Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОМЫВКИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве чугуна в доменных печах.

При выплавке чугуна с используемый в качестве топлива и восстановителя кокс частично разрушается в процессе восстановительно-тепловой обработки, что ухудшает дренажную способность коксовой насадки и усложняет режим отработки продуктов плавки. Процесс ухудшения отработки продуктов плавки, усиливается при работе доменных печей на двух и более видах железорудного сырья, как правило, включающих низкоофлюсованные окатыши и высокоосновной агломерат, при локализации высокоосновной части шихты, образующей тугоплавкие составляющие, в высокотемпературной зоне.

Известен способ промывки горна доменной печи, в котором в качестве промывочного материала предлагается использовать смесь из железной руды, конвертерного шлака и сталеплавильного скрапа, загрузку которого осуществляют в промежуточное кольцо по окружности колошника на расстоянии 0,12-0,25% длины его радиуса от стен и оси [Патент РФ №2343199, МПК C21B 3/00, 2009].

Данный способ относится к промывке горна доменной печи от мелких фракций кокса и не учитывает необходимость очистки поверхности тотермана от высокоосновных тугоплавких составляющих в виде ранкита и ларнита, образующихся при проплавке концентрированной части агломерата повышенной основности и/или шлака конвертерного производства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ промывки доменной печи, в котором в качестве промывочного материала используют смесь металлофлюса и кварцита, при проплавке которой в низкотемпературной зоне доменной печи образуется расплав, состоящий из однокальциевых силикатов (Ca⋅SiO₂) и фаялита (2FeO⋅SiO₂), позволяющий размывать тугоплавкие высокоосновные соединения [Патент РФ №2248400, МПК C21B 3/00, 2005].

Формирование промывочной смеси из металлофлюса и кварцита в данном способе, усложняет логистику производства агломерата и предполагает необходимость периодического разделения потоков на агломерационной фабрике для спекания специального материала, а также ввода кварцита в состав доменной шихты, что в целом приводит к снижению содержания железа в ней и, соответственно, к увеличению расхода кокса.

В основу предлагаемого способа поставлена задача устранения «замусоривания» и заплавления поверхности тотермана, приводящих к искажению газораспределения, потере рабочего объема доменной печи, снижению расхода дутья, ухудшению технико-экономических показателей доменной плавки.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, - обеспечение растворения высокоосновных, высокомагнезиальных расплавов, заплавляющих коксовую насадку и окисление мелких фракций кокса низкоосновным, высокозакисным расплавом, образованным из смеси традиционных шихтовых материалов доменного производства.

Технический результат достигается тем, что в способе промывки доменной печи, включающем загрузку подач шихты, состоящих из коксовой и железорудной частей, периодическую загрузку промывочных подач, выпуск продуктов плавки, согласно изобретению в качестве промывочных подач используют железорудные материалы основностью 0,25-0,5, расход которых определяют исходя из получения первичного шлакового расплава с содержанием FeO в диапазоне 35-55%, рассчитываемого по зависимости:

FeO_пш=29,73-1,43⋅СаО+3,27⋅SiO₂-10,18⋅MgO+1,36⋅Al₂O₃-0,58⋅FeO,

где: FeO_пш - содержание оксида железа в первичном шлаковом расплаве, %;

СаО - содержание СаО в промывочной подаче, %;

SiO₂ - содержание SiO₂ в промывочной подаче, %;

MgO - содержание MgO в промывочной подаче, %;

Al₂O₃ - содержание Al₂O₃ в промывочной подаче, %;

FeO - содержание FeO в промывочной подаче, %.

В качестве железорудных материалов используют агломерат, окатыши и кусковую руду или смесь агломерата и окатышей или смесь окатышей и кусковой руды или смесь агломерата и кусковой руды или смесь агломерата, окатышей и кусковой руды.

Сущность способа заключается в формировании промывочной смеси, образующей низкоосновный высокозакисный расплав, позволяющий очистить коксовую насадку от тугоплавкого вязкого высокоосновного расплава и продуктов разрушения кокса.

Для изучения характера формирования жидких фаз в процессе восстановительно-тепловой обработки с последующей фильтрацией расплавов через слой кокса (коксовую насадку) использовали установку, в которой предварительно восстановленные железорудные материалы загружались на коксовый слой и нагревались со скоростью 30°C/мин до 1000°C, затем - 7°C/мин до 1600°C.

Указанная установка приведена на фиг. 1. Обозначения: 1 - грузы; 2 - верхний сальник; 3 - нажимной шток; 4 - индуктор; 5 - графитовая труба; 6 - верхняя решетка; 7 - нижняя решетка; 8 - окно камеры с инертной атмосферой; 9 - крышка; 10 - графитовый поддон; 11 - устройство для вращения поддона; 12 - несущая рама.

В ходе опыта фиксировали начало фильтрации расплава через коксовую насадку (Т_нф, °С), массу первичного шлака, определяли в нем содержание оксида железа (FeO_пш, %), оценивали количество и состав «зависшего» в коксовой насадке непрофильтровавшегося остатка (М_ост, %).

Проплавку отдельных видов железорудных материалов и их смесей проводили на чистой коксовой насадке и насадке, загроможденной мелкими фракциями кокса (5% от массы коксовой насадки) и флюсовой составляющей, по составу близкому к составу непрофильтровавшегося остатка (Мост. = 8% от массы коксовой насадки) при проплавке высокоосновного агломерата. По массе непрофильтровавшегося остатка расплава на загроможденной насадке оценивали «моющую» способность первичного расплава.

В качестве критерия способности расплава очищать коксовую насадку от неплавких масс и мелких фракций кокса приняли, что достаточной является моющая способность расплава, обеспечивающая величину остатка в слое кокса не более 15,0% расплава от массы железорудного материала.

Объектом исследований являлись железорудные материалы текущего производства, проплавляемые на доменных печах ПАО «Северсталь». Химический состав железорудных материалов представлен в таблице 1. Результаты высокотемпературных испытаний различных материалов на коксовой насадке различной степени загромождения, представлены в таблице 2.

Из результатов следует, что расплавы отдельно взятых неофлюсованных и частично офлюсованных окатышей, агломерата различной основности неспособны очищать коксовую насадку от мелких фракций кокса и неплавких масс. Остаток расплава в слое кокса в зоне высоких температур увеличивается, что делает коксовую насадку слабо газопроницаемой, искажает распределение газового потока и снижает степень использования восстановительной способности газа.

Создание композиции из нескольких видов железорудного сырья обеспечивает образование более легкоплавких эвтектик, способствует более интенсивному растворению оксидов во вновь образующемся расплаве. В результате количество высокозакисного фильтрующегося через коксовую насадку промывочного расплава значительно возрастает. Этот расплав способен окислять коксовую мелочь в наибольшей степени непосредственно в горне.

Наиболее рациональным соотношением неофлюсованных окатышей и агломерата или окатышей, агломерата и руды является такое, которое при основности 0,25-0,5 ед. промывочной смеси образует первичный расплав с содержанием оксида железа 35-55%. Данное соотношение обеспечивает заданную моющую способность первичного расплава, очищающего коксовый слой от неплавких масс и кокса мелких фракций. В проведенной серии опытов, это опыты №№7, 8, 13, 14.

При этом расплав не должен контактировать, как с шамотной или торкрет-футеровкой, вызывая ее эрозию, так и углеродистой футеровкой горна, которая может расходоваться на восстановление железа из закиси.

Заявляемый способ опробован в промышленных условиях на доменной печи объемом 5500 м³, оснащенной бесконусным загрузочным устройством (БЗУ). В штатном режиме печь проплавляла шихту с расходом 77-80 т агломерата и 39-41 т окатышей в подачу (расход кокса 404 кг/т чугуна, количество природного газа 5300 м³/час, содержание кислорода в дутье 24%). На основании расчетов основности промывочной смеси в ее состав были включены агломерат основностью 1,4 и неофлюсованные окатыши в соотношении 4:1, соответственно. Основность промывочной смеси составила 0,26, что находилось в пределах диапазона по заявляемому способу. Содержание FeO в первичном шлаке (FeO_пш) определяли по формуле:

FeO_пш=29,73-1,43⋅СаО+3,27⋅SiO₂-10,18⋅MgO+1,36⋅Al₂O₃-0,58⋅FeO,

где СаО=2,1%; SiO₂=6,2%; MgO=0,7%; Al₂O₃=0,58%; FeO=3,9%.

После того, как обозначилась тенденция к росту нижнего перепада, снижению теплосъема на холодильниках горна, появлению «коксового мусора» при выпуске шлака, что свидетельствовало о «замусоренности» горна, начали загружать промывочные подачи, состоящие из железорудной и коксовой порций.

После окончания процесса промывки работа печи стабилизировалась, производительность выросла с 12700 т чугуна/сутки до 13100 т чугуна/сутки, расход кокса уменьшился с 404 кг/т чугуна до 401 кг/т чугуна.