способ промывки доменной печи

Формула изобретения

Способ промывки доменной печи, включающий загрузку подачами в печь железорудного сырья и промывочного компонента в виде брикетов, отличающийся тем, что перед загрузкой подач с брикетами за предшествующие ей пять суток устанавливают основность шлака по (CaO+MgO)/SiO ₂ в пределах 0,90-0,95 от средней величины основности и содержание кремния в чугуне в пределах 1,15-1,25 от средней величины его содержания в чугуне и загрузку брикетов, содержащих элементы со следующим соотношением их по массе: O_Fe/Fe=0,29-0,38, где Fe, O_Fe - массовое содержание железа и кислорода, связанного с железом, соответственно CaO/SiO₂=0,005-0,59, осуществляют в циклическом режиме по станциям вращающегося распределителя шихты конусного загрузочного устройства или угловым положениям лотка лоткового устройства, при этом заменяют 30-100% железорудного сырья брикетами в 2-10% загруженных подач, загрузку брикетов проводят до уменьшения отношения нижнего перепада давления газов в печи в первой половине периода работы между выпусками продуктов плавки к величине нижнего перепада давления газов в печи во второй половине этого периода до 0,8-0,95.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ промывки горна доменной печи, включающий загрузку в печь промывочной шихты, состоящей из сварочного шлака и марганцевой руды (авторское свидетельство СССР № 802365, МКИ С21В 3/00). Способ обеспечивает промывку горна от коксового мусора железисто-марганцовистыми шлаками, образующимися из промывочной шихты. Недостатками способа являются, во-первых, присутствие в промывочной шихте сварочного шлака, который отсутствует на современных металлургических заводах с разливкой стали на машинах непрерывного литья заготовок, во-вторых, низкая результативность промывки зоны вязкопластичного состояния материалов в распаре и заплечиках доменной печи от мелкого кокса, ухудшающего газопроницаемость этой зоны. Низкая результативность связана с тем, что не предусмотрены оптимальные пределы корректировки основности шлака, нагрева печи, доли промывочного материала в подачах, режима промывки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ промывки горна доменной печи путем загрузки в печь промывочного компонента шихты - брикетов со следующими соотношениями содержащихся в них элементов и оксидов: C:Fe=0,05 0,15, Mn:Fe=0,03-0,2, CaO/SiO₂=0,6-1,2, MgO/Al ₂O₃=0,2-0,6, причем загрузку брикетов ведут в периферийную область колошника, ограниченную радиусами 0,85-0,5 радиуса колошника (патент № 2238329, МПК С21В 3/00). Данный способ имеет следующие недостатки: способ предназначен для промывки периферийной зоны горна и поэтому не обеспечивает промывку зоны вязкопластичного состояния материалов в распаре и заплечиках доменной печи, а также ее осевой зоны малоподвижных материалов. В результате этого оказывается недостаточной проницаемость соответствующих зон для газов и жидких продуктов плавки, в связи с чем отсутствует прирост производительности доменной печи и снижение удельного расхода кокса.

Технической задачей изобретения является повышение производительности доменной печи и снижение удельного расхода кокса.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в известном способе промывки доменной печи, включающем загрузку подачами в печь железорудного сырья и промывочного компонента в виде брикетов, перед загрузкой брикетов за предшествующие ей пять суток устанавливают основность шлака по (СаО+MgO)/SiO ₂ в пределах 0,90-0,95 от средней величины основности и содержание кремния в чугуне в пределах 1,15-1,25 от средней величины его содержания в чугуне и загрузку брикетов, содержащих элементы со следующим соотношением их по массе: O_Fe/Fe=0,29-0,38, где Fe, O_Fe, - массовое содержание железа, и кислорода, связанного с железом, соответственно CaO/SiO₂=0,005-0,59, осуществляют в циклическом режиме по станциям вращающегося распределителя шихты конусного загрузочного устройства или угловым положениям лотка лоткового устройства, при этом заменяют 30-100% железорудного сырья брикетами в 2-10% загруженных подач, загрузку брикетов проводят до уменьшения отношения нижнего перепада давления газов в печи в первой половине периода работы между выпусками продуктов плавки к величине нижнего перепада давления газов в печи во второй половине этого периода до 0,8-0,95.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Перед загрузкой брикетов за предшествующие ей пять суток устанавливают основность шлака по (СаО+MgO)/SiO₂ в пределах 0,90-0,95 от средней величины основности. Пятисуточный период является минимальным, представительно характеризующим работу доменной печи. При соотношении менее 0,90 основность шлака по (СаО+MgO)/SiO₂ оказывается излишне низкой, что ведет к увеличению протяженности зоны вязкопластичного состояния материалов и соответственно к ухудшению показателей работы доменной печи по производительности и удельному расходу кокса. Кроме того, ухудшается качество чугуна по содержанию серы. При соотношении более 0,95 получающаяся основность шлака по (СаО+MgO)/SiO ₂ не позволяет осуществлять эффективную промывку от высокоосновных тугоплавких составляющих в виде ранкинита (3СаО·2SiO ₂) и ларнита (2СаО·SiO₂), что также ухудшает показатели работы доменной печи по производительности и удельному расходу кокса. Кроме того, увеличиваются длительность промывки и расход промывочного компонента шихты в виде брикетов.

Перед загрузкой брикетов за предшествующие ей пять суток устанавливают содержание кремния в чугуне в пределах 1,15-1,25 от средней величины его содержания в чугуне. В предложенном интервале содержания кремния в чугуне создаются наиболее благоприятные условия для промывки от высокоосновных тугоплавких составляющих, мелочи кокса и "спели". При соотношении менее 1,15 появляются расстройства работы печи в связи с похолоданием, что снижает производительность доменной печи и увеличивает удельный расход кокса. Кроме того, приходится расходовать повышенное количество брикетов вследствие недостаточного нагрева печи. При соотношении более 1,25 избыточный нагрев печи ведет к увеличению подъемной силы газового потока, что вынуждает уменьшать интенсивность по дутью, а это сопровождается снижением производительности и повышением удельного расхода кокса.

Загрузка брикетов, содержащих кислород и железо с соотношением по массе O_Fe/Fe=0,29-0,38, обеспечивает поступление железа в виде трудновосстановимых оксидов FeO и Fe ₃O₄. Причем при соотношении 0,29 все железо поступает в виде FeO, а при соотношении 0,38 - полностью в виде Fe₃O₄. В интервале 0,29-0,38 часть железа поступает в виде FeO, a часть - в виде Fe₃O₄ . Это необходимо для достижения эффекта промывки от мелочи кокса и "спели" проведением реакций

При O_Fe/Fe выше 0,38 часть железа поступает в виде легковосстановимого оксида

Fe₂О₃. Получающийся из него Fe₃ О₄ по реакции Fe₂O₃+СО=Fe ₃O₄+CO₂ также обладает повышенной восстановимостью по сравнению с Fe₃O₄ из брикета и поэтому он превращается в FeO по реакции Fe₃ O₄+СО=FeO+CO₂ и не участвует в промывке. При

O_Fe/Fe ниже 0,29 часть железа поступает в металлическом состоянии и также не участвует в промывке.

Загрузка брикетов, имеющих основность CaO/SiO ₂=0,005-0,59, обеспечивает промывку печи от высокоосновных тугоплавких составляющих в виде ранкинита (3СаО·2SiO ₂) и ларнита (2СаО·SiO₂). Снижение основности CaO/SiO₂ до менее 0,005 требует значительного количества SiO₂, введение которого резко снижает содержание оксидов железа в брикете, что ухудшает промывку, увеличивает удельный расход кокса и снижает производительность доменной печи. В пределах основности 0,005-0,59 обеспечивается перевод ранкинита (3СаО·2SiO ₂) и ларнита (2СаО·SiO₂) в псевдоволластонит и волластонит (СаО·SiO₂) по реакциям

с понижением температуры плавления до обычных для доменной плавки величин. При более высокой основности брикета недостаточным оказываются количества SiO₂ в нем для перевода всего 3СаО·2SiO₂ и 2СаО·SiO ₂, накопившихся в доменной печи, в СаО·SiO₂ по реакциям (3) и (4).

Загрузку брикетов осуществляют в циклическом режиме по станциям вращающегося распределителя шихты конусного загрузочного устройства или угловым положениям лотка лоткового устройства для равномерного распределения их по окружности и сечению печи. На каждую из станций загружают порцию брикетов и цикл повторяют. При отклонении от равномерного распределения брикетов зоны печи отличаются по степени очистки от "спели", мелкого кокса и высокоосновных составляющих материалов, вследствие чего неравномерным оказывается распределение газов при движении через слой шихты, что ведет к ухудшению степени использования энергии газов и соответственно показателей работы печи по производительности и удельному расходу кокса.

Брикетами заменяют 30-100% железорудного сырья в 2-10% всех загруженных подач. При замене брикетами менее 30% железорудного сырья и в менее 2% всех загруженных подач промывочное действие не проявляется. При замене брикетами железорудного сырья в более 10% подачах происходит размывание гарнисажа горна, что создает угрозу разрушения футеровки, для недопущения которого приходится снижать интенсивность работы печи, что снижает производительность и увеличивает удельный расход кокса. При превышении количества брикетов до более 100% железорудного сырья недостаточным оказывается количество кокса для поддержания прежнего нагрева печи. Снижение нагрева печи сопровождается расстройством ее работы, что снижает производительность доменной печи и увеличивает удельный расход кокса.

Загрузку брикетов в изложенном режиме проводят до уменьшения отношения нижнего перепада давления газов в печи в первой половине периода работы между выпусками продуктов плавки к величине его во второй половине этого периода до 0,8-0,95. Этим показателем контролируют чистоту печи по высокоосновным тугоплавким составляющим, мелочи кокса и "спели". При их накоплении уменьшается емкость горна, то есть способность его размещать чугун и шлак между кусками кокса. Кроме того, ухудшается газопроницаемость материалов в нижней части печи. По этим причинам нижний перепад давления газов значительно изменяется в период накопления продуктов плавки между выпусками. Это проявляется как уменьшение отношения его величины в первой половине периода работы между выпусками продуктов плавки к величине во второй половине этого периода. Отношение нижнего перепада давления газов в первой половине периода работы печи между выпусками продуктов плавки к его величине во второй половине этого периода становится меньше 0,8. Проведение промывки в заявляемом режиме обеспечивает очистку зоны вязкопластичного состояния материалов в распаре и заплечиках доменной печи, а также зоны малоподвижных материалов осевой зоны от высокоосновных тугоплавких составляющих, мелочи кокса и "спели", что улучшает дренажную способность горна и газопроницаемость материалов в нижней части печи. Благодаря этому, отношение нижнего перепада давления газов в печи в первой половине периода работы между выпусками продуктов плавки к величине его во второй половине этого периода устанавливается в интервале 0,8-0,95, что сопровождается повышением производительности доменной печи и снижением удельного расхода кокса. При доведении этого соотношения до величин менее 0,8 промывочный эффект в виде повышения производительности и снижения удельного расхода кокса не проявляется. При величине этого соотношения более 0,95 происходит размывание гарнисажа горна, что создает угрозу разрушения футеровки, для недопущения которого приходится снижать интенсивность работы печи, что снижает производительность и увеличивает удельный расход кокса.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. На доменной печи полезным объемом 2014 м³ ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" с конусным загрузочным устройством при наступлении признака ухудшения дренажной способности коксовой насадки как уменьшение отношения нижнего перепада давления газов в первой половине периода работы между выпусками продуктов плавки к величине его во второй половине этого периода до менее 0,8 провели промывку в соответствии с заявляемым способом.

Основность шлака по (СаО+MgO)/SiO ₂ в предшествующие пять суток перед началом снижения ее составила 1,35. Поэтому на период промывки заданная величина этой основности составила

1,35×(0,90+0,95)72=1,25,

где (0,90+0,95)/2=0,925 - средняя величина от заявляемых пределов отношения основности в период промывки к ее величине в предшествующие пять суток перед началом снижения основности.

Содержание кремния в чугуне в предшествующие пять суток перед началом повышения ее составило 0,58%. Поэтому на период промывки заданная величина содержания кремния в чугуне составила

0,58×(1,15+1,25)/2=0,70%,

где (1,15+1,25)/2=1,20 - средняя величина от заявляемых пределов отношения содержания кремния в чугуне в период промывки к его величине в предшествующие пять суток перед началом повышения содержания кремния.

Массовое содержание в брикетах элементов и оксидов, определяющих заявляемые соотношения, составило, %:

Fe	FeO	Fe2O3	CaO	SiO2
59,6	53,8	25,6	0,22	12,6

Массовое содержание в брикетах кислорода, связанного с железом, составило

О_Fe=53,8×16/(56+16)+25,6×(16×3)/(56×2+16×3)=19,6%,

где 53,8 и 25,6 - содержание FeO и Fe₂ О₃ в брикетах соответственно, %;

16 и 56 - атомные массы кислорода и железа соответственно;

2 и 3 - количество атомов железа и кислорода в Fe₂ О₃.

Следовательно, соотношение O _Fe/Fe составило 19,6/59,6=0,33.

Соотношение CaO/SiO₂ составило 0,22/12,69=0,02. Низкая величина этого соотношения благоприятна для промывки от высокоосновных тугоплавких составляющих в виде ранкинита (3СаО·2SiO ₂) и ларнита (2СаО·SiO₂).

Таким образом, величины O_Fe/Fe и CaO/SiO₂ соответствовали заявляемым пределам.

Загрузку брикетов вели в циклическом режиме по шести станциям вращающегося распределителя шихты конусного загрузочного устройства - 0, 60, 120, 180, 240 и 300°. Для этого первую подачу с брикетами загрузили на станцию 0°, вторую - на станцию 60° и далее до 300° с последующим повторением такого цикла.

Брикетами заменили (30+100)/2=65% железорудного сырья, где 30 и 100 - заявляемые пределы заменяемой части железорудного сырья брикетами, %. Загрузку доменной печи при этом производили подачами, включающими 34 т железорудного сырья. Поэтому количество брикетов в подачах составило 34×65/100=22 т (округленно 20 т).

Брикетами заменяли железорудное сырье в (2+10)/2=6% всех загруженных подач, где 2 и 10 - заявляемые пределы количества подач, в которых железорудное сырье заменяют брикетами, %. Суточное количество загруженных подач равнялось 207. Поэтому количество подач с брикетами за сутки составило 207×6/100=12. Их брали через каждые два часа.

Такую загрузку провели до уменьшения отношения нижнего перепада давления газов в печи в первой половине периода работы между выпусками продуктов плавки к величине его во второй половине этого периода до (0,8+0,95)/2=0,875, где 0,8 и 0,95 - заявляемые пределы соотношения нижнего перепада давления газов в первой и второй половинах периода работы печи между выпусками продуктов плавки.

Показатели работы доменной печи после проведения промывки по заявляемому способу, прототипу и при отклонении промывки от предлагаемого способа представлены в таблице 1.

Параметры заявленного способа дали наилучшие результаты - снижение удельного расхода кокса после промывки по сравнению с прототипом составило 4,9 кг/т чугуна, повышение производительности - 2,0%.

Пример 2. На доменной печи объемом 1370 м³ ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" с лотковым загрузочным устройством при наступлении признака ухудшения дренажной способности коксовой насадки провели промывку в соответствии с заявляемым способом. При этом использовали брикеты эллипсовидной формы размером 35×38×20 мм, изготовленные на валковом брикетировочном прессе ПБВ-400/200-80.

На печи была установлена матрица загрузки

вид материала		К	К	К	Р	Р	Р	К	К	К	К	Р	Р	Р
номера		5	8	11	11	10	9	5	8	11	2	11	10	9
станций	4	7	11	10	9	8	4	7	11		10	9	8
лотка	3	6	10				3	6	10
где К - кокс; Р - железорудное сырье.

Загрузку брикетов вели в циклическом режиме по тем угловым положениям лотка лоткового устройства, в которые загружали железорудное сырье, - 8, 9, 10, 11 в соответствии с вышеуказанной матрицей. Подача включала 43 т железорудного сырья. Брикетами заменяли железорудное сырье в 6% всех загруженных подач. Количество брикетов в подачах составило 30 т. Количество подач с брикетами за сутки составило 8. Их брали через каждые три часа. Показатели работы доменной печи после проведения промывки по заявляемому способу, прототипу и при отклонении промывки от предлагаемого способа представлены в таблице 2. Параметры заявленного способа дали наилучшие результаты - снижение удельного расхода кокса после промывки по сравнению с прототипом составило 5,3 кг/т чугуна, повышение производительности - 1,9%.