СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
METHOD OF BLAST-FURNACE MELTING

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам доменной плавки.
Известен выбранный в качестве прототипа способ доменной плавки [1], включающий введение в шихту окатышей, агломерата, металлодобавок и флюсов, в котором в качестве металлодобавок и флюса вводят в шихту специально подготовленный металлофлюс основностью 1,1-1,6 в кусках крупностью 10-60 мм и загружают его в печь в смеси с неофлюсованными окатышами основностью 0,05-0,5 в соотношении от 1:2 до 1:50.
Существенными недостатками данного способа доменной плавки являются:
- высокая стоимость получаемого чугуна в связи с дополнительными затратами на специальное приготовление металлофлюса;
- высокий расход углеродсодержащего материала кокса;
- пониженная производительность доменной печи.
2
3
2
общ
Известен также способ ведения доменной плавки, включающий загрузку в доменную печь железорудных материалов, шлакообразующего компонента и твердого топлива, в котором в качестве шлакообразующего компонента используют ферритно-кальциевый флюс, в котором отношение CaO/FeО составляет 0,15-0,55 при содержании в нем SiO 1-7% и Feбольше 50% [2].
Существенными недостатками данного способа ведения доменной плавки являются:
- образование недостаточно жидкоподвижного шлака, что обуславливает недостаточную степень десульфурации чугуна и снижение его качества;
- увеличение расхода кокса вследствие дополнительных затрат тепла на расплавление ферритно-кальциевого флюса.
2
2
3
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)/(SiO+AlО) при загрузке шунгита увеличивают на 0,001-0,004 на каждый кг шунгита, загружаемого в печь в расчете на 1 т чугуна [3].
Существенными недостатками данного способа доменной плавки являются:
- пониженная производительность доменной печи вследствие снижения жидкоподвижности доменного шлака;
- высокий расход кокса, связанный с поддержанием повышенной основности шлака в доменной печи.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются:
- повышение качества чугуна;
- снижение расхода кокса.
Для этого предлагается способ доменной плавки, включающий введение в шихту железорудных материалов (окатышей, агломерата, металлодобавок), углеродсодержащих материалов и флюсов, в котором в качестве флюса и углеродсодержащего материала в состав шихты вводят электродный бой фракции
30-120 мм с содержанием углерода - 50-70%, содержанием фторидов натрия, алюминия, кальция и магния - 25-35%, содержанием примесей (оксиды кальция, кремния, алюминия, магния, железа) - 5-15%, соотношением элементов в составе полезных компонентов (без примесей): натрий: алюминий: кальций: магний -
2
(5-15):(1-4):(5-20):(0,1-1,0), послереакционной прочностью (CSR) - 60-70%, реакционной способностью углерода (CRT) - 0% при температуре до 950°С, 40-50% при температуре 1100°С; взамен части углеродсодержащих материалов используют шунгит, а в качестве железорудного материала и углеродсодержащих материалов - брикеты железоуглеродсодержащие с отношением CaO:SiO - 0,4:1,4 при следующем соотношении материалов в шихте, мас.%:
Агломерат
40-74
Окатыши
5-25
Руда
не более 3,5
Металлодобавки
не более 10
Брикеты железоуглеродсодержащие
0,1-15
Кокс
12-26
Уголь
1-6
Шунгит
0,1-5
Электродный бой
0,1-5
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 заметное увеличение содержания титана в чугуне, что не позволяет получать рельсовую сталь с низким содержанием 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 увеличение содержания серы в чугуне из за снижения нагрева, а при загрузке более 26% возникает перегрев доменной печи, приводящий к непроизводительному перерасходу кокса и потере 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.
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, причем при загрузке шунгита менее 0,1% происходит увеличение себестоимости чугуна за счет повышенного расхода других углеродсодержащих материалов, а при загрузке более 5% возникают расстройства хода доменной печи и как следствие снижение качества чугуна.
2
2
2
Брикеты железоуглеродсодержащие, представляющие собой прессованные изделия на цементной основе из железосодержащих и углеродсодержащих отходов производства, вводятся в состав доменной шихты для снижения расхода кокса и снижения себестоимости чугуна, причем при загрузке брикетов менее 0,1% не удается получить требуемого снижения расхода кокса, а при загрузке брикетов более 5% происходит резкое снижение производительности доменной печи из-за недостаточного содержания железа в брикете. Отношение CaO:SiO - 0,4:1,4 принято исходя из того, что при отношении CaO:SiO менее 0,4 происходит резкое снижение качества чугуна ввиду общего снижения основности доменной шихты, а при отношении CaO:SiO более 1,4 резко снижается производительность доменной печи ввиду получения обратного эффекта - «замусоренности» горна.
Электродный бой, представляющий собой дробленые и сортированные куски высокопрочного углеродистого материала (углеродистая основа), пропитанные фтористыми солями электролита алюминиевых электролизеров и обработанные известковой суспензией, вводится в состав шихты для обеспечения нормального шлакового режима доменной плавки и как заменитель кокса, причем при уменьшении расхода электродного боя менее 0,1% в составе шихты резко снижается жидкоподвижность доменного шлака и снижается производительность печи, а повышение его расхода более 5% в составе шихты приводит к повышенному приходу в доменную печь натрия, что обуславливает разрушение огнеупорной футеровки и увеличение расхода кокса.
Заданное соотношение компонентов обуславливает оптимальный тепловой баланс, самообеспечение теплом процессов расплавления содержащихся в электродном бое фтористых соединений натрия, алюминия, кальция и магния, максимальную жидкотекучесть и рафинирующую способность шлака при достаточно высоком дополнительном эффекте по снижению расхода кокса. Заданное соотношение элементов в составе полезных компонентов боя (без примесей) обеспечивает максимальную активность физических и химических процессов взаимодействия электродного боя с компонентами доменной шихты и наибольшую рафинирующую способность шлаков.
Снижение минимального размера кусков электродного боя менее 30 мм может привести к нарушению газодинамики процесса вследствие повышения перепада давлений дутья в столбе шихтовых материалов. Увеличение максимального размера кусков свыше 120 мм приводит к тому, что он не успевает прореагировать полностью до прихода в горн доменной печи. Это приводит к загромождению горна и, как следствие, к снижению производительности печи.
При содержании углерода в электродном бое ниже 50% не обеспечивается достаточный приход тепла в околофурменную зону доменной печи, что снижает эффект по обеспечению жидкотекучести шлаков, обессериванию чугуна и снижению расхода кокса. При содержании углерода свыше 70% возрастают потери тепла с газообразными продуктами его окисления, увеличивается интенсивность газовыделения в фурменной зоне, нарушается газодинамический режим плавки и снижается активность боя вследствие уменьшения содержания в нем легкоплавких фтористых соединений.
При содержании фторидов натрия, алюминия, кальция и магния менее 25% электродный бой не обеспечивает достаточную жидкотекучесть и рафинирующую способность доменного шлака. При содержании фторидов натрия, алюминия, кальция и магния свыше 35% активность электродного боя снижается вследствие снижения содержания углерода и недостаточности теплообеспечения процесса расплавления фтористых соединений, при этом значительно возрастает поступление в доменную печь натрия, что приводит к снижению стойкости футеровки и увеличению расхода кокса.
Содержание примесей (оксиды кальция, кремния, алюминия, магния, железа) менее 5% приводит к удорожанию электродного боя вследствие необходимости его дополнительного обогащения. При содержании примесей свыше 15% снижается активность боя и ухудшается ассимилирующая и рафинирующая способность металлургических шлаков.
Выход соотношения элементов в составе полезных компонентов электродного боя (без примесей) натрий: алюминий: кальций: магний за указанные пределы приводит к увеличению температуры плавления боя и ухудшению его ассимилирующей и рафинирующей способности.
Снижение послереакционной прочности менее 60% приводит к разрушению кусков электродного боя до фурменной зоны и нарушению газопроницаемости столба шихты. Увеличение послереакционной прочности свыше 70% приводит к увеличению времени реализации его функции как дополнительного топлива вследствие высокой продолжительности горения углеродистой части неразрушившихся в фурменной зоне крупных кусков.
Электродный бой должен характеризоваться нулевой реакционной способностью углерода при температуре до 950°С, что обеспечивает сохранность кусков до достижения околофурменной зоны и начало выгорания углеродистой основы в нижней части доменной печи. Уменьшение реакционной способности углерода электродного боя при температуре 1100°С ниже 40% обуславливает недостаточный приход тепла от его окисления в околофурменной зоне, что приводит к увеличению расхода кокса. Повышение реакционной способности углерода электродного боя при температуре 1100°С свыше 50% приводит к интенсивному выгоранию углерода до фурменной зоны, расплавлению содержащихся фторидов и нарушению газодинамического режима плавки.
3
3
3
2
2
2
3
2
3
2
2
Заявляемый способ ведения доменной плавки использовался на доменных печах объемом 1310 м и 1719 м для проплавки тугоплавких титаносодержащих окатышей, содержание которых в металлизованной доменной шихте составило 20%. Электродный бой, изготовленный из дробленой и сортированной отработанной углеродистой футеровки электролизеров с содержанием: фторид натрия NaF - 19,0%; фторид алюминия AlF - 9,1%; CaF - 2,5%; MgF - 1,5%; CaO - 10%, С - 55%, примеси - 2,9%, в том числе FeО - 1,1%; AlО - 1,6%; SiO - 0,1%, S - 0,1%. Соотношение элементов в составе полезных компонентов (без примесей): натрий: алюминий: кальций: магний - 10,5:2,9:8,4:0,6. Крупность электродного боя - 30-120 мм. Расход боя составил 5 кг/т жидкого чугуна. Данный материал загружали взамен железорудной части шихты и кокса. Железоуглеродсодержащие брикеты с содержанием: Fe 35-60%; С 1-20% и отношением CaO:SiO - 0,4:1,4 и шунгит загружались в доменную печь по той же схеме.
Ведение доменной плавки по заявляемому способу позволило повысить производительность доменной печи на 0,8% вследствие улучшения жидкоподвижности доменных шлаков, а также снизить расход кокса на 3,2 кг/т чугуна.
Источники информации
1. Патент РФ №94016296, С21В 5/00.
2. Патент РФ №2087538, С21В 5/00.
3. Патент РФ №2186854, С21В 5/00.