Патент на изобретение №2359041

(54) СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам ведения доменной плавки. Способ включает введение в шихту в качестве флюса и углеродсодержащего материала электродного боя фракции 30-120 мм с содержанием углерода – 50-70%, содержанием фторидов натрия, алюминия, кальция и магния – 25-35%, содержанием примесей – 5-15%, соотношением элементов в составе полезных компонентов без примесей: натрий, алюминий, кальций, магний –

(5-15):(1-4):(5-20):(0,1-1,0), послереакционной прочностью (CSR) – 60-70%, реакционной способностью углерода (CRI) – 0% при температуре до 950°С, 40-50% при температуре 1100°С. При этом часть углеродсодержащих материалов вводят в виде шунгита, а часть железорудного и углеродсодержащих материалов – в виде брикетов железоуглеродсодержащих с отношением CaO:SiO₂ – 0,4:1,4. Использование изобретения обеспечивает повышение производительности доменной печи и снижение расхода кокса.

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.

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/Fe₂О₃ составляет 0,15-0,55 при содержании в нем SiO₂ 1-7% и Fe_общ больше 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.

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)/(SiO₂+Al₂О₃) 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 –

(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:SiO₂ – 0,4:1,4 при следующем соотношении материалов в шихте, мас.%:

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.

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:SiO₂ – 0,4:1,4 принято исходя из того, что при отношении CaO:SiO₂ менее 0,4 происходит резкое снижение качества чугуна ввиду общего снижения основности доменной шихты, а при отношении CaO:SiO₂ 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.

Заявляемый способ ведения доменной плавки использовался на доменных печах объемом 1310 м³ и 1719 м³ 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 AlF₃ – 9,1%; CaF₂ – 2,5%; MgF₂ – 1,5%; CaO – 10%, С – 55%, примеси – 2,9%, в том числе Fe₂О₃ – 1,1%; Al₂О₃ – 1,6%; SiO₂ – 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:SiO₂ – 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.

Формула изобретения

Способ доменной плавки, включающий введение в шихту железорудных материалов в виде руды, окатышей, агломерата, металлодобавок, углеродсодержащих материалов и флюсов, отличающийся тем, что 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 в виде оксидов кальция, кремния, алюминия, магния, железа – 5-15%, соотношением элементов в составе полезных компонентов без примесей: натрий, алюминий, кальций, магний – (5-15):(1-4):(5-20):(0,1-1,0), послереакционной прочностью (CSR) – 60-70%, реакционной способностью углерода (CRI) – 0% при температуре до 950°С, 40-50% при температуре 1100°С, при этом часть углеродсодержащих материалов вводят в виде угля, кокса и шунгита, часть железорудного материала и углеродсодержащих материалов – в виде брикетов железоуглеродсодержащих с отношением CaO:SiO₂ – 0,4:1,4 при следующем соотношении материалов в шихте, мас.%: