Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для оптимизации хода доменных печей и минимизации расхода кокса.

Известно, что ровность хода, производительность доменной печи и расход кокса на выплавку чугуна в значительной мере зависит от качества применяемого кокса и, в первую очередь, от характеристик его качества, обеспечивающих выполнение основной и наиболее важной функции кокса в доменной печи - формирование проницаемого для продуктов плавки слоя кокса под зоной когезии, т.е. коксовой насадки или коксового тотермана, от дренажной способности коксовой насадки, т.е. от ее способности пропускать (фильтровать) жидкие чугун и шлак через имеющиеся в ней пустоты (каналы) между кусками кокса. Все известные способы повышения дренажной способности коксовой насадки обеспечивают повышение порозности слоя кокса в насадке и гидравлического диаметра каналов в нем за счет удаления из коксовой насадки коксовой мелочи или повышения холодной и горячей прочности, а также крупности и однородности кусков кокса, загружаемого в доменную печь.

Известен способ промывки горна доменной печи, включающий вдувание горячего обогащенного кислородом дутья и природного газа, загрузку кокса и железорудных материалов, периодический выпуск продуктов плавки и периодическое прекращение подачи в воздушные фурмы вдуваемого топлива в конце выпуска за 5-10 минут до закрытия летки и возобновление подачи топлива в фурмы спустя 6-14 минут после прекращения подачи топлива в фурмы (патент РФ №2183219 С1, МПК С21В 3/00). При прекращении подачи вдуваемого топлива газа в горн окислительная способность комбинированного дутья повышается, а скорость его истечения из фурм уменьшается. Это в совокупности приводит к уменьшению содержания коксовой мелочи в коксовой насадке за счет меньшего измельчения кусков кокса в фурменной зоне и окисления уже накопленной в коксовой насадке коксовой мелочи. Недостатком этого способа является его колебательный характер влияния на дренажную способность горна, которая увеличивается при прекращении вдувания топлива в фурмы и снова возрастает с возобновлением вдувания топлива.

Известен другой способ промывки горна доменной печи, включающий загрузку в печь подач, содержащих кокс, рудные компоненты и промывочные материалы в виде промывочного агломерата, спекаемого из смеси окалины, железорудного концентрата, марганцевой руды и флюсов в заданном соотношении данных компонентов.

Промывочный агломерат загружают в печь путем замены им в 3-20 подачах в сутки рудных компонентов шихты, осуществляя эту операцию в течение 3-15 суток. В подачах с промывочным агломератом уменьшают рудную нагрузку на кокс (патент РФ №2119958 С1, МПК С21В 3/00). Данный способ частично устраняет недостатки описанного выше способа. При загрузке промывочного агломерата в зоне когезии образуются железисто-марганцовистые кислые первичные шлаки, обладающие высокой подвижностью и высокой окислительной способностью. Эти шлаки окисляют коксовую мелочь в коксовой насадке, что повышает ее порозность и дренажную способность. Недостатком этого способа является повышение расхода кокса и выход чугуна с повышенным содержанием серы в периоды промывок, а также необходимость периодически повторять эти операции.

Другим известным способом обеспечения ровности и стабильности хода доменной печи за счет повышения дренажной способности коксовой насадки является способ доменной плавки, включающий загрузку в доменную печь железорудных материалов, флюсов и кокса, предварительно разделенного на фракции +40 мм и +25 мм, причем фракцию +40 мм загружают в центральную часть печи, а фракцию +25 мм загружают на периферию и в рудный гребень (патент РФ №2187558 С1, МПК С21В 5/00). Поскольку коксовая насадка формируется из кокса, загружаемого в центральную часть печи, загрузка фракции +40 мм в эту зону обеспечивает повышение среднего размера кусков кокса в коксовой насадке и повышение порозности слоя и гидравлического диаметра каналов между кусками кокса в коксовой насадке.

Недостатком этого способа является то, что он не учитывает поверхностные свойства кусков кокса, а именно адгезионную способность кокса по отношению к шлаковым расплавам, которая зависит от структуры и плотности кусков кокса и изменяется в зависимости от состава угольной шихты для коксования. В связи с этим, при использовании кокса с повышенной адгезионной способностью, несмотря на увеличение порозности слоя коксовой насадки, формирующейся из кокса фракции +40 мм, скорость фильтрации шлака через коксовую насадку не повышается, что существенно уменьшает позитивный эффект увеличения порозности насадки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению являет способ доменной плавки, включающий загрузку в доменную печь агломератов и окатышей разного состава, кокса, флюсов, контроль состава чугуна и шлака на выпуске, определение основности шлака по отношению СаО/SiO₂, определение вязкости шлака при различных температурах и регламентация вязкости конечного шлака в пределах 0,2-0,5 Па·с и градиента вязкости шлака при увеличении его температуры на 1°C в пределах значений, не превышающих 0,03 Па·с/°C (патент РФ №2479633 С1, МПК С21В 5/00). В данном способе ровная и стабильная работа доменной печи обеспечивается за счет контроля состава и температуры шлака, а также его вязкости при различных температурах, причем вязкость шлака поддерживают в заданных пределах, обеспечивающих их легкий дренаж сквозь коксовую насадку и, тем самым, создающих условия для ровного и стабильного хода доменной печи.

Недостатком этого известного способа, принятого за прототип, является то, что он не оказывает влияния на адгезионные свойства коксовой насадки по отношению к шлаку и, следовательно, не влияет на ее дренажную способность. Кроме того, экспериментальное определение вязкости шлака является весьма трудоемкой и сложной задачей, что затрудняет применение данного известного способа.

Задачей изобретения является управляемое повышение дренажной способности коксовой насадки в доменной печи. При этом достигается получение такого технического результата, как обеспечение ровного высокопроизводительного хода доменной печи и снижение расхода кокса.

Указанная цель достигается тем, что в способе доменной плавки, включающем загрузку в печь железорудной части шихты и кокса, вдувание обогащенного кислородом нагретого дутья и дополнительного топлива, выпуск продуктов плавки и контроль состава чугуна и шлака на выпуске, определение основности шлака по соотношению B=CaO/SiO₂, при этом в печь загружают кокс, полученный из смеси углей и модифицирующей добавки, содержащей 1-5% серы, количество которой поддерживают в пределах 3-12%, дополнительно регулируя в печи дренажную способность коксовой насадки, которую оценивают индексом DMI (индексом тотермана), вычисляемым по формуле [1]:

DMI=2·Т_ч-121·[Si]-128·[P]-156·[S]+11·[Mn]-389·[C]-190·B-690,

где Т_ч - температура чугуна, °C;

2 - эмпирический коэффициент, характеризующий влияние температуры чугуна на дренажную способность коксовой насадки, 1/°C;

[Si], [Ρ], [S], [Mn], [С] - содержание указанных элементов в чугуне, % мас.;

121, 128, 156, 11, 389 - эмпирические коэффициенты, характеризующие влияние химического состава чугуна на дренажную способность коксовой насадки, 1/%;

В - основность шлака (CaO/SiO₂), безразмерная;

190 - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние основности шлака на дренажную способность коксовой насадки, безразмерный;

690 - эмпирический коэффициент, безразмерный,

и поддерживают его значение максимально допустимым в пределах 120-250, увеличивая индекс DMI путем повышения доли модифицирующей добавки в шихте для коксования, а максимально допустимое значение индекса DMI в указанных пределах определяют по достижению содержания серы в чугуне 0,025-0,030%.

Применение указанной модифицирующей добавки в шихте для коксования расширяет температурный интервал пластичности этой шихты, улучшая ее коксующие и спекающие свойства, и приводит к повышению плотности и холодной, и горячей прочности получаемого кокса, снижению содержания золы в коксе и его реакционной способности. Это уменьшает измельчение кокса при его загрузке в печь и при опускании его в столбе шихты с колошника до уровня фурм, повышает газопроницаемость столба шихты в шахте, выравнивает распределение газа по сечению печи и повышает степень его использования. Дренажная способность коксовой насадки, формируемой из этого кокса, при этом повышается благодаря снижению адгезионной способности поверхности кусков кокса по отношению к шлаковым расплавам, уменьшению прихода коксовой мелочи в коксовую насадку и увеличению гидравлического диаметра каналов между кусками кокса в насадке. В результате действий управляющего персонала, направленных на сохранение нагрева печи, снижается уровень зоны когезии. Снижение уровня зоны когезии и увеличение дренажной способности коксовой насадки уменьшает время пребывания чугуна в высокотемпературной зоне (между зоной когезии и уровнем фурм), ускоряет стекание чугуна и шлака в металлоприемник и уменьшает время и поверхность контакта шлака и чугуна с коксом. В результате уменьшается содержание кремния и углерода в чугуне. Эти изменения приводят к росту расчетного индекса DMI, что позволяет использовать его для косвенной количественной оценки уровня дренажной способности коксовой насадки в доменной печи. Таким образом, контроль этого индекса позволяет целенаправленно воздействовать на дренажную способность коксовой насадки путем изменения доли модифицирующей добавки в шихте для получения кокса в пределах 3-12%.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Доменную плавку вели, загружая в печь кокс, полученный из шихты, включающей смесь из 12 марок каменных углей (97%) и модифицирующей добавки (3%)-твердого продукта термической обработки без доступа воздуха битуминозных (тяжелых) остатков перегонки нефти, содержащий 4,5% серы. Производимый кокс использовали на доменной печи объемом 2000 м³. Качество производимого кокса оценивали по содержанию в нем золы и серы. Работу доменной печи оценивали по средним за 15 суток ее работы значениям приведенного расхода кокса (К_пр) и содержания серы в чугуне [S]. Дренажную способность коксовой насадки оценивали, рассчитывая индекс DMI по формуле:

DMI=2·Т_ч-121·[Si]-128·[P]-156·[S]+11·[Mn]-389·[C]-190·B-690,

где Т_ч - температура чугуна, °C;

2 - эмпирический коэффициент, характеризующий влияние температуры чугуна на дренажную способность коксовой насадки, 1/°C;

[Si], [Ρ], [S], [Mn], [С] - содержание указанных элементов в чугуне, % мас.;

121, 128, 156, 11, 389 - эмпирические коэффициенты, характеризующие влияние химического состава чугуна на дренажную способность коксовой насадки, 1/%;

В - основность шлака (CaO/SiO₂), безразмерная;

190 - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние основности шлака на дренажную способность, безразмерный;

690 - эмпирический коэффициент, безразмерный.

По сравнению с коксом, полученным только из обычной шихты (кокс А), кокс, полученный из шихты с модифицирующей добавкой (кокс Б), имел пониженное содержание золы, но более высокое содержание серы, увеличение которого произошло непропорционально увеличению ее прихода с шихтой для коксования. Содержание серы в чугуне увеличилось незначительно.

Дренажная способность коксовой насадки, сформировавшейся в печи из этого кокса, повысилась (таблица 1).

С целью дальнейшего повышения дренажной способности горна на следующем этапе долю модифицирующей добавки в шихте для получения кокса увеличили до 4% (таблица 2).

Последующее увеличение доли модифицирующей добавки до 5% еще более повысило дренажную способность коксовой насадки, но содержание серы в чугуне увеличилось на 0,05% по сравнению с базовым вариантом работы печи (таблица 3).

В дальнейшем спекание кокса производили из смеси угольной шихты (95%) и модифицирующей добавки (5%).

Пример 2. Доменную плавку вели с использованием кокса, полученного из шихты, включающей смесь из 12 марок каменных углей (94%) и твердый продукт термической обработки без доступа воздуха битуминозных (тяжелых) остатков перегонки нефти (6%), содержащей 2,0% серы. Производимый кокс использовали на доменной печи объемом 3200 м³.

Работу доменной печи оценивали по средним за 15 суток ее работы значениям приведенного расхода кокса (К_пр) и содержания серы в чугуне [S]. Дренажную способность коксовой насадки оценивали с помощью расчетного индекса DMI.

По сравнению с плавкой на коксе, полученном только из угольной шихты (кокс А), при использовании в плавке кокса, полученного из шихты с модифицирующей добавкой (кокс Б), дренажная способность коксовой насадки, сформировавшейся в печи из этого кокса, повысилась (таблица 4).

Увеличение содержания серы в коксе не повлияло на содержание серы в чугуне, а дренажная способность коксовой насадки повысилось. Для ее увеличения долю модифицирующей добавки в шихте для получения кокса увеличили до 9%. Доменная плавка показала, что дренажная способность коксовой насадки повысилась, а содержание серы в чугуне не превысило допустимых пределов (таблица 5).

При плавке на коксе, полученном с долей модифицирующей добавки 10,5%, дренажная способность коксовой насадки еще более повысилась, но содержание серы в чугуне увеличилось до предельно допустимого уровня (таблица 6).

В дальнейшем доменную плавку вели на коксе, полученном из шихты с содержанием модифицирующей добавки 10,5%.

Таким образом, приведенные примеры использования изобретения иллюстрируют его эффективность и осуществимость.

Отсюда можно сделать вывод, что задача, на решение которой направлено техническое решение, выполняется, при этом достигается получение вышеуказанного технического результата.