ШИХТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВАНАДИЕВОГО ЧУГУНА
CHARGE TO PRODUCE VANADIUM CAST IRON

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству чугуна в доменных печах.
Известны составы шихт для выплавки ванадиевого чугуна на основе использования ванадийсодержащего железорудного сырья - ЖРС (агломерата, окатышей), сварочного шлака, марганцевого агломерата, металлодобавок, известняка, кокса [1], [2]. Однако эти шихты не предусматривают использование ванадиевых отходов, что снижает конечную экономическую эффективность передела ванадиевого ЖРС.
Известна "Шихта для производства ванадиевого чугуна" по патенту RU №2124563 [3]. Она содержит окатыши, офлюсованный агломерат, ванадийсодержащий шлак и демпферный агломерат.
В качестве ванадийсодержащего шлака используют шлаки сталеплавильного производства основностью 4,0-5,26, в качестве демпферного агломерата - ванадиевый агломерат основностью 0,7-2,2.
Соотношение компонентов, мас.%:
ванадийсодержащие шлаки сталеплавильного производства - 2-10;
демпферный ванадиевый агломерат - 1-10;
окатыши - 30-70;
офлюсованный агломерат - остальное.
Недостаток такой шихты заключается в том, что предполагает использование ванадиевых отходов только одного типа - ванадиевых шлаков сталеплавильного производства.
Известно совместное применение металлургического и пекового кокса по патенту RU №2235788 "Способ задувки доменной печи" [4]. Согласно ему отношение пекового кокса к металлургическому составляет 1:2,8 (см. табл.3 патента). Это соотношение оправдано в процессе задувки доменной печи после строительства или капитальных ремонтов 1 и 2 разрядов. Однако оно нерационально при текущей работе доменной печи, т.к. не способствует улучшению структуры доменной шихты.
2
5
Наиболее близким аналогом является "Шихта для производства чугуна" по патенту РФ №2369639 [5]. Шихта содержит ванадийсодержашую шлакометаллооксидную смесь (ШМОС) с содержанием VO=8-25% в количестве 0,2-1,0% от массы шихты. В качестве ванадийсодержащей ШМОС использованы конвертерный ванадийсодержащий скрап, другие ванадиевые отходы.
При этом соотношение компонентов составляет, мас.%:
металлодобавки - 1,4-3,5,
промывочные материалы - 0,3-1,2,
кокс - 18,0-28,0,
известняк и/или известь - 2,0-4,0,
ванадийсодержащая шлакометаллооксидная смесь - 0,2-1,0,
железорудное сырье - остальное.
Недостатком указанной шихты является использование только металлургического кокса, а также дополнительных материалов (известняка, промывочных), без которых можно обойтись, при определенной композиции шихтовых материалов.
Желаемыми техническими результатами заявляемого изобретения являются:
- использование железофлюса доменного ванадий- и кальцийсодержащего с целью вывода сырого известняка из шихты и возврата ванадия в производственный цикл;
- улучшение структуры доменной шихты и, как следствие, повышение качественных характеристик коксовой составляющей шихты (коксовой насадки);
- повышение стабильности хода доменной печи и увеличение ее производительности;
- снижение удельного расхода кокса.
Технический результат достигается благодаря использованию при производстве ванадиевого чугуна доменной шихты, включающей высокоосновный агломерат и (или) неофлюсованные окатыши, железофлюс ванадийсодержащий, железо- и ванадийсодержащие добавки, металлургический и пековый кокс.
Соотношение пекового кокса к металлургическому коксу составляет 1:(7,5-200), а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
железосодержащие добавки - 0,3-2,0,
ванадийсодержащие добавки - 0,2-1,5,
кокс металлургический - 15-20,
кокс пековый - 0,1-2,0,
железофлюс доменный ванадийсодержащий - 6,0-12,0,
агломерат высоокоосновный и (или) окатыши неофлюсованные - остальное.
При этом в качестве железосодержащей добавки использованы металлопродукт от переработки шлаков, доменный присад, окалина, сварочный шлак или продукты на их основе, железомарганцевые добавки; а в качестве ванадийсодержащих добавок использованы ванадиевый конвертерный скрап, ванадиевый конвертерный шлак и ванадийсодержащие отсевы агломерата (окатышей).
Использование двух видов кокса при их соотношении: пековый кокс - металлургический кокс - 1:(7,5-200) повышает газопроницаемость столба шихтовых материалов и стабильность хода доменной печи, обеспечивает равномерное и умеренное обновление коксовой насадки в горне доменной печи.
При существующем положении в случае использования кокса с пониженной "горячей" прочностью в горне доменной печи накапливается большое количество несгоревшей коксовой мелочи, что приводит к увеличению малоподвижной массы в центре горна (так называемого "тотермана"), снижению дренажа продуктов плавки через коксовую насадку.
Традиционные способы промывки горна - загрузка сварочного шлака, марганецсодежащих добавок - в этом случае являются малоэффективными. В конечном случае работа доменной печи в таком режиме приводит к уменьшению ее производительности и увеличению расхода кокса.
Предлагается следующее - действовать превентивно и не допускать загромождения горна коксовой мелочью. Для этого при ухудшении "горячей" прочности кокса загружать в доменную печь пековый кокс, частично заменяя металлургический кокс, т.к. пековый кокс обладает повышенными физико-химическими свойствами по сравнению с аналогичными свойствами металлургического кокса; он имеет высокий показатель "горячей" прочности (CSR) и очень низкую зольность (см. табл.1).
Показатели качества металлургического кокса и пекового кокса, %:
Железофлюс (см. табл.2), используемый в предлагаемой шихте, это железованадийкальцевый высокоосновный агломерат, применение которого существенно эффективней по сравнению с отдельно вводимыми материалами, т.к. ускоряет процесс формирования чугуна, упраздняет (или значительно уменьшает) применение промывочных материалов при выплавке ванадиевого чугуна.
Химический состав железофлюса, %:
Таблица 2
Fe
FeO
Mn
S
Zn
SiO<sub>2</sub>
CaO
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
MgO
Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
TiO<sub>2</sub>
CaO/SiO<sub>2</sub>
43,6
6,9
0,79
0,13
0,26
5,1
24,3
0,37
3,0
2,4
1,3
4,76
Преимущества предлагаемой шихты для производства ванадиевого чугуна:
- минимизация негативного влияния ухудшения дренажной способности коксовой насадки в случае прогнозируемого снижения качественных характеристик металлургического кокса;
- повышение газопроницаемости и увеличение ее стабильности в центральной части печи, уменьшение малоподвижной массы в центре горна (так называемого "тотермана"), что приводит к улучшению дренажной способности центральной части горна;
- экономия промывочных материалов;
- уменьшение расхода кокса;
- увеличение производительности доменной печи.
Конкретные составы шихты (в сравнении с прототипом) определены опытно-экспериментальным методом в результате доменных плавок на печи большого объема (ДП№6 ОАО НТМК) и приведены в табл.3 и 4.
Сопоставление пропорций кокса и газопроницаемости шихты:
Таблица 3
Соотношение пекового кокса к металлургическому коксу
Газопроницаемость доменной шихты (условные единицы)
1:6
1
1:7,5
1,5
1:200
1,3
1:300
1,1
Технико-экономические показатели:
Из таблицы 3 видно, что при соотношении пекового кокса к металлургическому коксу 1: (7,5-200) доменная шихта имеет оптимальную газопроницаемость. Таблица 4 показывает, что наиболее рациональными при выплавке ванадиевого чугуна с использованием предлагаемых материалов являются составы между п.3.1. и 3.2., т.к они позволяют иметь наибольшую производительность доменной печи - 5800-6050 т чугуна в сутки и минимальный расход кокса - 407-410 кг/т чугуна.
Заявляемая технология является новой, поскольку авторам не известны аналоги из отечественных и зарубежных источников информации.
По имеющимся у заявителя данным в известных решениях отсутствуют признаки, сходные с признаками, которые присущи предлагаемому техническому решению, что позволяет сделать вывод о его соответствии признаку "изобретательский уровень".
Опытная проработка и использование предлагаемого технического решения на ОАО "Нижнетагильский металлургический комбинат" подтверждает соответствие критерию "промышленная применимость изобретения".
Источники информации
1. "Ковертерный передел ванадиевого чугуна". А.А.Смирнов и др. Екатеринбург, 2000 г., стр.48-51.
2. "Металлургия чугуна". Под редакцией Ю.С.Юсфина. 3-е издание. Москва, ИКЦ "Академкнига", 2004 г.
3. Патент RU №2124563 "Шихта для выплавки ванадиевого чугуна".
4. Патент RU Ns 2235788 "Способ задувки доменной печи".
5. Патент RU №2369639 "Шихта для выплавки ванадиевого чугуна".