Спосіб шихтування доменної печі

Спосіб шихтування доменної печі, що включає подачу у доменну піч шихтової суміші із залізорудного агломерату в КІЛЬКОСТІ 1570 - 1880 кгл" чавуну і сталеплавильного шлаку основністю не менш 2,80, який відрізняється тим, що основність залізорудного агломерату складає 0,50 - 1,16, а сталеплавильний шлак витрачають у КІЛЬКОСТІ, необхідній для одержання основності шихтової суміші 1,16-1,28 Винахід відноситься до чорної металургії й може бути використай у доменному виробництві Звичайний спосіб шихтовки доменної печі включає подачу у доменну піч шихтової суміші з залізорудного агломерату основністю 1,16 - 1,28 у КІЛЬКОСТІ 1570 - іввОкгл" чавуну і сирого вапняку (Доменне производство Довідник у 2 Т - Т 1 Подготовка руд и доменный процесе - М Металургія, 1989 -496с) Звичайний спосіб шихтовки доменної печі не дозволяє вирішити задачу, що стоїть перед винаходом, тому що вимагає додаткової витрати коксу та приводить до зниження продуктивності доменної печі через розвиток ендотермічних реакцій розкладання СаСОз і взаємодії СОг з вуглецем коксу, ускладнення процесу утворення шлаку в доменній печі та гальмування розвитку реакцій непрямого відновлення оксидів заліза через збільшення змісту СОг У доменному газі Збільшення витрати сирого вапняку на кожні Юкгл" чавуну приводить до збільшення витрати коксу і зниженню продуктивності доменної печі на 0,4 - 0,5% (Товаровський І Г Совершенствование и оптимизация параметров доменного процесса - М Металургія, 1987 -193с) рации -М Металургія, 1979 -144с) Відомий спосіб шихтовки доменної печі дозволяє вирішити задачу, що стоїть перед винаходом, але ускладнює процес підготовки агломераційної шихти до спікання Найбільш близьким способом шихтовки, прототипом, є спосіб, що включає завантаження у доменну піч шихтової суміші з залізорудного агломерату основністю 1,16 - 1,28 у КІЛЬКОСТІ 1570 іввОкгл" чавуну і сталеплавильного шлаку основністю не менш 2,80 (Вторичные материальные ресурсы черной металлургии довідник у 2 т - Т 2 Шлаки, шламы, отходы обогащения железных и марганцевых руд, отходы коксохимической промышленности, железний купорос (образование и использование)/Баришников В Г, Горелов О М , Папков В I та ш -М Економіка, 1986 -344с) Відомий спосіб не дозволяє вирішити задачу, що стоїть перед винаходом, через низьку МІЦНІСТЬ залізорудного агломерату, підвищений зміст дрібних фракцій у шихті, погіршення газопроникності стовпа шихтових матеріалів та, як наслідок, зниження продуктивності доменних печей і збільшення витрати коксу В основу винаходу поставлена задача створення способу шихтовки доменної печі, у якому зміна ХІМІЧНОГО складу агломерату і витрати сталеплавильного шлаку дозволить підвищити механічну МІЦНІСТЬ агломерату при збереженні складу шихтової суміші, що забезпечить збільшення газопроникності стовпа шихти, поліпшить умови проти Відомий спосіб шихтовки доменної печі, що включає завантаження в доменну піч шихтової суміші із залізорудних агломератів двох основностей, що витрачаються в співвідношенні, яке забезпечує основність шихтової суміші 1,16 - 1,28 (Берштейн Р С Повышение эффективности агломе О 00 00 47880 току шихти й газів, збільшить продуктивність доменної печі і знизить витрату коксу Поставлена задача вирішується тим, що в способі шихтовки доменної печі, що включає подачу в доменну піч шихтової суміші з залізорудного агломерату в КІЛЬКОСТІ 1570 - іввОкгл" чавуну й сталеплавильного шлаку основністю не менш 2,80, ВІДПОВІДНО до винаходу основність залізорудного агломерату складає 0,50 - 1,16, а сталеплавильний шлак витрачають у КІЛЬКОСТІ, необхідній для одержання основності шихтової суміші 1,16 1,28 Основним залізорудним матеріалом, з якого в доменній печі одержують чавун, є залізорудний агломерат, продукт огрудкування дрібних залізних руд та концентратів, що містить 50 - 60% заліза Витрата залізорудного агломерату на 1т чавуну визначається змістом у ньому заліза При ЗМІСТІ заліза в агломераті 50% його витрата на 1т чавуна складає 1000 * 94 / 50 = 1880кг, де 94 - зміст заліза у чавуні, % При ЗМІСТІ заліза 60% витрата агломерату на 1т чавуна складає 1000 * 94 / 60 = 1570кг При ЗМІСТІ заліза в агломераті 50 - 60% його витрата змінюється в межах 1570 - іввОкгл" чав Для одержання доменного шлаку необхідної для десульфурацм чавуну основності СаО / S1O2 = 1,12 - 1,22, залізорудний агломерат печуть з основністю на 0,04 - 0,06 вище, ніж у доменного шлаку, тобто 1,16 - 1,28 Для цього до складу агломераційної шихти уводять флюс вапняк та вапно Деякий надлишок флюсу в агломераті необхідний для офлюсовання золи коксу Якщо основність СаО / S1O2 шихтової суміші для доменної плавки менше 1,16, основність доменного шлаку складе менш 1,12, і його здатність видаляти сірку з чавуну буде недостатньою У результаті буде отриманий неякісний чавун з підвищеним змістом сірки Якщо основність суміші доменної шихти більш 1,28, основність доменного шлаку перевищить 1,22, що приведе до зниження рухливості доменного шлаку і може стати причиною нерівного сходу шихти у доменній печі, а також потребує додаткової витрати коксу для збільшення нагрівання горну і відновлення рухливості доменного шлаку Через неминучі коливання ХІМІЧНОГО складу сировини доменної плавки і мінливого у залежності від нагрівання горну доменної печі ступеня переходу кремнію у чавун і шлак роблять корекцію основності доменного шлаку шляхом зміни витрати флюсу, що додається в доменну шихту сирого вапняку або сталеплавильного шлаку (конвертерного чи мартенівського) Значне поширення одержало використання у якості флюсу замість сирого вапняку сталеплавильного шлаку (конвертерного чи мартенівського) з основністю не нижче 2,80, що містить 48 - 50% СаО, 12 - 18% Fe, 2 - 5% Мп Таким чином, сталеплавильний шлак є замінником не тільки флюсу, але і частково залізорудних матеріалів і марганцевих руд Позитивний ефект уведення сталеплавильного шлаку до складу доменної шихти досягається за рахунок усунення негативного впливу сирого вапняку на показники роботи доменної печі і зниження вартості флюсу Сталеплавильні шлаки основністю менш 2,80 не використовуються як флюс у доменній плавці, тому що їхнє застосування супроводжується значним збільшенням виходу доменного шлаку і, як наслідок, збільшенням витрати коксу і зниженням продуктивності доменної печі Найважливішою характеристикою якості залізорудного агломерату є його механічна МІЦНІСТЬ, що визначає його фракційний склад Для збільшення продуктивності доменної печі і зниження питомої витрати коксу необхідно збільшувати газопроникність стовпа шихти Це досягається зниженням змісту дрібної фракції (менш 5мм) у складі агломерату Зменшення змісту дрібної фракції в агломераті на 1% приводить до збільшення продуктивності доменної печі на 1% і зниженню питомої витрати коксу на 0,5% (Товаровський І Г Совершенствование и оптимизация параметров доменного процесса - М Металургія, 1987 -193с) При відсіванні дріб'язку з агломерату перед доменними печами дрібні частки віддаляються лише частково Дріб'язок, що утвориться при руйнуванні агломерату у СКІПІ і під час завантаження на колошник, взагалі не відсівається На багатьох доменних печах ВІДСІВ дріб'язку з агломерату не провадиться Дрібна фракція в складі залізорудного агломерату є продуктом його руйнування при транспортуванні і завантаженні в доменну піч її зміст зменшується при збільшенні МІЦНОСТІ агломерату Механічна МІЦНІСТЬ залізорудного агломерату залежить від основності, що визначає його мінералогічний склад Найменшу МІЦНІСТЬ має агломерат основністю 1,30 - 1,40 Різке падіння МІЦНОСТІ агломерату починається при його основності СаО / S1O2 > 0,50 Зменшення основності з 1,30 до 0,50 і и збільшення з 1,40 до 3,0 супроводжується підвищенням МІЦНОСТІ залізорудного агломерату на 40 - 60% За 100% умовно прийнята мінімальна МІЦНІСТЬ агломерату (Доменное производство Довідник у 2 т - Т 1 Подготовка руд и доменный процесе -М Металургія, 1989 -496с) Причиною зниження МІЦНОСТІ агломерату при СаО / S1O2 = 1,30 - 1,40 є підвищений зміст в агломераті такій основності склоподібних фаз і двукальцевого силікату Ca2SiO4, у якого при 675°С відбувається поліморфне перетворення зі зміною об'єму на 11 12% Залізорудний агломерат, який звичайно завантажується у доменну піч, має низьку механічну МІЦНІСТЬ, тому що його основність 1,16 - 1,28, близька до основності 1,30 - 1,40, при якій МІЦНІСТЬ агломерату мінімальна Завантаження в доменну піч агломерату двох основностей, менш 1,30 і більш 1,40, наприклад 0,50 і 2,0, дозволяє збільшити МІЦНІСТЬ агломерату При цьому суміш агломератів має основність, 1,16-1,28, необхідну для одержання доменного шлаку Роблять агломерат двох основностей звичайно шляхом двошарового спікання (Берштейн Р С Повышение эффективности агломерации - М Металургія, 1979 - 144с) У верхній частині спікаючегося шару одержують низькоосновний, а в нижній - високоосновний агломерат Така технологія спікання передбачає дві незалежні системи підготовки шихти різної основності, подвоєння устаткування, збільшення капіталовкладень і обслуговуючого персоналу 47880 Підвищити механічну МІЦНІСТЬ залізорудного агломерату можна також, понизивши його основність менш 1,16, одночасно збільшивши витрату сирого вапняку Однак, збільшення витрати сирого вапняку спричинить за собою збільшення витрати коксу і зниження продуктивності доменної печі Найбільш раціональним способом збільшення МІЦНОСТІ агломерату представляється зниження його основности до 0,50 - 1,16 з компенсацією збільшенням витрати сталеплавильного (конвертерного чи мартенівського) шлаку основністю не менш 2,80 При цьому негативний вплив на доменну плавку додаткової витрати вапняку відсутній У порівнянні з відомим способом шихтовки доменної печі, прототипом, пропонований спосіб шихтовки відрізняється подачею в доменну піч залізорудного агломерату зниженої основності, 0,50 - 1,16, і підвищеною витратою сталеплавильного шлаку, що компенсує низьку основність агломерату Зменшення основності агломерату менш 0,50 недоцільно, тому що збільшення його МІЦНОСТІ при цьому незначно У той же час зменшення основності агломерату спричинить за собою підвищену витрату сталеплавильного шлаку, збільшення виходу доменного шлаку і, як наслідок, збільшення витрати коксу і зниження продуктивності доменної печі При основності агломерату 0,50 - 1,16 значний позитивний вплив підвищення його МІЦНОСТІ на газопроникність стовпа шихти буде сильніше негативного впливу збільшення виходу доменного шлаку Сталеплавильний шлак з мінімальною основністю, що допускає його використання, CaO/SiO2 = 2,80, орієнтовно містить 48 % СаО і 17 % SiO 2 Його флюсуюча здатність складає 48 - 1,28 * 17 = 26,24%, де 1,28 - максимальна основність доменної шихти при одержанні передільного чавуну При мінімальному ЗМІСТІ заліза в агломераті 50% кожен 1кг сталеплавильного шлаку замінить орієнтовно 15 / 50 = 0,30кг агломерату, де 15 - середній зміст заліза у сталеплавильному шлаку, % При ЗМІСТІ S1O2 в агломераті 10%, його основності 0,50 і максимальній витраті агломерату під час відсутності інших залізовмісних матеріалів 1880 кгл" чавуну максимальна витрата сталеплавильного шлаку X складе (1880 - 0.30Х) (1,28 - 0,50) (10 / 100) = (26,75 / 100)Х X = 504кгл~ чавуну При будь-якому іншому складі шихтових матеріалів більшому ЗМІСТІ заліза в агломераті, отже, меншій його питомій витраті, більшій основності агломерату, більшій основності і флюсуючей здатності сталеплавильного шлаку, - витрата сталеплавильного шлаку складе менш 504кгл~ чавуну Основності залізорудного агломерату і шихтової суміші 1,16 відповідає мінімальна витрата сталеплавильного шлаку при використанні пропонованого способу шихтовки доменної печі, необхідна тільки для корекції складу доменного шлаку Характеристика змін роботи доменної печі при різній основності залізорудного агломерату і забезпеченні необхідної основності шихтової суміші СаО / S1O2 1,16 - 1,25 за рахунок збільшення витрати сталеплавильного шлаку наведена у таблиці Таблиця Зміна показників роботи доменної печі при різній основності залізорудного агломерату і підвищеній витраті сталеплавильного шлаку Основність залізорудного агломерату, СаО / S1O2 Показник менш 0,50 0,50-1,16 1,16-1,25 мінімальна витрата, Витрата сталеплавильного більш 504 до 504 необхідна тільки для шлаку, кгл" чавуну корекції Додатковий вихід доменного великий помірний відсутній шлаку збільшується із зменМІЦНІСТЬ агломерату висока низька шенням ОСНОВНОСТІ підвищується за рахузнижується за рахунок підвищується за раПитома витрата коксу нок великого виходу збільшення МІЦНОСТІ аг- хунок низької МІЦНОСТІ шлаку ломерату агломерату підвищується за рахунок знижується за рахунок знижується за рахунок Продуктивність доменної печі збільшення МІЦНОСТІ аг- низької МІЦНОСТІ агловеликого виходу шлаку ломерату мерату У промислових умовах спосіб шихтовки доменної печі реалізується таким чином У бункерах бункерної естакади перед доменною піччю створюють запас залізорудного агломерату, що містить, наприклад 54% заліза, зі зниженою основністю, наприклад СаО / S1O2 = 1,0, та сталеплавильного шлаку основністю не менш 2,80, наприклад конвертерного шлаку зі змістом СаО 5 1 % , S1O2 16%, Fe 14%, основністю 51 / 16 = 3,19 У результаті попереднього розрахунку орієнтовно визначають співвідношення агломерату і сталеплавиль ного шлаку в шихтовій суміші, що забезпечує задану основність суміші в інтервалі 1,16 -1,28, наприклад 1,24 Питома витрата агломерату на 1т чавуну під час відсутності інших залізовмісних матеріалів складе 1000 * 94 / 54 = 1740кг Флюсуюча здатність конвертерного шлаку 51 - 1,24 * 16 = 31,16% 1кг конвертерного шлаку замінить 14 / 54 = 0,26кг агломерату При ЗМІСТІ S1O2 в агломераті 10% витрата конвертерного шлаку на 1т чавуну X орієнтовно складе (1740 - 0.26Х) (1,24 - 1,0) (10 / 100) = (31,16 / 47880 100) X Х= 131КГЛ Остаточно витрата агломерату на 1т чавуну складе 1740 - 0,26 * 131 = 1706кг Співвідношення між конвертерним шлаком та низькоосновним залізорудним агломератом складе 131 / 1706 = 0,077т/г Так, якщо маса агломерату в подачі складе 30т, маса конвертерного шлаку - 0,077 * ЗО = 2,3т Шихтові матеріали дозують на пластинчастий конвеєр При вивантаженні з бункера з агломерату відсівають фракцію менш 5мм Агломерат і сталеплавильний шлак у заданих пропорціях подають конвеєром до скіпової ями і завантажують у скіп Скіп із залізорудним агломератом і сталеплавильним шлаком піднімають до прийомної вирви завантажувального пристрою, і шихтові матеріали вивантажують на малий конус або у шихтовий бункер завантажувального пристрою доменної печі Аналогічно у доменну піч подають другий скіп із залізорудним агломератом і сталеплавильним шлаком Кокс, паливо доменної плавки, подають у скіпи з окремих коксових бункерів після відсівання фракції - 25мм та зважування у вагових вирвах і також завантажують у доменну піч Після кожного випуску рідких продуктів плавки здійснюють контроль ХІМІЧНОГО складу доменного шлаку При низькій основності доменного шлаку витрату сталеплавильного шлаку в шихтову суміш збільшують При надмірно високій основності доменного шлаку витрату сталеплавильного шлаку в доменну шихту зменшують За рахунок зменшення основності агломерату до 1,0 його МІЦНІСТЬ збільшиться на 42% Якщо агломерат звичайної основності після завантаження у доменну піч містить 32,5% дріб'язку (Тарасов В П Газодинаміка доменного процесу - М Металургія, 1990 - 216с), агломерат зниженої основності буде в доменній печі містити 1 / [(1 / 32,5) * (142 / 100)] = 22,9% дріб'язку Зміст дрібної фракції зменшиться на 32,5 - 22,9 = 9,6% Приймемо, що при відсіванні дріб'язку з агломерату віддаляється 60% усіх дрібних часток Тоді зни 8 ження змісту дріб'язку у низькоосновному відсіяному агломераті в доменній печі складе [(100 - 60) / 100] * 9,6 = 3,84% Зниження питомої витрати коксу за рахунок підвищення МІЦНОСТІ агломерату орієнтовно складе 520 * 0,5 * 3,84 / 100 = Ю.Окг/г чавуну, де 520 - питома витрата коксу на доменних печах, кгл" чавуну Збільшення продуктивності доменної печі за рахунок збільшення МІЦНОСТІ агломерату складе 3,84% З іншого боку, додаткова витрата сталеплавильного шлаку 131 кгл" чавуну приведе до збільшення виходу доменного шлаку на 0,92 * 131 (16 - 0,26 * 10) / 40 = 40кгл- чавуну , де 0,92 - коефіцієнт переходу кремнію в шлак, д ед , 40 - зміст кремнезему у доменному шлаку, % Збільшення витрати коксу через більший вихід доменного шлаку складе 520 * (40 /10) * 0,35 /100 = 7,3кгл- чавуну, де 0,35 - збільшення питомої витрати коксу при збільшенні виходу доменного шлаку на Юкгл" чавуну У підсумку за рахунок застосування способу шихтовки доменної плавки, що заявляється, варто очікувати зниження питомої витрати коксу на 10,0 7,3 = 2,7Krn~ чавуну За рахунок підвищеного виходу доменного шлаку продуктивність доменної печі знизиться на (40 /10) * 0,4 = 1,6%, де 0,4 - відсоткове зниження продуктивності доменної печі при збільшенні виходу доменного шлаку на Юкгл" чавуну Загальне збільшення продуктивності доменної печі за рахунок застосування способу шихтовки, що заявляється, складе 3,84 -1,6 = 2,24% Річний економічний ефект застосування нового способу шихтовки доменної печі середнього обсягу за рахунок зниження питомої витрати коксу складе 1000 * 2,7 * 240 = 648000грн , де 1000 - річна виплавка чавуну на 1 доменній печі, тис т, 240 - ціна 1т коксу, грн ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71