Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОМЫВКИ ГОРНА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, конкретно к повышению эффективности доменной плавки путем оптимизации химического состава шлака.

Наиболее близким по технической сути решаемой задачи является способ промывки горна доменной печи [1] (RU (11) 2136761. Способ промывки горна доменной печи. Опубл. 10.09.99. Бюл. №25. Авторы: Франценюк И.В., Коршиков Г.В., Иноземцев Н.С. и др.), по которому промывку горна осуществляют путем загрузки в доменную печь промывочного агломерата, спеченного из шихты, железорудная часть которой состоит из концентрата (Fe≥65%) и окалины при массовом соотношении 1:(1-3) и флюсов в виде смеси известняка, извести и доломита. Расход и состав флюсовой смеси задают из условия получения агломератов с основностью (СаО+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)≤0,8 при MgO/СаО=0,30-0,50. Промывочный агломерат вводят в 20-60 подач в сутки в течение 1-10 дней путем замены рудных компонентов шихты, например окатышей, агломератов и руды. При этом рудную нагрузку снижают из расчета увеличения расхода кокса на 20-60 кг/т промывочного агломерата.

Недостатки этого способа промывки горна заключаются в следующем:

1. Технология производства промывочного агломерата предусматривает использование окалины в соотношении с концентратом (1÷3):1, или 400÷700 кг/т агломерата. При расходе промывочного агломерата 13÷15 кг/т чугуна потребность в окалине составляет 5,2÷9,1 кг/т чугуна. На металлургических заводах, применяющих технологию непрерывной разливки стали, окалины в таких количествах не образуется: в технологических линиях механической обработки стали практически полностью исключены операции нагрева слитков и их прокатки на обжимных станах, являющихся основными очагами образования окалины. Вследствие чего ее часто оказывается недостаточным для производства промывочного агломерата с требуемой цикличностью во времени. Проблема недостаточного количества окалины усугубляется, если возникает необходимость промывки горна в виде непредвиденного обстоятельства в связи с расстройством хода доменной печи.

2. Окалина в процессе спекания шихты претерпевает настолько существенные структурные изменения, что все ее индивидуальные свойства, обусловливающие промывочное действо в горне доменной печи, подобно сварочному шлаку исчезают. Например, восстановимость промывочного агломерата зависит от пористости, минералогической формы железа и структуры связки, которые в гораздо большей степени определяются тепловым режимом спекания и основностью агломерата, чем количеством окалины в составе шихты.

3. Химический состав промывочного агломерата не регламентируется по содержанию железа (Fe_общ.) и FeO, количество которых в агломерате определяет его основное свойство как средства промывки горна доменной печи от накопившейся коксовой мелочи.

4. Рекомендуемая величина снижения рудной нагрузки на проплавку промывочного агломерата ("20÷60 кг кокса на 1 т промывочного агломерата") не учитывает его химического состава, в частности такие характеристики, как содержание FeO и количество пустой породы, образующей доменный шлак.

5. Способ и форма задания расхода промывочного агломерата на промывку горна ("в течение 1÷10 суток в 20-60 подачах в сутки") допускает большой размах величины по количеству проплавляемого промывочного агломерата, что не позволяет использовать этот параметр как средство управления технологией промывки горна.

Заявляемое изобретение имеет целью решение технологической задачи устойчивой длительной работы доменной печи с высокой интенсивностью и низким удельным расходом кокса путем оперативно управляемой промывки горна. Предлагаемый способ обеспечивает увеличение производительности доменной печи и снижение расхода кокса в межпромывочный период за счет снижения колеблемости химического состава чугуна. Это позволяет увеличить долю чугуна, удовлетворяющего запросам конвертерного производства по содержанию [S], [Si] и температуре.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При обнаружении на печи признаков загромождения горна (превышение против обычного величины нижнего перепада давления газов по высоте печи, замедление скорости опускания шихты, более быстрое появление шлака при выпуске чугуна, неравномерность выпусков чугуна по леткам, а при запущенном загроможденном состоянии - участившееся горение фурм) в доменную шихту вводят промывочный агломерат, спекаемый из шихты, железорудная часть которой состоит из концентрата (концентратов), руды (руд) и железосодержащих отходов в виде колошниковой пыли, доменного и агломерационного шламов, аспирационной пыли, окалины и флюсов в виде извести, известняка, доломита и конвертерного шлака в виде щебня. Расход флюсов задают исходя из условия получения агломерата с основностью (CaO+MgO)/SiO₂≤0,90 при содержании, мас.%: Fe_общ≥58 и FeO≥20.

Загрузку промывочного агломерата в доменную печь осуществляют путем замены 10÷50% (α=0,10÷0,50) рудных компонентов шихты в подаче. Удельный расход промывочного агломерата (r) составляет 0,10÷0,50 т/м³ полезного объема печи (r=0,10÷0,50 т/м³). Общий расход промывочного агломерата на одну промывку горна доменной печи определяют как произведение удельного расхода и полезного объема доменной печи

где r - коэффициент, отражающий удельный расход промывочного агломерата на промывку горна доменной печи, равный (0,10÷0,50), т/м³;

V_д.п - полезный объем доменной печи, м³.

Рудную нагрузку в подачах, содержащих промывочный агломерат, снижают исходя из условия компенсации энергетических затрат на восстановление дополнительного количества FeO, которое поступает с промывочным агломератом, с учетом количества шлакообразующих оксидов. Эквивалентом энергетических затрат на восстановление FeO в горне доменной печи является кокс, а величину коксовой колоши в подаче устанавливают по соотношению

где (М_к ^п)_пр.агл - масса коксовой колоши в подаче с промывочным агломератом, т;

(М_к ^п)_о - масса коксовой колоши в подаче при нормальном (обычном) режиме доменной плавки, т;

(М_пр.агл)^п - масса промывочного агломерата в подаче, т;

ΔFeO - разность по количеству FeO в промывочном и обычном агломератах, %;

- коэффициент, учитывающий расход кокса на компенсацию затрат тепла по реакции прямого восстановления FeO, кг/кг FeO;

С_к - содержание углерода в коксе, мас.%;

z - коэффициент, отражающий массовую долю шлакообразующих оксидов в промывочном агломерате, выраженный в относительных единицах по отношению железа, безразмерный;

0,01 - коэффициент пересчета процентного содержания FeO в промывочном агломерате в килограммы;

с - коэффициент, учитывающий тепловое состояние горна доменной печи на период промывки, равный 1÷5, безразмерный.

Численное значение коэффициента рассчитано следующим образом.

Реакция прямого восстановления Fe из FeO имеет вид

Расход углерода кокса на компенсацию затрат тепла составляет

где 72 - мольная масса FeO; 9,828 - теплота химически неполного сгорания углерода кокса (С→СО), МДж/кг С_к.

В пересчете на кокс эта величина составит

где С_K - содержание углерода в коксе, мас.%.

Затраты углерода кокса для его газификации (С→СО) кислородом, связанным с Fe в виде FeO, , удовлетворяются за счет углерода коксовой мелочи, которая загромождает горн, что собственно и составляет цель промывки горна.

Коэффициент z рассчитывают как отношение

где Fe_общ и М_шл.агл - массовые доли Fe_общ и шлакообразующих оксидов в промывочном агломерате, %.

Величину М_л.агл рассчитывают как разность

где FeO и Fe₂О₃ - массовая доля соответствующих оксидов в промывочном агломерате, %.

Признаки, отличительные от прототипа:

1. Количество окалины в железорудной части шихты для спекания промывочного агломерата не регламентируют.

2. Качество промывочного агломерата регламентируют по следующим параметрам:

- Fe_общ≥58 мас.%;

- FeO≥20 мас.%;

- основность - (CaO+MgO)/SiO₂≤0,90;

- массовое соотношение оксидов СаО и MgO не регламентируют.

3. Технологический режим проплавки промывочного агломерата задают по следующим параметрам:

1) расход промывочного агломерата на промывку горна составляет

где r - коэффициент, отражающий удельный расход промывочного агломерата на промывку горна доменной печи, равный 0,10÷0,50 т/м³ объема доменной печи; V_д.п - полезный объем доменной печи, м³;

2) промывочный агломерат загружают в доменную печь путем замены им 10÷50% (α=0,10÷0,50) рудных компонентов шихты в подаче.

3) тепловой режим проплавки промывочного агломерата регулируют путем изменения коксовой колоши в подаче с промывочным агломератом, устанавливаемого по соотношению

где (М_к ^п)_пр.агл - масса коксовой колоши в подаче с промывочным агломератом, т;

(М_к ^п)_о - масса коксовой колоши в подаче без промывочного агломерата, т;

(М_пр.агл)^п - масса промывочного агломерата в подаче, т;

ΔFeO - разность по количеству FeO в промывочном и обычном агломератах, %;

- коэффициент, учитывающий расход кокса на компенсацию затрат тепла по реакции прямого восстановления FeO;

С_к - содержание углерода в коксе, мас.%;

z - коэффициент, отражающий массовую долю шлакообразующих оксидов в промывочном агломерате, выраженный в относительных единицах по отношению железа, безразмерный;

0,01 - коэффициент пересчета процентного содержания FeO в промывочном агломерате в килограммы;

с - коэффициент, учитывающий тепловое состояние горна доменной печи на период промывки, равный 1÷5, безразмерный.

Пример.

Полезный объем доменной печи V_д.п=3200 м³; масса подачи 74 т; коксовая колоша 14,65 т.; состав рудной части шихты: 85÷90% офлюсованный доломитизированный агломерат, 10÷15% окатыши Лебединского ГОК′а. Доменная печь выплавляет передельный чугун, мас.%: Si - 0,67; Mn - 0,11; S - 0,012; Р - 0,07; С - 4,91; содержание Fe в железорудной части шихты составляет 59,35 мас.%.

Параметры комбинированного дутья:

Промывочный агломерат спекали на агломашине АКМ-312. Шихта состояла, мас.%: смесь концентратов (ГОК′и: Лебединский, Стойленский и предприятие КМА - Руда) - 70÷75; стойленская руда - 0÷15, железосодержащие отходы (колошниковая пыль, доменный шлам и шлам собственного производства, окалина, аспирационная пыль) - 2,5÷15; флюсы в виде извести, известняка, доломита и конвертерного шлака в виде щебня - 2,0÷5; топливо (с учетом углерода, содержащегося в железосодержащих отходах) - 5,0÷10. Содержание возврата в шихте составляло 10÷25% по отношению всей массы шихты.

Химический состав промывочного агломерата:

- Fe_общ≥58,00%;

- FeO≥20,00%;

- (CaO+MgO)/SiO₂≤0,90.

По физическим свойствам промывочный агломерат характеризуется высокой оплавленностью и низкой пористостью (8÷12% против 18÷32% у обычного агломерата), что обеспечивает ему низкую степень восстановления в области шахты и распара (в зоне косвенного восстановления). Он более прочен, чем обычный агломерат: выход кл. >5 мм (ГОСТ 15137-84) составляет 70,00÷75,00% (у обычного агломерата 63÷67%); выход кл. <0,5 мм - 3,5÷4,2% (у обычного агломерата 6÷9%). Его насыпная плотность составляет ≥2200 кг/м³.

В табл. 1, 2 представлены примеры осуществления промывки горна доменной печи при различных численных параметрах заявляемого способа промывки. Примеры включают варианты применения промывочного агломерата разного химического состава (табл. 1) и варианты разных значений коэффициента α(табл. 2).

В примерах №1-5 (табл. 1) расход промывочного агломерата на промывку изменяют в пределах от 740 т (r=0,231 т/м³ объема печи) до 1300 т (r=0,406 т/м³ объема печи), в примерах №6-10 (табл. 2) этот параметр промывки постоянен: 875 т (r=0,268 т/м³ объема печи).

За критерии оценки качества и эффективности промывки горна приняты следующие показатели:

1) производительность доменной печи в межпромывочный период, (Р*), т/сут.;

2) удельный расход кокса в межпромывочный период (К*), кг/т чугуна;

3) расход кокса на промывку горна (К_пр)^г, т;

4) расход промывочного агломерата на промывку горна (М_пр.агл)^г, т;

5) продолжительность межпромывочного периода устойчивой работы доменной печи, сутки (Т);

6) стабильность химического состава чугуна и его температуры в межпромывочный период, оцениваемая по показателям среднеквадратических отклонений, (σ[Si], %; σ[S], %; σ(t_чуг), °C).

Расход кокса на промывку горна (в эту величину входит кокс, израсходованный сверх того количества, которое расходуется при обычном режиме доменной плавки) рассчитывали по выражению

где (К_пр)^г - расход кокса на промывку горна, т;

(М_пр.агл) - расход агломерата на промывку горна, т;

- множитель слагаемого соотношения (1), отражающий расход кокса на 1 т промывочного агломерата, т/т (надо иметь в виду - дополнительный расход кокса).

Анализ табл. 1 показывает, что технологическая операция по промывке горна сопряжена с увеличением расхода кокса. Расход кокса на промывку горна растет с увеличением в промывочном агломерате содержания FeO и снижается с увеличением в промывочном агломерате содержания Fe_общ. Однако эффективность промывки горна повышается по мере увеличения в промывочном агломерате содержания Fe_общ и FeO. На это указывают такие показатели, как увеличение межпромывочного периода устойчивой работы доменной печи: 7 суток в примере №1 (Fe_общ=58,00%, FeO=20,0%) и 17 суток в примере №5 (Fe_общ=62,00%, FeO=40,0%), более высокая производительность доменной печи вследствие роста интенсивности доменной плавки и снижение удельного расхода кокса. Вместе с этими параметрами улучшаются показатели, отражающие рост ровности хода доменной печи: уменьшаются статистические характеристики колеблемости химического состава чугуна и его температуры.

Для иллюстрации влияния технологии промывки горна на производительность доменной печи в межпромывочный период ниже приводится изменение производительности в относительных единицах.

Анализ приведенных данных показывает, что эффективность промывки горна тем выше, чем выше качество промывочного агломерата, выражаемого содержанием Fe_общ, FeO и основностью. А именно, с ростом в промывочном агломерате содержания Fe_общ и FeO и снижения его основности горн лучше освобождается от коксовой мелочи, вследствие чего доменная печь в межпромывочный период работает с более высокой производительностью.

Казалось бы, что технологический режим промывки в примере №5 уступает всем предшествующим примерам по такому показателю, как расход кокса на промывку - (К_пр.)^г. В примере №5 он равен 13,80 т, а в примере №1 - 8,580 т. Однако если распределить весь кокс, затраченный на промывку в указанных примерах, на все количество чугуна, выплавленного в межпромывочные периоды, то преимущества оказываются за промывочном агломератом, который использовался в примере №5. Проиллюстрируем это расчетом.

Пример №1 Пример №5

где 8,580 и 13,080 - количество кокса, израсходованного на промывку горна в примерах соответственно №1 и №5, т; 7 и 17 - межпромывочные периоды устойчивой работы доменной печи в соответствующих примерах, сутки; 7750 и 8025 - суточное производство чугуна в межпромывочные периоды устойчивой работы доменной печи, т.

В примере №1 затраченный на промывку горна кокс выражается в виде увеличения удельного расхода кокса в межпромывочный период на 0,158 кг/т чугуна, в примере №5 - 0,096 кг/т чугуна. Это составляет 0,038% (пример №1) и 0,023% (пример №5) от общего расхода кокса; 421 (№1) и 413 (№5) кг/т чугуна. Остальная часть величины удельного расхода кокса (более 99,9%) определяется технологическими факторами ведения доменной плавки. К ним относится наряду с качеством шихты и параметрами комбинированного дутья также и качество промывки горна. Примеры №1 и №5 вполне определенно подтверждают преимущества промывки горна промывочным агломератом с высоким содержанием Fe_общ, FeO и с низкой основностью. Это выражается ростом производительности доменной печи и снижением удельного расхода кокса в межпромывочные периоды и увеличением длительности межпромывочных периодов.

В табл.2 приведены примеры промывки горна промывочным агломератом одинакового химического состава (Fe_общ=61,00%, FeO=40,00%, (CaO+MgO)/SiO₂=0,65), но при разных коэффициентах замещения рудных компонентов шихты в подаче: α=0,10; 0,20; 0,30; 0,40 и 0,50.

Представленные примеры показывают, что по продолжительности межпромывочного периода устойчивой работы доменной печи (Т) все примеры равноценны (Т=16 суток). Однако по другим параметрам, например, по удельному расходу кокса и удельной производительности наилучшие результаты достигнуты в примерах №2, №3 и №4, когда промывочный агломерат загружали в печь путем замены 20, 30 и 40% рудных компонентов шихты в подаче.

Промывка горна путем замещения рудных компонентов шихты в размере 10% (α=0,10, пример №6) и 50% (α=0,50, пример №10) оказывается менее эффективной по удельному расходу кокса и по производительности доменной печи. Поэтому обозначенные в указанных примерах коэффициенты замещения рудных компонентов шихты в подаче промывочным агломератом являются граничными значениями, за пределами которых отрицательные тенденции будут усиливаться.

Таблица 2 Сравнительная оценка эффективности промывки горна при разных способах загрузки промывочного агломерата в доменную печь объемом 3200 м3 (с=1,0) Обозначения: (Агл. -1) - обычный агломерат; (Агл. - 2) - промывочный агломерат; Р* - производительность доменной печи в межпромывочный период, т/сут.; К* - удельный расход кокса в межпромывочный период, кг/т чугуна; Т - продолжительность межпромывочного периода устойчивой работы доменной печи, сутки. Параметр Единицы измерения Примеры технологии промывки     6 7 8 9 10 Feобщ. в железорудной части доменной шихты, % % 59,35 59,35 59,55 59,65 59,76 Feобщ, (Агл. - 1) % 58,55 58,55 58,55 58,55 58,55 Feобщ, (Агл. - 2) % 61,00 61,00 61,00 61,00 61,00 FeO,(Агл. - 1) % 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 FeO, (Агл. -2) % 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 Fe2О3, (Агл. - 1) % 68,95 68,95 68,95 68,95 68,95 Fe2О3, (Агл. - 2) % 42,71 42,71 42,71 42,71 42,71 z безразмерный 0,2233 0,2233 0,2233 0,2233 0,2233 Основность (Агл. - 1) То же 1,17 1,17 1,17 1,17 1,17 Основность (Агл. - 2) То же 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 ΔFeO % 28,00 28,00 28,00 28,00 28,00 Масса подачи т 74,00 74,00 74,00 74,00 74,00 Коксовая колоша т 14,741 14,833 14,925 15,016 15,108 Рудная колоша т 59,258 59,167 59,075 58,983 58,890 Рудная нагрузка в промывочный период Безразмерный 4,020 3,989 3,959 3,928 3,898 То же, отн. ед.   1,00 0,992 0,985 0,977 0,970 (Мпр.агл)п т/α Величина прибавки коксовой колоши т 0,0916 0,1832 0,2749 0,3665 0,4582 Удельный расход кокса на промывочный агломерат кг/т пр. агл 15,440 15,440 15,440 15,440 15,440 (Мпр.агл) т 875 875 875 875 875 r т/м3 0,273 0,273 0,273 0,273 0,273 (Кпр)г т 13,510 13,510 13,510 13,510 13,510 Р* т/сутки 7925 7965 8005 8045 8040 К* кг/т чуг 417 415 415 415 416 Т сутки 16 16 16 16 16 σ[S] % 0,0007 0,0007 0,0005 0,0005 0,0005 σ[Si] % 0,020 0,018 0,015 0,015 0,015 σ(tчуг) °С 34,5 35,5 35,5 35,5 35,5