способ доменной плавки

Формула изобретения

Способ доменной плавки из цинкосодержащих шихт, включающий загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и расхода колошникового газа, загрузку и формирование буферного слоя определенной высоты, периодическое опускание уровня засыпи до повышения температуры газа на колошнике до 450 -500^oC, отличающийся тем, что буферный слой формируют из смеси кокса и шлакового щебня при массовом соотношении кокса и шлакового щебня 25 75: 75 25, а высоту буферного слоя определяют по выражению Н (kA + шA_ш (650 t)V, где k доля кокса в общем объеме слоя; ш доля шлакового щебня в объеме слоя; А коэффициент, учитывающий теплофизические свойства кокса, мин/(^oCм²); A_ш коэффициент, учитывающий теплофизические свойства шлакового щебня, мин/(^oCм²); t температура колошникового газа, ^oC; V - выход колошникового газа, м³/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в доменном производстве при плавке цинкосодержащих шихт.

Известен способ доменной плавки цинкосодержащих шихт, включающий загрузку шихты, контроль содержания цинка в колошниковой пыли, периодическое опускание уровня засыпи шихты до горизонта с температурой колошникового газа 600-650^oС.

Недостатком этого способа является то, что при опускании уровня засыпи до указанного горизонта необходимо кратковременно переводить доменную печь на "тихий ход", а для охлаждения газа и элементов колошника необходимо подавать в колошниковое пространство воду и осуществлять другие меры повышенного контроля за ходом печи.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ доменной плавки из цинкосодержащих шихт, включающий загрузку шихты, содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и расхода колошникового газа, загрузку кокса с определенной высотой, периодическое опускание уровня засыпи до повышения температуры газа на колошнике до 450-500^oС, определение высоты слоя загружаемого в печь кокса Н из соотношения:

H А(650 t)V, м,

где А коэффициент, учитывающий теплофизические свойства кокса, мин/^oСм²,

t температура колошникового газа, ^oС;

V выход колошникового газа, м³/мин.

Способ позволяет удалять из печи значительную часть накапливающегося в шахте цинка. Однако недостатком его является то, что для его реализации на формирование слоя и загрузку охлаждающих (корректирующих) подач единовременно расходуется значительное (45-90 т) кокса. Также в порах кусков кокса задерживается некоторое количество частиц цинка, способного выходить из печи с колошниковым газом, что снижает эффективность способа.

Целью изобретения является разработка способа доменной плавки из цинкосодержащих шихт при котором эффективно удаляется накапливающийся в шахте печи цинк.

Технический результат снижение расхода кокса, повышение степени удаления цинка и производительности печи.

Это достигается тем, что в способе, предусматривающем загрузку шихты содержащей цинк, подачу дутья, контроль температуры и расхода колошникового газа, формирование буферного слоя определенной высоты, периодическое опускание уровня засыпи до повышения температуры газа на колошнике до 450-500^oС, буферный слой формируют из смеси кокса и шлакового щебня при следующем соотношении, мас. кокс 25-75; шлаковый щебень 75-25, а высоту буферного слоя определяют по выражению:

Н (kA + ш А_ш)(650 t) V, м,

где k доля кокса в общем объеме слоя;

ш доля шлакового щебня в объеме слоя;

А коэффициент, учитывающий теплофизические свойства кокса, мин/^oС м²;

А_ш коэффициент, учитывающий теплофизические свойства шлакового щебня, мин/^oС м²;

t температура колошникового газа, ^oС;

V выход колошникового газа, м³/мин.

Предлагаемый способ основан на том, что введение в состав буферного слоя шлакового щебня позволяет исключить использование кокса из формируемого слоя до 75% Затраты на удаление цинка из печи получаются значительно меньшими, а степень удаления цинка несколько повышается, так как уменьшается количество цинка, оседающего в порах кусков кокса, составляющих слой.

Оптимальным размером кусков шлакового щебня является фракция +40 мм, также как и крупность кусков кокса, что обеспечивает высокую порозность слоя, его газопроницаемость. При отсутствии пор и относительно ровной поверхности кусков щебня механическое осаждение в них частиц цинка полностью исключается.

Процесс конденсации паров цинка на поверхности кусков шлакового щебня развивается в меньшей степени, чем на коксе, так как площадь поверхности его кусков в несколько раз меньше, чем у кокса.

Еще одно преимущество заключается в том, что шлак, попадая в горн, выносит из него через летки часть паров цинка.

Теплоемкость шлакового щебня в 3,5-4,0 раза выше теплоемкости кокса. Поэтому при формировании слоя между горизонтами с температурой газа 600-650^oС и 450-500^oС высота этого слоя, соответствующая смеси кокса и щебня, должна быть меньшей, чем при наличии одного кокса. Однако другой теплофизический параметр, теплопроводность, у шлакового щебня также выше, что обусловливает более быстрый прогрев кусков щебня. Это указывает на то, что высота слоя, состоящего из смеси материалов может быть уменьшена в незначительной степени.

Оба параметра, теплоемкость и теплопроводность, отражены в величинах А и А приведенного выражения для определения высоты слоя.

В известном способе значение коэффициента А равно (0,45- 0,55)10^-5 мин/^oС м². Сохраняется это значение и в предлагаемом техническом решении, поскольку кокс тот же самый. Определено, при формировании буферного слоя из одного шлакового щебня подобный коэффициент равен (0,32-0,40)10^-5 мин/С м. Предельные значения коэффициентов объясняются тем, что на металлургических предприятиях характеристики кокса и доменного шлака, из которого получают щебень, соответствуют единому стандарту по химическому составу и физическим свойствам, которые обозначаются предельными величинами допусками колебаний значений характеристик. Поскольку слой, формируемый из кокса и щебня, представляет собой механическую смесь из кусков близкого размера, то суммарный коэффициент является аддитивной величиной, т.е. каждый материал вносит свойство, пропорционально своей доле. Если коэффициенты, характеризующие кокс и щебень, равны величинам А и А_ш, а доли этих материалов в слое составляют величины к и ш, то значение суммарного (аддитивного) коэффициента в формуле для определения высоты слоя Н будет равно (k А + шА_ш) и зависимость будет представлена выражением: Н (kА + шА_ш) (650-t)V, м, где части (650-t)и V соответствуют параметрам прототипа, Замена части объема кокса шлаковым щебнем может производиться, начиная от минимальной доли. Однако загрузка щебня до 25% затруднена технически, так как составляет величину, меньшую объема одного скипа при четырехскиповой подаче, и относительные ошибки при загрузке значительны и трудно учитываемы при контроле и анализе резцльтатов использования способа. Верхний, максимальный, предел замены кокса щебнем составляет 75% что совпадает с соотношением кокса и щебня, при котором генерируемое коксом тепло достаточно для нагрева шлакового щебня в шахте и расплавления его в нижней части печи. Выше 75% замены кокса тепла будет недостаточно. При четырехскиповой подаче наиболее простой дозировкой обеспечивается степень замены кокса равной 25, 50, 75, мас.

Способ реализуется при относительно стабильном ходе доменной печи следующим образом.

Прекращается загрузка цинкосодержащих железорудных материалов. Определяют значение температуры колошникового газа и его расход, рассчитывают высоту буферного слоя, загружают необходимое количество смеси кокса и шлакового щебня. После последней подачи этих материалов загрузка прекращается, и уровень засыпи начинает понижаться. При опускании его до горизонта, когда температура газа повышается до 450-500^oС, двумя-тремя ступенями снижается давление дутья, давление на колошнике уменьшается, а затем может быть полностью снят расход природного газа и кислорода.

При достижении предельной температуры газа в зависимости от интенсивности выхода цинка уровень засыпи может удерживаться в опушенном состоянии загрузкой дополнительных подач такой же смеси материалов, или может быть начато восстановление уровня. Количество охлаждающих (корректирующих) подач может быть произвольным в зависимости от стабильности хода печи и степени накопления цинка в шахте. Ориентиром для загрузки каждой последующей корректирующей подачи является повторное повышение температуры колошникового газа до температуры 450-500^oС после очередной загрузки.

При восстановлении уровня засыпи переход от загрузки смеси кокса и щебня к загрузке нормальной шихты производится при достижении горизонта, который фиксируется измерительными шомполами. После этого начинается восстановление уровня и газодинамических параметров.

Степень и темп снижения газодинамических параметров, объем и количество корректирующих подач (длительность выдержки уровня засыпи на горизонте с температурой 450-500^oС) зависят от объема печи, режима ее работы, параметров комбинированного дутья и в каждой ситуации определяются расчетом.

Режим работы, соответствующий понятию "тихий ход" при реализации способа не достигается, так как величины давления дутья и давления на колошнике поддаются регулировке с необходимым запасом для обеспечения оптимального перепада давление в столбе шихтовых материалов.

Периодичность применения способа определяется длительностью восстановления зоны циркуляции цинка в шахте печи.

Пример. Предлагаемый способ был реализован на доменной печи объемом 1370 м³, работающей со средней температурой колошникового газа 190^oС с выходом его 1,910⁵нм³/ч, с расходом дутья 0,910⁴нм³/ч, природного газа 1410³нм³/ч, кислорода 1410³нм³/ч. Давление дутья составляло 2,5 ати, колошникового газа 1,52 ати, что обеспечивало перепад давления 1,25 ат.

Загружалась цинкосодержащая шихта, состоящая из окатышей Лебединского ГОКа 26,6% Соколовско-Сарбайского ГОКа 25% и местного агломерата 48,4% Шихту загружали с обеспечением положения уровня засыпи 2,0 м от кромки большого конуса.

Коэффициент А по характеристикам кокса и колошникового газа составил 0,5210^-5 мин/^oС м², для шлакового щебня в тех же условиях 0,3710^-5 мин/^oС м². Соотношение кокса и щебня было выбрано 50:50. Суммарный коэффициент при таком составе смеси равен 0,4110^-5мин/^oС м². Толщина слоя, который нужно было сформировать перед опусканием уровня засыпи, составила 5.8 м. Это примерно соответствовало загрузке 6 скипов кокса и 6 скипов шлакового щебня.

В 9 ч 40 мин загрузили последнюю подачу с железорудным материалом и начали загружать смесь кокса и щебня в 10 ч 15 мин, 10 ч 30 мин и 10 ч 45 мин, после чего загрузку прекратили, и уровень засыпи начал понижаться. Одновременно с с началом мероприятия контролировали режим работы печи, а также отбирали пробы колошниковой пыли.

Данные контроля приведены в табл.1.

В 11 ч был последний замер положения уровня шомполами, затем замеры проводили с помощью троса с грузом, но эпизодически, после корректирующих подач, так как режим поддержания уровня в опущенном состоянии уже отработан.

Первую корректирующую подачу загрузили в 12 ч 30 мин, уровень засыпи находился на расстоянии 6,5 м от кромки большого конуса.

Последующие подачи в 12 ч 59 мин и в 13 ч 25 мин (6,9 и 6,8 м от кромки). В 13 ч 45 мин начали восстановление уровня.

Результаты использования способа представлены в табл.2.

Практические исследования и анализ применения способов (предлагаемого и прототипа) показали, что восстановление циркулирующей массы цинка составляет 4-5 недель, после чего снова повышается расход кокса и снижается производство чугуна.

Таким образом, данные показывают, что при формировании буферного слоя из кокса и шлакового щебня обеспечивается эффективное удаление цинка из шахты доменной печи при меньших затратах и без перевода печи на "тихий ход", уменьшение потерь производства чугуна с достаточно высоким снижением расхода кокса.