Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЫНОСА ЦИАНИДОВ С КОЛОШНИКОВЫМ ГАЗОМ ПРИ ВЕДЕНИИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к технологическим приемам ведения доменной плавки.

В известной работе В.В.Аверина и Л.З.Ходака "Физико-химические условия образования и распада цианидов в доменной печи" ("Металлы", № 1, 2001, с.20-25) рассматривается термодинамика процесса и делается вывод о том, что потоком доменного газа цианиды транспортируются в столб шихты, где в окислительных условиях они конденсируются, практически полностью распадаются до оксидов и взаимодействуют со стекающими в горн первичными шлаками. Не рассматривается вопрос о выносе цианидов с колошниковым газом и о борьбе с этим явлением на доменных печах, работающих с пониженной рудной нагрузкой в центральной части столба шихты.

Наиболее близким к заявляемому способу по технологической сущности является способ, изложенный в работе М.И.Ровенского и А.М.Жака "Зависимость содержания цианидов в газе от работы доменной печи" (Бюллетень ЦНИИЧМ. Черная металлургия, 1970, № 24, с.17-18). В способе констатируется, что изменение содержания цианидов в колошниковом газе определяется характером распределения и использования газового потока. Недостатком способа является то, что он также не регламентирует приемы снижения содержания цианидов в колошниковом газе доменных печей, работающих с развитым потоком газа в осевой зоне, и не предусматривает промывку от щелочных элементов, являющихся катализатором образования цианидов.

Предлагаемый способ направлен на устранение этого недостатка.

Техническим результатом способа является снижение выноса цианидов с колошниковым газом при сохранении основных показателей доменной плавки.

В предлагаемом способе снижения выноса цианидов с колошниковым газом при ведении доменной плавки, включающем загрузку шихты подачами железорудных материалов и кокса в доменную печь, ведение плавки на шлаках заданной основности с развитым потоком газов в осевой зоне доменной печи, определение содержания щелочных элементов и цианидов, периодически с интервалом 10-50 подач в осевую зону доменной печи слоями загружают неофлюсованные или частично офлюсованные окатыши и железную руду. При этом периодичность загрузки неофлюсованных или частично офлюсованных окатышей и железной руды задают из условия непрерывного нахождения не менее одного их слоя в осевой зоне печи. Определяют содержание цианидов в воде оборотного цикла тракта газоочисток, а с началом повышения их содержания от стабильного в сторону предельно допустимой концентрации дополнительно в одну из подач в доменную печь загружают 1-3% железной руды от массы рудной порции в подаче, а в последующих трех-пяти подачах снижают основность шлака по CaO:SiO₂ на 0,05-0,2 ед. от рабочей основности изменением соотношения агломерата и окатышей в железорудных материалах шихты.

Сущность способа заключается в следующем.

Генератором образования цианидов является высокотемпературная фурменная зона доменной печи. Основными цианистыми соединениями, которые образуются в окислительной зоне фурменного пояса, являются моноцианид CN и дицианид С₂N₂. При высоких температурах коксовой насадки горна и заплечиков цианиды входят в контакт с парами свежевосстановленных щелочных металлов калия (К) и натрия (Na) и образуют синеродистые соли KCN и NaCN. Учитывая, что цианиды являются активными восстановителями, то, проходя через слой шихты, они расходуются на восстановление FeO, Fe₃O₄, Fe₂О₃.

Цианиды при температуре 635°С (цианид калия) и 562°С (цианид натрия) сублимируют, т.е. переходят из газообразного состояния, минуя жидкое, в твердое тонкодисперсное. Одна часть сублимированных цианидов расходуется в реакциях восстановления высших окислов железа, а другая часть сорбируется в порах кокса.

На участках доменной печи, в которых находится шихта с пониженной рудной нагрузкой и повышенной температурой газов (более 650-700°С) возможен проскок цианистых соединений в колошниковый газ и попадание их в газоочистку и оборотный цикл воды.

Проблема экологических вопросов с наличием цианистых соединений в колошниковом газе и оборотном цикле воды при выплавке передельного чугуна не стояла так остро до освоения доменных печей большого объема. Со строительством же таких печей обеспечение центрального потока газов явилось одним из основных технологических приемов, обеспечивающих устойчивую высокопроизводительную и экономичную плавку. Однако это создало предпосылки значительного выноса цианидов из рабочего пространства печи колошниковым газом и создало условия повышенной опасности для обслуживающего персонала оборотного тракта воды газоочисток.

В прелагаемом способе снижения выноса цианидов с колошниковым газом при ведении доменной плавки на основе предварительных лабораторных исследований высокотемпературных свойств железорудных материалов для создания так называемого технологического "пыжа" для разложения образующихся в объеме печи цианидов, выносимых через осевую зону печи, а также снижения температур в этой зоне рекомендовано использование неофлюсованных, частично офлюсованных окатышей и железной руды.

Химический состав и свойства этих материалов, а также характеристики агломерата даны в таблице.

В качестве критерия оценки пригодности материала использовались свойства первичного шлака по образованию закиси железа, способной окислить и разложить цианид по реакции:

2KCN(ж)+FeO(ж)=К₂O(ж)+N₂+2С(тв.)+Fe(тв.)

Из исследованных материалов для создания технологического "пыжа" не подходит только агломерат, поскольку несет в себе практически весь флюс и определяет состав конечного доменного шлака. Пониженная температура фильтрации расплава из неофлюсованного или частично офлюсованного материала приводит к снижению температуры в осевой зоне печи, что также способствует уменьшению выноса цианидов с колошниковым газом.

Вместе с тем количество "пыжей" в пространстве печи должно быть ограничено определенными рамками из-за развития с их участием эндотермической реакции прямого восстановления закиси железа углеродом кокса и его перерасходом, а также нарушения газодинамики процесса с повышением горизонта образования и протяженности зоны "когезии" в печи.

Промышленная отработка параметров способа проведена на доменной печи объемом 5500 м³, оборудованной конвейерной шихтоподачей и БЗУ, позволяющей набирать порции железорудных материалов в заданной последовательности и целенаправленно их распределять по сечению доменной печи.

В обычном режиме в печь загружали 8 подач в час, железорудная часть которой состояла из 75 тонн агломерата и 35 тонн окатышей. Окатыши выдавались на конвейер на агломерат после образования из последнего головной части массой 30 тонн. Загрузка в печь производилась из положения лотка 9-4, т.е. углах его наклона от 41 до 32 градусов. Для открытия осевой зоны печи потоку газов в нее загружалось повышенное количество кокса.

Пример 1. В период реализации способа увеличили головную часть агломерата на конвейере, сдвинув окатыши назад по его ходу. При выгрузке железорудной порции в бункер БЗУ значительная часть окатышей оказывалась на слое агломерата. Выгрузку порции начинали из пологих положений лотка БЗУ и заканчивали крутыми. Это позволило распределить окатыши по сечению колошника от промежуточной зоны до центра. В таком режиме производили загрузку каждой пятидесятой подачи, что при общем количестве 7-8 подач в час и нахождении материала в печи порядка 7 часов обеспечивало постоянное нахождение в объеме печи одного слоя (технологического "пыжа") из окатышей.

Через трое суток концентрация цианидов в воде оборотного цикла снизилась с 72,8 до 59,7 мг/л, т.е. на 18%, и практически стало равным требованиям ПДК (предельно допустимой концентрации 60 мг/л).

Пример 2. Во втором случае создание технологических "пыжей" обеспечивали загрузкой окатышей в центральное кольцо сечения колошника каждой 18-й подачей. В течение трех дней концентрация цианидов в воде оборотного цикла снизилась до 54,6 мг/л, т.е. на 25% от первоначальной.

Такая система загрузки обеспечивала нахождение в пространстве печи одновременно на одинаковом расстоянии друг от друга трех технологических "пыжей" из окатышей, что позволяло разлагать цианиды при использовании их на восстановление FeO из жидкого расплава в нижнем слое, восстановление окатышей в шахте в промежуточном "пыже", а верхний "пыж" снижал температуру отходящего из осевой зоны печи колошникового газа и адсорбировал цианиды в твердом состоянии. Расход кокса и производительность печи оставались стабильными.

Пример 3. В третьем случае создание технологического "пыжа" производили каждой десятой подачей, т.е. их количество, одновременно находящееся в объеме печи, возросло до шести. Содержание цианидов в воде оборотного цикла снизилось до 52.4 мг/л, т.е. на 27%.

Дальнейшее увеличение количества подач в осевую зону печи технологических "пыжей" из окатышей приводило к росту нижнего перепада давления и снижению форсировки печи, что свидетельствует о заметном снижении газопроницаемости так называемой центральной "отдушины".

Опыты с использованием неофлюсованных окатышей в качестве технологического "пыжа" провели при его загрузке с периодом, равным каждой 50-й подаче. В остальных подачах использовали частично офлюсованные окатыши, что позволяло без изменения состава агломерата сохранить стабильный шлаковый режим плавки. Снижение содержания цианидов в воде газоочисток осталось на прежнем уровне и составило 18%.

С учетом того что темп загрузки для печей большого объема по условиям шихтоподачи - величина примерно постоянная, равная 7-9 подач в час, можно считать, что снижение выносов цианидов с колошниковым газом без ухудшения технико-экономических показателей работы доменной печи при загрузке в центральное кольцо столба шихты неофлюсованных или частично офлюсованных железорудных материалов с периодом, равным каждой десятой-пятидесятой подаче - величина универсальная.

Пример 4. Стабилизацию и недопущение "залпового" выноса цианидов с колошниковым газом (без увеличения подач окатышей в центральное кольцо столба шихты) и предотвращение превышения их предельно допустимого содержания в воде газоочисток обеспечивают дополнительной загрузкой в шихту железной руды и снижением основности шлака после "критического" накопления в печи щелочных элементов, являющихся источником образования KCN и NaCN. Приход щелочных элементов с шихтовыми материалами составил 3,1 кг/т чугуна, а вывод из печи с колошниковым газом и шлаком - 1,8 кг/т чугуна, т.е. остаточное накопление их в пространстве печи составило 1,3 кг/т чугуна. При "критическом" накоплении щелочей, происходящем обычно в течение 5-7 суток, способом предусматривается с такой же периодичностью загружать в доменную печь дополнительно 1-3% (одна-три тонны) железной руды от массы рудной порции, а последующими тремя-пятью подачами снижать основность шлака по СаО:SiO₂ на 0,05-0,2 ед. от рабочей основности 1.05 ед., т.е. до 1,0-0,85 ед. изменением соотношения агломерата и частично офлюсованных окатышей в рудной части шихты с 68,1%:31,9% до (60-40)%:(40-60)%.

Использование такого приема промывки пространства печи от щелочных элементов позволило избежать появления цианидов в воде газоочистки выше ПДК (промывка проведена с началом повышения их содержания в воде оборотного цикла выше 52,4 мг/л по сравнению с примером 3).

Ровность хода печи и расход кокса остались стабильными.