Промывка горна доменной печи кремнеземо-марганцовистой рудой Ниязгуловского месторождения

МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЕРНЫХ, ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ

УДК 669.162.24

Бигеев В.А., Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Панишев Н.В., Потапова М.В., Лунев У.Д.

ПРОМЫВКА ГОРНА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ КРЕМНЕЗЕМО-МАРГАНЦОВИСТОЙ РУДОЙ НИЯЗГУЛОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Аннотация. Представлены результаты использования комплексного кремнеземо-марганцовистого промывочного материала Ниязгуловского месторождения в составе шихты доменной печи объемом 1370 м3. Загрузка ее в количестве 35,9 кг/т чугуна сопровождалась уменьшением коэффициента внутреннего трения в шлаковом расплаве. Расчетная вязкость шлака уменьшилась от 0,52 до 0,45 Па с. Промывка горна от тугоплавких силикатов кальция, спели и мелочи кокса улучшило дренажную способность коксовой насадки. В контрольном периоде по сравнению с базовым уменьшилось количество шлака, остающегося в горне печи после выпуска от 22,4 до 19,1 т. В результате увеличилась производительность печи от 3474 до 3497 т/сут при уменьшении удельного расхода кокса от 431,5 до 418,3 кг/т чугуна.

Ключевые слова: доменная печь, комплексный кремнеземо-марганцовистый промывочный материал, дренажная способность кокса, горн.

Введение

Удельный расход кокса и производительность доменной печи в значительной степени определяются дренажной способности коксовой насадки в гоне печи [1-7]. Вид мероприятий, используемых для улучшения условий фильтрации жидких продуктов плавки через слой кокса, зависит от причины снижения проницаемости коксовой насадки. В условиях ПАО «ММК» причин, затрудняющих процесс дренажа жидких продуктов плавки через слой кокса в горне печи, несколько. Во-первых, использование кокса низкого качества [8,9]. Средние величины основных показателей качества кокса следующие:

-Горячая прочность CSR 34-37%;

- реакционная способность CRI - 33-35%;

- истираемость по показателю М10 - 8,1-8,7%;

- холодная прочность по М25 - 87-88%.

Во-вторых, применение высокоосновного

агломерата с величиной CaO/SiO2 в пределах 1,8-1,9 [10]. В-третьих, большие колебания нагрева печи. Одним из показателей этих колебаний является среднеквадратическое отклонение по содержанию кремния в чугуне. За предшествующий год оно равнялось 0,7 %, что сопоставимо с абсолютной величиной содержания кремния в чугуне.

Длительное использование такого сырья в составе шихты доменных печей приводит к скоплению тонкодисперсной неплавящейся спели, мелочи кокса тугоплавких высокоосновных минералов.

Постепенное накопление их в горне печи означает загромождение его компонентами, не являющимися чугуном и шлаком.

© Бигеев В.А., Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Панишев Н.В., Потапова М.В., Лунев У.Д., 2018

В связи с этим целесообразно использовать в составе шихты промывочные материалы. Таковыми могут являться марганцевые руды различных месторождений.

Основная часть

Ввиду ограниченности ресурсов марганцевых руд в РФ заставляют обратить внимание на себя небольшие месторождения этих руд, в том числе на территории Башкортостана и Челябинской области. Почти два десятка этих месторождений известны более ста лет и часть из них периодически (в трудные для уральской металлургии времена) разрабатывалась. Это сырье относится к бедным марганцевым рудам, содержащим от 10 до 30 % марганца. Встречаются марганцевые руды силикатного, окисного и реже карбонатного типов. Следует отметить, что эти южноуральские руды практически не поддаются обогащению рациональными способами, что ограничивает их применение.

С 2017 года возобновлена добыча марганцевой руды на Нязгуловском месторождении, на территории Абзелиловского района Башкортостана, что примерно в 40 км от г. Магнитогорска. Запасы марганцевой руды этого одного из самых больших месторождений южноуральской группы составляют около 2 млн т. Это месторождение известно со второй половины XIX века и эксплуатировалось братьями Рюминами с 1890 по 1895 гг. В 1938 г. была проведена доразведка месторождения К.Е. Кожевниковым и С.Х. Тумановым, и с 1939 по конец 1943 года велась добыча марганцевой руды подземным способом (было пробито несколько штолен).

Таблица 1

Химический состав жидких продуктов плавки в исследуемых периодах на доменной печи № 6 ПАО «ММК»

Наименование показателя Период

Базовый Опытный Контрольный

Содержание в чугуне, %: Si 0,66 0,74 0,73

Mn 0,23 0,62 0,25

S 0,016 0,014 0,016

ТС 0,045 0,051 0,052

P 0,058 0,062 0,065

C 4,63 4,70 4,68

V 0,072 0,070 0,075

Содержание в шлаке, %: SiO2 39,75 39,51 39,66

Al2Oз 9,49 9,39 9,43

0,65 0,62 0,70

CaO 40,33 40,33 39,49

MgO 7,44 7,62 8,14

S 0,68 0,70 0,67

FeO 0,24 0,24 0,25

MnO 0,19 0,41 0,21

CaO/SiO2 1,015 1,020 0,996

В настоящее время комплексный кремнеземо-марганцовистый промывочный материал

Ниязгуловского месторождения успешно применяется для промывки доменных печей ПАО «ММК». В табл. 1-4 приведены результаты испытаний по ее загрузке в доменную печь № 6. В базовом периоде марганцевую руду не использовали. Содержание марганца в чугуне составляло 0,23 (см. табл. 1). В опытном периоде ее загружали в количестве 35,9 кг/т чугуна. Период промывки составлял 7 сут. Содержание марганца в чугуне увеличилось от 0,23 до 0,62%.

Причиной использования промывочного материала на доменной печи № 6 послужило ухудшение дренажной способности коксовой насадки в горне из-за использования в составе шихты кокса низкого качества. Величина горячей прочности кокса в исследуемых периодах составляла 38,5-41,4 % (см. табл. 2).

В опытном периоде по сравнению с базовым улучшилась дренажная способность коксовой насадки. На это указывает уменьшение расчетной вязкости шлака по степени приближения фактического коэф

фициента распределения серы между чугуном и шлаком к равновесной величине от 0,52 до 0,45 Па-с, количество шлака, остающегося в горне печи после выпуска, - от 22,4 до 21,4 т (см. табл. 3).

Улучшение условий фильтрации жидких продуктов плавки через слой кокса в горне печи обеспечило повышение производительности печи в опытном периоде по сравнению с базовым от 3474 до 3484 т/сут при снижении удельного расхода кокса от 431,5 до 427,1 кг/т чугуна (см. табл. 4). Промывка горна от спели и мелочи кокса в опытном периоде положительно влияла на технико-экономические показатели плавки после вывода ее из состава шихты. В контрольном периоде по сравнению с опытным, в условиях уменьшения содержания марганца в чугуне от 0,62 до 0,25%, уменьшилось количество шлака, остающегося в горне печи после выпуска от 21,4 до 19,1 т, снизилось среднеквадратическое отклонение ковшей шлака между летками согласно табл. 3. В результате увеличилась производительность печи от 3484 до 3497 т/сут при уменьшении удельного расхода кокса от 427,1 до 418,3 кг/т чугуна.

Таблица 2

Показатели качества кокса, загружаемого в доменную печь в исследуемые периоды

Наименование показателя

Базовый

Период

Опытный

Контрольный

Содержание золы в коксе

13,0

12,9

12,7

Холодная прочность кокса по показателям, %: М10

М25

8,5 86,4

8,4 86,2

8,0 86,7

Горячая прочность кокса по CSR Реакционная способность

41,4 38,3

38,9 39,2

38,5 39,1

Таблица 3

Показатели дренажной способности коксовой насадки в горне доменной печи № 6_

Наименование показателя Период

Базовый Опытный Контрольный

Расчетная вязкость шлака по степени приближения фактического коэффициента распределения серы между чугуном и шлаком к равновесной величине, Па-с 0,52 0,45 0,58

Количество шлака, остающегося в горне после выпуска, т 22,4 21,4 19,1

Растворимость углерода в чугуне, % 94,58 96,12 94,61

Индекс БМ1 199 173 202

Перепад температур охлаждающей воды холодильников горна 1,09 1,08 1,07

Среднеквадратическое отклонение ковшей шлака между летками 1,09 1,08 1,07

Таблица 4

Основные технологические показатели работы доменной печи № 6

_в исследуемые периоды_

Наименование показателя Период

Базовый Опытный Контрольный

Удельный расход кокса сухого, скипового), кг/т чугуна: фактический приведенный к базовому периоду 431,5 438,1 427,1 417,0 418,3

Расход коксовой фракции, кг/т чугуна 19,9 15,6 19,8

Производительность, т/сут: • по фактическому количеству • загруженных подач • приведенная к базовому периоду 3474 3483 3484 3568 3497

Расход, кг/т чугуна: • сырьевых материалов • в том числе марганцевой руды 1694 1734 35,9 1696

Доля окатышей от ЖРС, % 32,7 30,6 33,6

Интенсивность хода: • по дутью, м3/м3 мин • по суммарному углероду т/м3 сут 2,129 1,145 2,096 1,153 2,093 1,137

Содержание Fe в шихте, % 57,3 56,0 57,3

Давление горячего дутья, кПа 271 272 272

Давление колошникового газа, кПа 143 142 141

Температура дутья,0С 1125 1126 1126

Расход водяного пара, г/м3 6,9 6,9 6,7

Содержание кислорода, % 27,0 27,4 27,2

В настоящее время проведены вскрышные работы объемом более 200 тыс. м3 и получен доступ к основному рудному телу, запасы которого оцениваются в 1,5 млн т. Прямо в карьере добытая руда подвергается дроблению и грохочению (выделяются фракции 10-60 и 0-10 мм) с помощью

двух мобильных автономных дробильно-сортировальных комплексов общей потенциальной производительностью 30 тыс.т в месяц.

Основным минералом этой руды является кварцит марганца, поэтому при содержании от 14 до 22 % Мп (иногда достигает 30 %), концентрация

кремнезема SiO2 составляет от 35 до 51 %, железа -10-15 %. Содержание фосфора не превышает 0,030%. По нашим расчетам, она способна полностью заменить кварцит (или подобные ему материалы). В связи с этим руда Ниязгуловского месторождения является комплексным кремнеземо-марганцовистым

Заключение. Следует признать, что у южноуральских марганцевых руд есть определенная перспектива применения на металлургических предприятиях Урала. Использование комплексного кремнеземо-марганцовистого промывочного

материала Ниязгуловского месторождения на доменной печи № 6 ПАО «ММК» в количестве 35,9 кг/т чугуна сопровождалось улучшением дренажной способности коксовой насадки в горне печи. Уменьшилось количество шлака, остающегося в горне печи после выпуска, от 22,4 до 19,1 т. В результате увеличилась производительность печи от 3474 до 3497 т/сут при уменьшении удельного расхода кокса от 431,5 до 418,3 кг/т чугуна.

Список литературы

1. Влияние коксового орешка на фильтрацию жидких продуктов плавки в горне доменной печи /Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Чевычелов А.В., Колосов А.В., Гостенин В.А., Пишнограев С.Н. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2010. № 4 (32). С. 28-30.

2. Оценка фильтрации продуктов плавки в доменной печи по динамическим характеристикам при использовании в шихте коксового орешка /Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Ковыров А.В., Полинов А.А., Семенюк М.А., Терентьев В.Л. //Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2010. Т. 1. № 68. С. 135-138.

3. Титов В.Н., Басов В.И. Количественная оценка различных факторов на дренажную способность горна. //Современная металлургия начала нового тысячелетия: Сб. науч. тр.в ч. 2. Липецк, 2007. С. 188-193.

промывочным материалом. Оксид марганца обеспечивает промывку от мелочи кокса и спели. Кремнезем превращает тугоплавкие силикаты кальция в минералы с пониженной температурой плавления, что повышает дренажную способность коксовой насадки.

4. Кропотов В.К. Оценка дренажной способности кокса в горне доменных печей // Производство чугуна: межвуз. сборник. Магнитогорск: МГМИ, 1987. С. 109-119.

5. Лялюк В.П. Современные проблемы технологии доменной плавки. Днепропетровск: Пороги, 1999. 164 с.

6. Прохоров И.Е., Кропотов В.К., Дружков В.Г. Очертание поверхности «газ - шлак» в горне доменной печи и некоторые особенности выпусков // Теплофизика и информатика в металлургии: достижения и проблемы. Екатеринбург: УГТУ, 2000. C. 118 - 122.

7. Моделирование шлакового режима доменной плавки /Спирин Н.А., Онорин О.П., Рыболовлев В.Ю., Перминов А.И., Щипанов К.Л.//

Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2005. № 8. С. 51-55.

8. Прочностные характеристики коксового орешка различного происхождения / Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Теплых Е.О., Степанов Е.Н., Мезин Д.А., Фетисов В.Б.// Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. № 1 (37). С. 19-21.

9. Шмёле П., Петерс М. Качество кокса и производительность доменной печи //Черные металлы. 2013. № 11 (983). С. 48-57.

10. Работа доменных печей ОАО «ММК» с высокой долей окатышей в шихте. Ч. 1 /Павлов А.В., Онорин О.П., Спирин Н.А., Полинов А.А.//Металлург. 2016. № 6. С. 36-42.

Сведения об авторах

Бигеев Вахит Абдрашитович - д-р техн. наук, проф. кафедры технологий металлургии и литейных процессов ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: v.bigeev11@yandex.ru.

Сибагатуллин Салават Камилович - д-р техн. наук, проф. кафедры технологий металлургии и литейных процессов, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: 10tks@mail.ru.

Харченко Александр Сергеевич - канд. техн. наук, доц. кафедры технологий металлургии и литейных процессов, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: as.mgtu@mail.ru.

Панишев Николай Васильевич - канд. техн. наук, доц. кафедры технологий металлургии и литейных процессов, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: n.panishev@magtu.ru.

Потапова Марина Васильевна - канд. техн. наук, доц. кафедры технологий металлургии и литейных процессов, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: marina_potapova8@mail.ru.

Лунев Устин Дмитриевич - магистрант кафедры технологий металлургии и литейных процессов. ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: mcm@magtu.ru.

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

WASHING THE HEARTH OF BLAST-FURNACE WITH SILICONE-MANGANESE ORE OF NIYAZGULOV DEPOSIT

Bigeev Vakhit Abdrashitovich - D. Sc. (Eng.), Professor Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. E-mail: v.bigeev11@yandex.ru.

Sibagatullin Salavat Kamilovich - D. Sc. (Eng.), Professor Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. E-mail: 10tks@mail.ru.

Kharchenko Alexander Sergeevich- Ph.D. (Eng.), Associate Professor Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. E-mail: as.mgtu@mail.ru.

Panishev Nikolay Vasilyevich - Ph.D. (Eng.), Associate Professor Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. E-mail: n.panishev@magtu.ru.

Potapova Marina Vasilyevna - Ph.D. (Eng.), Associate Professor Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. E-mail: mari-na_potapova8@mail.ru.

Lunev Ustin Dmitrievich - master degree student Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. E-mail: mcm@magtu.ru.

Abstract. The results of the use of the complex silica-manganese wash material of the Niyazgulov deposit in the 1370 m3 volume blast furnace are presented. Consumption of this ore in amount of 35.9 kg per ton of iron was accompanied by a decrease in the coefficient of internal friction in the slag melt. The calculated viscosity of the slag has decreased from 0.52 to 0.45 Pa • s. Washing the hearth has alloyed to remove refractory calcium silicates, kish and fines of coke and improved the drainage capacity of the coke nozzle. During the control period, the amount of slag remaining in the furnace hearth after iron release has decreased from 22.4 to 19.1 tons in comparison to the base one. As a result, the productivity of the furnace has increased from 3474 to 3497 tons per day with a decrease in the specific coke consumption from 431.5 to 418, 3 kg per ton of iron.

Keywords: Blast furnace, complex silica-manganese wash material, drainage capacity of coke, hearth.

Ссылка на статью:

Бигеев В. А., Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Панишев Н.В., Потапова М.В., Лунев У.Д.

Промывка горна доменной печи кремнеземо-марганцовистой рудой ниязгуловского месторождения // Теория и технология металлургического производства. 2018. №3(26). С. 12-16.

Bigeev V.A., Sibagatullin S.K., Kharchenko A.S., Panishev N.V., Potapova M.V., Lunev U.D. Washing the hearth of blast-furnace with silicone-manganese ore of Niyazgulov deposit. Teoria i tecnologia metallurgiceskogo proizvodstva. [The theory and process engineering of metallurgical production]. 2018, vol. 26, no. 3, pp.12-16.