Способ выплавки чугуна с пониженным содержанием кремния

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству чугуна в доменных печах. Способ включает загрузку компонентов железорудного сырья в весовую воронку в порядке увеличения эквивалентной по поверхности крупности (f_сэ), причем компоненты сырья с одинаковой эквивалентной по поверхности крупностью набирают в порядке увеличения отношения ее к средневзвешенной крупности (f_св). Обеспечивается снижение содержания кремния в чугуне при одновременном снижении удельного расхода кокса. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугуна в доменных печах.

Известен способ выплавки чугуна с пониженным содержанием кремния, включающий подачу в горн доменной печи через воздушные или вспомогательные фурмы железорудных окатышей размером 12-15 мм (см. патент РФ №2057187, С 21 В 5/00, 5/02, 1996).

Известный способ хотя и обеспечивает снижение содержания кремния в чугуне, однако это связано с повышенным удельным расходом кокса. Удельный расход кокса получается повышенным вследствие расхода углерода и тепла на восстановление кремния выше горизонта фурм доменной печи. Вдувание железорудных окатышей на горизонте фурм позволяет вернуть лишь часть затраченного ранее кокса.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ выплавки чугуна с пониженным содержанием кремния, включающий корректировку системы загрузки (см. статью Сабела В., Будзик Р. Производство низкокремнистого чугуна в доменных печах. // Сталь. 1992. №8. - С.11). Эта корректировка системы загрузки заключается в изменении порядка набора компонентов железорудного сырья на большой конус - переход от системы загрузки ККРР на РРКК обеспечивает увеличение температуры чугуна на 35°, что позволяет уменьшить содержание кремния в чугуне на 0,2-0,4%.

Недостатком этого способа является исчерпание действия системы загрузки раньше, чем достигаются минимальные уровни содержания кремния в чугуне и удельного расхода кокса. Содержание кремния в чугуне на системе загрузки ККРР составляет 1,0-1,2%. Переходом на систему загрузки РРКК удается снизить ее примерно до 0,8%. Невозможность дальнейшего снижения содержания кремния на каждые последующие 0,1% приводит к повышенному удельному расходу кокса на 0,8%.

Техническая задача, решаемая заявляемым способом, заключается в снижении содержания кремния в чугуне при одновременном снижении удельного расхода кокса.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе выплавки чугуна с пониженным содержанием кремния, включающем корректировку системы загрузки, согласно изобретению в процессе загрузки компоненты железорудного сырья набирают в весовую воронку в порядке увеличения эквивалентной по поверхности крупности (f_сэ), причем компоненты сырья с одинаковой эквивалентной по поверхности крупностью набирают в порядке увеличения отношения ее к средневзвешенной крупности (f_св), которое определяют по формуле

где a₁, а₂,..., a_n - содержание классов в различных пределах крупности компонентов железорудного сырья, %;

f₁, f₂,..., f_n - среднеарифметическая крупность соответствующих классов в компонентах железорудного сырья, мм.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале определяют гранулометрический состав компонентов железорудного сырья любым известным способом, например рассевом на ситах (см., например, Бабарыкин Н.Н. Свойства шихтовых материалов и их распределение на колошнике. Магнитогорск: МГМИ, 1994. С.39-41). Затем вычисляют эквивалентную по поверхности крупность компонентов железорудного сырья по известной формуле (см., например, Андреев С.Е., Товаров В.В., Перов В.А. Закономерности измельчения и исчисление характеристик гранулометрического состава. - М.: Металлургиздат, 1959. - С.130). Сравнивают эквивалентные по поверхности крупности компонентов железорудного сырья. Устанавливают режим набора в весовую воронку сначала компонента с меньшей величиной эквивалентной по поверхности крупности, затем с большей величиной ее. Взвешенные таким образом в весовой воронке компоненты железорудного сырья загружают в скип, далее из скипа на малый конус и в межконусное пространство доменной печи. Так набирают и загружают другие рудные скипы согласно выбранной системе загрузки. Коксовые скипы набирают и загружают согласно технологической инструкции по ведению доменной печи. Набранную таким образом подачу, состоящую из содержимого рудного и коксового скипов, опускают в колошниковое пространство печи и цикл повторяют.

При одинаковой эквивалентной по поверхности крупности (f_сэ) компонентов железорудного сырья вычисляют отношение ее к средневзвешенной крупности (f_св) по формуле

где a₁, а₂,..., а_n - содержание классов в различных пределах крупности компонентов железорудного сырья, %;

f₁, f₂,..., f_n - среднеарифметическая крупность соответствующих классов в компонентах железорудного сырья, мм.

Сравнивают отношения эквивалентной по поверхности крупности к средневзвешенной (f_сэ/f_св) компонентов железорудного сырья. Устанавливают режим набора в весовую воронку сначала компонента с меньшей величиной отношения (f_сэ/f_св), затем с большей величиной (f_сэ/f_св). Взвешенные таким образом в весовой воронке компоненты железорудного сырья загружают в скип, далее из скипа на малый конус и в межконусное пространство доменной печи. Так набирают и загружают другие рудные скипы согласно выбранной системе. Коксовые скипы набирают и загружают согласно технологической инструкции. Набранную таким образом подачу опускают в колошниковое пространство печи и цикл повторяют.

Такой набор компонентов железорудного сырья приводит к последовательному, рассосредоточенному поступлению их на поверхность ранее загруженной шихты в доменной печи вследствие разной траектории их движения и меньшего ударного воздействия на поверхность шихты. От этого увеличивается площадь сечения промежуточной зоны от периферии к оси печи, занимаемая железорудным сырьем. Из промежуточный зоны железорудное сырье восстанавливается и расплавляется под воздействием меньших температур, чем в периферийной и осевой зонах. Эти температуры оказываются достаточными для восстановления железа из оксидов и получения продуктов плавки в жидком виде, но недостаточными для интенсивного восстановления кремния. Соответственно, чугун получается малокремнистым.

Изложенный механизм процесса выплавки чугуна с пониженным содержанием кремния обусловлен более высокой газопроницаемостью железорудного сырья, имеющего повышенную величину эквивалентной по поверхности крупности (f_сэ) и повышенное отношение f_сэ/f_св. Повышенное отношение f_сэ/f_св означает более высокую однородность по крупности, а газопроницаемость однородного материала выше, чем неоднородного. Компоненты железорудного сырья, отличающиеся по крупности и газопроницаемости и находящиеся под воздействием газового потока, при высыпании в печь перемещаются по разным траекториям. Движение компонентов железорудного сырья с разной газопроницаемостью от весовой воронки до поверхности шихты получается следующим. В весовой воронке компонент с меньшей величиной эквивалентной по поверхности крупности (f_сэ) и меньшей величиной отношения f_сэ/f_св находится внизу. В таком же порядке они располагаются в скипе. При высыпании из скипа на малый конус порядок расположения компонентов меняется на противоположный - впереди движется компонент с большей величиной эквивалентной по поверхности крупности (f_сэ) и большей величиной отношения f_сэ/f_св. Такой порядок сохраняется при высыпании с малого конуса на большой и с него в печь. В процессе движения все сильнее проявляется способность компонента с большей величиной эквивалентной по поверхности крупности (f_сэ) и большей величиной отношения f_сэ/f_св высыпаться быстрее и перемещаться по более пологой траектории по сравнению с другим компонентом. В результате этого и достигается рассосредоточенное расположение компонентов железорудного сырья широким кольцом в промежуточной зоне между периферией и осевой зоной печи. Снижение содержания кремния в чугуне на каждые 0,1% по заявляемому способу сопровождается одновременным уменьшением удельного расхода кокса и повышением производительности доменной печи на 0,8% в соответствии со справочными данными (см., например, Волков Ю.П., Шпарбер Л.Я., Гусаров А.К. Технолог-доменщик. Справочник. - М.: Металлургия, 1986. - С.256).

Пример. Плавка на доменной печи №2 ОАО "ММК" объемом 1370 м³.

В составе железорудного сырья использовали агломерат и окатыши, имеющие гранулометрический состав в соответствии с табл. 1. Система загрузки РРКК соответствует как заявляемому способу, так и прототипу. Определили порядок набора компонентов железорудного сырья сравнением эквивалентной по поверхности крупности агломерата и окатышей.

Эквивалентная по поверхности крупность агломерата составила

(37,1+27,9+22,1+12,9)/(37,1/(40+25)/2+

27,9/(25+10)/2+22,1/(10+5)/2+12,9/5/2)=9,23 мм.

Эквивалентная по поверхности крупность окатышей составила:

(77,1+24,8+3,8)/(77,1/(25+10)/2+

21,1/(10+5)/2+1,8/5/2)=12,6 мм.

Видно, что крупность агломерата меньше крупности окатышей. Согласно заявке на изобретение установили режим набора в весовую воронку сначала агломерата, затем окатышей. Взвешенное железорудное сырье, состоящее из агломерата и окатышей, поступало в скип и далее в межконусное пространство печи. Так набирали следующий рудный скип, а затем 2 коксовых скипа. Набранные таким образом подачи опускали в колошниковое пространство печи. Длительность работы в исходных условиях и в каждом из испытанных режимов составила по десять суток. Показатели работы печи представлены в табл.2. Как видно из результатов, заявляемый способ позволяет по сравнению с прототипом снизить удельный расход кокса на 2,7% при одновременном снижении содержания кремния в чугуне с 0,8 до 0,46%.

Формула изобретения

Способ выплавки чугуна с пониженным содержанием кремния, включающий корректировку системы загрузки, отличающийся тем, что в процессе загрузки компоненты железорудного сырья набирают в весовую воронку в порядке увеличения эквивалентной по поверхности крупности (f_сэ), причем компоненты сырья с одинаковой эквивалентной по поверхности крупностью набирают в порядке увеличения отношения ее к средневзвешенной крупности (f_св), которое определяют по формуле

где a₁, a₂,...a_n, - содержание классов в различных пределах крупности компонентов железорудного сырья, %;

f₁, f₂,...f_n - среднеарифметическая крупность соответствующих классов в компонентах железорудного сырья, мм.