Способ получения губчатого железа в шахтной печи

(л)а сив 1 зуог и ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТКНЙЯ патенту Российск ации исследовательский инс им.ИЛ.БардинаЮА; Остроух Н.Н.; Довургической технологии9, кл, С 218 13/02,во СС 1403686 БЧАТОГО,Ж Комитет Российской ФедеРациипо патентам и товаРным знака(46) 27.10.95 Бюл. Ма 30 (71) Центральный научнотитут черной металлургии (72) Лазуткин С.Е.; Козин лядов И.В.; Зинько Б.ф. (73) Институт новой метал (56) Патент ФРГ М 30345 1982.Авторское свидетельст кп. С 21 В 13/02, 1985. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕКИ ЗА В ШАХТНОЙ (57) Сущность: и ного газа в шах уровнях: через ф печи. Дпя обе распределения по пературы газовог ную часть и (8,0-17,0)+0,62 (Т железа, где Твг газа, соответств 1 ил, 3 табл. ПЕЧИодачу горячего восстановительтную печь производят на двух урмц и в подфурменную часть спечения более равномерногосечению печи состава и темо потока, расход в подфурменечи устанавливают равным-680)м на тонну губчатогозвгтемпература восстановительного ующая интервалу 680 - 960 С,(степени металлиэации) в губчатом железе, что резко снижает изотропность получаемого при последующей плавке металла. Главным недостатком известного способа является то, что в этом случае переток восстайовительного газа нерегулируемый и нерешается задача регулирования качествапродукта, Целью .изобретения является повышение качества губчатого железа за счет снижения вариации химического состава,50 Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к производству губчатого железа в противоточных шахтныхпечах.Известен способ получения жидкого чугуна из кусковой руды, заключающийся втом, что руду восстанавливают горячим газом в шахтной печи до образования губки, апоследнююзатем перемещают в горячемсос 1 ояйий в плавильный реактор по трубопроводам, При этом газ, образующийся в йла-вильном реакторе, поступает в шахтнуюпечь через специальные фурмы и, частично,по разгрузочным трубопроводам,Введение газа в шахтную печь ниже 15фурменной зоны в данном способе являетсяследствием непосредственной связи нижней части восстановительной шахтной печис плавильным газификаторОм через загрузочные трубопроводы, служащие для перевода губчатого железа в плавильныйгазификатор беэ использования шлюзовили запорной арматуры. Таким образом, визвестном способе не.предусмотрено регулирование соотношения расходов технологических газов в фурменную иподфурменную эоны печи для коррекции качества губчатого железа.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является 30способ получения губчатого железа в шахтной печи, включающий подачу восстанови-тельного газа с температурой 680-960 С в,фурменную и подфурменную частипечи,При этом чугун получают из железной 35руды, восстанавливаемой до губчатого железа и восстановительной шахтной печи спомощью горячего восстановительного газа, подаваемого в шахтную печь на уровнефурм при температуре 750 - 1000 ОС и в подфурменную часть при температуре 650-850 С.Цель - увеличение содержания углерода в губ-чатом железе соответственно, в чугуне.Данным способом повышают содержание углерода а губчатом железе при помощи 45восстановительного газа, для чего целенаправленно снижают его температуру. Однако здесь не предусмотрены меры по стабилизации содержания металлического железа Поставленная цель достигается тем, чтов известном способе, включающем подачувосстановительного газа и фурменнуЮ иподфурменную части печи, при температуревосстановительного газа (Т,г) 680 - 960 ОС егорасход в подфурменную зону устанавливают равным (8,0-17,0)+0,62(Тг - 680)м натонну губчатого железа.В рабочем пространстве существующихшахтных печей имеются зоны с различнымвосстановительным потенциалом. Причиной этого является неравномерное распре-деление газа по сечению шахты,изменяющиеся значения гидравлического .сопротивления слоя и другие факторы.Схема газопотоков в рабочем пространстве шахтной печи представлена на чертеже, где цифрами обозначено: 1периферийный поток газа; 2 - центральныйпоток газа;3 - поток охлаждающего газа,перетекающего в зону металлизации; 4 -восстановительный газ, подаваемый в подфурменную зону; 5 - восстановительный газк шахтной печи.Периферийный газовый поток формируется за счет восстановительного газа и поэтому соответствует ему по температуре ихимическому составу (см.табл.1). В случае базовой технологии Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭ МК) центральныйпоток формируется восстановительным газом и охлаждающим газом, перетекаюЩимчерез промежуточную зону. Этот газопотокотличается пониженным содержанием восстановительных газов (СО + Н 2) 35 - 63 изначителЬным количеством метана, азота,диоксида углерода, паров воды (26,5 - 71),оказывающими отрицательное воздействиена процессы восстановления, Разность температур "периферия-центр" составляет до110 ОС,Анализ проб металлиэованного продукта показал наличие двух качественно различных групп окатышей. Окатыши первойгруппы прошли по периферийной части печи и отличаются от среднего химсоставапробы повышенной степенью металлизации (95,0-97,5%) и содержанием углерода(1,2-2,5;). Вторая группа окатышей связана с центральной частью шахты, причем ихстепень металлизации и содержание углерода значительно меньше среднего 30-70и 0,1-0,3 соответственно. Это положениеотражается и на потоке губчатого железа,выгружаемого иэ печи. Наблюдаются значительные отклонения от номинала по степени восстановления (металлизации), Анализработы шахтных печей ОЭМК показал, чтоесли для партий губчатого железа порядканескольких тысяч тонн колебания составасглаживаются., то для доз, соизмеримых семкостью электросталеплавильных печей,эти колебания значительны и носят случайный характер. Последнее приводит к нарушению устойчивости технологического 5режима электроплавки, что снижает эффективность сталеплавильного передела и отрицательно сказывается на качестве стали.Предлагаемое решение направлено науменьшение дисперсии степени металлизации губчатого железа. Для этого предлагается вводить восстановительный газ в болееузкую, чем надфурменная шахта, - подфурменную часть печи, сечение которой значительно меньше сечения надфурменной. 15зоны, Подаваемый в подфурменную зонугаз проникает в центральную часть печи(см.чертеж), что позволяет увеличить концентрацию восстановителей до СО + Н 2 =67-80 . содержание СО 2,И 2, СН снизить 20до 16-33,4(см,табл,1),Для снижения перепада температурважное значение имеет расход восстановительного газа в подфурменную зону, Экспериментально установлено, что с ростом 25восстановительного газа разность температур "периферия - центр" увеличивается(табл.2), Поэтому для выравнивания температурного уровня по сечению печи необходимо повышать расход восстановительного 30газа в подфурменную зону с ростом температуры восстановительного газа.Исследования проводили на опытнойшахтной печи ЦНИИчермета. Восстанавливали окатыши ОЭМК по типовой технологии 35металлизации с изменением газовых потоков по предлагаемому способу при темпера-туре восстановительного газа в диапазоне680 - 960 С (см.табл.3).Печь содержит основную цилиндрическую часть - зону восстановления, расположенную над фурменным поясом исуживающуюся часть - подфурменную зону,переходящую в трубудля выгрузки готовогопродукта. Восстановление оксидов происходит в противотоке шихты с подаваемымвосстановительным газом. Губчатое железо, полученное при различных уровнях температуры процесса металлизации (см,табл,З) являетсяпродуктом, отличающимся значительно посвоим физико-химическим свойствам (степень металлизации, содержание углерода,пирофорность, йористость и др,). В зависимости от назначения губчатого железаизменяется температура процесса, Количество восстановительного газа. подаваемогов подфурменную зону, составляло 4,0-200,0м на тонну губчатого железа,При типовой технологии металлизации (ОЭМК) коэффициент аэрации качества по степени металлиэации (Ч)изменяется от 8,4 при температуре восстановительного газа (Тег) 680 С до 2,4 о при Тг = 960 С,При изменении предлагаемого способаЧ достигает минимума Тв = 680 С при расходе восстановительного газа в подфурменную часть печи 14,0 м /т губки и более, Вэтом случае Ч = 2,0%. При расходе газа менее 14,0 м /т губки Ч возрастает (табл,З,3колонки 2,1). При металлизации окатышей сТ,= 960 С минимальный коэффициент вариации качества (Ч = 0,3%) достигнут прирасходе газа в подфурменную часть в объеме 176,0 м /т губки и более. При расходегаза менее 176,0 м /т губки Ч возрастаетз(см.табл,З, колонка 6),Таким образом, при расходе восстановительного газа в подфурменную зону 14,0мз/т губки при Т 8 г - 680 С и расходе 176,0м /т губки при Твг = 960 С коэффициентзвариации качества губчатого железа достигает необходимого минимума для последующего передела. При снижении укаэанныхрасходов газа коэф.Ч растет, Расхьды восстановительного газа в подфурменную зонупри других (промежуточных) значениях температуры восстановительного газа(ем.табл,З, колонки 5, 3, 4) для достиженияминимального Ч находятся в пределах от14,0 до 176,0 мз/т губки,Экспериментально установлены пределы расхода восстановительного газа в подфурменную зону для различных Т,г с цельюдостижения минимума показателя качества- коэффициента Ч, Показано, что при расходе восстановительного газа менее 14.0 мз/тгубки (Т= 680 С) качество продукта падает(коэф.вариации растет по сравнению с достигнутым уровнем равном 2,0%); при расходе восстановительного газа более 176,0м/т губки (Твг = 960 С) качество продуктанаходится на одинаковом уровне (коэф. вариации стабилизируется на достигнутой величине. равной 0,3 %). Обработкарезультатов эксперимента в температурномдиапазоне 680-960 С позволяет предложить формулы.У/ = (8,0- 17,0) + 0,62(Твг - 680), (1)где М/ - расход восстановительного газа вподфурменную зону, мз/т;Те - тЕмпература восстановительногогаза, С.Формула (1) описывает 95 -ный доверительный интервал оптимальности соотношения расходов восстановительного газа вфурменную и подфурменную зоны в зависимости от Т,. Данное решение позволит1790222 Составы печных газов Составы газа,объемные Перепад температур "пери- ферияцентр",С Техноло- НаименоваСО ние газа СН 4 гия Нг 56-60 50-57 4,2-4,9 2 - 3,2 29-33 27-32 3,1 Восстановительный Периферийный газ 4,5 м над уровнемфурм Охлаждающий газ Централ ьный газопо 2,2-7,0 4 - 9,3 4,8-5,1 45-75 Базовая 4 - 16,7 21 - 42,5 15 - 20 26-40 7 - 18 21-44 14-19 7,5 - 18 12-35 ток4,5 м над фурмами Воссановительный Периферийный газ4,5 м над уровнемфурм Охлаждающий газ Центральный газопоток 4,5 м над уровнем фурм 4,8-5,2 32,4 - 34,4 3,1 - 3,3 56,8 - 57,3 1,9-2,9 25 - 27,1 12,2 - 14,7 5,6 - 6,4 51 - 53,1 2 - 3,1 38-46 Предлагаемая 9 - 18 26-40 4 - 167 21 - 425 15 - 20 2 - .7 21,4 - 26,8 8,1 - 12,8 6,3 - 133,6 46,4 - 53,1,Таблица 2 Перепад температур "периферия - центр" при различных вариантах технологии металлизацииэффективно использовать, восстанови- ператур процесса металлизации, стабилительный газ при различных значениях тем- зировать качество губчатого железа.Таблица 1. 680 880 960 760 вительного газа в подфур менную чаете пе. чи,м /тгубки Коэффици. ент варна. ции ка. чества ч, 51ции 8,4 5,8 4,1 2,6 2.0 2,02,0 2,0 , 2,0 2,0 2,01 9,1 91,0 91,0 91,3 91.3 91,3 91,5 91,8 91,8 92,0 92.0 6.2 5,0 3.8 2,8 2,0 2.0 2,0 1,7 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2.0 1,5 Формула изоб.ретенияСПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГОЖЕЛЕЗА В ШАХТНОЙ ПЕЧИ, включающий подачу горячего восстановительного газа через фурмы и в подфурменную часть печи, отличающийся тем, что, с ,целью повыШения качества губчатого железа за счет стабилизации его химического состава, при температуре вос-35становительного газа (ТВР) 680 - 960 С его расход в подфурменную зону уста- навливают равным (8,0 - 17,0) + 0,62(Твг - 680) м на тонну губчатого железза. Типовое текноло. гив ОЭМК4.0 8,0 12.014,0 18,0 20.0 34,0 56,0 58,0 68,0 72,0 82.0 90,0 102,0 112.0 120,0124,0138,0 142,0 146.0 150.0 154,0 156,0 164,0 168,0 176,0 178,0 182,0 196.0 200,0 91,0 91,0 91,2 91.4 91,5 91,6 91,6 91,8 92,0 92,0 92,1 92,3 92,5 92,6 92.8 92,8 9 Э,О 93,0 93,0 4,1 4,0 3,8 2.8 2,0 2,0 2,0 1,7 1,5 1,5 1,4 1,4 1,4 1,4 1,3 1,3 1,3 1.3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 925 92.5 92.5 92,5 92,5 92,7 92,7 92,9 93.0 93,0.93,0 93,0 93.2 93,4 93,5 9 Э.В 93,6 93,6 93,8 94,0 94,0 94,2 94.2 2,8 2,8 2,6 2,2 1,В 1,8 1.8 1,6 1,5 1,4 1,4 1,4 1,4 1,Э 1,2 1,0 0,9 0,9 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0.7 0,7 0,7 94,0 94,0 94,0 94,0 94.0 94.0 94,2 94,3 94.5 94,5 94,6 94,7 94.7 94,7 94,8 94,8 94,8 94,8 95,0 95,0 95,2 95,Э 95,3 95,4 95,4 2,4 2,4 2,2 2,2 1,8 18 1,7 1,5 1.3 1,Э 1,3 1,2 1,1 1,0 0.9 0,7 0,7 0,6 0.6 0,6 0,6 0.5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 96,0 96,0 96,0 96,0 96,2 96,2 96,2 96,2 96,2 96,2 96,3 96,3 96,4 96.4 96,5 96,5 96,5 96,5 96,6 96,6 91,7 96,7 96.8 96,8 96,9 97,0 97,0 97,0 97.0 97,2 97,2179 О 222 Редактор Г, Бельская Составитель С, ЛазуткиТехред М.Моргентал орректор Л. Ливрин Тираж Под НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/ Заказ 1 О 52 снов одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1