СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
METHOD OF BLAST-FURNACE SMELTING

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству чугуна в доменных печах.
Известен способ доменной плавки, включающий загрузку в доменную печь железорудных материалов, флюсов, а также кокса различного фракционного состава, реакционной способности, холодной и горячей прочности, при этом кокс с высокой горячей прочностью в количестве 5-50% от общей массы кокса загружают в осевую зону колошника печи [Патент UA 13209, МПК С21В 5/00, 2006].
Недостатком способа является то, что в нем регламентируется загрузка и размещение в печи только кокса с высокой горячей прочностью. При использовании в шихте коксов разного качества и видов, вследствие их нерационального размещения в объеме печи возможно ухудшение газопроницаемости шихты, что приведет к ухудшению показателей выплавки чугуна.
Технический результат изобретения - снижение расхода кокса в доменной плавке и увеличение производительности доменной печи.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе доменной плавки, включающем загрузку шихты из железорудных материалов и кокса подачами с заданным размещением шихты на колошнике доменной печи, нагрев шихты, восстановление, плавление и выпуск продуктов плавки, согласно изобретению используют два вида кокса, различающихся горячей прочностью, причем при различии горячей прочности между ними на величину более 5% и при содержании в шихте кокса с пониженной горячей прочностью до 50%, кокс с пониженной горячей прочностью загружают в промежуточную зону доменной печи коксовыми порциями на расстоянии 0,1-0,5 радиуса колошника от стенки печи, при этом определяют заданное содержание кокса с пониженной горячей прочностью в подаче, рассчитывают предельное содержание кокса с пониженной горячей прочностью в коксовой порции из соотношения:
HCSR
где η - предельное содержание кокса с пониженной горячей прочностью в коксовой порции, %;
B
H
CSR и CSR - величины высокой и пониженной горячей прочности для кокса соответственно, %,
и при превышении содержания кокса с пониженной горячей прочностью в подаче шихты над расчетным предельным содержанием кокса с пониженной горячей прочностью в коксовой порции определяют количество кокса, равное разности между содержанием кокса с пониженной горячей прочностью в подаче и содержанием вышеупомянутого кокса в коксовой порции, и упомянутое количество кокса с пониженной горячей прочностью загружают в составе железорудных порций или периодически в виде отдельных порций.
В составе железорудных порций кокс с пониженной горячей прочностью загружают в количестве до 10% массы кокса в подаче с обеспечением максимального размещения его в промежуточной зоне печи со смещением к периферии колошника.
Периодическую загрузку кокса с пониженной горячей прочностью в виде отдельных порций массой, равной рабочему значению массы коксовой порции, определяемому текущей величиной рудной нагрузки, осуществляют при недостаточном количестве вышеупомянутого кокса в составе подач железорудных материалов и кокса для обеспечения заданного содержания его в шихте, с периодичностью, определяемой из соотношения:
где N - индекс периодичности загрузки кокса с пониженной горячей прочностью в виде отдельных порций в подаче;
KHZ
C - заданное содержание кокса с пониженной горячей прочностью в подаче шихты, ед.;
k
m - рабочее значение массы коксовой порции, определяемое текущим значением рудной нагрузки, т;
KHK
Δm - масса кокса с пониженной горячей прочностью, загружаемого в составе коксовой порции, т;
KHP
Δm - масса кокса с пониженной горячей прочностью, загружаемого в составе железорудной порции, т.
Расчет массы кокса с пониженной горячей прочностью, загружаемого в составе коксовой порции, осуществляют по формуле:
Сущность предложенного способа заключается в следующем:
Определяемые стандартом ИСО реакционная способность и производный от нее показатель горячей прочности характеризуют поведение кокса в высокотемпературной зоне доменной печи, начиная с середины шахты. Поскольку кокс и железорудные материалы загружаются послойно с созданием так называемых коксовых окон, пониженная горячая прочность кокса (далее - кокс ПГП) с повышенной реакционной способностью приводит к снижению газопроницаемости этих окон и непредсказуемому перераспределению газового потока по сечению печи. Кроме того, мелочь от разрушения кокса ПГП может активно участвовать в негативном процессе настылеобразования на периферии печи.
Использование кокса с высокой горячей прочностью (далее - кокс ВГП), обычно оцениваемого величиной 50% и более, диктуется необходимостью загрузки его в осевую и периферийные зоны печи, поддерживая их достаточную газопроницаемость, стабильный ход печи, особенно печи большого объема, что обеспечивает снижение суммарного расхода кокса ВГП и ПГП и повышение производительности.
Генерация устойчивого газового потока в доменной печи и реализация стабильного процесса плавки на коксах различного качества требует дифференцированного их распределения по сечению колошника при загрузке, а также предусмотрения мероприятий, связанных с различным количеством поступления, и соответственно потребления коксов сухого тушения, мокрого тушения со склада шихтоподготовительного цеха (ШПЦ) в составе металлургического комбината, кокса сторонних поставщиков.
Кокс ПГП следует размещать в промежуточной зоне колошника, соответствующей рудному гребню, с некоторым смещением, например на 0,5-1,0 м в сторону периферии. Это гарантированно исключает попадание такого кокса в осевую зону печи, предотвращает участие продукта его разрушения в образовании плотного нерастворимого тотермана, а также замусоривания горна и ухудшения условий выпуска продуктов плавки.
При размещении кокса ПГП в районе рудного гребня его повышенная реакционная способность и склонность к газификации благоприятно сказываются на процессе восстановления железорудных материалов косвенным путем. Повышение степени восстановления сдвигает верхнюю границу зоны когезии на более низкие горизонты печи, снижает расход кокса на поддержание резерва тепла в горне.
При содержании 50% и более кокса ПГП в коксовой порции возможно его выклинивание локальными участками как на периферии, так и в центре печи. Предлагаемым способом регламентируется как ограничение доли кокса в каждой коксовой порции, так и загрузки его в смеси с железорудными материалами с дополнительным положительным эффектом снижения их слипания в вязко-пластичной зоне, а также периодическая загрузка этого кокса самостоятельными порциями (по мере его накопления), например каждой 5-10 подачей. Более частые такие подачи соответствуют большей скорости поставок и накопления кокса ПГП. Предпочтительной является загрузка кокса ПГП совместно с железорудными материалами (агломератом, окатышами, рудой), однако она ограничивается величиной до 10% условиями создания коксовых окон для обеспечения достаточной газопроницаемости столба шихты.
Способ реализуется преимущественно на доменных печах, оборудованных бесконусными загрузочными устройствами (БЗУ). При доле кокса ПГП менее 50% и разнице в горячей прочности с коксом ВГП более 5%, при которой начинает проявляеться различие их свойств, на конвейере шихтоподачи головная часть коксовой порции из кокса ВГП набирается первой, первой попадает в бункер БЗУ и при выгрузке из него при начальном заданном наиболее пологом положении лотка попадает на периферию печи. В последующем на кокс ВГП на конвейер выдается кокс ПГП и при выгрузке из бункера БЗУ со среднего положения лотка смесь коксов попадает в промежуточную зону колошника. Выдача кокса ПГП осуществляется с некоторым временным опережением, что обеспечивает его заданное смещение от наименее газопроницаемой осевой зоны печи в сторону периферийной. Хвостовая часть на конвейер набирается только из кокса ВГП и при выгрузке с крайних вертикальных положений лотка он попадает в центральную зону печи.
Следует отметить, что при возрастании абсолютного значения разницы горячей прочности коксов ВГП и ПГП больше 5% долю кокса ПГП пропорционально снижают до величины 48-49% до максимально возможного значения.
При скиповой загрузке коксов разного качества скипы заполняются таким образом, чтобы в бункере БЗУ они располагались послойно: сначала кокс ВГП, затем его смесь с коксом ПГП, затем снова кокс ВГП. Такое размещение коксов в бункере БЗУ обеспечивают подачей кокса ПГП на дно первого скипа или на кокс ВГП во второй скип, либо комбинацией с разбивкой кокса ПГП между скипами.
Обеспечение максимально возможного исключения попадания кокса ПГП в периферийную зону снижает участие продукта его разрушения в процессе настылеобразования и нарушения газораспределения в доменной печи.
3
Пример реализации способа применительно к условиям плавки на доменной печи объемом 5500 м, оборудованной конвейерной шихтоподачей и БЗУ.
B
H
кнz
Доменная печь работает с использованием двух видов кокса в шихте: кокс ВГП с горячей прочностью CSR=58,5% и кокс ПГП с горячей прочностью CSR=42,3%. Масса железорудной порции (масса железорудной части подачи) - 130,0 т. Рабочее значение массы коксовой порции (масса кокса в подаче) - 33,0 т. Заданное содержание кокса ПГП c=48% (0,48).
1. Определяют среднюю (заданную за цикл загрузки) массу кокса ПГП в подаче, которая обеспечит заданное содержание данного кокса в шихте по формуле:
zкнк
m=33,0⋅0,48=15,84 т.
2. Определяют рекомендуемое предельное содержание кокса ПГП в коксовой порции:
HCSR
η=[50-(58,5-42,3)]=33,8%.
Масса кокса ПГП в составе коксовой порции составит:
кнк
Δm=0,338⋅33,0=11,154 т.
3. Определяют разность между средней (за цикл загрузки) массой кокса ПГП в подаче и массой этого кокса в составе коксовой порции:
z
кн
Δm=15,84-11,154=4,686 т.
z
кн
Полученная разность средней массы кокса ПГП в подаче и массы этого кокса в составе коксовой порции Δm равна 4,686 т загружается в составе железорудных порций и в виде отдельных порций кокса ПГП.
кнр
4. Масса кокса ПГП, загружаемого в составе железорудной порции Δm, должна составлять до 10% массы кокса в подаче (рабочего значения массы коксовой порции равного 33,0 т).
кнр
Принимают, что масса кокса с пониженной горячей прочностью, загружаемого в составе железорудной порции Δm, равна 2,0 т (6,1%).
Оставшаяся часть кокса ПГП в количестве:
z
кн
кнр
Δm-Δm=4,686-2,0=2,686 т
загружается периодически в виде отдельных порций.
5. Определяют периодичность загрузки кокса ПГП в виде отдельных порций:
N=33,0⋅(1-0,48)/(0,48⋅33,0-0,338⋅33,0-2,0)=6,39.
Полученное значение при величине дробной части больше 0,5 округляется до целого числа в сторону меньшего значения, при величине дробной части меньше или равной 0,5 - в сторону большего значения. Таким образом, N равна 7.
Периодичность загрузки кокса ПГП в виде отдельных порций (N+1) - каждая восьмая подача.
По сравнению с базовым периодом, когда коксы ПГП и ВГП загружались совместно в составе коксовой порции, в опытном периоде по предлагаемому способу ведения доменной плавки суточное производство чугуна возросло с 12728 до 12853 т, суммарный расход кокса уменьшился с 411,8 до 406,0 кг/т чугуна, содержание серы и кремния в чугуне снизилось на 0,005 и 0,10% соответственно, уменьшилось количество прогаров воздушных фурм «снизу».
3
Практически близкие результаты достигнуты на доменной печи объемом 2700 м, оборудованной скиповой шихтоподачей и БЗУ: при ведении плавки по предлагаемому способу с использованием коксов с аналогичными характеристиками горячей прочности и количественном соотношении суточное производство чугуна возросло на 107 т, расход кокса снизился с 429 до 423,5 кг/т чугуна, изменилось содержание серы и кремния в чугуне, повысилась стойкость воздушных фурм.