Спосіб доменної плавки луговмісної шихти

Реферат: Спосіб доменної плавки луговмісної шихти належить до чорної металургії. Спосіб включає завантаження шихти, визначення її хімічного складу і лужного навантаження, проплав її в доменній печі і періодичний випуск шлаку і чавуну, виконання аналізу повного хімічного складу проб шлаку декількох плавок, визначення параметрів міжатомної взаємодії, за допомогою яких оцінюють лужну ємність шлаку, і оптимізують склад шлаку коригуванням вмісту оксиду марганцю, титану та основності в ньому, підтримуючи лужну ємність шлаку в межах 70-80 % від лужного навантаження, при цьому лужну ємність шлаку визначають за формулою: % R2O=а0+а1*ρ+а2*Δе+a3*ΔZm, де % R2O – лужна ємність шлаку, тобто прогнозний сумарний вміст K2О і Na2O в шлаку, а0, а1, а2, а3 – коефіцієнти, що визначаються конкретно для кожної доменної печі в залежності від умов її роботи, ρ, Δе, ΔZm – параметри міжатомної взаємодії теорії спрямованого хімічного зв'язку. Винахід підвищує продуктивність доменної печі, економить кокс, та в результаті одержується чавун з нормальним вмістом кремнію і сірки. UA 110572 C2 (12) UA 110572 C2 UA 110572 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до чорної металургії, зокрема до доменного виробництва, і може бути використаний при виплавці чавуну в доменних печах, які проплавлять луговмісну шихту. Відомий спосіб доменної плавки луговмісної шихти, [Патент США № 4066443, МПК С21В, опубл. 1978], що включає завантаження печі через колошник шихтою, що містить кокс, добавки і сиру залізну руду з кварцовою порожньою породою, при цьому до складу шихти доменної печі входять оксиди лужних металів у кількості понад 1,8 кг/т чавуну. При здійсненні цього способу з метою безперервного видалення лужних металів зі шлаком в доменну піч завантажується як добавки 4,5-45 кг/т чавуну олівінів такого складу, мас. %: MgO 42-49; SiO2 41-44; FeO 6,5-7,0. Недоліком даного способу є відсутність видалення циркулюючих в печі лужних металів. Це пояснюється тим, що наявність в олівіні 42-49 мас. % MgO призводить до утворення в печі з'єднання MgSiO3, яке хімічно більш міцне, ніж сполуки K2SiО3 і Na2SiО3, у вигляді яких луги виводяться з доменної печі зі шлаком. Тому при використанні олівінів поліпшення роботи доменної печі забезпечується тільки за рахунок збільшення виходу шлаку, що призводить до перевитрати коксу на розплавлення і перегрів порожньої породи олівінів, і відповідно, зниження продуктивності доменної печі. Відомий спосіб доменної плавки луговмісної шихти, [Патент СРСР № 933706, МПК С21В 5/00, опубл. 1982], що включає завантаження печі через колошник шихтою, що містить добавки, сиру залізну руду з кварцовою порожньою породою, яку завантажують періодично в кількості 2 3 0,4-1,4 т/м перерізу колошника після накопичення в печі 2-6 кг оксидів лужних металів на 1 м об'єму печі. Здійснюється це шляхом часткової або повної заміни залізорудних матеріалів в одній або декількох подачах поспіль при збереженні режиму завантаження печі. При завантаженні руди в зазначених межах забезпечується повне перекриття перерізу колошника сирою залізною рудою, за рахунок чого поліпшуються умови для зв'язування циркулюючих в печі оксидів лужних металів у стійкі сполуки, але, при цьому, кількість разової порції залізної руди, що загружається в піч, встановлюється тільки з умов повного перекриття перерізу колошника, а її загальна кількість не обумовлюється зовсім. Тобто, винаходом допускається завантаження в піч практично будь-якої кількості залізної руди при дотриманні єдиної умови 2 кількість руди в подачу повинно бути в межах 0,4-1,4 т/м перерізу колошника. Завантаження в піч декількох подач поспіль сирої залізної руди, незалежно від вихідного нагріву горна і складу шлаку, призводить до порушення теплового режиму процесу, зниженню основності шлаку на невизначену величину і розладу ходу доменної печі. Крім цього, в період виходу лугів різко погіршується плинність шлаку, що є додатковим чинником, що сприяє отриманню високосірчаного чавуну, захаращенню жолобів, а також поганому розділенню чавуну і шлаку, внаслідок чого зростають втрати металу зі шлаком, відбувається підгар шлаковозів. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається є спосіб доменної плавки маломарганцевистої луговмісної шихти, [Патент України № 17796А, МПК С21В 5/00, С21В 5/04, опубл. 20.05.1997], що включає завантаження і проплав шихти в доменній печі та періодичний, випуск продуктів плавки. Згідно способу, за аналізом шлаку визначають зміну виходу оксидів лужних металів і при зменшенні їх в шлаку більш, ніж на 0,2 мас % від звичайного рівня, активізують їх видалення зі шлаком шляхом введення до складу маломарганцевистої луговмісної шихти марганецьвмісних матеріалів з кремнеземистою порожньою породою, завантажуючи їх без додаткового коксу окремими порціями, кожна з яких забезпечує зниження основності шлаку на 0,05-0,1 і підвищення вмісту монооксиду марганцю в шлаку на 0,3-0,6 мас % на одному-двох випусках, причому, чергова порція марганецьвмісних матеріалів з кремнеземистою порожньою породою завантажується в піч не раніше проплавлення обсягу марганцевистої луговмісної шихти, рівної 1-2 обсягам печі, при цьому до моменту підходу в горн марганецьвмісного матеріалу з кремнеземистою порожньою породою теоретична температура горіння палива в фурменій зоні знижується на 100-150 °C на час проведення випуску чавуну з подальшим відновленням її до колишнього значення після закінчення випуску. Недоліком відомого способу є необхідність виконання постійного хімічного аналізу шлаку, що випускається з доменної печі, а також пониження теоретичної температури горіння палива в фурменій зоні, що призводить до отримання чавуну з низьким вмістом кремнію. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу доменної плавки луговмісної шихти шляхом оптимізації хімічного складу доменного шлаку, при цьому забезпечується висока ефективність видалення з доменної печі оксидів лужних металів і за рахунок цього відбувається підвищення продуктивності доменної печі, економія коксу, досягається виплавка нормального за вмістом кремнію і сірки чавуну. Поставлена задача вирішується тим, що в способі доменної плавки луговмісної шихти, що включає завантаження шихти, визначення її хімічного складу і лужного навантаження, проплав 1 UA 110572 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 її в доменній печі і періодичний випуск шлаку і чавуну, виконують аналіз повного хімічного складу проб шлаку декількох плавок, визначають параметри міжатомної взаємодії, за допомогою яких оцінюють лужну ємність шлаку, і оптимізують склад шлаку коригуванням вмісту оксидів марганцю і титану та його основності, підтримуючи лужну ємність шлаку в межах 7080 % від лужного навантаження, при цьому лужну ємність шлаку визначають за формулою: %R2O=а0+ а1*+а2*е+a3*Zm, де %R2О - лужна ємність шлаку (прогнозний сумарний вміст К2О і Na2O в шлаку); а0, а1, а2, а3 - коефіцієнти, що визначаються конкретно для кожної доменної печі в залежності від умов її роботи; , е, Ζm - параметри міжатомної взаємодії теорії спрямованого хімічного зв'язку. У практиці доменного виробництва хімічний аналіз шихтових матеріалів і реальних шлаків на вміст лужних оксидів, як правило, не виконується, що є суттєвою перешкодою для отримання якісних результатів. Пропонований спосіб дозволяє організувати контроль над кількістю лугів, що приходять в доменні печі з шихтовими матеріалами і виведенням їх через шлак. Спосіб доменної плавки луговмісної шихти, здійснюється наступним чином. 1. Визначається лужне навантаження на 1 тонну чавуну (ЛН) за формулою: ЛН=((К2О + Na2O)ЗЧШ+(К2О+Na2O)ЗK)/mчав, де ЛН - лужне навантаження, кг/т чавуну; (К2О + Nа2О)ЗЧШ - вміст К2О і Na2O в залізорудній частині шихти, кг; (К2О + Nа2О)ЗК - вміст К2О і Na2O в золі коксу, кг; m чав - маса чавуну, що одержується з подачі, т. Лужне навантаження визначається на кожну подачу шихти. 2. Проводиться попередній розрахунок (за відомими методиками) очікуваного хімічного складу кінцевого шлаку на вміст у ньому основних шлакоутворюючих компонентів (CaO, SiO2, MgO, Аl2О3, FeO, MnO, TiO2, CaS). 3. Визначаються параметри міжатомної взаємодії шлакового розплаву (, е і Zm) для розрахованого складу шлаку. Параметри міжатомної взаємодії визначаються за допомогою рівнянь приведених в джерелі [Приходько Э.В., Тогобицкая Д.Н. и др. Прогнозирование физико-химических свойств оксидных систем. Днепропетровск: Пороги, 2013. С.45-53]. Для умов роботи доменних печей параметри міжатомної взаємодії , е, Ζm знаходяться в границях: =(від 0,68 до 0,72); е=(від -2,79 до 2,31); Ζm=(від 0,0373 до 0,0465). 4. Розраховані параметри міжатомної взаємодії підставляються в формулу для визначення лужної ємності шлаку: %R2O=а0+а1*+а2*е+a3*Zm, де %R2О - лужна ємність шлаку, а0, а1, а2, а3 - коефіцієнти, що визначаються конкретно для кожної доменної печі в залежності від умов її роботи; , е, Zm - параметри міжатомної взаємодії теорії спрямованого хімічного зв'язку. Лужна ємність шлаку - це фактичний вміст лужних оксидів (К 2О та Na2O) в шлаковому розплаві, який визначається для кожного випуску шлаку при відсутності контролю вмісту лужних оксидів у шлаковому розплаві на виробництві. Формула для визначення лужної ємності шлаку дозволяє виконати прогнозну оцінку вмісту оксидів калію та натрію в шлаковому розплаві для вибору оптимального складу шихтових матеріалів. Коефіцієнти а0, а1, а2, а3 визначаються шляхом регресійного аналізу для кожної доменної печі, в залежності від їх об'єму, так для умов роботи доменних печей об'ємом 2000, 3000 та 3 5500 м коефіцієнти дорівнюють: 45 Об'єм печі/коефіцієнти 2000 3000 5500 50 55 a0 5,64 22,9 9,61 а1 -11,52 -31,45 -12,68 а2 -3,47 0,56 1,89 а3 -137,75 34,13 118,52 5. Визначається кількість К2О і Na2O, яку необхідно вивести з печі з кінцевим шлаком (%R 2O) за формулою: %R2Oн=(0,7-0,8)*ЛН. 6. Оптимізується склад шлаку шляхом коригування вмісту оксидів марганцю (МnО) і титану (ТіО2) та його основності (CaO/SiO2), відповідно до умови: %R2Oн=(0,7-0,8)*ЛН, %R2O=а0+а1*+а2*е+a3*Zm. Визначення коефіцієнтів а0, а1, а2, а3 включає: - відбір проб 10-20 випусків доменного шлаку; - визначення повного хімічного складу взятих проб; 2 UA 110572 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 - визначення параметрів міжатомної взаємодії шлакового розплаву (, е і ΔΖm) для взятих проб без урахування вмісту К2О і Na2O; - проведення регресійного аналізу по отриманим параметрам (, е і Ζm і відомому вмісті К2О і Na2O в кожній пробі) та визначення коефіцієнтів рівняння (а 0, а1, а2, а3). Коефіцієнти а0, а1, а2, а3 визначаються один раз для кожної доменної печі. При зміні шихтових умов або необхідності перешихтовки для технологічного впливу на хід доменної плавки здійснюється новий перерахунок згідно з пунктами 1-6. Запропонований спосіб особливо ефективний в умовах відсутності хімічного аналізу на вміст лужних оксидів в доменних шлаках, так як дозволяє провести контрольний замір декількох проб шлаку і надалі вести облік їх вмісту в шлаку за допомогою запропонованої формули. Основним оптимізуючим критерієм є лужна ємність шлаку на рівні 70-80 % від лужного навантаження печі. Якщо, за результатами розрахунку очікуваного хімічного складу шлаку, лужна ємність менше 70 % від лужного навантаження, міняють хімічний склад, співвідношення і витрату компонентів шихти за допомогою основності, оксидів марганцю і титану відповідно до умови: %R2Oн=(0,7-0,8)*ЛН, %R2O=а0+а1*+а2*е+a3*Zm. Хімічний склад, співвідношення і витрату компонентів шихти міняють таким чином, щоб вміст лужних оксидів в шлаку знаходився на рівні 70-80 % від лужного навантаження. При вмісті в шлаку лугів менше 70 % від лужного навантаження, відбувається накопичення в об'ємі печі лужних металів, що негативно позначається на процесі доменної плавки. Оксиди лужних металів мають властивість накопичуватися в доменній печі, циркулюючи в робочому просторі, особливо в діапазоні температур 800-1100 °C. Циркулюючі луги охолоджуються на поверхні шихтових матеріалів, вступаючи з ними в хімічну взаємодію. Зміна властивостей залізовмісних шихтових матеріалів під впливом лугів чинить негативний вплив на хід доменної плавки. До таких змін відносяться руйнування, тобто утворення дрібних частин при високих температурах, розбухання, передчасне розм'якшення і утворення тістоподібної фази. Ці зміни можуть проходити в широкому діапазоні температур і поширюватися на значні області печі. Наслідком цього є розширення температурних діапазонів рідиноутворення, зміни співвідношення розмірів зон існування матеріалів у твердому, розм'якшеному і крапельнорідкому стані. В результаті цього помітно відхиляється від раціонального розподіл газів по перетину печі, зростає його опір руху (нижній перепад), порушується теплообмін в зоні формування розплавів, зростає коливання складу продуктів плавки, знижується рівність ходу печі і її економічність. Конкретний приклад способу, що заявляється. Запропонований спосіб реалізовано на 3 доменній печі об'ємом 3000 м . Середні значення техніко-економічних показників роботи цієї доменної печі складають: 3 - витрата дуття - 4500 м /хв; - температура дуття - 1137 °C; 3 - вологість - 8 г/м ; - вміст кисню в дутті - 27,58 %; 3 - витрата природного газу - 10 м /т чавуну; - тиск газів під колошником - 150 кПа; - вага залізорудної частини шихти, включаючи флюси і добавки в подачі - 470 т; - рудне навантаження на кокс - 3,9 т/т. - Коефіцієнти для визначення лужної ємності шлаку: (а0=22,9; а1=-31,45; а2=0,56; а3=34,13). Результати представлені в таблиці. 3 UA 110572 C2 Таблиця Показники Склад шлаку: CaO/SiO2 ΜnΟ, % ТіО2, % Фізико-хімічні параметри:  е ΔΖm Лужне навантаження %R2Oн, кг/т чав. Лужна ємність шлаку (%R2O), % Залишок лугів в печі, кг/т чав. Витрати коксу, кг/т чав. Випуск чавуна, т 5 10 15 20 25 Базовий період Дослідний період 1,05 0,34 0,86 1,04 0,7 1,48 0,7086 -2,5039 0,0410 3,44 0,61 1,37 444,08 586,26 0,6988 -2,5284 0,0409 3,41 0,90 0,2 436,42 593,37 З таблиці видно, що при веденні доменної плавки на підставі способу, що заявляється, досягається збільшення лужної ємності доменного шлаку та зниження кількості лугів, що залишились циркулювати в печі, а також зменшення витрати коксу і підвищення продуктивності доменної плавки. Таким чином, використання пропонованого способу доменної плавки луговмісної шихти, дозволяє збільшити кількість лугів, що виходять з печі зі шлаком, підвищити техніко-економічні показники доменної плавки (зменшуються витрати палива і підвищується продуктивність роботи печі) а також збільшити тривалість роботи печі, за рахунок зниження кількості лугів, що циркулюють в об'ємі печі. Визначення лужної ємності шлаку дозволить своєчасно коригувати склад і масове співвідношення компонентів шихти для отримання чавуну та шлаку оптимального складу і тим самим уникнути труднощів, пов'язаних з рециркуляцією лугів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб доменної плавки луговмісної шихти, який включає завантаження шихти, визначення її хімічного складу і лужного навантаження, проплав її в доменній печі і періодичний випуск шлаку і чавуну, який відрізняється тим, що виконують аналіз повного хімічного складу проб шлаку декількох плавок, визначають параметри міжатомної взаємодії, за допомогою яких оцінюють лужну ємність шлаку, і оптимізують склад шлаку коригуванням вмісту оксиду марганцю, титану та основності в ньому, підтримуючи лужну ємність шлаку в межах 70-80 % від лужного навантаження, при цьому лужну ємність шлаку визначають за формулою: % R2O=а0+а1*ρ+а2*Δе+a3*ΔZm, де % R2О – лужна ємність шлаку, тобто прогнозний сумарний вміст K2О і Na2O в шлаку, а0, а1, а2, а3 – коефіцієнти, які визначають конкретно для кожної доменної печі в залежності від умов її роботи, ρ, Δе, ΔZm – параметри міжатомної взаємодії теорії спрямованого хімічного зв'язку. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4