Патент на изобретение №2240351
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
(57) Реферат:
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству. Способ включает загрузку в доменную печь шихты, состоящей из агломерата и окатышей, кокса, флюсов, металлодобавок, контроль их химического состава и количества, контроль количества и состава чугуна и шлака на выпуске. Основность шлака устанавливают по соотношению В=z·(15,446 k2-3,873 k+1,211)± c, где k – показатель, рассчитываемый как средневзвешенная величина массового отношения (SiO2+Al2O3 )/Feобщ в смеси рудных материалов агломерационной шихты, регламентирующий указанное отношение в пределах 0,05÷0,12 при отношении А12O3/SiO2
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, конкретно к повышению эффективности доменной плавки путем оптимизации химического состава шлака. Наиболее близким по технической сути решаемой задачи является способ ведения доменной плавки, по которому основность шлака, измеряемую по отношению В=CaO/SiO2, устанавливают по рекомендациям, выработанными длительным опытом работы доменных печей в разных сырьевых условиях. Например, при работе на сернистом донецком коксе из-за необходимости удаления из чугуна большого количества серы доменную плавку ведут на высокоосновных, трудноплавких вязких и коротких шлаках (CaO/SiO2 Недостаток этого способа заключается в следующем. 1. Рекомендуемые значения основности шлака допускают широкий интервал значений этого параметра, например 0,85-1,10 при работе на малосернистом коксе и 2. Способ не учитывает содержание в рудных материалах Fеобщ, величина которой определяет выход шлака (кг/т чугуна). 3. Рекомендуемые значения основности шлака задают исходя из условия количества серы, поступающей в доменную печь с коксом, без учета количества серы, поступающей в доменную печь с рудной частью доменной шихты и дополнительным топливом. Указанные недостатки не обеспечивают достижение поставленных задач: высокой производительности доменной печи, низкого удельного расхода кокса, повышения качества чугуна за счет снижения содержания серы и кремния, повышения температуры и стабильности по химическому составу и температуре, увеличения выноса со шлаком оксидов щелочных металлов (К2О, Na 2O) и цинка с колошниковым газом. Технический эффект при использовании изобретения заключается в увеличении удельной производительности доменной печи, в снижении удельного расхода кокса и в повышении качества чугуна за счет снижения содержания серы и кремния, повышения температуры и стабильности по химическому составу и температуре. При этом достигается увеличение выноса со шлаком оксидов щелочных металлов (К2О, Na 2O) и цинка с колошниковым газом. Указанный технический эффект достигают тем, что ведение доменной плавки включает загрузку в доменную печь шихты, состоящей из агломерата и окатышей, кокса, флюсов, металлодобавок, контроль их химического состава и количества, контроль состава чугуна и шлака на выпуске. Основность шлака, измеряемую как массовое отношение CaO/SiO 2, устанавливают по соотношению B=z· (15,446 k2-3,873 k+1,211) ± с, (1) где В – основность шлака, измеряемая по отношению В=CaO/SiO2, безразмерная; k – показатель, рассчитываемый как средневзвешенная величина массового отношения (SiO2+Аl2O3 )/Fеобщ в смеси рудных материалов агломерационной шихты, регламентирующий указанное отношение в пределах 0,05-0,12 при отношении Аl2О3/SiO2 SiO2, Al 2O3 и Fеобщ – средневзвешенные величины, отражающие массовую долю соответствующих оксидов и железа в смеси рудных материалов агломерационной шихты, %; z – коэффициент, отражающий влияние на основность шлака количества серы, поступающей в доменную печь с шихтой и дополнительным топливом, безразмерный; 15,446; 3,873 и 1,211 – коэффициенты; с – коэффициент, равный Показатель z рассчитывают по соотношению z=0,0039 (Sш)2-0,0105· Sш+1,0094, (2) где Sш – общее количество серы, поступающей в доменную печь с шихтой и дополнительным топливом, кг/т чугуна; 0,0039; 0,0105 и 1,0094 – коэффициенты. Основность шлака регулируют путем изменения количества флюсов в агломерационной шихте. В качестве флюсов используют обожженные и необожженные известняк, доломит, доломитизированный известняк при массовом соотношении компонентов MgO/CaO=0,15-0,30. Количество флюсов в агломерационной шихте устанавливают по соотношению где Мфл. – расход в агломерационной шихте флюсов, состоящих из обожженных и необожженных известняка, доломита, доломитизированного известняка при массовом соотношении компонентов MgO/CaO=0,15÷ 0,30, кг/т чугуна; Мр.м – pасход в агломерационной шихте смеси рудных материалов, состоящих из концентратов, руд, и Fe-содержащих отходов металлургического производства, кг/т чугуна; К – расход в доменной шихте кокса, кг/т чугуна; Кп.п. – кислотность пустой породы рудных материалов в агломерационной шихте, состоящих из концентратов, руд, окатышей и Fe-содержащих отходов металлургического производства, %; Ффл. – флюсующая способность флюсов в агломерационной шихте, состоящих из обожженных и необожженных известняка, доломита, доломитизированного при массовом соотношении компонентов MgO/CaO=0,15÷ 0,30, %; (SiO2 )к и (СаO)к – массовая доля SiO2 и СаО в коксе, доли; [Si] – массовая доля Si в чугуне, %; 2,143 – коэффициент, отражающий отношение масс молей SiO2/Si, безразмерный; 10 – коэффициент пересчета процентов [Si] в кг/т чугуна. Численные значения величин Кп.п., и Ффл. рассчитывают по формулам Кп.п.=B· (SiO2)p.c.-(СаO) р.c., %; (4) Ффл.=(СаО)фл. -В· (SiO2)фл., %, (5) где (СаО) фл., (SiO2)фл. – средневзвешенные массовые доли соответствующих оксидов в флюсах. Регламентированным значениям показателей k=0,05÷ 0,12 и j В качестве Fe-содержащих отходов могут использоваться пыли и шламы текущего производства и из шламовых накопителей. Показатель k=0,05÷ 0,12 характеризует шлакообразующие свойства рудных материалов по двум параметрам: по выходу шлака и кислотности пустой породы. Минимальное значение показателя k=0,05 соответствует минимально допустимому выходу шлака 140÷ 160 кг/т чугуна, которое достаточно для обеспечения эффективной десульфурации чугуна, выноса со шлаком щелочей и стабильного (устойчивого) нагрева горна. При k<0,05 количество шлака недостаточно для эффективного протекания процессов десульфурации чугуна, устойчивой работы горна по температурному режиму и для эффективного вывода щелочей со шлаком. Максимальное значение показателя k=0,12 соответствует рудным материалам с выходом шлака 240÷ 330 кг/т чугуна (в зависимости от состава флюсов). Превышение этого значения нецелесообразно по причине перерасхода кокса и дополнительного топлива и снижения производительности доменной печи. Граничным значениям показателей k=0,05÷ 0,12 и j Регламентирование массового отношения кремнезема и глинозема в рудных материалах в пределах Al2O3/SiO2 Признаки, отличительные от прототипа 1. Заявляемый способ ведения доменной плавки регламентирует показатель основности шлака в виде численного значения массового отношения CaO/SiO2 (в наиболее близком аналоге показатель основности указывается в виде интервала, например 0,85÷ 1,10), что обеспечивает более точное соблюдение технологических параметров работы доменной печи. 2. Oсновность шлака регулируют путем изменения количества в агломерационной шихте флюсов, состоящих из обожженных и необожженных известняка, доломита, доломитизированного известняка при массовом соотношении компонентов, удовлетворяющем условию MgO/CaO=0,15÷ 0,30. 3. За показатели химического состава смеси рудных материалов в агломерационной шихте, состоящей из концентратов, руды и Fe-содержащих отходов металлургического производства, принимают массовые отношения (SiO2+А2O 3)/Fеобщ и Аl2О3/SiO 2. Численные значения этих отношений, равные соответственно k=0,05÷ 0,12 и j 4. Основность шлака устанавливают на основании химического состава смеси рудных материалов в агломерационной шихте, состоящих из концентратов, руд, и Fe-содержащих отходов металлургического производства, и общего количества серы, поступающей в доменную печь с шихтой и дополнительным топливом, вдуваемым в горн доменной печи. Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков предлагаемого способа с признаками известных технических решений, на основании чего делается вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию “изобретательский уровень”. Способ ведения доменной плавки осуществляют следующим образом. Пример. В процессе ведения доменной плавки осуществляют загрузку в доменную печь шихты, состоящей из агломерата и/без окатышей, кокса, флюсов, металлодобавок, контроль их химического состава и количества, контроль состава чугуна и шлака на выпуске. Основность шлака, измеряемую как массовое отношение CaO/SiO 2, устанавливают по соотношению В=z· (15,446 k2-3,873 k+1,211) ± с, где В – основность шлака, равная отношению CaO/SiO2, безразмерная; k – показатель, рассчитываемый как средневзвешенная величина массового отношения (SiO2+Аl2O3)/Fе общ в смеси рудных материалов агломерационной шихты, состоящей из концентратов, руд, и Fe-содержащих отходов металлургического производства, регламентирующий указанное отношение в пределах 0,05÷ 0,12 при отношении j=Аl2О3/SiO 2 с – коэффициент, равный z – коэффициент, отражающий влияние на основность шлака количества серы, поступающей в доменную печь с шихтой и дополнительным топливом, вдуваемым в горн доменной печи, равный z=0,0039 (Sш)2-0,0105 Sш +1,0094, где Sш – общее количество серы, поступающей в доменную печь с шихтой и дополнительным топливом, вдуваемым в горн доменной печи, кг/т чугуна. Основность шлака регулируют путем изменения количества в агломерационной шихте флюсов, состоящих из необожженных и обожженных известняка, доломита, доломитизированного известняка при массовом соотношении компонентов MgO/CaO=0,15÷ 0,30. Количество флюсов в агломерационной шихте устанавливают по соотношению где Мфл. – количество в агломерационной шихте флюсов, состоящих из обожженных и необожженных известняка, доломита, доломитизированного известняка, при массовом соотношении компонентов MgO/CaO=0,15÷ 0,30, кг/т чугуна; Мр.м – количество в агломерационной шихте смеси рудных материалов, состоящих из концентратов, руд, и Fe-содержащих отходов металлургического производства, кг/т чугуна; Мок – количество в доменной шихте окатышей, кг/т чугуна; К – количество в доменной шихте кокса, кг/т чугуна; (Кп.п.) р.м. – кислотность пустой породы смеси рудных материалов в агломерационной шихте, состоящих из концентратов, руд и Fe-содержащих отходов металлургического производства, %; (Кп.п. )ок. – кислотность пустой породы окатышей в доменной шихте, %; Ффл. – флюсующая способность флюсов в агломерационной шихте, состоящих из обожженных и необожженных известняка, доломита, доломитизированного известняка,%; (SiO2)к и (СаO)к – массовая доля SiO2 и СаО в коксе, доли; [Si] – массовая доля Si в чугуне, %; 2,143 – коэффициент, отражающий отношение масс молей SiO2/Si, безразмерный; 10 – коэффициент пересчета процентов [Si] в кг/т чугуна. Численные значения величин (Кп.п.)р.м., (Кп.п.) ок. и Ффл.с рассчитывают по формулам (4) и (5). В табл. 1 приведены пять вариантов смесей рудных материалов (дальше – рудных смесей), составленных из концентратов Лебединского, Стойленского ГОК’ов и КМА-руда (г.Губкин, Коробковское месторождение), окатышей Леб. ГОК’а, стойленской руды и шлама аглофабрики ОАО “НЛМК”. Рудные смеси №1, 2, 3 и 4 по шлакообразующим свойствам отвечают условию k=0,05÷ 0,12 j В табл. 2 представлены варианты составов флюсов (дальше – флюсовые смеси), отличающихся массовым отношением MgO/CaO. Изменение этого отношения достигается изменением массового соотношения в смеси известняка (студеновский) и данковского доломитизированного известняка. Смеси №1 и 5 не удовлетворяют регламентируемым условиям по отношение MgO/CaO: во флюсовой смеси №1 это отношение <0,15, во флюсовой смеси №5 >0,30. Флюсовые смеси №2, 3 и 4 по химическому составу соответствуют регламентированным условиям MgO/CaO=0,15 (2); 0,235 (3) и 0,300 (4). В табл. 3 приведены химические составы шлаков, соответствующие рудным смесям №1-5, с применением флюсовых смесей №2-4 (в серии 1 – рудная смесь №1 приведены составы шлаков, соответствующие всем пяти вариантам флюсовых смесей). В сериях 1, 2, 3 и 4 расход кокса и приход серы принимались постоянными, равными соответственно 450 и 2,5 кг/т чугуна. В примерах серии 6 иллюстрируется влияние на состав шлака общего количества серы, поступающей с шихтой в доменную печь (примеры 18-21). Анализ табл. 3 показывает, что рудная смесь №1 (k=0,05 и j<0,20) отвечает граничным условиям доменной плавки по количеству шлака: при работе на рудных материалах с показателем k=0,05 выход шлака колеблется в пределах 145,7÷ 167,4 кг/т чугуна. Такое количество шлака является минимально допустимым по причине ограниченных возможностей эффективного обессеривания чугуна и устойчивой работы горна по нагреву. Рудная смесь №5 (k=0,13 и j=0,28) не удовлетворяет регламентируемым требованиям ввиду образования шлаков с высоким содержанием глинозема (Аl2О3 >13%), для которых свойственны другие закономерности и зависимости физико-химических свойств шлака (вязкости, обессеривающей способности и плавкости) от основности. Для рудных смесей №2, 3 и 4 химический состав шлаков удовлетворяет регламентированным параметрам по основности и дополнительным показателям в виде отношений В*=(СаО+MgO)/SiO2=1,20÷ 1,40 и Аl 2О3/MgO=0,50÷ 1,60. При указанных параметрах шлакового режима доменная печь достигает высокой производительности при низком расходе кокса и стабильной работы горна по нагреву, что благоприятствует получению физически прогретого чугуна с низким содержанием кремния и серы. Одновременно оптимизация шлака по основности способствует более высокому выносу из печи щелочей и цинка. При указанных параметрах химического состава шлаки отвечают основным требованиям по вязкости ( В табл. 4 и 5 приведены примеры реализации заявляемого способа на доменной печи полезным объемом 3200 м3. Доменная печь работает на агломерате, который получают из рудной смеси №3 (k=0,10; j=0,089). Количество в доменной шихте кокса составляет 450 кг/т чугуна. Химический состав кокса, мас.%: SiO2=5,10; Аl 2О3=2,56; СаО=0,30; MgO=0,14; Р2O 5=0,07); Технический анализ кокса, мас.%: С=87,50; А=12,21; V=1,10; Sa=0,51 Общее количество серы, поступающей с шихтой в доменную печь, составляет S ш=2,5 кг/т чугуна: с коксом 450-0,00532=2,39 кг; с рудной смесью (например, смесь №3) 1435· 0,00146· 0,05=0,105 кг, где 1435 – количество рудной смеси в агломерационной шихте, кг/т чугуна; 0,00146 – массовая доля серы в рудной смеси, доли; 0,05 – массовая доля серы, оставшаяся в агломерате (коэффициент с дополнительным топливом сера не поступает, т.к. для вдувания используют природный газ чистый по содержанию серы. Доменная печь выплавляет передельный чугун следующего состава, мас.%: Fe=94,42; Si=0,62; Mn=0,11; S=0,014; Р=0,06; С=4,76. В табл. 4 приведены примеры работы доменной печи объемом 3200 м3 на рудной смеси №3 (табл. 1) при использовании пяти видов флюсовых смесей №1, 2, 3, 4 и 5 (табл. 2). Анализ таблицы показывает, что для всех пяти примеров с одинаковой рудной смесью основность шлака постоянна: В=0,986. Изменение состава флюсовой смеси оказывает влияние на выход шлака и показатель основности, измеряемый по отношению В*=(СаО+MgO)/SiO 2. С ростом отношения MgO/CaO во флюсовой смеси выход шлака увеличивается почти на 30 кг: с 243,1 кг/т чугуна при использовании флюсовой смеси №1 (MgO/CaO=0,10) до 274,2 кг/т чугуна при использовании флюсовой смеси №5 (MgO/CaO=0,40). В шлаке растет содержание магнезии и соответственно увеличивается отношение (СаО+MgO)/SiO2 :1,195 (флюсовая смесь №1) и 1,464 (флюсовая смесь №5). При использовании флюсовых смесей с рекомендуемыми значениями отношений MgO/CaO (№2, 3 и 4) показатель основности В*=1,20-1,40. При этих параметрах шлакового режима доменная печь достигает более высоких технико-экономических показателей: суточное производство чугуна 8320÷ 8380 т (в примерах 1 и 5 – 8100 и 8050); количество кокса в доменной шихте 428-433 кг/т чугуна (в примерах 1 и 5 – 440 и 435 кг/т чугуна); содержание серы в чугуне 0,013÷ 0,011% (в примерах 1 и 5 – 0,018 и 0,015%); содержание Si в чугуне 0,44÷ 0,56% (в примерах 1 и 5 – 0,62 и 0,65%); вынос щелочей со шлаком и цинка с газом составляет соответственно 1,50÷ 1,95 и 0,045÷ 0,055 кг/т чугуна или 70÷ 90% – 75÷ 85% от общего количества поступления их в печь. В примере 5 вынос щелочей и цинка одинаково высок, как и примере 4. Однако по ряду других показателей – по расходу кокса, по производительности доменной печи, по качеству чугуна этот пример уступает примерам 2, 3 и 4, в которых шлаковый режим соответствует рекомендуемым параметрам. Следует отметить, что при рекомендуемых параметрах шлакового режима (примеры 2, 3 и 4) показатели доменной плавки неодинаковы. И более того, каждый из этих примеров отвечает определенным требованиям ведения печи. Например, минимальное количество в доменной шихте кокса, что соответствует показателю – удельный расход кокса, достигается при использовании флюсовой смеси №3 (пример 3), а наилучшие показатели по качеству чугуна (Si=0,44%, S=0,011%, t=1560° С) и количеству выносимых из печи щелочей и цинка достигнуты при использовании флюсовой смеси №4 (пример 4). При увеличении содержания MgO в шлаке выше указанных значений его положительное влияние снижается по причине роста вязкости шлака. Это иллюстрирует пример 5, когда содержание магнезии в шлаке увеличилось до 17,62%; в этом примере производительность доменной печи меньше, а удельный расход кокса выше, чем в примерах 2, 3, 4. При высокой температуре чугуна увеличилась нестабильность по нагреву. В табл. 4 приведены примеры реализации заявляемого способа при условии, когда основность шлака устанавливают по соотношению (3) с поправкой на коэффициент с: -0,10 (6); -0,05 (7) и +0,05 (8); +0,10 (9). Анализ таблицы показывает, что использование коэффициента с позволяет изменять основность шлака с учетом сложившихся условий. Например, снижение основности по отношению примера 2 приводит к уменьшению удельного расхода кокса, к увеличению производительности печи и увеличению выхода щелочей со шлаком, но одновременно происходит ухудшение качества чугуна по содержанию серы. Увеличение основности шлака выше, чем в примере 2, благоприятствует снижению содержания серы в чугуне, но снижается производительность печи и увеличивается удельный расход кокса. Возрастает нестабильность химического состава чугуна и его нагрева и существенно снижается выход щелочей со шлаками. Таким образом, реализация заявляемого способа ведения доменной плавки обеспечивает достижение поставленных технических результатов: увеличения производительности доменной печи, снижения удельного расхода кокса, повышения качества чугуна по химическому составу, физическому нагреву и стабильности по этим параметрам, а также увеличения выноса из печи щелочей и цинка.
Формула изобретения
Способ ведения доменной плавки, включающий загрузку в доменную печь рудных материалов в виде агломерата и окатышей, кокса, флюсов, железосодержащих отходов металлургического производства, контроль химического состава и количества, контроль количества и состава чугуна и шлака на выпуске, отличающийся тем, что основность шлака В, измеряемую по массовому отношению СаО/SiO2, устанавливают по соотношению В=z· (15,446 k2-3,873 k+1,211)± c, где k – показатель, рассчитываемый как средневзвешенная величина массового отношения (SiO2+Al2O 3)/Feобщ в смеси рудных материалов агломерационной шихты, регламентирующий указанное отношение в пределах 0,05÷ 0,12 при отношении Аl2O3/SiO2 с z – коэффициент, отражающий влияние на основность шлака количества серы, поступающее в доменную печь с шихтой и дополнительным топливом, равный z=0,0039 (Sш )2-0,0105· Sш+1,0094, где S ш – общее количество серы, поступающее в доменную печь с шихтой и дополнительным топливом, кг/т чугуна; и регулируют путем изменения расхода в агломерационной шихте флюсов, состоящих из обожженных и необожженных известняка, доломита, доломитизированного известняка при массовом соотношении компонентов MgO/CаO=0,15÷ 0,30, устанавливаемого по соотношению где Мфл – расход в агломерационной шихте флюсов, кг/т чугуна; Мр.м – расход в агломерационной шихте рудных материалов, состоящих из концентратов, руд, и железосодержащих отходов металлургического производства, кг/т чугуна; (SiO 2)к и (СаО)к – массовая доля SiO2 и СаО в коксе, доли; [Si] – массовая доля Si в чугуне, %; К – расход кокса, кг/т чугуна; 2,143 – коэффициент, отражающий отношение масс молей SiO2 /Si, безразмерный; 10 – коэффициент пересчета процентов [Si] в чугуне, кг/т чугуна; Кп.п – кислотность пустой породы рудных материалов в агломерационной шихте, равная Кп.п. =В· (SiO2)p.c -(CaO) p.c, %, где (SiO2)р.с , (СаО)р.с – средневзвешенные массовые доли соответствующих оксидов в рудных материалах, состоящих из концентратов, руд, окатышей и железосодержащих отходов металлургического производства, %; Ффл – флюсующая способность флюсов в агломерационной шихте, равная Ффл.=(СаО)фл-В· (SiO2)фл, %, где (СаО)фл , (SiO2)фл – средневзвешенные массовые доли соответствующих оксидов в флюсах.
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за
Дата прекращения действия патента: 23.04.2010
Дата публикации: 10.12.2011
|
||||||||||||||||||||||||||

0,20, безразмерный; с
65%) концентратов с кремнеземистой пустой породой с добавкой богатых магнетитовых и магнетит-железно-слюдковых руд и Fe-содержащих отходов. Концентраты с кремнеземистой пустой породой – это концентраты горнообогатительных комбинатов на базе месторождений КМА и Кривого Рога, на Северо-Западе РФ (Оленегорское, Кировогорское, Костомукшское, Межозерное и др.) и в других районах России и мира (концентраты с кремнеземистой пустой породой получают из магнетитовых железистых кварцитов, представляющих собой наиболее крупные промышленные месторождения железных руд). Богатые магнетитовые и магнетит–железно-слюдковые руды – это руды месторождений двух рудных бассейнов: Криворожского и КМА (Кременчугское, Яковлевское, Стойленское, Михайловское и др.).
s), доли;





