Способ ведения доменной плавки

(21) 4854520/02 (22) 14.05.90 (46) 15,01.93. Бюл. М (71) Институт черной вецкий металлургиче (72) В.С,Хвостен Н.Н,Изюмский, А.П В,Л.Сафрис, В,А,Ула Л.К.Брянцева (56) Авторское свидеМ 1067046, кл. С 21 улирование ержания по- параметра х 0,85 - 1,05, имического отно шен ие етствующих их основныичных покаладающих 1 ил,металлургии и Черепокий комбинатко, В,А. Белецкий, Пухов, Л.А,Сульман,хович, А.К,Икконен и ельство СС 5/00, 1984 ть шлако М 90): ЯО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, конкретно к повышению устойчивости хода за счет гибкого регулирования физико- химических свойств шлака, зон вязко-пластичного состояния и плавления и может быть использовано в системе автоматического регулирования хода печи.Известны способы ведения доменной плавки, в которых по заданной основности шлака определяют расходы шлакообразующих компонентов шихты,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ ведения доменной плавки, включающий изменение химического состава и расходов шлакообразующих компонентов шихты, желеэорудных материалов, кокса и флюса, отличающийся тем, что с целью повышения производительности и экономичности плавки за счет стабилизации металлургических свойств шлака, при количестве шлакообразующих компонентов свыше четырех расхо(54) СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ДОМЕН ПЛАВКИ(57) Сущность изобретения; рег свойств шлака ведут путем подд стоя н н ым физи ко-хим ичес кого а шлакового расплава в предела Численное значение физико-х параметра а находится как сумм сил взаимодействия соотв анионов и катионов, обладающ ми свойствами, к сумме аналог зателей компонентов, об кислотными свойствами, 2 табл,ды и химический состав шлакообразующих компонентов изменяют, поддерживая постоянными химический Л е и стехиометрический р параметры шихты в пределах 1,93 - 1,98 и 0,68 - 0,70 соответственно,.при этом 4 численные значения химического Ье и сте- ОО хиометрического р параметров находят пу- (ф тем решения уравнений, включающих (,") табулированные значения ионных радиусов, зарядов и атомных долей химических О элементов шлакообразующих.Недостатком известного способа является отождествление структуры реального шлакового расплава в доменной печи с рав- ф новесной и устойчивой кристаллохимической системой, что не позволяет определять кинетические характеристики (вязкость, поверхностное натяжение и др,) в зависимости от переменных термических состояний пластичного материала и от электродвлжущих сил в реальном расплаве,Трактовка понятия "основносвого расплава(СаО: 3102); (СаО+2где а - физико-химический параметр шлакового расплава, доля единиц;СаО,Я 10 г и т.д, - процентное содержание компонента расплава, обладающих . соответственно основными и кислотными 5 свойствами, 0 ;Атсэ; Атр - атомный вес основного и кислотного катиона (5);Молсао: Молзюг - молекулярный вес соответствующей молекулы основного и кис лого катиона;гс,г+; гз,4+-ионный радиус основного и кислого катиона, нм (4);е - элементарный заряд, величина которого составляет 1,6021892 10 19 кл. (5).Для оценки влияния взаимодействия аниона серы, фтора и др, с катионами необходимо в выражении (1) вместо ионного радиуса кислорода подставить ионный радиус принятого аниона.В выражении (1) для конкретных компонентов расплава, кроме массовых их долей, все величины - постоянные, следовательно их можно заменить обобщенной соответствующей постоянной величиной, Выражение25 (1) в этом случае примет вид:П(2) 30М,К,Р1=1где а - физико-химический параметр;М и М 1 - массовое содержание шлакообразующего компонента обладающего, со ответственно, основными ио) кислотными свойствами;К и К 1 - коэффициент пересчета массового содержания шлакообразующего компонента на массовую долю соответству ющего ему катиона;Р и Р 1 - кулоновская сила притяжения 1-го и)-го катиона и аниона по одной валентной связи;и и щ - число шлакообразующих кампо нентов обладающих, соответственно, основными и кислотными свойствами. Для удобства пользования в практике,рассчитаны коэффициенты характеризующие свойства некоторых катионов для отдельных окислов шлакового расплава(табл.1),Физико-химический параметр шлакового расплава а позволяет рассчитать поизвестному составу шлакообразующих вязкость реальных конечных и промежуточныхшлаков при различной температуре, а значит оценить и регулировать протяженностьзоны вязко-пластичного состояния,Известно, что при высокой температуре(1500 С) вязкость практически всех шлаковнизкая, они хорошо подвижны (с величинойвязкости менее 0,6 Нс/м ). Вязкость 0,8 -г2,5 Нс/м характеризует зону "ползучего тегчения" (6) или условно ее можно считатьзоной вязко-пластичного состояния, Протяженность зоны вязко-пластичного состояния будет тем больше, чем выше вязкостьпри минимальной температуре. Тяжелеепри этом будут и газодинамические условияплавки.Очевидно, что газодинамический режимплавки и качество чугуна можно значительно улучшить путем изменения физико-химического параметра а шлакового расплава.Расчеты вязкости шлака выполняютсяпо формулец=(а сР+Ь а+с) ект, (3)где д - вязкость, Нс/мг;а,Ь.с - постоянные коэффициенты;е - основание натурального логарифма;К - постоянная Больцмана;Т - абсолютная температура, К;ц - энергия активации вязкого течения;а - физико-химический параметр шлакового расплава.На чертеже представлена расчетная зависимость (3) вязкости шлака от физико-химического параметра,Из зависимости следует, что минимальная вязкость шлаков при различных температурах достигается при а = 1,00, т.е. когдасилы взаимодействия основных и кислотных составля 1 ощих уравниваются. При этомосновность шлака по СаО/ЯОг равна 1,127,а отношение АгОз/МдО, будет составлять0,980. В этом случае протяженность зонывязко-пластичного состояния будет минимальной, а вязкость шлака при температуре1400 С не превышает 0,6 Нс/м (сечение А).Видно, что разница вязкости шлака при температуре 1350 и 1550 С составляет 0,8 - 0,2 == 0,6 Нс/м . В сечении В эта разница составит 1,38 - 0,28 = 1,10 Нс/мг; а в сечении Ссвыше 2,3 Нс/м . Это значит, что самой тягкелой в газодинамическом отношении является зона в сечении С. Наиболееблагоприятная газодинамика достигается всечении А. Следовательно, изменением состава и расхода шлакообразующих необходимо стремиться к тому, чтобы показательа максимально приближался к 1.00,Известно (7), что устойчивые по температуре плавления и вязкости шлаки можнополучить путем увеличения содержания вних магнезии и изменении основностиВ этом случае снижение основности и увеличение содержания магнезии в основных шлаках (а1,00) приведет к повь 1 шению их устойчивости, а повышение температуры начала плавления к сокращению протяженности зоны вязко-пластичного состояния. К аналогичным результатам приведет повышение основности и содержания магнезии в кислых шлаках (а1,0),Магнеэиальные шлаки лучше аккумулируют тепло в высокотемпературных зонах и приносят его в горн, способствуя перегреву чугуна и шлака, что значительно понижает вязкость последнего. Следовательно появляется возможность снижать содержание кремния в чугуне за счет увеличения рудной нагрузки без ухудшения его качества по содержанию серы, Сокращение протяженности зоны вязко-пластичного состояния улучшает газодинамику, что позволяет увеличить расход дутья, з мерами воздействия "сверху" повысить степень использования газа, а значит, и технико-экономические показатели плавки.В связи с существующей колеблемо- стью химсостава железорудного сырья физико-химический параметр (а) должен изменяться в пределах 0,85-1,05. Нижний предел физико-химического параметра 0,85 относится к шлакам с высоким содержанием глинозема (до 16%), а верхний - с меньшим(до 10%). При увеличении асвыше 1,05 резко увеличивается зона вязко-пластичного состояния. Снижение ниже 0,85 не желательно, так как несмотря на сравнительно незначительный рост зоны вязко-пластичного состоянйя заметно ухудшается качест во чугуна по содержанию серы даже при малом поступлении ее с коксом,Предлагаемый. способ можно использовать в расцете соотношения компонентов шихты и в комплексном регулировании физико-химических свойств шлака, газораспределения и теплового состояния.В качестве примера реализации предлагаемого способа на доменной печи объемом 5500 м в табл.2 приведены результаты корректировки шихты, программы загрузки и расхода дутья.Предложенный режим отличался от исходного уменьшением параметра а в сторону (от 1,1 к 1,0) более устойчивых (нейтральных) шлаков (чертеж). На чертеже показано изменение вязкости шлака в зависимости от показателя й(физико-химического параметра - а) при различных температурах, Температура, С: 1-1550; 2-500; 3-1450; 4-1400; 5-1350, -область вяз. ко-пластичных состояний шлака (у р 0,620 25 30 35 40 45 50 5 10 15 Нс/м ); -область жидкоподвижных состояний шлака (0.6 Нс/м ),Появляющийся резерв по вязкости (текучести) использовался с целью снижения теплового резерва путем увеличения общей рудной нагрузки на 0,2 т/т с параллельным уменьшением площади осевой отдушины печи, Эти корректировки обусловили необходимость и возможность увеличения расхода дутья на 100 м /мин (табл.2).В результате сравнения средних данных базового и достигнутого по предлагаемому способу режима плавки:1) производительность доменной печи увеличилась с 10400 т/сут до 10600 т/сут;2) удельный расход кокса сократился с 449 до 444 кг/т чугуна; 3) степень прямого восстановления (по М.А,Павлову) снизилась с 36 до 35%.Формула изобретения 1. Способ ведения доменной плавки, вклюцающий изменение химического состава компонентов шихты и их расходов, контроль состава конечного шлака и чугуна, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что с целью сокращения расхода кокса и увеличения производительности печи, путем стабилизации вязкости шлака при стохастических колебаниях его состава и температуры, изменение химического состава компонентов шихты и их расходов ведут путем поддержания постоянным физико-химицеского параметра а шлакового расплава в пределах 0,85-1,05, при этом цисленное значение зтого параметра определяют формулойПМ К Еа==1где п, а - число шлакообразующих компонентов, обладающих соответственно основными и кислотными свойствами;а - физико-химический параметр шлака,Мь М - массовое содержание основных и кислых) оксидов в шлаке;Кь К - коэффициент пересчета массового содержания шлакообразующего компонента в массовую долю соответствующего ему катиона; Гь Р - кулоновская сила притяжения-го,)-го катионов по одной валентной связи.2, Способпо п 1, отличающийся тем, что численное значение а определяют для данных условий плавки по периоду ее работы с максимальным выходом кондиционного по кремнию и сере чугуна, после чего10 1788016 Таблица 1 Коэффициенты, характеризующие свойства некоторых катионов, входящих в состав шлакаОбозначения указаны в описании,аблица Спос Показател сходный агаемыи параметр (а) 1,00 38 1, 3 химическии агрузка, т/ ение массыши/аглом ой добавки утья, нм /мма загрузки х материа железорудерат), т/тв подачу,ин,0 5 Без изменений Без изменений Без изменений ез изменений К (8-5) Р (8-3)ез изменений Без изменений вязкость шлака поддерживаютв пределах0,1-0,6 Н с/м, исходя из формулы2Оу =(а сР+Ь а+с) е" т,где- вязкость, Н с/м;2,а,Ь,С - постоянные коэффициенты; К - постоянная Больцмана:Т - абсолютная температура, К;о - энергия активации вязкости течения;а - физико-химический параметр шлакового расплава,35/632,0 8950 К (8-5) Р (9-5) К (8-5) Р (9-4) К (3-2) Р (9-4) К (8-5) Р (9-4) К (8-5) Р (9-4) К (8-5) Р (9-4).Ревска Редактор оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 аказ 49 ВНИИПИ Гос ставитель В,Хвостенкохред М,Моргентал Кор Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5