Спосіб ведення доменної плавки

Корисна модель відноситься до галузі чорної металургії, зокрема, до виробництва чавуну в доменних печах. Відомі способи доменної плавки, при яких матеріали, що проплавляються, і кокс укладають шарами [Патенти Російської Федерації №2092564, С21В5/00, опубл. 1997, Бюл. №28, с. 289 та №2074895, С22В5/00, опубл. 1997, Бюл. №7, с. 187]. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб доменної плавки по Патенту Російської Федерації №2074895, у якому рудні складові й ті, що флюсують, розташовують під шаром палива - твердого вуглецьвмісного додатку й коксу. Цей спосіб забезпечує раціональне використання завантажувальних механізмів, однак не враховує фізико-хімічних особливостей шихти, що проявляються у високотемпературній зоні печі. Це не дозволяє реалізувати повною мірою процеси взаємодії матеріалів у зоні метало- і шлакоутворення, внаслідок чого частина процесів протікає в горні, вимагає постійної підтримки резерву тепла в ньому, що відбивається в перевитраті коксу. У пропонованому способі ведення доменної плавки, що включає завантаження залізорудних матеріалів різного хімічного складу, коксу й флюсу, наприклад, сирого вапняку, плавку матеріалів з одержанням чавуну й шлаку заданої основності, пошарове завантаження шихтових матеріалів утворюють, таким чином, щоб при плавці агломерату флюс в обсязі печі розташовувався на шарі коксу під шаром агломерату, чи на шарі агломерату при плавці агломерату та окатишів під шаром останніх. При цьому флюс розташовують під шаром залізорудних матеріалів із сумарною основністю по СаО : SiO2 до 1,25 одиниць, та на відстані не менш ніж 0,5 м від стін та осі доменної печі. Позитивний технічний ефект пропонованого способу полягає в організації раціонального процесу метало- і шлакоутворення до попадання матеріалів у горно, а економічний ефект - у зниженні витрати коксу. Суть способу полягає в наступному. Високопродуктивна стабільна робота доменної печі забезпечується у випадку, якщо поперечний переріз зони розм'якшення-плавлення («зона когезії») має л-образну форму, причому основа її опирається на заплічка у верхній їхній частині, а вершина розташована на рівні середини шахти. Форма й розташування зони визначається фізико-хімічними характеристиками шихтових матеріалів, їхнім розташуванням по перерізу печі й порядком проходження шарів у стовпі шихти. До фізико-хімічних характеристик, зокрема, відносяться температури початку фільтрації первинних шлакових (Тпф) і металовуглецевих (Тмф) розплавів та їхнього складу. Якщо зона когезії розташована вище, то це означає зниження висоти стовпа шихтових матеріалів, відновлення яких відбувається непрямим шляхом, зменшення ступеня відновлення й зниження температури фільтрації шлаків Тпф і чавуну Тмф. При цьому потрібно підвищення нагрівання горна за рахунок додаткової кількості коксу, що спалюється на фурмах. Якщо ж зона когезії розташована над фурменими очагами нижче певного рівня то хід печі характеризується частими підвисаннями шихти і її опадами, надходженням у горно непідготовленої маси матеріалів. Це також призводить до перевитрати коксу, горінню фурм. Підтримка стабільним положення в’язко-пластичної зони в печі обумовлюється стабілізацією температури фільтрації розплаву Т пш із відновлених залізорудних матеріалів через нижчерозташовану коксову насадку, організацією мінімального інтервалу пластичного стану залізорудної сировини, зниженням «агресивності» розплаву (вмісту FeO в ньому) стосовно футеровці й гарнісажу, а також тривалості його контактування із цими матеріалами. Температура фільтрації розплаву для неофлюсованих та частково офлюсованих окатишів основністю 0,350,45 од., отриманих із залізорудних концентратів із кислою порожньою породою (при звичайному вмісті заліза 5962% і кремнезему 7-8%) становить 1290-1320°С. При цьому технологія виробництва окатишів на різних фабриках України і їхній хімічний склад є досить стабільними. Для агломерату основністю 1,15-1,25 од. Тпф перебуває в межах 1345-1370°С. При роботі доменних печей на декількох видах сировини й нестабільному співвідношенні в ньому часток агломерату, окатишів, руди склад кінцевих шлаків коректується додатками, що флюсують. Це визначає положення зони когезії в печі, причому визначальним є характер розташування сирого флюсу в стовпі шихтових матеріалів. Фізико-хімічні характеристики матеріалів визначають експериментальне на лабораторній установці по моделюванню їх поводження в зоні когезії. Кокс, агломерат, окатиші, а також сирий вапняк засипають у графітову склянку з отворами, причому матеріали засипають пошарове. Під реактором розташовують графітовий секціонований піддон, що дозволяє диференціювати фільтрівний розплав по температурі й складу. Зразок нагрівають зі швидкістю 7°С/хв. За допомогою вантажу забезпечують тиск на матеріал 9,8.10 Па/см2. Результати випробувань надані в таблиці. У дослідах 13-16 використовувалися окатиші основністю 0,43 од. Дослідження показали, що у випадку формування стовпа шихтових матеріалів при розташуванні окатишів, агломерату на шарі вапняку, температури початку фільтрації рідких фаз збільшуються на 20-40°С, а температура фільтрації основної кількості металу й шлаків зміщується на 20-30°С у більший бік. У випадку розташування вапняку в стовпі шихти над шаром залізорудних матеріалів температури фільтрації продуктів знижуються, вміст закису заліза, що відновлюється тільки прямим шляхом із перевитратою коксу, збільшується. При підвищені основності агломерату до 1,4 од. зростає частка залишку розплаву в шарі коксу й росте його основність незалежно від способу розташування. Частка залишку становить 58-63%, що аналогічно розширенню температурного інтервалу існування пластичної зони до 180-220°С. Отже, застосування пропонованого способу обмежується використанням залізорудних матеріалів основністю до 1,25 од. Таким чином, застосування сирого вапняку разом із залізорудною сировиною обумовлює зміну характеру формування й витікання крізь коксову насадку первинних, проміжних і кінцевих шлакових та металвуглецевих розплавів. Причому залежно від системи формування стовпа шихтових матеріалів у доменній печі процес взаємодії флюсу з розплавом може мати місце переважно або в зоні первинного шлакоутворення, або в горні. У доменній печі вапняк, розташований під шаром залізорудного матеріалу, дисоціює до вапна. Останнє під дією механічних навантажень подрібнюється й висхідним газовим потоком проникае в залізорудний матеріал, або обробляє в противотоці розплав, що з нього утворюється й стікає. Протитечія «розплав - вапно» створює умови протікання процесів шлакоутворення до попадання матеріалів у горно, часткового виведення цих процесів з останнього. Це вможливлює зниження резерву тепла в горні й досягнення економії коксу. Крім того, посилення контакту вапна із закисним розплавом дозволяє зменшити вміст FeO у первинному шлаку й ступінь прямого відновлення. Верхня межа основності залізорудних матеріалів (1,25 од.) стосується використання у шихті 100% агломерату. Виробництво агломерату основністю вище 1,25 од. з відносно висококремнезьомистих шихт обмежується «провалом» міцності продукту, посиленням явища його саморуйнування при охолодженні через поліморфне перетворення двухкальцієвого силікату зі збільшенням об’єму. Цим виправдане застосування сирого флюсу в доменній плавці. При використанні агломерату чи частково офлюсованих окатишів сумарна основність залізорудних матеріалів буде нижчою. Пропонованим способом передбачене недопущення попадання флюсу у периферійну зону, де він викликає настилеутворення, а відведення його від осі печі обумовлюється технологією доменної плавки з утворенням у центрі печі коксової віддушини й незначним вмістом там залізорудних матеріалів. Перевірка способу проведена на доменній печі обсягом 1719 м3, обладнаній двоконусним засипним апаратом. Система завантаження була РРРР ¯ КККК , де Р - рудні скіпи, К - коксові. У різні періоди залізорудна частина шихти складалася з 100% агломерату, 85% агломерату та 15% окатишів. До впровадження пропонованого способу вапняк подавався на дно четвертого рудного скіпа, після вивантаження якого він попадав на конус зверху залізорудних матеріалів і так само розташовувався у печі після відкривання конуса. По пропонованому способу при плавці 100% агломерату вапняк подавався в перший рудний скіп зверху на агломерат й після опрокидування скіпа й вивантаження у піч усієї рудної подачі при відкриванні великого конусу розташовувався у ній на шарі коксу попередньої подачі під шаром агломерату. Відкривання великого конуса робилося в уповільненому режимі, що забезпечувало «стікання» флюсу по твірній конуса й призводило до недопущення попадання його у периферійну й осьову зону колошника. При використанні в шихті агломерату й окатишів агломерат завантажувався на конус першим скіпом, а вапняк завантажувався в другий скіп на поверхню до того завантажених у нього окатишів. Далі третім та четвертим скіпом на конус завантажувався агломерат. При відкриванні великого конусу першим на шар коксу в обсязі печі попадав агломерат, потім послідовно шарами вапняк, окатиші, агломерат. Застосування пропонованого способу замість відомого дозволило знизити витрату коксу з 462 до 460 кг/т чавуну, горіння фурм скоротилося в середньому з 7 до 5 на місяць, стабілізувалася робота металоприймальника, що відбилося в зниженні вмісту в чавуні кремнію на 0,05% та його поточних коливань. Таблиця Вплив розташування вапняку в шарі шихтових матеріалів на їхнє поводження при нагріванні на шарі коксу № досвіду Випробовувані матеріали 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Окатиші (Ок) Ок Агломерат (Аг) Агломерат Агломерат Ок+В (вапняк) Ок-В Аг+В Аг-В Аг+В Аг-В Аг+В Аг-В Аг і (Ок+В) Аг і (Ок-В) Аг і (Ок+В) Аг і (Ок-В) Сумарна Температура, °С Характеристика Частка основність первинних шлаків непрореагованого початку максимальної залізорудних з розплавом фільтрації фільтрації вміст матеріалів, маса, % вапна, % Тмф Тпф Fe, % СаO:SіO2, од. 0,01 1290 1460 45,5 63,1 0,43 1310 1470 40,0 45,6 1,15 1345 1480 17,0 12,5 1,25 1370 1490 16,5 12,0 1,40 1390 1520 13,3 9,3 0,43 1310 1470 27,5 24,3 16,0 0,43 1335 1490 16,6 18,2 10,0 1,15 1340 1480 15,5 13,5 19,9 1,15 1380 1500 13,2 10,0 14,4 1,25 1350 1490 13,2 11,4 21,3 1,25 1390 1520 12,0 8,5 19,1 1,40 1360 1500 9,9 8,8 33,5 1,40 1400 1530 8,9 6,7 28,5 0,85 1330 1475 15,0 15,4 20,0 0,85 1350 1495 12,7 13,4 14,1 1,10 1360 1500 14,1 11,7 22,0 1,10 1380 1520 12,1 9,8 15,1 + В - вапняк розташований на шарі залізорудної сировини; - В - вапняк розташований під шаром залізорудної сировини.