способ доменной плавки

Формула изобретения

Способ доменной плавки, включающий периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки и непрерывный контроль состава и количества загружаемых в доменную печь шихтовых материалов и продуктов доменной плавки, отличающийся тем, что определяют количество железа в уловленных продуктах доменной плавки, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц (Fe"") кг/т чугуна, количество химического элемента или его соединения, не переходящего в чугун и входящего в состав уловленных продуктов доменной плавки, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, (A"") кг/т чугуна и вычисляют количество железа в неуловленных продуктах доменной плавки, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, (Fe") кг/т чугуна по следующему соотношению:

Fe" = Fe""(A - A"" - A""")/A"",

где А - количество химического элемента или соединения, не переходящего в чугун и входящего в состав загружаемой доменной шихты, кг/т чугуна;

А""" - количество химического элемента или соединения, не переходящего в чугун и входящего в состав шлака, кг/т чугуна;

(A - A"" - A""") = A" - количество химического элемента или соединения, не переходящего в чугун и входящего в состав неуловленных продуктов доменной плавки, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве чугуна и ферросплавов в доменных печах, а также на предприятиях других отраслей промышленности, где имеют место неорганизованные выбросы в окружающую среду в виде мелких твердых частиц.

Известны способы составления материального баланса доменной плавки на основе расчета расхода компонентов шихты и выхода продуктов плавки на одну тонну чугуна [Металлургия чугуна. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н., Юсфин Ю.С., Клемперт В. М.: Металлургия, 1989, 512 с.].

Однако эти способы используют пока лишь в проектных и исследовательских разработках, поскольку они отражают только два железосодержащих продукта доменной плавки: чугун и шлак. В реальной же доменной плавке образуется целый ряд железосодержащих продуктов, в том числе и неорганизованные выбросы в окружающую среду, которые безвозвратно теряются на данном этапе развития техники и технологии доменного производства. Поэтому результаты составления материальных балансов не позволяют проводить всесторонний анализ хода доменной плавки и принимать соответствующие решения по управлению доменным процессом.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является используемый в настоящее время способ ведения доменной плавки, включающий периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки и непрерывный контроль состава и количества загружаемых в доменную печь шихтовых материалов, и продуктов доменной плавки. При этом регулирование свойств шлака ведут путем поддержания постоянным физико-химического параметра "а" шлакового расплава в пределах 0,85 - 1,05. Численное значение физико-химического параметра находится как отношение сумм сил взаимодействия соответствующих анионов и катионов, обладающих основными свойствами, к сумме аналогичных показателей компонентов, обладающих кислыми свойствами [Авторское свидетельство СССР N 1788016, кл. C 21 B 5/00].

Одним из недостатков известного технического решения является то обстоятельство, что поддержание постоянным физико-химического параметра "а" шлакового расплава в указанных пределах не удается выдерживать в реальных условиях работы доменных печей, поскольку даже при выплавке одной и той марки чугуна из одной и той же шихты, но в различных печах одного цеха неизбежно требуются различные шлаковые режимы, что объясняется особенностями дутьевого режима, объема, профиля, настылей, разгара, кладки, а также состояния засыпного аппарата, влияющего на вынос колошниковой пыли в неорганизованные выбросы мелких твердых частиц шихты в окружающую среду. В свою очередь неорганизованные выбросы не позволяют корректно производить расчет статей баланса железа и шлакообразующих, а следовательно, и самого физико-химического параметра шлакового режима, что требует регулярного проведения дорогих и трудоемких инструментальных измерений с целью определения расходных коэффициентов для уточнения отдельных статей (в том числе и для неорганизованных выбросов) расхода баланса железа и шлакообразующих. Кроме того, даже установленный состав и расход шлакообразующих еще не гарантирует стабильный состав шлака, поскольку часть из них может иметь различное значение в зависимости от теплового состояния доменной печи: с флуктуацией теплового состояния изменяются условия восстановления кремния в горне доменной печи и, как результат, изменяется содержание кремнезема в шлаке. К недостатку следует отнести и низкую оперативность и надежность (особенно в ситуациях, когда имеют место изменения состава шихты и механических характеристик составляющих шихту компонентов, определяющих объем неорганизованных выбросов) данных баланса железа и шлакообразующих для проведения анализа хода доменных печей, установления причин отклонений от нормального хода печей и принятия своевременных соответствующих технологических решений по управлению доменной плавкой.

Задачей изобретения является повышение оперативности и надежности контроля величины потерь железа с неулавливаемыми продуктами доменной плавки, а также снижение затрат на их определение.

Поставленная задача решается следующим образом, что в способе доменной плавки, включающем периодическую загрузку шихты, выпуск продуктов плавки и непрерывный контроль состава и количества загружаемых в доменную печь материалов и продуктов доменной плавки, определяют количество железа в условленных продуктах доменной плавки, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц (Fe"") кг/т чугуна, количество химического элемента или его соединения, не переходящих в чугун и входящего в состав уловленных продуктов доменной плавки, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц (A"") кг/т чугуна и вычисляют количество железа в неуловленных продуктах доменной плавки, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, (Fe") кг/т чугуна по следующему выражению:

Fe" = Fe""(A-A""-A""")/A"",

где A - количество химического элемента или соединения, не переходящего в чугун и входящего в состав загружаемой доменной шихты, кг/т чугуна, A""" - количество химического элемента или соединения, не переходящего в чугун и входящего в состав неуловленных продуктов доменной плавки в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна.

Повышение оперативности и надежности контроля величины потерь железа с неулавливаемыми продуктами доменной плавки достигается тем, что для их нахождения используются значения составляющих компонентов, входящих в предложенное выражение. Определение этих значений производится ежедневно с отражениями текущих фактических изменений параметров состава шихты и составляющих ее компонентов в технических отчетах работы доменных печей в отличие от известного способа, использование в котором установленных в ходе инструментальных измерений расходных коэффициентов не позволяет использовать фактическое текущее изменение отмеченных выше параметров, что может, в свою очередь, приводить к искажению результатов оценки хода доменной печи и принятию неверных последующих технологических решений.

С использованием предложенного изобретения отпадает необходимость в проведении инструментальных измерений с соответствующими затратами для определения выхода неулавливаемых продуктов доменной плавки и их химического состава.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что определение количества железа в неулавливаемых продуктах доменной плавки достигается косвенным, но простым и надежным методом, путем использования закономерностей поведения в условиях доменного процесса некоторых химических элементов или соединений, входящих в состав шихтовых материалов. Например, кальций и магний, входящие в виде соответствующих оксидов в состав шихтовых материалов, не переходят в чугун и чугуносодержащие продукты доменной плавки (скрап и др. ) в отличие от железа, кремния и других элементов. Основная часть отмеченных элементов в ходе доменного процесса в виде соединений (CaO, CaS, MgO, MgS) переходит в шлак, а оставшаяся часть в виде соединений (CaO, MgO), не участвуя непосредственно в образовании чугуна, входит в состав улавливаемых и неулавливаемых продуктов доменной плавки в виде мелких твердых частиц компонентов доменной шихты, что по известному соотношению в указанных продуктах плавки между содержанием железа и отмеченных выше химических элементов или их соединений и по известному содержанию железа в уловленных продуктах плавки позволяет определить количество железа в неулавливаемых продуктах плавки.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Контролируют поступление в доменную плавку кальция, магния или их оксидов, а также их распределение в шлаке и улавливаемых продуктах с целью определения их содержания в неулавливаемых продуктах доменной плавки путем составления соответствующих балансов отмеченных компонентов, используя данные технических отчетов работы доменных печей. Определяют количество железа в неуловленных продуктах плавки через соотношение между содержащимся железом и отмеченными компонентами в улавливаемых продуктах доменной плавки с учетом содержания этих компонентов в неулавливаемых продуктах доменной плавки.

Пример. В качестве исследуемого объекта принят доменный цех ОАО ММК, который выплавляет предельный чугун. В исследуемом периоде (месяц Б) железосодержащую часть доменной шихты составляли окатыши ССГПО, Михайловского ГОКа, Лебединского ГОКа, Качканарского ГОКа, местный агломерат, сварочный шлак, "корольки" (металлосодержащая фракция конвертерного шлака), лом чугунный со шлаковых отвалов. В качестве флюсующих добавок в доменные печи грузили известняк и кварц. Отмеченные шихтовые материалы внесли 110,4 кг кальция (Ca) на тонну чугуна в виде CaO. В процессе доменной плавки в шлак перешло 10,4,14 кг кальция (Ca""") на тонну чугуна в виде Cao и CaS с учетом шлака, увлекаемого с чугуна на выпусках (0,5% от массы чугуна). Уловленные продукты доменной плавки, представленные компонентами доменной плавки в виде мелких твердых частиц, представлены в табл. 1.

Или уловленные материалы содержали кальция Ca"" = 2,73 + 1,17 + 0,19 = 4,09 кг/т чугуна и железа Fe"" = 18,95 + 11,67 + 0,87 = 31,49 кг/т чугуна. Полученные данные позволяют по предложенному способу определить количество железа в неуловленных продуктах доменной плавки, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, в соответствии с выражением:

Fe"=Fe""(A-A""-A""")/ А"=31,49(110,4-104,14-4,09)/4,09=16,7 кг/т чугуна.

По известному способу при определении количества железа в неуловленных продуктах доменной плавки, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, использован согласно техническим отчетам приятый в доменном цехе расходный коэффициент, равный 0,54 от содержания железа в улавливаемой в сухих пылеуловителях колошниковой пыли. Или по известному способу количество железа в уловленных продуктах составило 0,5418,95=10,22 кг на тонну чугуна, а величина невязки баланса - 17,6 кг/т чугуна. Таким образом, предложенный способ позволил уменьшить значение невязки баланса железа до величины 10,22+17,6-16,7 = 11,12 кг/т чугуна в исследуемый период. В таблице приведены сравнительные результаты составления балансов по известному и предложенному способу.

Представленные в табл. данные позволяют отметить следующее. Несмотря на меняющиеся характеристики сырья, о чем свидетельствуют значения выхода уловленных продуктов (колошниковой пыли, шламов системы мокрой очистки колошникового газа, вентиляционной пыли аспирационных систем) и количество перешихтовок, значения количества железа в неуловленных продуктах плавки, рассчитанные по известному способу, продолжают оставаться примерно на одном и том же уровне, не отражая реальную ситуацию, складывающуюся в тот или иной период работы доменных печей, что, в свою очередь, не позволяет проводить своевременный и достоверный анализ причин изменения величины безвозвратных потерь железа с неулавливаемой пылью при выплавке чугуна. Об этом свидетельствуют и абсолютные значения невязки баланса железа, которая помимо прочего включает в себя и неучтенные потери железа. Таким образом, предложенный способ позволяет снизить значение невязки баланса железа за счет уменьшения в ней доли неучтенных потерь железа. С другой стороны, предлагаемый способ без затрат на проведение инструментальных измерений для определения выхода неуловленных продуктов доменной плавки и их химического состава позволяет не только оперативно и надежно контролировать безвозвратные потери железа в доменном производстве, но и осуществлять контроль за загрязнением окружающей среды, а также своевременно принимать необходимые технологические решения, в том числе и при проведении коррекции основности шлака. Полученные сведения о содержании железа в неуловленных продуктах, а следовательно, и о их выходе позволяют определить по балансу кремния выход скрапа литейного двора, разливочных машин и ковшей, а также количество в нем железа, что, в свою очередь, открывает возможность учета количества железа в шлаке в виде корольков чугуна и "донышек".