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, в том числе чугуна, шлака, улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц с учетом потерь железа, отличающийся тем, что определяют потери железа со скрапом из желобов литейного двора, разливочных машин и чугуновозных ковшей (Fe_c ) и чугуном, увлекаемым шлаком на выпусках жидких продуктов доменной плавки (Fe_ш), соответственно по следующим соотношениям, кг/т чугуна:

Fe_c=[Fe]{Si-28(SiO₂'+SiO ₂"+SiO₂'")/60-10[Si]}/[Si],

Fe_ш=Fe-Fe'-Fe"-56FeO'"/72-10[Fe]-Fe _c,

где Si - количество кремния, загружаемого в доменную печь с шихтой, кг/т чугуна;

SiO₂', SiO ₂" - соответственно количество оксида кремния, уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;

SiO₂'", FeO'" - соответственно содержание оксида кремния и закиси железа в шлаке, кг/т чугуна;

[Fe], [Si] - соответственно содержание железа и кремния в чугуне, %;

Fe, Fe', Fe" - соответственно количество железа, загружаемого в доменную печь с шихтой и уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;

28, 56 - соответственно атомные массы кремния и железа;

60 - молекулярная масса оксида кремния;

10 - коэффициент пересчета количества соответствующих компонентов на 1 т чугуна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве чугуна и ферросплавов.

Известны способы составления материального баланса доменной плавки, основанные на расчете шихты, выхода шлака и газа на тонну чугуна [Металлургия чугуна. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н., Юсфин Ю.С., Клемперт В.М., М.: Металлургия, 1989, 512 с.].

Однако эти способы не отражают реальных условий протекания доменной плавки, сопровождающейся выносом из печи мелких частиц шихты, потерями чугуна со скрапом и шлаком, что не позволяет достоверно составлять баланс железа доменной плавки и, тем самым, проводить всесторонний анализ хода доменного процесса для принятия своевременных решений по управлению технологическими процессами.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является 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, в том числе чугуна, шлака, улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц. Известный способ позволяет по балансу элементов, которые не переходят в чугун, оценивать текущее изменение количества железа в неулавливаемых пылеватых продуктах доменной плавки (Патент РФ N 2164243, МПК 7 С 21 В 5/00).

Недостатком известного технического решения является необходимость проведения дорогостоящего и трудоемкого инструментального измерения потерь железа со скрапом из желобов литейного двора доменных печей, чугуновозных ковшей, рабочих площадок разливочных машин, а также с чугуном, увлекаемым шлаком на выпусках. Имеющая место флуктуация теплового состояния доменных печей, свойств шлака, дренажной способности горна определяет не только величину указанных потерь, но и частоту проведения этих измерений. К недостатку также следует отнести низкую достоверность результатов оценки потерь железа в виде скрапа из желобов литейных дворов доменных печей, с рабочих площадок разливочных машин, из чугуновозных ковшей, а также в виде чугуна, увлекаемого шлаком на выпусках жидких продуктов доменной плавки, что не позволяет проводить всесторонний анализ работы доменных печей, устанавливать причины отклонений от нормального хода печей и принимать своевременно корректирующие решения по управлению доменной плавкой.

Задачей изобретения является повышение достоверности контроля величины неизбежных потерь железа в виде скрапа из желобов литейных дворов доменных печей, разливочных машин, чугуновозных ковшей и чугуна, увлекаемого шлаком на выпусках, а также устранение затрат на инструментальное определение значения этих величин.

Поставленная задача решается тем, 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, в том числе чугуна, шлака, улавливаемых и неулавливаемых продуктов, представленных компонентами доменной шихты в виде мелких твердых частиц, определяют потери железа со скрапом из желобов литейных дворов доменных печей, разливочных машин и чугуновозных ковшей (Fe_с ) и чугуном, увлекаемым шлаком на выпусках жидких продуктов доменной плавки (Fe_ш), соответственно по следующим соотношениям, кг/т чугуна:

Fe_с=[Fe]{Si-28(SiO₂'+SiO ₂''+SiO₂''')/60-10[Si]}/[Si],

Fe_ш=Fe-Fe'-Fe''-56 FeO'''/72-10[Fe]-Fe _c,

где Si - количество кремния, загружаемого в доменную печь с шихтой, кг/т чугуна;

SiO₂', SiO ₂'' - соответственно количество оксида кремния, уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/ т чугуна;

SiO₂''', FeO''' - соответственно содержание оксида кремния и закиси железа в шлаке, кг/т чугуна;

[Fe], [Si] - соответственно содержание железа и кремния в чугуне, %;

Fe, Fe', Fe'' - соответственно количество железа, загружаемого в доменную печь с шихтой и уносимого с улавливаемыми и неулавливаемыми продуктами доменной плавки, представленными компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;

28, 56 - соответственно атомные массы кремния и железа;

60 - молекулярная масса оксида кремния;

10 - коэффициент пересчета количества соответствующих компонентов на 1 т чугуна.

Значения составляющих элементов выражений определяются из оперативной информации, отражающей текущие изменения технологических параметров в технических отчетах и на электронных носителях, что позволяет своевременно и целенаправленно использовать получаемую информацию для оценки хода доменной печи и принятия необходимых технологических решений.

Необходимость в проведении инструментальных измерений с затратами на определение выхода соответствующих продуктов плавки и их химического состава отпадает, поскольку предложенное распределение железа между различными продуктами доменной плавки учитывает физические и физико-химические закономерности поведения основных элементов в условиях доменной плавки, а также компонентов шихты при загрузке печи и продуктов плавки при их транспортировке соответственно.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Контролируется поступление в доменную плавку железа, кальция, кремния и их распределение между продуктами плавки (чугуном, шлаком, пылеватыми продуктами и скрапом) путем составления баланса кальция для определения количества железа в неулавливаемых пылеватых продуктах и балансов кремния и железа соответственно с целью определения количества металлического железа в скрапе и шлаке.

Предлагаемый способ был опробован в доменном цехе ОАО "ММК".

В исследуемых периодах ("А" и "Б") доменные печи загружали окускованным железорудным сырьем и коксом. С целью коррекции оптимального состава шлака в качестве флюсующих добавок грузили сырой известняк и кварцит. Поступление в доменные печи кальция, железа и кремния с шихтовыми материалами отражено в таблице 1.

Количество железа (как и любого другого элемента или соединения), теряемое с неулавленными продуктами доменной плавки (Fe'), представленными мелкими твердыми частицами, определяли по прототипу с помощью выражения:

Fe'=Fe''[Ca-Ca''-40(СаО)Ш/56100]/Ca'',

где Fe'' - количество железа в улавливаемых продуктах доменной плавки (колошниковая пыль, шлам, вентиляционная пыль), представленных компонентами шихты в виде мелких твердых частиц, кг/т чугуна;

Ca, Ca'' - соответственно количество кальция, загружаемого в печь шихтой и в улавливаемых пылеватых продуктах, кг/т чугуна;

Ш - выход шлака, кг/т чугуна;

СаО - содержание оксида кальция в шлаке, %;

40 - атомная масса кальция;

56 - молекулярная масса оксида кальция.

Результаты расчетов по предложенным выражениям, а также отдельные статьи общего баланса железа по прототипу (I) и предложенному решению (II) представлены в таблице 2 для двух периодов работы доменного цеха. Данные последней таблицы свидетельствуют о том, что применение известной методики обработки информации о работе доменных печей не отражает реальные ситуации, складывающиеся в разные периоды работы доменных печей. Об этом свидетельствуют разнознаковые значения невязок балансов железа, соизмеримые с отдельными статьями балансов. Так, период "А" был характерен проплавкой агломерата с более высоким содержанием мелочи (0-5 мм), повышенным расходом кокса и выходом уловленной пыли, ростом количества перешихтовок и осадок из-за неровного хода печей, а следовательно, и нестабильного их теплового состояния. В свою очередь, это приводит к изменению температуры чугуна и подвижности шлака, а, следовательно, к изменению количества образующегося скрапа в желобах литейных дворов доменных печей и чугуновозных ковшах, а также массы чугуна, увлекаемого шлаком на выпусках. Тем не менее, по известному решению в обоих периодах эти явления не находят отражения в соответствующих статьях баланса железа. Так, значения количества чугуна, увлекаемого шлаком (3% от массы шлака по известному решению), равно как и скрапа, остаются практически неизменными.

Таким образом, расчеты потерь железа с неулавливаемыми продуктами доменной плавки по прототипу позволяют отражать складывающуюся ситуацию при изменении механической прочности сырья, но не отражают изменения теплового и шлакового режимов работы доменных печей, дренажной способности горна при оценке выхода скрапа и количества увлекаемого со шлаком чугуна.

Достоверный и оперативный контроль количества и состава побочных продуктов доменной плавки по предложенному решению позволяет своевременно принимать необходимые технологические решения на основе комплексной оценки хода доменного процесса и работы оборудования доменных печей от приемных бункеров до чугуновозных и шлаковозных ковшей, что выражается в сведении к минимуму величины значения невязки (за счет уменьшения в ней доли неучтенных потерь железа) при составлении баланса железа. При этом целенаправленное использование текущей информации о работе доменных печей позволяет избежать проведения дорогостоящих и инструментальных измерений для определения выхода побочных продуктов доменной плавки и их химического состава и снизить величину объема чугуна, снимаемого на зашлакованность до 0,4% и менее.

Таблица 1 Характеристика сырья и продуктов доменной плавки
№ п/п	Параметры	Значение параметров в различные периоды работы доменного цеха
		А	Б
1	Поступило с шихтой, кг/т чугуна:
	- железа (Fe);	995,5	995
	- кремния (Si);	58,09	58,831
	- кальция (Са)	83,618	87,31
2	Содержание окускованного сырья в железорудной части шихты, %:
	- агломерата;	58,692	60,594
	- окатышей	41,24	39,406
3	Содержание мелочи (0-5 мм) в агломерате, %	13,3	13,0
4	Расход кокса, кг/т чугуна	449,9	441,9
5	Количество, шт./1000 т чугуна:
	- осадок;	0,01	0,003
	- перешихтовок	0,284	0,2
6	Выход шлака (Ш), кг/т чугуна	289,787	296,973
7	Содержится в шлаке:
	- оксида кремния (SiO2'''), кг/т чугуна;	104,862	107,329
	- закиси железа (FeO'''), кг/т чугуна;	0,661	0,686
	- оксида кальция (СаО), %	39,076	39,821
8	Вынос колошниковой пыли, кг/т чугуна	28,32	25
9	В колошниковой пыли содержится, кг/т чугуна:
	- оксида кремния;	1,804	1,555
	- кальция	1,202	1,038
10	Вынос шлама, кг/т чугуна	11,9	22,2
11	В шламе содержится, кг/т чугуна:
	- оксида кремния;	0,608	1,099
	- кальция	0,351	0,664
12	Вынос вентиляционной пыли, кг/т чугуна	1,1	1,3
13	Вентиляционная пыль содержит, кг/т чугуна:
	- кремнезема;	0,046	0,054
	- кальция	0,055	0,065
14	В чугуне содержится, %:
	- железа ([Fe]);	94,45	94,31
	- кремния ([Si])	0,717	0,656

Таблица 2 Эффективность контроля потерь железа в доменной плавке
№ п/п	Показатели	Способ контроля потерь железа
		I		II
		Период работы доменного цеха
		А	Б	А	Б
1	В чугуне содержится железа (10 [Fe]), кг/т чугуна	944,5	943,1	944,5	943,1
2	В шлаке содержится железа в виде, кг/т чугуна:
	- закиси железа (56 FeO'''/72);	0,5	0,5	0,5	0,5
	- чугуна (Feш)	8,2	8,4	10,305	6,509
3	В скрапе содержится железа (Fec), кг/т чугуна	4,5	4,5	4,49	5,031
4	Уловленные продукты содержат железа (Fe'),	21	24,8	21	24,8
	кг/т чугуна, в том числе:
	- колошниковая пыль	14,1	12,4	14,1	12,4
	- шлам;	6,3	11,7	6,3	11,7
	- вентиляционная пыль	0,6	0,7	0,6	0,7
5	В неуловленных продуктах содержится железа (Fe''), кг/т чугуна	14,705	15,06	14,705	15,06
6	Невязка баланса железа, кг/т чугуна	-2,095	+1,36	-	-
7	Величина объема чугуна, снятого на зашлакованность, %	0,5		0,4