способ доменной плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках

Формула изобретения

Способ доменной плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках с содержанием Al₂О₃ и MgO от 5 до 20% каждого, включающий загрузку в печь железорудной шихты, содержащей глиноземистые и магнезиальные добавки, вдувание высокотемпературного комбинированного дутья, получение чугуна и конечного шлака, отличающийся тем, что железорудную шихту с глиноземистыми и магнезиальными добавками формируют с кремниевым модулем SiO₂/Al₂О ₃ 2,2-2,5 и с магнезиальным показателем MgO/(CaO+MgO) 0,30-0,35, обеспечивающими получение низкосернистого чугуна и конечного шлака основностью CaO/SiO₂ 0,78-0,92.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в доменном производстве при выплавке передельного чугуна на магнезиально-глиноземистых шлаках.

Известен способ доменной плавки на двухкомпонентной рудной части шихты, состоящей из низкоосновной рудной части шихты, состоящей из низкоосновных окатышей и высокоосновного агломерата (основностью 2,0-2,3) [1].

Недостатком указанной шихты является то, что низкоосновные окатыши и высокоосновный агломерат резко отличаются по температурам размягчения (для низкоосновных окатышей 1440-1470°С, для высокоосновного агломерата 1220-1280°С), что приводит к ухудшению газопроницаемости шихты и условий шлакообразования, а также к увеличению зоны шлакообразования.

По предлагаемому способу в состав рудной части доменной шихты дополнительно вводят демпферный агломерат такого химического состава, который имеет промежуточную температуру размягчения и позволяет получать увеличенную прочность компонентов, высокую газопроницаемость шихты. Расход демпферного агломерата с основностью 0,7-1,1 составляет 10-40%. Однако у такого способа доменной плавки основными недостатками являются повышенный расход кокса и повышенный выход шлака.

Известен способ доменной плавки высокомагнезиального железорудного сырья с массовой долей магнезии 19-25%, включающий загрузку в печь шихты, вдувание высокотемпературного комбинированного дутья, введение в шихту борсодержащих добавок [2]. Способ позволяет снижать перегрев шлака на 40-70°С. Его недостатком является то, что перерасход кокса и вероятность оползания гарнисажа, хотя и в меньшей мере, но сохраняются. При этом борсодержащие добавки относятся к дорогостоящим материалам.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ доменной плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках с содержанием Al₂О₃ и MgO от 5 до 30% каждого, включающий вдувание высокотемпературного комбинированного дутья и поддержание температуры конечных шлаков на 200-300°С выше температуры ликвидуса [3].

Недостатком этого способа является необходимость перегрева шлаков выше нормального и создания более высокого уровня теплового состояния горна, что требует дополнительного расхода кокса и может приводить к оползанию гарнисажа.

Технической задачей изобретения является устранение недостатков способов-аналогов и прототипа, т.е. необходимости перегрева шлака выше точки ликвидуса на 130-230°С, повышение содержания железа в шихте за счет уменьшения количества шлакообразующей ее части, увеличение производительности печи и повышение качества чугуна за счет стабилизации состава и свойств шлака.

Техническим результатом изобретения является обеспечение достаточной жидкотекучести и серопоглотительной способности шлака при пониженной его основности в нормальных тепловых условиях работы горна без перегрева.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе доменной плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках с содержанием Al₂О₃ и MgO от 5 до 20% каждого, включающем загрузку в печь железорудной шихты, содержащей глиноземистые и магнезиальные добавки, вдувание высокотемпературного комбинированного дутья, получение чугуна и конечного шлака, согласно изобретению железорудную шихту с глиноземистыми и магнезиальными добавками формируют с кремниевым модулем SiO₂/Al₂О ₃ 2,2-2,5 и магнезиальным показателем MgO/(СаО+MgO) 0,30-0,35, обеспечивающими получение низкосернистого чугуна и конечного шлака основностью СаО/SiO₂ 0,78-0,92.

Предлагаемый способ основан на нескольких факторах. Первый состоит в том, что на диаграмме вязкости шлаков в системе "СаО - SiO₂ - Al₂О ₃" отражающая значения кремниевого модуля в указанном пределе сопрягается с областью, где необходимая вязкость шлака может быть получена при минимальном количестве СаО. Необходимая серопоглотительная способность конечного шлака может быть обеспечена добавками извести, но в этом случае будет увеличиваться вязкость шлака. Достаточная вязкость и серопоглотительная способность шлака могут быть обеспечены добавками магнезии. Мотивацией такой замены является то, что введение магнезии, в отличие от извести, не только не приводит к уменьшению температурного предела, в котором сохраняется достаточно низкая вязкость конечных шлаков, но даже приводит к ее снижению. Магнезия разрушает силикатный комплекс СаО*SiO₂, что освобождает СаО и повышает его активность по отношению к сере, т.е. серопоглотительная способность шлака увеличивается при сохранении количества извести.

Кроме того, магнезиальные шлаки, обладая большим теплосодержанием по сравнению с обычным, повышают физическое тепло чугуна и улучшают его обессеривание даже при меньшем удельном выходе шлака. Особенно заметное действие магнезия оказывает на относительно более кислые шлаки основностью СаО:SiO₂<1,0.

Сложный характер влияния магнезии на вязкость шлаков объясняется тем, что первоначально она разрушает в расплаве одинарные пироксеновые цепочки волластонита и диопсида, заменяя их более простыми изолированными группами, характерными для монтигеллита CaMgSiO ₄.

В то же время повышение содержания магнезии в шлаке >20% приводит к неустойчивому шлаковому режиму, к резкому повышению вязкости при небольшом похолодании горна из-за выпадения в расплаве кристаллов шпинели (MgO*Al₂О ₃).

По предлагаемому способу степень замены извести магнезией оценивается по магнезиальному показателю MgO/(СаО+MgO), который должен находиться в пределах 0,30-0,35. Основность шлака по показателю СаО/SiO₂ при значениях кремниевого модуля 2,2-2,5 и магнезиального показателя 0,30-0,35 будет находиться в пределах 0,78-0,92.

Наведение конечного шлака с указанными характеристиками за счет соответствующего формирования шихты с добавками обеспечит получение физически нагретого низкосернистого, т.е. кондиционного чугуна.

Вторым фактором является то, что не все железные руды России характеризуются кремниевым модулем в прилагаемых пределах. Эти значения генетически обусловлены только для железных руд месторождений Уральского региона (Тагило-Кушвинские, Северопесчанское), а также месторождения Сибири (Коршуновское). При использовании в доменной плавке руд других месторождений для обеспечения должного значения кремниевого модуля низкоосновного шлака в шихту необходимо вводить глиноземистые добавки, в том числе обычный глинозем.

Способ был опробован на доменной печи объемом 1513 м³. В обычном режиме плавки (по способу-прототипу) железорудную часть шихты составляли из агломерата Высокогорского ГОКа (ВГОК-1) и Михайловских окатышей. В шихту вводили известняк. Опытную шихту составляли из агломерата ВГОК-2, в котором содержание магнезии повышали за счет ввода в аглошихту Бакальского сидерита. Известняк не вводили. Состав материалов представлен в табл.1.

Таблица 1 Химический состав шихтовых материалов
Материал	Содержание, %
	Fe	FeO	CaO	SiO2	Al 2O3	MgO
Агломерат ВГОК-1	57,40	12,91	6,71	6,41	2,65	2,76
Агломерат ВГОК-2	58,11	14,20	5,55	6,04	2,44	3,00
Михайловские окатыши	63,50	1,20	0,74	8,49	0,15	0,27
Известняк	4,10	-	51,80	0,63	-	0,36
Зола кокса	6,31	-	5,08	50,60	23,00	1,95

Обычная и опытная плавки проходили в одинаковом режиме. Доменная печь работала с расходом дутья 2550-2560 м ³/тч при содержании кислорода в дутье 24,5-26,5%. Средняя температура колошникового газа составляла 300-330°С. Давление дутья было в пределах 250 кПа при избыточном давлении колошникового газа 120 кПа. Обработка продуктов плавки проходила в штатном режиме.

Основные показатели плавок и характеристика продуктов плавки в сопоставляемых периодах приведены в таблице 2.

Таблица 2 Основные показатели работы доменной печи и характеристика продуктов плавки
Показатели, характеристика	Режим работы
	по прототипу	опытный
Производительность, т/сутки	3011	3247
Удельный расход кокса, кг/т чугуна	446	444
Расход кг/т чугуна:
агломерат ВГОК-1	1290	-
агломерат ВГОК-2	-	1598
Михайловские окатыши	319	-
известняк	36	-
Чугун:
содержание серы, %	0,019	0,020
содержание кремния, %	0,47	0,51
Шлак: выход, кг/т чугуна	425	372
химический состав, %: СаО	34,5	29,5
SiO2	36,8	36,275
Al2O3	13,10	16,2
MgO	11,90	15,15
Основность СаО/SiO2 , д. ед.	0,94	0,81
Кремниевый модуль SiO 2/Al2O3, д.ед	2,81	2,24
Магнезиальный показатель MgO/(СаО+MgO)	0,256	0,339

Данные табл.2 показывают, что замена извести магнезией при значениях кремниевого модуля 2,4 и магнезиального показателя 0,339 обеспечивает жидкоподвижность и серопоглотительную способность шлака, необходимые для получения низкосернистого кондиционного чугуна. Использование в качестве добавки железорудного материала с повышенным содержанием MgO приводит к уменьшению выхода шлака с 425 до 372 кг/т чугуна и сокращению удельного расхода кокса с 446 до 444 кг/т чугуна. За время проведения опытных плавок по предлагаемой технологии доменной плавки производительность печи по суткам увеличивалась от 2 до 10% в сравнении со способом-прототипом.

Кроме того использование в шихте добавок с повышенным MgO создает резерв в изменении содержания железа в шихте при введении и глиноземистых добавок, если это потребуется при использовании железорудных материалов с повышенным кремниевым модулем.

Анализ приведенных в таблице №2 данных показал, что при использовании предлагаемого способа восстановительно-тепловая работа горна становится более равномерной, кроме того, за счет соответствующего формирования шихты с добавками магнезии обеспечивается получение физически нагретого низкосернистого чугуна.

Использование предлагаемого способа доменной плавки на магнезиально-глиноземистых шлаках по сравнению с прототипом обеспечивает следующие преимущества:

- сокращение периодов расстройств хода печи и повышенных энергозатрат;

- повышение стабильности химического состава и температуры чугуна;

- снижение выхода шлака;

- увеличение производительности печи.

Реализация предложенного технического решения позволит значительно улучшить технико-экономические показатели доменной плавки.

Источники информации

1. SU №981363, С21В 5/02, опубл. 15.12.1982.

2. SU №502941, С21В 5/00, опубл. 15.02.1976.

3. RU №1749232, С21В 5/02, опубл. 23.07.1992 - прототип.