Способ доменной плавки

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах, оборудованных загрузочными устройствами. Способ доменной плавки включает загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы горячего дутья и топливных добавок, загрузку кускового шунгита с содержанием углерода 20-36% вместе с коксом в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника. Использование изобретения обеспечивает сокращение расхода кокса, повышение производительности печи.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах, оборудованных загрузочными устройствами, позволяющими регулировать распределение загружаемых материалов по радиусу колошника в широких пределах.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку доменной шихты, вдувание горячего дутья, выпуск продуктов плавки, причем в состав доменной шихты входят кокс, железорудные материалы и шунги, используемый в качестве кислого флюса [1]. Недостатком известного способа является отсутствие в нем технологических регламентации по режиму загрузки в печь комплексного материала-шунгита, что снижает эффективность его применения и вызывает колебания содержания кремния в чугуне, состава и основности шлака и приводит в итоге к снижению показателей доменной плавки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и по достигаемым результатам является известный способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудных материалов и кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку твердой углеродсодержащей добавки в определенную кольцевую зону колошника [2]. Недостатком данного способа является то, что он предусматривает загрузку твердой углеродсодержащей добавки в зону, транспортирующую эту добавку в район фурменных очагов. Это позволяет применять согласно этому способу лишь топливные добавки с традиционным спектром их функциональных возможностей в доменной плавке (горение, реакция газификации).

Технической задачей изобретения является устранение недостатков известных способов аналога и прототипа, повышение производительности печи и качества чугуна, снижение расхода кокса и его себестоимости за счет использования в доменной шихте дешевых композиционных материалов и регламентации параметров доменной плавки при их применении.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в известном способе доменной плавки, включающем загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковый шунгит с содержанием углерода 20-36%, 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.

Сущность изобретения заключается в следующем. При использовании кускового шунгита в качестве твердой углеродсодержащей добавки благодаря тесному контакту между мелкодисперсными частицами углерода и кремнезема в этом материале (удельная поверхность контактов составляет до 20 ²/г) углерод шунгита активно реагирует с кремнеземом с образованием карбида кремния и кремния. При этом реакции восстановления кремния и образования карбида кремния протекают до прихода шунгита в горн доменной печи и с меньшими энергозатратами, чем аналогичные реакции с участием углерода кокса и кремнезема пустой породы железорудных материалов или золы кокса благодаря высокой активности углерода шунгита и чрезвычайно высокой удельной поверхности контактов между реагирующими компонентами. В горне доменной печи кремний и карбид кремния, образовавшиеся из шунгита, окисляются первичным железистым шлаком или кислородом дутья с выделением тепла. Содержание кремния в чугуне на выпуске из печи при этом определяется тепловым состоянием печи и может регулироваться приемами, предусмотренными технологической инструкцией по ведению доменной плавки, т.е. путем изменения расхода кокса или параметров дутья. Шунгит содержит серы меньше, чем кокс, и замена им кокса приводит к снижению содержания серы в чугуне.

Заявленные пределы содержания углерода в шунгите (20-36%) обусловлены минимально приемлемым по экономическим критериям значением коэффициента замены кокса шунгитом (20%) и предельным содержанием углерода (36%) в разрабатываемом (единственном в мире) месторождении шунгита. При использовании шунгита с содержанием углерода менее 20% применение его становится экономически нецелесообразным из-за повышения себестоимости чугуна в связи со снижением коэффициента замены кокса шунгитом до уровня 0,25-0,3 кг кокса/кг шунгита. При таком коэффициенте замены применение шунгита становится невыгодным, так как цена его добычи и транспортировки к потребителю, включая НДС, составляет не менее 30% от себестоимости кокса. Кроме того, применение шунгита с содержанием углерода менее 20% увеличивает выход шлака, что приводит к еще большему снижению коэффициента замены кокса шунгитом.

Заявляемые пределы кольцевой зоны колошника, в которую необходимо загружать шунгит, обусловлены его ролью в доменном процессе и траекториями движения материалов и продуктов плавки в доменной печи. При выплавке предельного чугуна вещество шунгита результате химических реакций образует сильные восстановители (кремний и карбит кремния) по отношению к закиси железа. При загрузке шунгита в центр печи, т.е. в зону, ограниченную радиусом менее 0,1 радиуса колошника, шунгит попадает в коксовый тотерман и остается там, не реагируя с оксидами железа до тех пор, пока не опустится ниже уровня продуктов плавки в горне. Жидкие продукты плавки, стекающие по коксовой насадке, на печах с бесконусными загрузочными устройствами в этой зоне практически отсутствуют. Т. е. длительное время шунгит не работает в этой зоне как восстановитель, накапливаясь в малоподвижном тотермане.

При загрузке шунгита за пределами зоны, ограниченной радиусом 0,95 радиуса колошника, шунгит попадает близко к стенкам печи и длительное время остается в зоне пониженных температур. При этом в нем не успевают завершиться реакции взаимодействия между углеродом и кремнеземом до прихода шунгита в горн. В результате при прохождении через фурменную зону углерод шунгита окисляется, что лишает шунгит термодинамических преимуществ перед обычной смесью углерода и кремнезема и снижает коэффициент замены кокса шунгитом.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. В доменной печи, оборудованной бесконусным загрузочным устройством, выплавляли предельный чугун, содержащий 0,4 - 0,6% кремния из железорудной смеси, включающей: агломерата - 88%, окатышей -12%(содержание Fе в железорудной смеси 59,6%, основность железорудной смеси по модулю (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) - 1,13). При этом расход кокса на 1 т чугуна составлял 429 кг/т при расходе вдуваемого природного газа 101м³/т чугуна и температуре дутья 1005 ^oС.

При переходе на выплавку чугуна согласно изобретению в шихту добавили шунгит (содержание С 30%) в количестве 18 кг/т (4,25 % от массы углерода поступающего в печь топлива), загружая его вместе с коксом в кольцевую зону колошника, ограниченную радиусами, составляющими 0,65 и 0,8 радиуса колошника, т. е в зону, границы которой расположены на расстоянии 0,89 и 1,56 м от стенки колошника. Расход кокса на выплавку чугуна снизился до 415 кг/т чугуна без увеличения содержания кремния в чугуне. Производительность печи увеличилась на 0,5%.

На той же доменной печи применяли шунгит в количестве 25 кг/т (5,9% от массы кокса), загружая его вместе с коксом в кольцевую зону колошника, ограниченную радиусами, составляющими 0,7 и 0,85 радиуса колошника. Расход кокса уменьшился по сравнению с базовым периодом на 15 кг/т чугуна без увеличения содержания кремния в чугуне. Производительность печи повысилась на 0,4%.

При использовании шунгита в шихте согласно изобретению содержание кремния в чугуне регулировали, изменяя рудную нагрузку и влажность дутья. Стандартное отклонение содержания кремния в чугуне по выпускам оставалось в обычных пределах значений этой величины (0,13-0,16%), а содержание серы в чугуне снизилось на 0,003 и 0,004% соответственно.

Таким образом, при выплавке передельного чугуна с использованием кускового шунгита в шихте согласно изобретению сокращается расход кокса, повышается производительность печи, уменьшается себестоимость чугуна и повышается его качество.

Источники информации 1. Авт. св. СССР 740834 МКИ С 21 В 5/00, заявл. 09.10.1972, опубл. 15.06.1980, Бюл. 22.

2. Патент РФ 2042714 МКИ С 21 В 5/00, заявл. 26.06.1993, опубл. 27.08.1995, Бюл. 24.

Формула изобретения

Способ доменной плавки, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, отличающийся тем, что в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковый шунгит с содержанием углерода 20-36%, смешивают его при загрузке в печь с коксом и загружают в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника.