СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам доменной плавки чугуна.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку через колошник кокса, железорудных материалов и каменного угля, при этом осуществляют загрузку раздельными подачами железорудных материалов и кокса с увеличением массы коксовой подачи от минимально допустимой величины. При этом уголь смешивают с железорудными материалами в каждой подаче (Патент RU 2268947 С2, C21B 5/00, 27.01.2006).

Наиболее близким является известный способ выплавки литейного чугуна в доменной печи, включающий загрузку в печь железосодержащей шихты с содержанием железа более 56%, состоящей из агломерата, окатышей, сырой руды, металлодобавок, топлива и флюсов в заданной пропорции, проплавление материалов с получением чугуна и шлака с суммарной основностью не более 1,2 (Патент RU 2157413 C1, C21B 5/00, 10.10.2000).

Повышение металлизации доменной шихты улучшает технико-экономические показатели доменной плавки, а также позволяет несколько снизить расход кокса. Однако дефицит коксующихся углей и как следствие, их высокая стоимость ставит вопрос об еще большей экономии кокса основного его потребителя - доменного производства. Замена части кокса на более дешевый антрацит, является одним из вариантов экономии кокса. Использование антрацита как заменителя не требует его дополнительной подготовки в доменном цехе и капитальных вложений. Однако фракционный состав имеет принципиальное значение при использовании антрацита, поскольку от него зависят газопроницаемость и другие параметры работы доменных печей. Для применения в доменном процессе необходима фракция 25-60 мм. Массовая доля влаги в антраците колеблется в пределах 2,0-4.0%, что не выходит за рамки данного показателя для кокса. Содержание нелетучего углерода весьма велико и близко к содержанию его в коксе. Зольность, антрацита составляет 2,5-5%, что значительно ниже, чем у кокса. Состав золы угля и кокса близок. Однако из-за относительно низкого количества антрацита в топливной смеси это практически не сказывается на основности шлака и не требует дополнительной загрузки известняка. Содержание массовой доли серы в антраците составляет 0,1-0,25% массовой доли фосфора 0,003-0,08%.

Сравнение антрацита и доменного кокса показывает, что антрацит содержит больше летучих компонентов. Летучие преимущественно состоят из водорода (62-72%) и метана (20-24%), содержание тяжелых углеводородов не превышает 0,55%, количество газа при нормальных условиях 216-240 м³/т. Выход смолистых веществ мал. Тепло выделяется в основном за счет сгорания содержащихся в антраците углеводородов и водорода, поэтому оно может быть выше, чем у кокса. Прочность антрацита ниже, чем у кокса, а дробимость и истираемость выше. Антрацит характеризуется меньшей температурой воспламенения и большей теплотворной способностью. Антрацит имеет меньшую пористость, однако его реакционная способность близка к коксу.

Таким образом, характеристики данного вида угля в целом соответствуют требованиям. предъявляемым к металлургическому сырью как топливу и углеродсодержащему агенту.

Для получения необходимого химического состава чугуна требуется введение ферросплавов, что повышает затраты на его производство. Снижение затрат и улучшение стабильности чугуна по химическому составу возможно за счет использования более дешевого местного сырья - металлоконцентрата, получаемого в результате сухой магнитной сепарации металлургических шлаков.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании предлагаемого способа, заключается в повышении стабильности химического состава чугуна за счет лучшего распределения марганца и хрома в чугуне при его выплавке с применением металлоконцентрата, а также улучшение технико-экономических показателей производства чугуна за счет снижения расхода кокса при его частичной замене антрацитом.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства чугуна, включающем в себя загрузку в печь через колошник железорудной части шихты, состоящей из агломерата, окатышей, металлодобавки и кокса, нагрев, восстановление и плавление шихты, выпуск чугуна и шлака, согласно предлагаемому изобретению в качестве металлодобавки используют металлоконцентрат с содержанием металлического железа 41,0%, полученный в результате сухой магнитной сепарации металлургических шлаков с повышенным содержанием марганца, хрома и наличием металлического железа, часть кокса заменяют антрацитом крупностью 25-60 мм, последний перед загрузкой перемешивают с железорудной частью шихты и металлоконцентратом, при этом расход металлоконцентрата составляет 20-25% от железорудной части шихты, для обеспечения в чугуне содержания марганца от 0,5 до 1,0% и хрома от 0,1 до 0,3%.

Загрузка металлоконцентрата и антрацита в доменную печь осуществляется вместе с железорудной частью вторым весом по системе загрузки КРМАРК или РМАРКК.

Возможны следующие варианты объединения железорудной части и антрацита.

Вариант 1. Антрацит подается либо через рудные бункера, либо через бункера добавок на главный конвейер в скип к железорудной части. При пересыпании антрацита и железорудной части шихты из скипа в приемную воронку и при распределении на ВРШ происходит их перемешивание.

Вариант 2. Смешивание антрацита с железорудной частью шихты происходит на складе формированием штабеля в заданном соотношении.

Количество антрацита и металлоконцентрата, вводимого в железорудную часть шихты, определяется опытным (расчетным) путем.

Расчет теоретического коэффициента замены кокса антрацитом произведен исходя из технического анализа антрацита и кокса на примере антрацита ЗАО «Сибирский Антрацит».

1. По углероду 10 кг антрацита заменят

М_кокс=10*((100-А_ант-V_ант)/100-А_кокс-V_кокс)),

где М_кокс - масса кокса, кг;

А_ант - массовая доля золы антрацита, %;

V_ант - массовая доля летучих антрацита, %;

А_кокс - массовая доля золы кокса, %;

V_кокс - массовая доля летучих кокса, %.

М_кокс=10*((100-4,0-1,8)/(100-12,6-1,0))=10,9 кг кокса.

2. По золе

С золой антрацита уменьшается приход SiO₂ по сравнению с золой кокса. Каждые 10 кг антрацита уменьшают выход SiO₂, и, следовательно, уменьшается выход шлака.

М_SiO2=М_кокс*(А_кокс/100)*(SiO_{2 зола кокса}/100)-(А_ант-/100)*(SiO_{2 зола ант}/100)*10,

где М_SiO2 - масса SiO₂ в антраците, кг;

SiO_{2 зола ант} - массовая доля SiO₂ в золе антрацита, %;

SiO_{2 зола кокса} - массовая доля SiO₂ в золе кокса, %.

M_SiO2=10,9*(12,6/100)*(52,7/100)-(4/100)*(66,9/100)*10=0,43 кг SiO₂.

3. По летучим

Повышенная доля летучих в угле снизит расход кокса на

[(V_ант/100)*M_ант-(V_кокс-/100)*М_кокс]*k,

[(1,8/100)*10-(1,0/100)*10,9]*0,6=0,071 кг/т.

Каждые 10 кг угля заменят: 10,9+0,071=10,97 кг кокса, следовательно, коэффициент замены кокса антрацитом составляет 1,10.

Исходя из расчета теоретического коэффициента замены кокса антрацитом, расход антрацита и кокса на доменной печи №1 объемом 1007 м³, при среднем расходе кокса 453 кг/т чугуна и антрацита 33 кг/т чугуна, будет рассчитываться по формуле:

Р_тв.т=Р_к+Р_а,

где Р_тв.т - удельный расход твердого топлива (кокс + антрацит);

Р_к - удельный расход кокса; P_a - удельный расход антрацита.

Р_к=Р_ср.к-Р_а·К_з,

где Р_к - удельный расход кокса; P_{ср. к} - средний расход кокса (453 кг/т); P_a - удельный расход антрацита; К_з - коэффициент замены кокса антрацитом.

Пример расчета:

Р_{ср. к}=453 кг/т, Р_а=33 кг/т, К_з=1,1;

Р_к=453-33·1,1=416,7 кг/т;

Р_тв.т=416,7+33=449,7 кг/т.

Следовательно, при удельном расходе антрацита 33 кг/т чугуна удельный расход кокса составит 416,7 кг/т чугуна.

На расход кокса также влияет содержание металлоконцентрата в доменной шихте. Из опытных данных известно, что содержание металлического железа в металлоконцентрате 41,0%, соответственно степень металлизации железорудной части шихты составляет 9,1%. Увеличение степени металлизации на 1,0% снижает расход кокса на 2,3 кг/т чугуна, с учетом степени металлизации железорудной части шихты снижение расхода кокса составляет 18,4-20,9 кг/т чугуна, кроме того, происходит увеличение содержания железа в шихте на 2,0%. Увеличение на 1,0% содержания железа в шихте снижает расход кокса на 1,0 кг/т чугуна, с учетом этого снижение расхода кокса составляет 2,0 кг/т чугуна. Следовательно, общее снижение расхода кокса при применении металлоконцентрата составляет 20,4-22,9 кг/т чугуна.

Таким образом, за счет использования металлоконцентрата в доменной шихте и замены части кокса антрацитом снижение расхода кокса составит 56,7-59,2 кг/т чугуна.

Для получения в чугуне необходимого содержания марганца от 0,5 до 1,0% и хрома от 0,1 до 0,3% расход металлоконцентрата составляет 20-25% от железорудной части шихты.

Пример реализации способа

Описание реализации способа приведено применительно к печи 1007 м³ производительностью 1900 т/сут, выплавляющей передельный чугун.

Рудная часть шихты представлена в таблице 1.

Химический состав металлоконцентрата представлен в таблице 2.

Дутье - атмосферное либо обогащенное кислородом. Температура дутья - 1050°C. Расход дутья - 1850-1950 м³/мин. Давление колошникового газа - 1,05 кгс/см². Давление дутья - 2,0 кгс/см².

Расход антрацита 10-40 кг/т чугуна, расход твердого топлива (кокс и антрацит) составляет 447-460 кг/т чугуна. Крупность антрацита 25-60 мм. Зольность кокса 12%, антрацита 5%. Теоретический коэффициент замены кокса антрацитом - 1,1, фактический - 1,0. Состав передельного чугуна: C - 4,24%, Si - 0,55%, Mn - 0,68%, P - 0,070%, S - 0,012%, Cr - 0,24%. железо - остальное.

Состав шлака: SiO₂ - 41,6%, CaO - 43,6%, Al₂O₃ - 6,9%, MgO - 6,5%, FeO - 0,55%, S - 0,72%.

Изобретение позволит полностью использовать антрацит в сухой зоне доменной печи, что приведет к снижению удельного расхода кокса, а также улучшить стабильность чугуна по химическому составу.