фракцией 10-120 мм, в котором в качестве металлодобавки используют магнитную часть сталеплавильного шлака основностью 0,9-1,4 с содержанием фракции 10-40 мм более 80%, при этом загрузку металлодобавки осуществляют в центральную зону печи с расходом 11-80 кг/т чугуна [5].
Существенными недостатками данного способа доменной плавки являются:
- снижение производительности доменной печи из-за возникающих через определенный промежуток времени расстройств хода печи, в связи с кратковременным снижением расхода кокса при загрузке материала в центральную зону доменной печи и дальнейшим развитием периферийного потока газов;
- высокая себестоимость выплавляемого чугуна из-за высокого расхода кокса и дополнительных затрат на производство продукта переработки металлургического шлака вследствие необходимости выделения его магнитной составляющей и дополнительной сортировки.
Известна также, выбранная в качестве прототипа [6], шихта для выплавки литейного чугуна, содержащая кокс, окускованные железорудные материалы, флюс, кремний- и марганецсодержащие добавки, которая дополнительно содержит железную руду и металлодобавки, причем в качестве кремнийсодержащей добавки используют шунгитовую горную породу, а в качестве флюса - известняк и доломит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кокс | 24-32 |
Железная руда | 0-35 |
Металлодобавки | 0-5 |
Марганецсодержащие добавки | 0-3 |
Известняк | 1,5-5 |
Доломит | 1,5-3 |
Шунгитовая горная порода | 0,5-3 |
Окускованные железорудные материалы | остальное, |
причем отношение массы кремния в шунгитовой горной породе к массе железа в железной руде и металлодобавках составляет 0,008-0,25.
Существенными недостатками данной шихты для выплавки литейного чугуна являются:
- высокий расход кокса, связанный с введением в шихту известняка и доломита;
- низкая производительность доменной печи, возникающая вследствие образования "замусоренности" горна печи.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются:
- снижение себестоимости чугуна;
- увеличение срока службы доменной печи;
- улучшение качества выплавляемого чугуна;
- повышение производительности доменной печи.
Для этого предлагается способ доменной плавки, включающий загрузку в печь шихты, содержащей окатыши, агломерат, кокс, металлодобавки и шунгит, в котором в шихту дополнительно вводят уголь и электросталеплавильный шлак окислительного периода фракции 10-80 мм с содержанием 25-44% FeO, 5-23% корольков железа и основностью 1,8-3,6, причем в шихте используют шунгит фракции 10-80 мм с содержанием углерода не менее 25% при следующем соотношении материалов, мас.%:
Агломерат | 40-74 |
Окатыши | 5-25 |
Руда | не более 3,5 |
Металлодобавки | не более 10 |
Кокс | 12-26 |
Уголь | 1-6 |
Электросталеплавильный шлак | |
окислительного периода | 0,1-18 |
Шунгит | 0,1-5, |
при этом отношение CaO/SiO2 шихты поддерживают 0,80-1,10.
Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем.
Количество агломерата принято исходя из того, что при загрузке агломерата менее 40% от общего количества загружаемой шихты невозможно добиться ведения ровного хода доменной печи, а при загрузке агломерата более 74% наблюдается захолаживание доменной печи вследствие снижения расхода кокса.
Количество окатышей принято исходя из того, что при загрузке окатышей менее 5% не удается добиться требуемой производительности доменной печи из-за общего содержания железа в данной шихте, а при загрузке окатышей более 25% происходит резкое ухудшение качества выплавляемого чугуна, что в дальнейшем переделе не позволяет получать рельсовую сталь с низкой концентрацией титансодержащих оксидных включений.
Руда вводится в состав доменной шихты для корректировки шлакового режима печи, но при ее загрузке более 3,5% происходит снижение производительности доменной печи из-за снижения содержания общего количества железа и резкое снижение основности шлака.
Металлодобавки, представляющие собой металлические отходы производства, вводятся в состав шихты для поддержания общего содержания железа в шихте, однако при загрузке металлодобавок более 10% повышается себестоимость выплавляемого чугуна.
Количество кокса принято исходя из того, что при загрузке кокса менее 12% происходит резкое похолодание доменной печи, а при загрузке более 26% возрастает содержание серы в чугуне, перегрев и потеря производительности доменной печи.
Количество угля принято исходя из того, что при загрузке угля менее 1% происходит увеличение себестоимости чугуна за счет повышенного расхода других углеродсодержащих материалов, а при загрузке угля более 6% возникают расстройства хода доменной печи, вследствие невысокой его прочности, приводящие к потере производительности печи.
Количество электросталеплавильного шлака окислительного периода принято исходя из того, что при загрузке электросталеплавильного шлака окислительного периода менее 0,1% не удается достичь желаемого эффекта снижения себестоимости выплавляемого чугуна и увеличения производительности доменной печи вследствие недостаточного количества данного материала, а при загрузке электросталеплавильного шлака окислительного периода более 18% возникает нестабильность хода доменной печи и снижение ее производительности. При фракции электросталеплавильного шлака окислительного периода менее 10 мм и более 80 мм наблюдаются расстройства хода печи из-за изменения газопроницаемости шахты.
При содержании FeO в шлаке менее 25% происходит снижение степени прямого восстановления железа и тем самым возникает эффект "замусоренности" горна, а при увеличении более 44% происходит захолаживание в горне печи и возникновение аварийных ситуаций.
Содержание корольков железа принято из того, что при содержании менее 5% снижается производительность доменной печи, а при увеличении их содержания более 23% происходит увеличение себестоимости чугуна, в связи с дополнительными расходами на их извлечение.
Основность принята исходя из того, что при снижении основности менее 1,8 происходит снижение качества чугуна, а при ее увеличении более 3,6 - снижение производительности доменной печи из-за необходимости осуществления периодических "промывок" горна.
Загрузка шунгита в печь в количестве 0,1-5% приводит к наиболее оптимальному режиму использования углерода шунгита: с одной стороны, как заменителя кокса, с другой стороны, увеличивающему срок службы доменной печи за счет образования трудновосстановимых соединений карбида кремния, осаждающихся на стенках доменной печи и приводящих к образованию гарнисажа, препятствующему размыву огнеупорной кладки.
При содержании углерода в шунгите менее 25% коэффициент замены кокса шунгитом резко падает, что вызывает собой отсутствие желаемого результата экономии расхода кокса и снижения себестоимости чугуна.
Содержание фракции кускового шунгита менее 10 мм приводит к увеличению количества выноса углеродсодержащей пыли и снижению эффективности замены кокса шунгитом, а при увеличении фракции более 80 мм процессы взаимодействия с данным материалом в шахте и фурменной зоне печи не успевают до полного использования куска шунгита и вызывают собой замусоренность горна печи и потерю ее производительности.
Заявляемый способ доменной плавки был реализован на доменной печи полезным объемом 1719 м 3 при подаче дутья в количестве 3000 м3 /ч с температурой 1080°С, природного газа и кислорода. В опытах использовали шихтовые материалы в указанных в формуле изобретения пределах при поддержании отношения CaO/SiO 2 шихты 0,80-1,10 следующего химического состава:
Агломерат: 51-59% Feобщ; 7-12% СаО; 1,5-4,5% MgO; 6,5-10,5% SiO2; 1,75-2,75% Al 2О3; 0,01-0,02% S.
Окатыши: 57-67% Feобщ; 0,8-2,6% СаО; 3,0-6,0% SiO 2; 0,30-0,75 V2О5 ; 2,0-3,5 TiO2.
Руда: 45-54% Fe общ; 5,2-8,3% СаО; 0,40-1,80% MgO; 9,70-14,5% SiO 2; 2,7-4,8% Al2О3 .
Металлодобавки: 25-79% Feобщ; 25,4-44,8% СаО; 4,4-10,8% MgO; 12,2-22,5% SiO2; 2,0-3,8% Al2О3.
Кокс: 83-88% С; зола 10,2-14,5%; влага 1,5-5,1%; сера 0,3-0,5%; выход летучих веществ 0,8-1,4%.
Уголь: 75-83% С; зола 4,2-15,5%; влага 2,5-7,1%; сера 0,1-0,45%; выход летучих веществ 14,5-21,4%.
Электросталеплавильный шлак окислительного периода: 25-79% Feобщ; 30,2-54,3% СаО; 7,4-12,8% MgO; 14,1-21,5% SiO2; 2,0-3,8% Al2 О3.
Шунгит: 25-36% С; 1,5-4,2% Fe 2О3; 52,5-62,5% SiO 2; 3,0-5,0% Al2О3 ; 0,1-0,5% СаО; 0,4-2,2% MgO; 0,5-1,6 S.
Загрузку производили через двухконусное загрузочное устройство отдельным, вторым рудным скипом по системе загрузки КККК 6РРРКК.
Ведение доменной плавки по заявляемому способу позволило снизить себестоимость чугуна на 12,4 руб/т из-за снижения расхода кокса с 412 кг/т чугуна до 408 кг/т чугуна, повысить производительность печи на 1,1 т/ч;
уменьшить содержание концентрации фосфора на с 0,088 до 0,076%, серы на с 0,027 до 0,022% и увеличить срок службы доменной печи между ремонтами II разряда с 5 до 8 лет за счет образования защитного гарнисажа на футеровке печи.
Источники информации
1. Патент РФ №2184153 С21В 5/00.
2. Патент РФ №2186119 С21В 5/00.
3. Патент РФ №2186855 С21В 5/00.
4. Патент РФ №2186854 С21В 5/00.
5. Патент РФ №02115739 С21В 5/00.
6. Патент РФ №2167203 С21В 5/02.
Класс C21B5/00 Получение чугуна в доменной печи