Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку в печь кокса, железорудных материалов, флюсующих добавок, вдувание в печь нагретого обогащенного кислородом дутья и дополнительного топлива, загрузку твердой углеродсодержащей добавки в определенную кольцевую зону колошник [1]. Недостатком данного способа является то, что он предусматривает загрузку твердой углеродсодержащей добавки в зону, транспортирующую эту добавку в район фурменных очагов. Это позволяет применять согласно данному известному способу лишь такие углеродсодержащие добавки, которые выполняют лишь некоторые функции твердого топлива в доменной плавке (участие в реакции газификции, горение в фурменных очагах).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является известный способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку углеродсодержащей добавки в кольцевую зону колошника, ограниченную радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника. Недостатком данного известного способа, принятого за прототип, является то, что в нем в качестве углеродсодержащей добавки используется природный материал - шунгит, применение при выплавке передельного чугуна ограничено величиной 25-35 кг/т, превышение которой вызывает уменьшение коэффициента замены кокса шунгитом и снижает эффективность известного способа доменной плавки [2].

Технической задачей изобретения является устранение недостатков известных способов аналога и прототипа, снижение расхода кокса в доменной плавке, утилизация промышленных отходов углеродсодержащих материалов.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в известном способе доменной плавки, включающем загрузку в печь железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку углеродсодержащей добавки в заданную кольцевую зону колошника, в качестве углеродсодержащей добавки используют углеродсодержащие брикеты, полученные из природного или техногенного сырья и содержащие углерод, оксиды железа, кальция, кремния, магния, алюминия в соотношениях C:Fe=0,25...0,55, CaO:SiO₂=0,3...1,6, MgO:Al₂O₃=0,25...1,25 соответственно, причем загрузку брикетов ведут в кольцевую зону колошника, ограниченную радиусами 0,4...0,9 радиуса колошника.

Сущность изобретения заключается в следующем. Использование в качестве углеродсодержащей добавки брикетов из природного или техногенного сырья, содержащих углерод и оксиды железа, позволяет применять мелкий углеродсодержащий материал, который в составе брикета выполняет функцию восстановителя. Отношение содержаний углерода и железа в пределах 0,25...0,55 обеспечивает 100% металлизации оксидов железа железосодержащих материалов при различных содержаниях железа в брикете. Нижний предел относится к брикетам, содержащим 35-40% Fe с окисленностью (атомарным отношением O:Fe) 1,15...1,25, верхний - к брикетам, содержащим 45-50% Fe с окисленностью 1,4...1,45. Нижний предел учитывает также расход углерода на науглероживание железа, образующегося из железосодержащих материалов брикета. Уменьшение отношения C:Fe ниже 0,25 снижает экономию кокса, получаемую при использовании брикетов в качестве углеродсодержащей добавки в доменной плавке. Превышение верхнего предела приводит к образованию гетерогенного шлака из пустой породы брикета вследствие внедрения в шлак неизрасходованных частиц кокса или полукокса. Гетерогенный шлак имеет повышенную вязкость, низкую текучесть и уменьшает газопроницаемость нижней части печи как в зоне шлакообразования, так и в коксовой насадке под зоной шлакообразования, что приводит к снижению производительности печи.

Поддержание в брикетах отношений оксидов СаO:SiO₂ и MgO:Al₂O₃ соответственно в пределах 0,3...1,6 и 0,25...1,25 обеспечивает образование из пустой породы материалов брикета шлаков с относительно невысокой температурой кристаллизации (1300-1400°С), которые растворяются в жидких железистых первичных шлаках, образующихся из пустой породы других компонентов шихты (агломерат и окатыши). При этом нижнему пределу отношения CaO:SiO₂ соответствует верхний предел отношения MgO:Al₂O₃ и наоборот. Нижний предел отношения MgO:Al₂O₃, в свою очередь, соответствует повышенным содержаниям глинозема в образующихся шлаках (15-25%), а верхний предел - умеренному содержанию глинозема в этих шлаках (5-10%). Заданные пределы выбраны исходя из опытных данных, полученных при исследовании температур кристаллизации и вязкости синтетических и промышленных доменных шлаков различных заводов [3, 4].

Ограничение периферийной зоны колошника, куда загружается углеродсодержащая добавка-брикеты, пределами 0,4-0,9 радиуса колошника, исключает отрицательное влияние шлаков, образующихся из пустой породы материалов брикетов, на газопроницаемость нижней зоны печи. Расширение этих пределов в сторону центра печи вызывает замедление растворения этих шлаков в массе первичных шлаков из зоны шлакообразования. Расширение этих пределов в сторону периферии печи вызывает опасность настылеобразования с участием тугоплавких шлаков из пустой породы брикетов.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. На доменной печи объемом 1033 м³ выплавляли передельный чугун с использованием в шихте агломерата и окатышей. Печь работала на обогащенном кислородом дутье с вдуванием природного газа. Согласно изобретению в состав шихты ввели углеродсодержащую добавку в виде шламококсовых брикетов, изготовленных из сталеплавильных шламов и коксовой мелочи с использованием цементной связки. Брикеты загружали в периферийную зону колошника, ограниченную радиусами 0,5-0,8 радиуса колошника. Состав брикетов характеризовался следующими соотношениями элементов и оксидов: C:Fe=0,39, CaO:SiO₂=1,54, MgO:Al₂O₃=0,36. Полученные брикеты имели высокую прочность и их применение в шихте доменной печи не вызывало осложнений. В результате проплавки опытной партии 2000 т брикетов при среднем их расходе 120 кг/т чугуна расход кокса сократился на 23 кг/т.

Таким образом, способ доменной плавки согласно изобретению позволяет выплавлять чугун с пониженным расходом кокса за счет его частичной замены углеродсодержащей добавкой в виде брикетов, изготовленных с использованием углеродсодержащих отходов и природного или техногенного железосодержащего сырья. При этом решается проблема утилизации промышленных отходов.

Источники информации

1. Патент РФ №2042714, МКИ С 21 В 5/00, заявл. 26.06.1993, опубл. 27.08.1995, Бюл. №24.

2. Патент РФ №2186855, МКИ С 21 В 5/00, заявл. 24.04.2001, опубл. 10.08.2002, Бюл.№22.

3. Доменное производство. Справочник т.1. - M.: Металлургия, 1989, с.358 и 359.

4. Шлаковый режим доменных печей. - M.: Металлургия, 1967, с.149-157.