Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАГРУЗКИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к доменному производству.

Известен способ и устройство для загрузки шихты в доменную печь (заявка 60-208404, Япония, Заявл. 31.03.84, №59-62203, опубл. 21.10.85, МКИ С21В 5/00, С21В 7/20. РЖ «Металлургия» 1986 №11 реф. В 131 П). Недостатком способа является сложная нетрадиционная для доменных печей система оборудования для загрузки шихтовых материалов, снижающая ее эксплуатационную надежность. Кроме того, способ не предусматривает загрузку мелкого материала к стенкам печи, что может привести к повышенному периферийному потоку газов.

Известен также способ формирования доменной шихты, предусматривающий формирование преимущественно «центральной отдушины» в доменной печи за счет загрузки в нее калиброванного по крупности кокса. Остальные материалы шихты загружаются кольцеообразно по площади колошника от центра к периферии печи без регулирования по крупности в зависимости от их гранулометрического состава и металлургических свойств (RU №2412254, МПК С21В 5/00, 20.02.2011).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по технологической сущности является способ загрузки шихтовых материалов в доменную печь, согласно которому железосодержащая часть шихты и кокс разделяются на крупную и мелкую фракции. Мелкий материал загружается на периферию, крупный - в осевую зону доменной печи (заявка 55-62106, Япония, кл. С21В 5/00, Заявл. 30.10.78, №53-133510, опубл. 10.05.80. РЖ «Металлургия» 1981 №10 реф. В 137 П).

Недостатком известного способа является то, что в нем не учитывается дополнительное разрушение железорудного агломерата при восстановительно-тепловой обработке непосредственно в доменной печи, в результате чего при работе на различной шихте, например агломерате и окатышах, может непредсказуемо измениться и ухудшиться газодинамический режим плавки. В результате этого не вся мелкая фракция агломерата, выделяемая как подрешетный продукт при грохочении исходного агломерата перед загрузкой, а только регламентируемое ее количество должно загружаться в периферийную зону доменной печи.

В отличие от известного в предлагаемом способе учитывается дополнительное образование мелочи при восстановительно-тепловой обработке надрешетной фракции агломерата, выделяемой при его грохочении перед загрузкой. Это позволяет выровнять распределение газового потока по сечению доменной печи и повысить эффективность плавки.

Предлагаемый способ загрузки доменной печи включает предварительное грохочение железорудных материалов, содержащих агломерат, на грохотах с заданным размером решеток сит с выделением надрешетной и подрешетной фракций, загрузку мелкой подрешетной фракции в периферийную зону доменной печи. Массу подрешетной фракции агломерата, загружаемой в периферийную зону колошника доменной печи, устанавливают в зависимости от доли агломерата в железорудной части шихты, массы агломерата в головной части загружаемой порции и показателя прочности агломерата при восстановительно-тепловой обработке надрешетной фракции агломерата по зависимости:

М=К*МГ[100-А(100-R)]/100

где: М - масса подрешетной фракции агломерата в загружаемой железорудной порции, т;

К - эмпирический коэффициент, равный 0,1-0,25;

МГ - масса агломерата в головной части загружаемой железорудной порции, т;

А - доля агломерата в железорудной порции, ед.;

R - показатель прочности агломерата при восстановительно-тепловой обработке надрешетной фракции агломерата, %.

При этом показатель прочности агломерата R определяют экспериментально по выходу фракции крупнее 6,3 мм в соответствии со стандартом ИСО 4696-1. Образование мелкой фракции при восстановительно-тепловой обработке надрешетной фракции агломерата оценивают по выражению (100-R) %. Периодичность загрузки подрешетной фракции агломерата в периферийную зону доменной печи устанавливают обратно пропорционально ее количеству в интервале загрузки железорудных материалов от каждой порции до каждой пятой порции.

Технический результат при применении предлагаемого способа загрузки шихты заключается в повышении производительности доменной печи и аглофабрики (за счет уменьшения отсева агломерата), уменьшении износа огнеупорной кладки печи и продлении межремонтных периодов, снижении расхода кокса.

Сущность способа заключается в следующем.

Ровный ход доменной печи и соответственно высокая ее производительность при низком удельном расходе кокса достигаются при надлежащей степени использования газов, что, в свою очередь, обеспечивается лишь при максимальном контакте газа с кусками железорудной части шихты во всех сечениях доменной печи.

Сопротивление столба шихты проходу газов в горизонтальных поперечных сечениях по высоте печи должно быть приблизительно одинаковым. Это условие может быть реализовано при использовании материалов, классифицированных по крупности. Для равномерного смывания газами всего столба шихты относительно более мелкие фракции должны концентрироваться преимущественно на периферии печи, поскольку количество газов и газопроницаемость столба шихты в периферийной зоне выше, чем в средней и центральной. Содержащиеся в шихте мелкие фракции, обычно менее 5 мм или 6,3 мм по международным стандартам, сегрегируют и, скапливаясь в отдельных участках столба шихты, заполняют промежутки между более крупными кусками, снижая газопроницаемость шихты в целом. Порозность смеси и, соответственно, свободное для прохода газа сечение снижаются тем сильнее, чем шире диапазон крупности кусков слоя шихтовых материалов.

Теоретическими расчетами и практикой работы доменных печей показано, что оптимальные газодинамические условия создаются при сужении интервала крупности железорудных материалов, которое достигается при отсеве мелочи шихтовых материалов и дроблении крупных фракций. То есть, при использовании в доменной печи руд, агломерата и окатышей крупностью в пределах 5-50 мм. Однако определение оптимального размера кусков железорудной части шихты следует соотносить с такой важной металлургической характеристикой как прочность при восстановлении.

Чрезмерное разрыхление материалов в периферийной зоне доменной печи не должно иметь места, так как это приводит к ухудшению использования восстановительной и тепловой энергии газов, загромождению осевой зоны, похолоданию горна и к неустойчивому ходу печи, особенно большого объема, а также преждевременному выходу из строя кладки шахты. В этом случае для подгрузки периферии при использовании в железорудной части шихты агломерата и окатышей и формировании головной части железорудных порций из агломерата следует материалы загружать в печь по таким траекториям, чтобы они концентрировались ближе к стенке колошника. Ввод мелкой фракции в головную часть железорудной порции для выравнивания газового потока по сечению печи с учетом дополнительного образования мелочи при восстановительно-тепловой обработке надрешетной фракции не должен быть критичным, "запирающим" периферию, и определялся опытным путем.

Промышленные эксперименты проведены на доменных печах большого объема 5500 м³ и 2700 м³, оборудованных бесконусным загрузочным устройством (БЗУ). В процессе длительной кампании опытным путем при проплавке агломерата и окатышей установили оптимальную массу агломерата в головной части железорудной порции, которая составила соответственно 35 т (общая масса агломерата и окатышей в порции 135 т) и 18 т (общая масса агломерата и окатышей в порции 60 т).

Для совершенствования технологии плавки и определения оптимальных параметров способа загрузки доменной печи отработаны режимы ввода мелкой подрешетной фракции агломерата в головную часть порции совместно с надрешетной фракцией. Одновременно отбирают пробы надрешетной фракции агломерата для прогноза ее разрушения при восстановительно-тепловой обработке в доменной печи. Дополнительное образование мелочи оценивают как выход фракции - 6,3 мм по выражению (100-R) %, где показателем R характеризуют прочность при низкотемпературном восстановлении (по выходу фракции + 6,3 мм) при испытании пробы по стандарту ИСО 4696-1.

Окатыши, проплавляемые совместно с агломератом, традиционно производятся на горно-обогатительных комбинатах, не входящих в состав металлургических комбинатов с доменными цехами, но имеющими собственные аглофабрики. Поэтому окатыши, поставляемые обычно нескольким потребителям, имеют стабильный химический состав и свойства при восстановительно-тепловой обработке, а вывод сырого известняка из доменной шихты обеспечивается регулированием основности агломерата собственного производства. Агломерат проплавляли с окатышами основностью CaO/SiO₂ 0,76-0,80 ед. со стабильным показателем прочности 93,5-94,0% по стандарту ИСО 4696-1.

Агломерат на надрешетную и подрешетную фракции на шихтоподаче доменных печей под одной частью бункеров рассеивали на грохотах с размером ячеек сит 6 мм, под другою частью бункеров - 8 мм.

При традиционной технологии плавки и соотношении агломерат: окатыши в железорудной части шихты для доменной печи объемом 5500 м³ 75:25 и для доменной печи объемом 2700 м³ 60:40 и 75:25 расход кокса составлял соответственно 442 и 431 кг/т чугуна и производительность 11200, 6720 и 6700 т/сутки.

Головная часть загружаемой порции железорудных материалов состояла из агломерата и направлялась с помощью БЗУ в периферийную зону колошника, т.к. окатыши обладают повышенной «агрессивностью» к огнеупорной футеровке печи и отодвигались от нее.

В опытных плавках, проведенных на доменной печи объемом 2700 м³, доля агломерата в железорудной части шихты составляла 75 и 60%. При этом в зависимости от добавок скрапа, шлака проплавляли агломерат соответственно с основностью СаО/SiO₂ - 1,35-1,40ед. (в среднем R=59,7%) и CaO/SiO2 - 1,55-1,60 ед. (R=50,0%).

Пример расчета по приведенной зависимости массы подрешетной фракции М при коэффициенте К, равном 0,1, и доле агломерата в железорудной порции 60% (А=0,6 ед.):

М=0,1·18[100-0,60·(100-50)]/100=1,26 т

При коэффициенте К, равном 0,25, и доле агломерата в железорудной порции 75% (А=0,75 ед.):

М=0,25·18[100-0,75·(100-59,7)]/100=3,14 т

Результаты плавки на доменной печи объемом 2700 м³ приведены в табл.1.

Результаты плавки на доменной печи объемом 5500 м³ приведены в табл.2.

Таблица 1 Режимы и показатели плавки (числитель - 60% агломерата, знаменатель - 75% агломерата) Величина коэффици-ента К Показатели Периодич-ность ввода М М, т А, ед. R, % Пр-во чугуна, т/сутки Удельный расход кокса, кг/т чугуна 0,1 в каждую подачу 0,25 в каждую 3-5 подачу 0,30 в каждую 5 подачу

Из результатов следует, что экономия кокса и увеличение производительности обеих печей имело место при массе подрешетной фракции, заменяющей массу надрешетной фракции в головной части железорудной порции из агломерата, при расчете по установленной зависимости с использованием эмпирического коэффициента К в пределах 0,1-0,25. При величине К более 0,25 масса мелкой фракции достигала критической величины и показатели плавки ухудшались. С увеличением массы М периодичность ввода мелочи изменяли от каждой подачи до каждой 3-5 подачи.

Результаты замеров температуры газов на периферии шахты доменных печей показали, что в оптимальных режимах, регламентируемых предлагаемым способом загрузки доменной печи, она снижалась на 40-70°С по сравнению с обычной технологией плавки. Это благоприятно сказывается на огнеупорной кладке доменной печи и увеличивает межремонтные периоды. Производительность аглофабрики увеличилась на величину снижения отсева агломерата на шихтоподаче доменного цеха.