Способ доменной плавки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 а) С 21 В 5/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпо делАм изоБРетений и ОткРытий(71) Институт металлургии Уральскогонаучного центра АН СССР и Магнитогорский металлургический комбинат им. В. И. Ленина(54) (57) СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ, включающий вдувание нагретого дутья и восстановительного газа в горн доменной печи и подвод электроэнергии, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода кокса и увеличения производительности, электроэнергию вводят в количестве 285- 510 вКт ч/т чугуна в коксовую насадку при соотношении объемных расходов воздушного дутья и природного газа (2,8-3,8):1.Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству чугуна, и может быть также использовано в цветной металлургии при выплавке металлов в шахтных печах.Известен промышленный способ получения чугуна (доменная плавка), принятый за базовый объект, при котором основным восстановителем и источником тепла является кокс.При подаче нагретого дутья в горн доменной печи на фурмах формируются высокотемпературные зоны горения кокса. Эти зоны обеспечивают интенсивный сход и плавление материалов, а отходящие из них газы - подогрев и частичное восстановление окислов. В лучших условиях плавки при использовании подготовленной шихты с содержанием железа 56-58 О/О, нагретого до 1100 - 1200 С дутья с повышенным содержанием кислорода (25,7 - 34,6/о) и с подачей в печь 100-149 м/т чугуна природного газа расход кокса в базовом объекте снижают до 418 - 438 кг/т чуугуна 1.Недостатком способа является высокий расход кокса (коксующиеся угли очень дороги и запасы их ограничены).Известен способ доменной плавки с вдуванием нагретого до 1200 С конвертированного газа и технологического кислорода, позволяющий снизить степень прямого восстановления до минимального уровня 0,1 и уменьшить расход кокса до 365 кг/т чугуна 2.Недостатками способа являются высокотемпературный нагрев восстановительного газа и большой расход кокса.Дальнейшее снижение расхода кокса возможно только при замене его как источника высокопотенциального тепла другими видами энергии.Известен также способ подачи высоко- потенциального тепла, при котором в нижней части печи устанавливают графитовые электроды и электроэнергию преобразуют в тепло на электросопротивлении шихтовых материалов. Расход кокса снижают до 175 кг/т чугуна путем рециркуляции 50 - 75 О/о колошникового газа, вдувания нагретого до 1200 - 1500 С генераторного газа и подачи 890 кВт ч/т чугуна электроэнергии 3.Недостатками способа являются большой расход электроэнергии (890 кВт ч/т чугуна) при относительно, высоком расходе кокса (175 кг/т чугуна) и низкая производительность печи, что обусловлено размещением легкоокисляемых углеродистых электродов в объеме печи. При наличии графитовых электродов невозможно присутствие окислителей в зоне нагрева, а следовательно, исключается существенное развитие в ней процессов восстановления и частичный подвод тепла за счет горения кокса. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ доменной плавки, включающий использованиенагретого дутья, восстановительного газаи электроэнергии, вводимых в горн 4.Недостатком известного способа является очень малая величина максимальногоснижения расхода кокса, достигаемая прирегулировании теплового состояния горна,составляющая по расчетным данным неболее 2,5 О/О.Вследствие высокого расхода коксапроизводительность печи при работе остается низкой, близкой к величине, получаемойв базовом объекте.Цель изобретения - снижение расходакокса и увеличение производительности способа.Поставленная цель достигается тем, чтопри способе доменной плавки, включающемвдувание нагретого дутья и восстановительного газа в горн доменной печи и подводэлектроэнергии, электроэнергию вводят вколичестве 285-510 кВт ч/т чугуна в коксовую насадку при соотношении объемныхрасходов воздушного дутья и природногогаза (2,8 - 3,8):1.Максимальные снижение расхода коксаи увеличение производительности печи привыбранных пределах расхода электроэнергии (285 в 5 кВт. ч/т чугуна) и величиныотношений расходов дутья и природногогаза (2,8 - 3,8);1 достигается при предлагаемом способе тем, что электроэнергию используют только в качестве высокопотенциального тепла в высокотемпературнойзоне (горне печи) при максимальном использовании теплосодержания дутья и восстановительной способности газа,При расходе электроэнергии меньшенижнего предела (285 кВт ч/т чугуна) расход кокса возрастает на величину, обусловленную не только уменьшением расходаэлектроэнергии, но и дополнительными затратами тепла на прямое восстановление,связанное с увеличением расхода кокса.При этом производительность печи снижается обратно-пропорционально выходу колошникового газа.При расходе электроэнергии свыше верхнего предела (510 кВт ч/т чугуна) расходкокса уменьшается незначительно, поскольку избыток высокопотенциального теплапередается в этом случае из горна печи внизкотемпературные зоны при одновременном снижении прихода тепла за счет теплосодержания дутья. Производительностьпри этом также возрастает незначительно.Оптимальные соотношения расходовдутья и природного газа (2,8 - 3,8):1 обусловлены обеспечением максимальных степеней использования восстановительной способности газов. Величина соотношения определяется в основном содержанием железав проплавляемых материалах. При этомнижний предел 2,8 соответствует шихте ссодержанием железа 58 й, а верхний 3,8 -50 ц/с. При величине отношения расходадутья к расходу природного газа меньшенижнего предела (2,8) возникает дефициттепла в низкотемпературной зоне печи, покрываемый за счет увеличения расходаэлектроэнергии,При величине отношения больше верхнего предела (3,8) возрастают затраты тепла на прямое восстановление окислов железа.На чертеже изображена схема осуществления способа предлагаемой доменнойплавки.Подвод электроэнергии к расплавленному металлу 1 осуществляется от токоподвода 2 через углеродистую лещадь 3, неимеющих прямого электрического контактас кожухом печи. Вторым электродом служатпокрытые металлизованным гарнисажемхолодильники 4 заплечиков и распара и металлизованная шихта. Электрическая энергия преобразуется в тепловую на электросопротивлении коксовой насадки 5, частично заполненной расплавом.Пример. Доменная плавка с применением электроэнергии на печи Мо 5 объемом212 м Серовского металлургического завода им. А. К. Серова.Для проверки возможности нагрева коксовой насадки при пропускании через нееэлектрического тока проводят экспериментна вагранке производительностью 3 т/ч вфасонночугунолитейном цехе ММК. Слойкокса и чушкового чугуна толщиной до1,5 м за 85 мин нагрет от 1000 до 1400 С.При появлении жидкой фазы отмечают резкое падение сопротивления насадки и возрастание тока.При среднем диаметре доменной печиобъемом 212 м 4 м и среднем расстоянииот металла до зоны плавления металлизованной шихты 3 м общее сопротивлениезоны составляет 4,8 10 Ом. (Удельное сопротивление зоны, заполненной коксом ишлаком, равно 0,2 Ом см). Вследствиемалого сопротивления зоны нагрева (4,8х 10 Ом) для выбранной печи используюттрансформатор с низким выходным напряжением 40 - 70 В мощностью 10000 кВА,выпускаемый промышленностью для установок электрошлакового переплава.Для работы печи по предлагаемому способу используют существующее оборудование доменных цехов с дополнительной установкой трансформатора и токоподводов.Применение в качестве токоподводов внутри печи холодильников с металлизованнойшихтой и углеродистой лещади с металлом,обладающим низким электросопротивлением (примерно на два порядка меньшим,чем сопротивление насадки), позволяет5 10 15 20 25ъ ЗО 35 40 45 50 55 передать электроэнергию в коксовую насадку и практически без потерь на ее сопротивлении преобразовать в высокопотенциальное тепло, Используемые токоподводы имеются в каждой доменной печи, и в связи с этим они не накладывают каких-либо ограничений на технологию доменной плавки (например, не исключают подачу окислительного газа в горн печи), а следовательно, позволяют при малом расходе кокса реализовать все преимущества доменного процесса, например высокую степень использования восстановительной способности газа, большую производительность печи и другие.При задувке доменной печи углеродистую лешадь и холодильники заплечиков закрывают слоем огнеупорного кирпича для защиты от разрушения. С целью получения токопроводящего гарнисажа плавку начинают по доменной технологии, используемой в базовом варианте, т.е. без применения электроэнергии с подачей нагретого до 1100 - 1200 С воздушно-кислородного дутья с вдуванием 100 - 149 мз/т чугуна природного газа. При плавке офлюсованного агломерата с содержанием железа 57/ с вдуванием в горн 1300 мз нагретого до 1200 С дутья с содержанием кислорода 25/ и подаче в горн 100 мз природного газа расход кокса составляет 420 кг/т чугуна, а выход влажного колошникового газа - 1980 м/т чугуна. При этом производительность печи равна 560 т/сут.Через месяц работы печи после формирования токопроводящего железистого гарнисажа на холодильниках заплечиков и вымывания изолирующего слоя кирпичей на углеродистой лещади в коксовую насадку подают электроэнергию при минимальном напряжении (30 В) на вторичной обмотке трансформатора. Затем напряжение постепенно (ступенями по 5 В) поднимают до оптимальных расходов 285 - 510 кВт ч/т чугуна, однако без превышения номинальной мощности трансформатора (10000 кВА). При этом отношение расходов дутья к природному газу устанавливают в пределах (2,8 - 3,8):.В таблице прииведены показатели работы доменной печи при различных способах плавки.При плавке офлюсованной железорудной шихты, содержащей 50 - 58/ железа, с вдуванием нагретого до 1000 в 13 С воздушного дутья с подачей 300 в 3 мз/т чугуна природного газа расход кокса при предлагаемом способе уменьшается по сравнению с базовым объектом в среднем на 63/ (с 420 до 120 в 1 кг/т чугуна) при увеличении производительности печи по сравнению с базовым объектом на 3,6/о (с 560 до 570-590 т/сут). При работе печи по предлагаемому способу экономия расхода кок1154332 5са на единицу затраченной электроэнергииимеет максимальное значение,.Таким образом, установленные пределыпо расходу электроэнергии 285 в 5 кВт ч/т чугуна и соотношению расходов дутья к природному газу (2,8 - 3,8):1 соответствуют максимальному использованию электроэнергии в доменной плавке. Базовый 100 1300 560 420 4 1980 1200 9 энес ый ф 1960 44 565 407 486 5 1270 121 1200 90 пред- лага 80 510 590 120 3 0,24 340 955 2,8 130 300 1135 3,8 100 570 190 415 1950 860 540 585 107 37 50 925 2,6 1300 25 1200 5,3 1000 980 235 560 28 О,уна,енравнению с базовым на 13 кг/т ч ировании теплового состояния д учен для синусоидального характ пропорционально снихению выхода свинца сннхен по солученных при регулкВт ч/т чугуна полелъность увеличена сход кокса ьную из энергии 44оиэводи Со став ител Техред И. Вер Тираж 553 Государственного лам изобретений сква, Ж - 35, Рау Патент, г. УжгоН. Дунас Редактор О. ЮрковецкаяЗаказ 2635/24ВНИИПИпо д113035, Мофилиал ППП комите и откр шская н о известному способу ра.е, на величину, максималой печи, Расход электровменения нагрева печи. Корректор А. ЗимокосовПодписноеа СССРытийб., д. 4/5Проектная, 4