СПОСОБ ПРОМЫВКИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

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

Известен способ промывки горна и стен доменной печи, включающий загрузку в доменную печь основных компонентов шихты: агломерата, окатышей, флюсов, кокса и добавку сварочного шлака, в виде отходов производства, смешиваемого с основными компонентами шихты перед загрузкой их в печь, см. а.с. СССР №1186635, М. кл. С 21 В 3/00, 85 г.

Недостатком известного способа является то, что сварочный шлак, для создания которого используются отходы производства, очищает горн и стены только от мелочи кокса и спели, при этом высокоосновные тугоплавкие составляющие в виде ранкинита (3СаО· 2SiO₂) и ларнита (2СаО· SiO₂) остаются в печи. Это ограничивает возможность повышения производительности доменной печи и повышает удельный расход кокса.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ промывки доменной печи, включающий загрузку основных компонентов шихты, периодическую загрузку доз промывочного материала и выпуск продуктов плавки, в котором в качестве промывочного материала загружают металлофлюс основностью 0,6-1,0 в кусках 10-60 мм в смеси с окатышами основностью 0,05-0,5 в соотношении от 1:(0,5-2), см. RU №2067998, М. кл. С 21 В 3/00, 94 г.

Используемый в этом способе металлофлюс приготавливается из отходов производства и имеет основность 0,6-1,0, что не обеспечивает удаление (в процессе промывки) высокоосновных тугоплавких составляющих в виде ранкинита (3СаО· 2SiO₂) и ларнита (2СаО· SiO₂). Кроме того, в этом флюсе недостаточно составляющих в виде фаялита (2FeO· SiO₂) и тефроита (2МnО· SiO₂), необходимых для превращения (в восстановительной высокотемпературной среде) тугоплавких высокоосновных соединений в низкоосновное легкоплавкое состояние. Это приводит к снижению температуры в зоне промывки из-за некомпенсированных затрат тепла на нагрев и плавление промывочного материала и, в конечном итоге, к неполной промывке горна, что снижает производительность доменной печи и повышает удельный расхода кокса.

Задачей, на решение которой направлен заявленный способ, является снижение производственных издержек за счет утилизации отходов производства, а также повышение производительности доменной печи и снижение удельного расхода кокса.

Решение указанной задачи обеспечено тем, что в способе промывки доменной печи, включающем загрузку основных компонентов шихты и периодическую загрузку доз промывочного материала в виде металлофлюса, содержащего CaO, MnO, FeO и SiO₂, выпуск продуктов плавки, согласно изобретению, используют металлофлюс основностью до 4,0 в смеси с кварцитом, расход которого определяют из следующего соотношения:

Кв=(СаО_мф+МnО_мф/2+FеО_мф/2-SiO_2мф)100/SiO_2Кв,

где Кв - расход кварцита, кг/кг металлофлюса; СаО_мф, МnО_мф, FеО_мф и SiO_2мф - содержание в металлофлюсе CaO, MnO, FeO и SiO₂, в мас.%; SiO_2Кв - содержание SiO₂ в мас.% в кварците, причем доза промывочного материала составляет 0,01-0,1 от величины рудной части подачи, при этом, соответственно, увеличивают расход кокса в соотношении с величиной дозы 1:(1-5), а промывку проводят до повышения перепада температур воды в холодильниках горна и лещади до 1,5° С и плотности теплового потока до 5 кВт/м². Кроме того, крупность кусков материала флюса и кварцита составляет 10-30 мм.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Оценивают целесообразность промывки доменной печи замером перепада температур воды и плотности теплового потока в холодильниках горна и лещади. Решение о промывке принимают при перепаде температуры воды в холодильниках горна и лещади менее 1,5° С, плотности теплового потока - менее 5 кВт/м². Определяют содержание FeO, MnO, CaO, SiO₂ в металлофлюсе и SiO₂ в кварците. Принимают по практическим данным коэффициент перехода марганца в чугун. Он обычно находится в пределах 0,5-0,7. Вычисляют основность металлофлюса: b=CaO/SiO₂, и при величине b менее 4,0 принимают решение о пригодности выбранного металлофлюса для промывки. Далее вычисляют расход кварцита в кг на каждый 1 кг металлофлюса по предлагаемому соотношению. Устанавливают дозу промывочного материала (Д_пр, кг) в пределах 0,01-0,1 от величины рудной части подачи (Р_п, т): Д_пр=1000(0,01-0,1)Р_п. Затем рассчитывают дозу металлофлюса (Д_мф, кг) и кварцита (Д_кв, кг) в составе промывочного материала, используя выражения: Д_мф=Д_пр·_{(1-Кв) и Дкв=Дпр-Дмф.}

Определяют величину коксовой части подачи (К_п, т). К_п=К_п0+0,001Д_пр·_{[1/(1-5)], где Кп0 - величина коксовой части подачи до начала применения промывочного материала, т.}

Загружают рудную и коксовую части подачи с использованием промывочного материала, проводят доменную плавку, выпускают продукты плавки, следя за перепадом температур воды в холодильниках горна и лещади и плотностью теплового потока. Использование промывочного материала прекращают после повышения перепада температур воды до 1,5° С и плотности теплового потока до 5 кВт/м². Следует отметить, что значения температурного перепада в холодильниках горна и лещади, а также плотность теплового потока до 5 кВт/м² получены опытным путем, в результате испытаний. При меньших значениях этих параметров увеличивается перепад давления газа с подвисанием шихты и необходимостью снижения интенсивности продувки с соответствующим ухудшением показателей плавки. В процессе промывки металлофлюс и кварцит промывочного материала, опускаясь в доменной печи в смешанном состоянии, нагреваются и взаимодействуют между собой. Из SiO₂ кварцита и СаО металлофлюса образуется однокальциевые силикаты (СаО· SiO₂ - псевдоволластонит и волластонит), из SiO₂ кварцита и FeO металлофлюса - фаялит (2FeO· SiO₂), из SiO₂ кварцита и МnО металлофлюса - тефроит (2МnО· SiO₂). Промывочный материал приобретает минимальную температуру плавления и низкую вязкость. Благодаря этому он легко проникает в пространство между кусками компонентов шихты в нижней части шахты, в распаре, заплечиках и между кусками кокса в горне доменной печи. При высоких температурах происходит восстановление Fe из FeO фаялита и Мn из МnО тефроита с расходованием на это коксовой мелочи и спели: 2FeO· SiO₂+2С=2Fe+SiO₂+2СО; 2MnO· SiO₂+2C=2Mn+SiO₂+2CO, с соответствующей промывкой от коксовой мелочи и спели. Освободившийся SiO₂ взаимодействует с ранкинитом (3СаО· 2SiO₂) и ларнитом (2СаО· SiO₂), превращая их в псевдоволластонит и волластонит с соответствующим снижением температуры плавления и вязкости и вовлечением в шлаковую фазу: (3СаО· 2SiO₂)+SiO₂=3(СаО· SiO₂); (2СаО· SiO₂)+SiO₂=2(СаО· SiO₂), что приводит к промывке от высокоосновных тугоплавких составляющих содержимого печи.

Использование предлагаемого соотношения для определения расхода кварцита в смеси с металлофлюсом обеспечивает минимальную температуру плавления и низкую вязкость промывочного материала. В соответствии с предложенным соотношением кварцит (SiO₂), вводится в стехиометрическом количестве, необходимом для связывания СаО в однокальциевый силикат (псевдоволластонит и волластонит), FeO в фаялит, а МnО в тефроит. Больший расход кварцита по сравнению с расчетной величиной приводит к поступлению избыточного количества SiO₂, которое не связывается в минералы, соответственно повышается температура плавления и вязкость промывочного материала. Меньший (расчетного) расход кварцита обуславливает недостаток SiO₂ и избыток не связанного в однокальциевый силикат СаО, с соответственным повышением температуры плавления и вязкости промывочного материала.

Использование металлофлюса с предельной основность до 4,0 позволяет вовлечь в производство ранее не использующиеся отходы с основностью, составляющей в 1-4, к которым, в частности, относится конвертерный шлак. При основности металлофлюса менее 4,0 обеспечивается получение (совместно с кварцитом) промывочного материала с высокой концентрацией фаялита и тефроита и соответствующей повышенной промывающей способностью. При основности металлофлюса более 4,0 в промывочном материале образуется значительное количество однокальциевого силиката (псевдоволластонит и волластонит), со снижением концентрации фаялита и тефроита и соответствующим понижением промывающей способности.

Доза промывочного материала в пределах 0,01-0,1 от величины рудной части подачи обеспечивает наиболее благоприятные условия промывки. При меньшей дозе (ниже 0,01) полная промывка не достигается из-за ее недостатка для заполнения межкусковых пустот с мелочью кокса, спели и высокоосновных тугоплавких составляющих. При большей дозе (выше 0,1) происходит удаление крупной части коксовой насадки, и нарушается работа печи после промывки.

Увеличение расхода кокса в соотношении с величиной дозы промывочного материала 1:(1-5) позволяет компенсировать затраты тепла на нагрев промывочного материала и проведение реакций, а также не допустить, за счет этого, снижения температур в зоне формирования гарнисажа и избыточного повышения давления.

Соотношение массовых частей 1:5, соответственно, кокса и промывочного материала обеспечивает сохранение теплового режима горна.

Соотношение 1:1, т.е. величин загрузки промывочного материала и кокса в равных количествах по массе, обеспечивает повышение нагрева горна, соответствующего росту содержания кремния в чугуне на 0,1-0,2%. В этих пределах соотношений обеспечивается создание наиболее благоприятных температурно-тепловых условий для процесса промывки (ускоренная промывка с повышением производительности печи после промывки и снижением удельного расхода кокса). При меньших соотношениях снижается нагрев печи из-за недостатка кокса для компенсации затрат тепла, что снижает интенсивность протекания процессов и неполной промывке, неровной работе с простоями и тихими ходами, снижает производительность печи и повышает удельный расход кокса. При больших соотношениях повышается расход кокса с соответственным излишним нагревом печи, при этом ухудшается газодинамика нижней части доменной печи с выделением монооксида кремния, наложения процессов восстановления на процессы плавления и шлакообразования и снижением эффективности промывки. Диапазон крупности кусков материала флюса и кварцита, составляющий 10-30 мм, обеспечивает развитую межфазную поверхность и позволяет снизить энергозатраты на их расплавление.

Пример. Плавка на доменной печи №6 ОАО "ММК" объемом 1380 м³.

В качестве основных компонентов шихты загружали агломерат, окатыши и кокс. В качестве металлофлюса использовали отход производства с химическим составом, приведенным в таблице 1.

Основность металлофлюса составила b=CaO/SiO₂=37,3/14,0=2,66, т.е. менее 4,0, что пригодно для включения в составе промывочного материала. Для совместного применения с металлофлюсом использовали кварцит с содержанием SiO₂=98% маc.

Расход кварцита в кг на каждый 1 кг металлофлюса, с учетом коэффициента перехода марганца в чугун, составляющим 0,6, - средняя величина из обычных значений

((0,5+0,7)/2=0,6):Кв=(FеО_мф/2+η _Mn·_{МnОмф/2+СаОмф-SiO2мф)/SiO2Кв=(25,9/2+0,6· 3,5/2+37,3-14,0)/98=0,38 кг/кг.}

Доза промывочного материала (Д_пр, кг) составит 0,055 (средняя величина - (0,01-0,1)/2=0,055) от величины рудной части подачи (Р_п, т). Рудная часть подачи Р_п составит 26 т.

Соответственно: Д_пр=1000× 0,055× Р_п=1000× 0,055× 26=1430 кг.

Доза металлофлюса (Д_мф, кг) и кварцита (Д_кв, кг) в составе промывочного материала составляет: Д_мф=Д_пр·_{(1-Кв)=1430· (1-0,38)=890 кг, Дкв=Дпр-Дмф=1430-890=540 кг.}

Величина коксовой части подачи (К_п, т) в соотношении с величиной дозы промывочного материала задана как 1:3 (средняя величина из установленных пределов 1:(1-5)). Величина коксовой части подачи (К_п0) до начала применения промывочного материала составляла 7,5 т. Поэтому: К_п=К_п0+0,001Д_пр·_{[1/(1-5)]=7,5+0,001· 1430· 1/3=8 т.}

Загрузили рудную и коксовую части подачи с использованием промывочного материала, провели доменную плавку с выпуском продуктов плавки и контролем перепада температур воды в холодильниках горна и лещади, а также плотности теплового потока. Использование промывочного материала прекратили после повышения перепада температур воды до 1,5° и плотности теплового потока до 5 кВт/м². Общий расход промывочного материала составил около 0,55 объема печи.

Показатели работы по заявляемому способу и прототипу после проведения промывки в периоды длительностью по 30 суток представлены в таблице 2.

Как следует из таблицы, использование предложенного способа обеспечивает (по сравнению с прототипом) снижение удельного расхода кокса после промывки, составляющем 16,5 кг/т чугуна, и повышение производительности на 5,4%.