Результат интеллектуальной деятельности: Шихта для производства ванадиевого чугуна

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к шихте для производства ванадиевого чугуна.

Известна шихта для производства чугуна [1] (патент на изобретение РФ №2369639, МПК⁸ С21В 5/02, 2006), содержащая железорудное сырье, металлодобавки, промывочные материалы, кокс, известняк и/или известь, ванадийсодержащую шлакометаллооксидную смесь (ШМОС) с содержанием V₂O₅ равным 8-25% в количестве 0,2-1,0% от массы шихты. В качестве ванадийсодержащей ШМОС использованы конвертерный ванадийсодержащий скрап, ванадиевые отходы. При этом соотношение компонентов составляет, мас %: металлодобавки 1,4-3,5; промывочные материалы - 0,3-1,2; кокс - 18,0-28,0; известняк и/или известь - 2,0-4,0; ванадийсодержащая шлакометаллооксидная смесь - 0,2-1,0; железорудное сырье - остальное.

Недостатком указанной шихты является использование в качестве топлива только кокса - без возможности снижения его расхода и вдувания пылеугольного топлива, а также необходимость использования дополнительных материалов (известняка, промывочных материалов), которые при определенной композиции шихтовых материалов не используются.

Наиболее близким по технической сущности является шихта для производства ванадиевого чугуна [2] (Патент на изобретение РФ, №2515709, МПК⁶ С21В 5/00, 2006), содержащая высокоосновный агломерат и/или неофлюсованные окатыши, доменный ванадийсодержащий железофлюс, металлургический кокс, пековый кокс, железо и ванадийсодержащие добавки. При этом соотношение компонентов составляет, мас. %: железосодержащие добавки 0,3-2,0; ванадийсодержащие добавки 0,2 1,5; металлургический кокс 15-20; пековый кокс 0,1-2,0; доменный ванадийсодержащий железофлюс 6,0-12,0; высокоосновный агломерат и/или неофлюсованные окатыши - остальное, при этом отношение пекового кокса к металлургическому коксу составляет 1:(7,5-200).

Недостатком такой шихты является обязательное использование в качестве топлива пекового кокса совместно с металлургическим коксом, без возможности использования пылеугольного топлива.

Техническим результатом, на достижении которого направлено данное изобретение, является снижение расхода железорудного сырья (неофлюсованных окатышей и/или высокоосновного агломерата), снижение расхода кокса, увеличение производительности доменных печей, а также повышение прихода ванадия в доменную плавку, что как следствие повышает извлечение товарного ванадия.

Технический результат достигается тем, что шихта для производства ванадиевого чугуна, содержащая железорудное сырье, металлодобавки, флюсы и кокс, дополнительно содержит металлопродукт от выплесков конвертеров (металлопродукт ВК) в количестве 3-25 кг/т чугуна при следующем соотношении компонентов, мас %.:

металлодобавки и флюсы - 0,5-8,0;

кокс - 13,0-21,0;

металлопродукт ВК - 0,1-1,0;

железорудное сырье - остальное.

При этом в качестве железорудного сырья используют высокоосновный агломерат и/или неофлюсованные окатыши, и/или доменный ванадийсодержащий железофлюс, а в качестве топлива используют кокс и/или пековый кокс или кокс и пылеугольное топливо.

Кроме того, в качестве металлодобавок используют продукты переработки отходов (шлак, скрап, отсев, окалина, шлак десульфурации и др.) доменного, сталеплавильного, прокатных и других металлургических производств и/или продукты и смеси на их основе, в виде фракционного состава или брикетов; в качестве флюсов используют известняк или известь, и/или кальцийсодержащие и/или марганецсодержащие материалы.

Металлопродукт ВК производится на дробильно-сортировочной установке участка переработки отвальных шлаков или на другой дробильно-сортировочной установке путем разделения и получения необходимой для доменного производства фракции 10-100 мм.

Введение металлопродукта ВК в шихту для производства ванадиевого чугуна в количестве 3-25 кг/т позволяет снизить расход железорудного сырья, улучшить технико-экономические показатели: снизить расход кокса, увеличить производительность доменных печей, а также повысить приход ванадия в доменную плавку, что как следствие повышает извлечение товарного ванадия.

При использовании металлопродукта ВК более 1,0% улучшается технико-экономические показатели доменной плавки, но ресурс использования продукта ограничен объемами его использования, а при расходе менее 0,1% - отсутствует эффективность его использования.

Содержание металлопродукта ВК в количестве 3-25 кг/т чугуна в шихте для производства ванадиевого чугуна является оптимальным. При использовании металлопродукта ВК менее 3 кг/т отсутствует эффективность его использования, а использовании более 25 кг/т невозможно из-за ограниченных объемов его образования.

Металлодобавки и флюсы вводятся в состав шихты для сокращения доли железорудного сырья, а также для корректировки содержания химических элементов в продуктах доменной плавки до требуемых значений. Пределы содержания металлодобавок и флюсов 0,5-8,0% получены опытно-экспериментальным путем, т.к. именно при таких соотношениях были получены наилучшие показатели выплавки качественного ванадиевого чугуна. При использовании металлодобавок и флюсов менее 0,5% эффективность добавок невысокая, а при расходе более 8,0% возникает необходимость вывода из состава шихты других составляющих, что не позволяет с максимальным эффектом использовать их преимущества.

В качестве металлодобавок используются продукты переработки отходов (шлак, скрап, отсев, окалина, шлак десульфурации и др.) доменного, сталеплавильного, прокатных и других металлургических производств или продукты и смеси на их основе, в виде фракционного состава или брикетов.

Кокс в шихте используют в качестве основного топлива, а использование пекового кокса и/или пылеугольного топлива (ПУТ) - это углеродсодержащие добавки, которые частично замещают дорогостоящий кокс, что в конечном итоге уменьшает себестоимость чугуна.

Пределы содержания кокса и/или пекового кокса и/или пылеугольного топлива 13,0-21,0% получены опытно-экспериментальным путем. При использовании этих компонентов менее 13,0% не обеспечивается ровный ход доменных печей из-за ухудшения газопроницаемости столба шихты, а при содержании кокса и пекового кокса в шихте более 21,0% снижается экономическая эффективность работы доменных печей.

В качестве примера осуществления изобретения приводятся показатели доменной плавки ванадиевого чугуна в условиях АО «ЕВРАЗ Нижнетагильского металлургического комбината».

Конкретные составы шихты определены опытно-экспериментальным путем в результате доменных плавок на печи большого объема (на доменной печи №5 АО «ЕВРАЗ НТМК»). Опытная плавка с содержанием металлопродукта ВК (предлагаемая шихта для производства ванадиевого чугуна) в сравнении с базовым периодом приведена в таблице 1.

Таблица 1 показывает, что наиболее рациональным является состав опытного периода 2, т.к. он позволяет увеличить содержание ванадия в чугуне с 0,484 до 0,506%, повысить производство чугуна на 266 т. в сутки, снизить расход железорудного сырья на 2 кг/т.

Результаты химического анализа металлопродукта ВК за опытный период приведены в таблице 2.

Сопоставительный анализ приведенных результатов испытаний показывает, что наиболее рациональными при выплавке ванадиевого чугуна с использованием предлагаемых материалов является состав плавки №2, т.к. он позволил снизить расход железорудного сырья на 2 кг/т чугуна и повысить содержание ванадия в чугуне на 0,022% (на 4,5% отн.), а также повысить производительность доменной печи и снизить расход кокса.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ патентов и научно-технической информации выявил отсутствие признаков, сходных с признаками, которые присуще в предлагаемом техническом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Использование заявленной шихты с использованием металлопродукта ВК позволяет обеспечить:

1) снижение расхода железорудного сырья (неофлюсованных окатышей и/или высокоосновного агломерата);

2) снижение расхода кокса;

3) увеличение производительности доменных печей;

4) повышение прихода ванадия в доменную плавку, и как следствие увеличение извлечения товарного ванадия.

Опытная проработка и использование предлагаемого технического решения на АО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат» подтверждает соответствие критерию «промышленная применимость изобретения».

Источники информации

[1] Патент на изобретение РФ №2369639, МПК⁸ С21В 5/02, 2006;

[2] Патент на изобретение РФ, №2515709, МПК⁶ С21В 5/00, 2006.