Способ доменной плавки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 9) .БЦ 121 АЗ ЕСПУБЛИ 21 В 5/О ОПИ Т ТЕНТ лургическииательский иия и механиископаемых уд, А, Вов,А.Асфин,ически ен- ро аваеваааааай ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Нижнетагильский металкомбинат и Научно-исследовпроектный институт обогащенческой обработки полезных(73) Н ижнета гил ьский металлургкомбинат(54) СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ(57) Использование: плавка чугуна внай печи, Сущность изобретения: и Изобретение относится к чернои металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах,Известен способ доменной плавки, примЕняемый на Нижне-Тагильском металлургическом комбинате, заключающийся в совместной проплавке агломератов и окатышей одинаковой основности, близкой к требуемой для доменного шлака Сао/302 = 1,1 - 1,3 ед, Недостатком является то, что изза разрушения офлюсованных окатышей в верхних горизонтах доменных печей увеличивается сопротивление движению газов в шихте, ход печи становится менее ровным, применяются принудительные осадки шихты, снижается производительность и растет расход кокса. изводстве окатышей и агломерата используют амфотерные окислы титана и алюминия в количестве 3,5 - 5,0 мас.Д. Оптимальную основность высокоосновного агломерата и низкоосновных окатышей устанавливают исходя из максимальной прочности обоих видов сырья в исходном состоянии и при восстановлении, Загрузку шихты в доменную печь осуществляют при основности окатышей 0,9 в зоны нагрева и восстановления шихты при угле наклона образующей потока к горизонту, равном 80 - 82 а в зону плавления - под углом на 0,5 - 1,0 меньше, чем в зонах нагрева и восстановления, при этом при уменьшении основности окатышей на 0,1 снижают угол наклона образующей потока шихты к горизонту на 0,4 - 0,6. 1 з.п. ф-лы, 1 табл,Цель изобретения - снижение расхода кокса, повышение производительности печи и увеличение стойкости огнеупорной футеровки,Поставленная цель достигается тем, что низкоосновные окатыши и высокоосновный агломерат содержат 3,5 - 5,0 амфотерных окислов, а процесс ведут при угле наклона к горизонту образующей потока шихты в зонах нагрева и восстановления (шахта доменной печи) 80 - 82 при основности окатышей 0,9 ед, и снижают его на 0,4 - 0,7 при уменьшении основности на 0,1 ед. При этом угол наклона образующей потока шихты в зоне плавления (заплечики доменной печи) устанавливают на 0,5-1,0 меньше, чем в зоне нагрева и восстановления. В качествеамфотерных окислов вводят окислы алюминия и титана.Сущность изобретения состоит в том, что наличие амфотерных окислов алюминия, титана и др, приводит к разукрупнению кремнекислородных комплексов, характерных для силикатных шлаков, в результате доля тетраэдрических пустот в кислородной подрешетке комплексов, которые занимаютионы двухвалентного железа, сокращается, а октаэдрических, где размещаются ионы трехвалентного железа, увеличивается. Иными словами, равновесие реакций деполимеризации 0 + 0 = 20 и окисления Ее +г- з++ 0 = 0 + Ее сдвигается вправо. Следовательно, образующиеся первичные шлаки при плавке низкоосновных окатышей с добавкой амфотерных окислов содержатменьше монооксида железа и не разъедаютосновной гарнисаж кладки доменных печей, тем самым улучшая стойкость футеровки.Широкий диапазон температур, в котором протекает размягчение рудного сырья, и высокая вязкость первичных шлаков, затрудняющих их фильтрацию через кокс, обусловлены присутствием в кислых шлаках 10 15 20 25 30 35 40 45 окислов в составе агломерата приводит к 50 тому, что вследствие высокого содержания извести в нерудной части агломерата, достигающей 50 - 6000 при основности агломерата 2,0-2,5 ед., температура начала размягчения и плавления шлаков резко повышается, В связи с этим разница температур вязко-пластичного состояния агломерата и окатышей сохраняется, а фильтрация продуктов плавки через коксовую насадку практически прекращается. высокополимеризованных комплексов на основе кремнекислородных группировок. Введение амфотерных окислов А и Т в неофлюсованные окатыши приводит к частичному разукрупнению комплексов и соответствующему уменьшению вязкости шлаков с одновременным сокращением температурного интервала размягчения рудного сырья и зоны вязко-пластичного состояния шихты в доменной печи. Это в свою очередь обусловливает повышение производительности доменной печи и снижение расхода кокса.Использование низкоосновных окатышей предполагает включение в состав шихты сырого известняка или высокоосновного агломерата для наведения в доменной печи шлака требуемой для десульфурации чугуна основности (1,15 - 1,20 ед), В связи с тем, что применение сырого известняка связано с перерасходом кокса, более предпочтительным является ввод высокоосновного агломерата, Однако отсутствие амфотерных Добавка амфотерных окислов А и Т к известковистым соединениям снижает их температуры размягчения и плавления, приближая к таковым для окатышей, имеющих в своем составе амфотерные окислы, Указанный диапазон содержаний амфотерных окислов А и Т 3,5 - 5,0% обусловлен тем, что при более низких количествах не достигается требуемого эффекта по снижению массовой доли монооксида железа в первичных шлаках и соответствующего увеличения стойкости футеровки в области заплечиков. Содержания атфотерных окислов более 5,0% вызывают интенсивное образование тугоплавких греналей, загромождение горна и растройство хода доменных печей,Шихта, состоящая из низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата с добавками окислов А и Т, обеспечивает высокую газопроницаемость в верхних горизонтах доменных печей вследствие высокой прочности низкоосновных окатышей при восстановлении. Снижение верхнего перепада давлений увеличивает эффективный вес шихты, что приводит к росту нормального бокового давления в нижней части шихты, это обусловливает раннее слипание железорудных компонентов, потерю газо- проницаемости столба шихты и попадание неподготовленных материалов в расплав, где на их восстановление расходуется дополнительный кокс, Кроме того, высокое боковое давление столба шихты вызывает истирание огнеупорной футеровки и выход из строя холодильников, В связи со сказанным при переходе от офлюсованных окатышей к низкоосновным предлагается уменьшить угол наклона шахты и соответственно образующей потока шихты к горизонту так, чтобы компенсировать избыточное боковое давление, которое. будет уменьшаться в соответствии с соотношениемРс 1 = Р/Я(0,7 зи а 1 - сов а 1).где а 1 - угол наклона потока шихты к горизонту, град:Рс 1 - боковое давление, перпендикулярное стенке, Па;Р - активный вес шихты на определенном горизонте, Н;Я - боковая поверхность шахты,мг;0,7 - коэффициент, определяющий соотношение между силами нормального и горизонтального давления в сыпучих материалах,Снижение бокового давления за счет уменьшения угла наклона в сочетании с вве 180112150 55 дением амфотерных окислов Т и А обеспечат сохранение стойкости огнеупорной футеровки и холодильников при переходе к работе на шихте с использованием низкооснойных окатышей, В то же время высокая металлургическая прочность этого сырья прИводит к росту производительности печей и сокращению расхода кокса.Угол наклона 80-82 устанавливается прИ использовании офлюсованных окатышей основностью 0,9 едв результате чего верхний перепад давления частично уравнойешивает вес столба шихты, Практикой работы ряда доменных печей, проплавляющих шихту, состоящую из офлюсованных окатышей и агломерата (Магнитогорский металлургический и Нижнетагильский металлургический комбинаты), установлено, чтобоковое давление в нижней части шахты в этом случае обеспечивает стойкость футе- ройки и сохранность холодильников в межремонтные сроки, определяемые износом большей части огнеупоров и металлоконструкций,Превышение угла наклона сверх 82 приводит к увеличению бокового давления, которое становится выше среднего по высоте шахты и вызывает износ футеровки и выход из строя холодильников. Установка углов, меньших 80 увеличивает вертикальное давление шихты в нижних горизонтах и приводит к поступлению невосстановленных материалов в расплав, нарушению равномерного схода шихты и, соответственно к снижению производительности и увеличению расхода кокса при доменной плавке,Снижение основности окатышей требует соответствующего уменьшения угла наклона образующей потока шихты в зонах нагрева и восстановления для компенсации избыточного бокового давления. Предлагается снижать угол на 0,4 - О,б при снижении осНовности на 0,1 ед. Более сильное снижение угла приводит к недопустимому увеличению вертикального давления и соответствующим отрицательным явлениям, указанным выше, Недостаточное снижение угла приводит к высокому боковому дайлению в области заплечиков, вызывающему износ футеровки,Интенсификация плавки при использовании прочных при восстановлении низко- основных окатышей и высокоосновного агломерата, содержащих амфотерные окислы, вызовет расширение зоны потока шихты в области низа шахты и заплечиков. Для того, чтобы предотвратить смывание гарнисажа на футеровке заплечиков увеличенным потоком шихты предлагается поддерживать угол наклона образующей потока шихты к 5 10 15 20 25 30 35 40 45 горизонту в области заплечиков на 0,5 - 1,0 меньшим, чем угол наклона образующей потока шихты в зоне нагрева и восстановления (шахта). В этом случае при понижении угла наклона шахты сохранится требуемая крутизна излома потока при переходе из зоны восстановления в зону плавления, Возникающее сопротивление движению шихты способствует образованию и закреплению гарнисажа на футеровке заплечиков. Понижение угла менее чем на 0,5 не обеспечивает образование стойкого гарнисажа, разрушение футеровки, сокращение межремонтных сроков и соответствующее снижение производства. Понижение угла более чем 1,0 приводит к торможению потока и сокращению эффективного сечения в зоне плавления из-за избыточного гарнисажа, Это также понижает производительность печи,Таким образом, в заявляемом способе применение низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата, слаборазрушающихся при восстановлении, обеспечивают высокую газопроницаемость в верхних горизонтах доменной печи, В то же время введение амфотерных окислов в состав окатышей и агломерата. а также понижение угла наклона образующей потока шихты в области нагрева и восстановления предотвращают раннее слипание материала в нижних горизонтах и позволяют обеспечить высокую газопроницаемость в нижней части шахты, Сказанное обеспечивает ровный сход шихты, высокую степень использования восстановительного потенциала газа и соответственно повышенную производительность печи и низкий расход кокса. Выбор углов наклона образующей потока шихты в зонах нагрева. восстановления и плавления в соответствии с основностью окатышей позволяет сохранить стойкость огнеупорной футеровки на уровне. достигнутом для одноосновного сырья и удовлетворяющем современные требования к технологии доменного производства.Способ осуществляют следующим образом.Амфотерные окислы Т и А добавляют при производстве агломерата и окатышей путем использования соответствующего концентрата, например. титаномагнетитового. Необходимую концентрацию этих элементов в шихте можно установить путем планируемой добычи разновидностей руды с различным содержанием амфотерных окислов. Оптимальную основность агломерата и окатышей устанавливают исходя из максимальной прочности обоих видов сырья в исходном состоянии и при восста 1801121приданием требуемой конфигурации футеровки верхней части шихты и заплечиков.В случае необходимости корректировки 55 новлении, В соответствии с выбранной основностью окатышей подбирают угол наклона образующей столба шихты в зонах нагрева и восстановления путем изменения угла наклона футеровки шахты. Эту операцию можно осуществлять либо во время ремонтов, либо оперативно. При изменении состава шихты можно выдуть печь и заторкретировать внутреннюю поверхность печи с углов наклона без остановки и выдувки печи необходимо воспользоваться подвижными плитами футеровки шахты или заплечиков. Изменение угла наклона внутренней футеровки осуществляется путем перемещения плит за счет закачивания специальной огнеупорной массы в пространство между плитами и холодильниками, Когда состав шихты не меняется длительное время, требуемый профиль внутренней футеровки печи выкладывается во время капитальных ремонтов,Соотношение между количеством разноосновных агломерата и окатышей выбирают так, чтобы наводился шлак требуемой основности для выпуска чугуна сообразно действующим техническим условиям. Шихту, содержащую агломерат, окатыши, рудные и металлические добавки отходов других переделов, загружают в доменную печь, чередуя с коксом по системам РРКК и КРРК. Нагрев, восстановление и плавление осуществляют по обычной технологии доменной плавки, регулируя состав чугуна и шлака путем соответствующего выбора параметров дутья, расхода кокса, составов и давлений колошникового газа.П р и м е р, Использовали окатыши основностью 0,3 - 0,9 ед, и агломерат основностью 1,7 - 2,0 ед. из качканарского титаномагнетитового концентрата. Плавка проводилась в доменной печи 1 Ф 2 Нижнетагильского металлургического комбината. Соотношение окатышей и агломерата поддерживалось равным 1:1. Основной системой загрузки была РРКК при уровне засыпки 2,0 м. Регулирующей системой была КРРК. Она применялась совместно с основной системой в различном соотношении в цикле подач,Измерения бокового давления потока шихты провели по методике Н. Н. Бабарыкина (Сталь, М. 4, 1959, с, 289 - 291). Изменения угла наклона огнеупорной футеровки шахты и заплечиков производили оперативно, используя методику подвижных сегментов,15 20 25 30 35 40 45 50Основные технологические параметрыдоменных плавок во время испытаний неменяли и поддерживали следующими: Расход природного газа, м /т чугуна Содержание железа в рудной сыпи, % Дутье: температура, Сдавление, МПавлажность, г/мсодержание кислорода, 06.%Колошниковыйгаз: давление, МПатемпература, Ссодержание, %: СОгСОНг 95 57,4811110,23315,5 24,2 0,108 222 19,2 22,7 6,51 Содержание вчугуне. %; ЯМпЯЧТ 0,220,310,0220,4570,22 Меняющиеся параметры и результаты сравнительных испытаний приведены в таблице. Данные по расходу кокса и производительности доменной печи приведены к единым условиям.Из приведенных примеров 2 - 4, 7, 10 - 12, 15, 16 следует, что в заявляемых пределах содержаний амфотерных окислов А и Т и углах наклона образующей столба шихты в зонах нагрева и восстановления 77,4-82 О, плавления 76,4-81 О, в интервале основностей окатышей 0,3 - 0,9 и агломерата 1,7 - 2,3 достигается более равный ход доменных печей, чем в прототипе, и соответственно экономия кокса и увеличение производительности,Снижение бокового давления в нижних горизонтах шахты с 50 до 15 - 28 КПа и массовой доли монооксида железа в первичных шлаках с 19,3 до 5 - 9% позволило повысить стойкость футеровки, Об этом свидетельствовало то. что число отключенных холодильников в месяц сократилось с 80 - 100 в прототипе до 5 - 10 в заявляемом способе.Снижение содержания амфотерных окислов А 1 и Т менее 3,5% (пример 5) обусловило существенно повышение массовой доли монооксида железа в первичных шлаках при плавлении окатышей (до 14%). Это привело к образованию друз. раннему слипанию шихты и соответствующему понижению газопроницаемости в нижней части шихты, В результате наблюдали снижение производительности и увеличенный расход10 1801121 45 50 55 кокса, Более высокая, чем, заявляемая, массовая доля амфотерных окислов (пример 6)приводила к образованию тугоплавких греналей, заростанию горна, нарушению ритмичности технологического процесса, 5тихим ходам и др. Сказанное вызвало повышенный расход кокса и снижение производительности. Более интенсивное снижениеугла наклона образующей потока шихты взонах нагрева и восстановления, при уменьшении основности, чем предусмотренное взаявке (пример 8), привело к недопустимонизкому давлению в нижней части шахты,пОступлению неподготовленных масс шихты в расплав и расходованию на их прямое 15восстановление дополнительного кокса.Его расход был не ниже прототипа,Менее интенсивное снижение угла наклона образующей потока шихты в зонахнагрева и восстановления при уменьшении 20оСновности (пример 9) вызвало недопустимый рост давления в нижней части шахты.За короткий период эксплуатации (менеедвух месяцев) были отключены более половины холодильников, что однозначно указывает на изношенность футеровки. Врезультате интенсивность плавки была снижена, резко упала производительность,Из примеров 13, 14 следует, что выходза пределы заявляемых углов наклона потока шихты при основности окатышей 0,9 ед.не допустим по тем же причинам, что указа, ны для окатышей естественной основности.Выход за указанные в заявке пределыпо углу наклона потока шихты в зоне плавления привел к выходу из строя холодильников за плечиков, что указывает науменьшение толщины гарнисажа и разъедание огнеупорной футеровки, Это вызвалонеобходимость снижения интенсивности 40г 1 лавки и ухудшение технико-экономическихпоказателей,Установка угла наклона меньше, чем рекомендуется, (пример 19) вызвала зарастание горна, нарушение ритмичности выпусков продуктов плавки, остывание горна. В результате возрос расход кокса и производительность упала ниже, чем для прототипа.Рассмотренные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет по сравнению с известным в среднем снизить расход кокса на 15 кг/т чугуна и увеличить производительность доменной печи на 5 о , Эти показатели достигаются при ритмичной работе печи, обусловленной нормальной стойкостью футеровки и сохранностью холодильников в межремонтные сроки. Формула изобретения 1. Способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудной шихты из низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата, ее нагрев, восстановление и плавление, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности, снижения расхода кокса и увеличение стойкости огнеупорной футеровки печи, в состав низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата вводят в количестве 3,5 - 5,0 мас.% амфотерные окислы и осуществляют загрузку шихты при основности окатышей 0,9 в зоны нагрева и восстановления шихты при угле наклона образующей потока к горизонту, равном 80 - 82 О, а в зону плавления - под углом на 0,5 - 1,0 меньше, чем в зоны нагрева и восстановления, при этом при уменьшении основности окатышей на 0,1 снижают угол наклона образующей потока шихты к горизонту на 0,4-0,6,2. Способ по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве амфотерных окислов вводят окислы алюминия и титана.)Х Ф э 2 о оО СаХс ) а с о б) Ф л х Б э о 1- о о Ю Я аХ о щ о а о с Щ а с Щ Х о Х Щ Х С О Л Щ Щ а Щ О С Щ Б о о Х о Т о О 1 К В ь Э 1 о) О 1 Я з 2 о О ф ф Ю ф М) Щ СЧ 1 О О О О О Ц) О О р) О Л" Л Л Л Л ф В СО О й - Л ф СО й ф ф Л Л Л Л Л Л Л Л ф Л ф СО Л Л Л Л СО (О СО ф ф С 3 СЧ с- О О О О О й Ц) О Оф ф ф ф ф Л СО йО СЧ ф й й й О) йЛ Л Л Л Л ф ф ф ф Л Л О О О Р О О О О О. О О О О О Оа - а1О СЧ С) О)ф ф ф ф ф ф ф ф ф СО СО ф Л ф ф О СО О О О О О О О О О О О О О О О О СЧ Р) Щ Ж С) (О сГ СС 113 Ф с 3 Щс 3 С Щ сс сс Сф) ф С) Р) Р) С) Р) Р) Сб ЛЛ Л Л Л О О О О СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ- %-1- 1 СЧ СЧ СЧ СЧ С) С) СО С) 0) С) Р) (ф) Р 5 й й О) О) 0) Ф (О ф Ю О О О О О О О О О О О О О О О О О О СЧ ф СС 11) СО Л сО й Осч О) С 1 Ю Л фо 3 гк о с а 5 С 35 а с 55 з 5 с о 3 5Э х с о с Щт о л л 33 а о х о Щ е3 Щсс ЭохзаЩ Фо Ф3 о.3 еФ ФЭ 55 О55соФЩ5о еХо 5ф Ф с о а О 5 5 5 с е Ф Щ 5 3- Е о Бх 5 э Э Щ о Э о о о т о о о о о о о о о о о о о о М й Щ О О М М О О СЧ С 3 СЧ О О ф ф О й й ф О й О О О Ю й О СЧ Ч СЧ СЧ Ч Ч СЧ СЧ СЧ Ч Ч СЧ Ч СЧ О О 3- О О О О О О 3- СО О О О С 3 О О ОСО О й ф ф О 3 О ф О ф О 3- 33 ф ф 3 СО 3сГ фС й с с 3 с 3 с 3 сс сс с 3 Т сй %Г сГ с 3 с 1 сГ Т о о й -, о о сч о о о о о й . й 3- 3- й й й й й СО СО О О О СО Г- СО О 3 а й М СО О й СЧ СО О О а Ой сч - - - ст сч ч . м сч - ч о о о о о о о о о о о о о о а й сч с с 3 с 3 Ф с 3 О СО СЧ й й й й о о о о о о о о о о о о СЧ М СС й О Г- СО СС О - СЧ МВ О Г