Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2469099

(19)

RU

(11)

2469099

(13)

C1

(51) МПК C21B5/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 07.12.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011122079/02, 31.05.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

31.05.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 31.05.2011

(45) Опубликовано: 10.12.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2359040 С1, 20.06.2009. RU 2295573 С1, 20.03.2007. RU 2119958 С1, 10.10.1998. UA 8262 U, 15.07.2005. WO 2008131614 А1, 06.11.2008.

Адрес для переписки:

654043, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ш. Космическое, 16, ОАО "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат", Патентно-лицензионный отдел , О.Ф. Володиной

(72) Автор(ы):

Никитин Леонид Дмитриевич (RU),

Портнов Леонид Владимирович (RU),

Чуднова Надежда Тихоновна (RU),

Бугаев Сергей Федорович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат" (ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК") (RU)

(54) СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменной печи, работающей с использованием в шихте титаномагнетитового сырья. Способ доменной плавки включает загрузку в печь железорудного шихты и кокса, подачу в фурмы нагретого, обогащенного кислородом дутья, природного газа, выпуск чугуна и шлака и одновременное увеличение расхода кислорода на 0,15-0,20% по отношению к дутью и основности шлака на 0,010-0,015 при повышении концентрации титана в чугуне на 0,01%, сверх 0,10%. В центральную зону колошника доменной печи дополнительно загружают окисляющую добавку с содержанием монооксида железа 20-50%, крупностью 5-100 мм, в количестве 0,5-15,0% от расхода железорудной шихты. Использование изобретения обеспечивает ровный, форсированный ход доменной печи, повышение производительности, снижение удельного расхода кокса и потерь чугуна со шлаком. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах, работающих с использованием в шихте титаномагнетитового сырья.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку кокса, рудной части шихты и добавок для промывки горна с содержанием монооксида железа 20-40% крупностью 5-200 мм, загружаемых в центральную зону доменной печи совместно с коксом в соотношении 1:4-1:20 в количестве 2,5-10% от общего расхода рудной части шихты. В качестве добавки для промывки горна используют агломерат, железосодержащие брикеты и руду с содержанием монооксида железа 20-25% (Патент RU 2295573, С21В 5/00, опубл. 20.03.2007 г.).

Недостатком данного способа является пониженная производительность и повышенный расход кокса из-за малого количества добавок в шихте и низкого содержания монооксида железа в них.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудного (в т.ч. титаномагнетитового) сырья и кокса, подачу в фурмы нагретого, обогащенного кислородом дутья, природного газа, выпуск чугуна и шлака, одновременное увеличение расхода кислорода на 0,15-0,20% по отношению к расходу дутья и основности шлака на 0,010-0,015, при повышении концентрации титана в чугуне на каждые 0,01% сверх 0,10% (Патент RU 2359040, С21В 5/00, опубл. 20.06.2009 г.).

Недостатком данного способа является ограниченное воздействие принимаемых мер (преимущественно в фурменной зоне) на ослабление процессов образования тугоплавких соединений титана, улучшение свойств шлака и работы горна при превышении предела растворимости титана в чугуне, что снижает производительность и увеличивает расход кокса.

Специфика доменной плавки титаномагнетитового сырья связана с неравновесностью шлаков, содержащих оксиды титана, которые в условиях доменной плавки, восстанавливаясь твердым углеродом через ряд промежуточных оксидов образуют тугоплавкие соединения на основе двухвалентного титана (ТiO), карбидов и карбонитридов титана (TiC, TiNC), образующихся вследствие ограниченной растворимости титана в чугуне и выделяющегося из расплава на контактных поверхностях «металл-кокс-шлак». Эти соединения повышают гетерогенность и видимую вязкость шлака, обуславливают напряженность шлакового режима плавки титаномагнетитового сырья, ухудшают дренажную способность горна, усиливают зарастание горна и желобов, увеличивают потери чугуна со шлаком, снижая производительность доменной печи и повышая расход кокса.

Целью изобретения является обеспечение ровного, форсированного хода доменной печи, повышение производительности, снижение удельного расхода кокса и потерь чугуна со шлаком за счет технических мер, направленных на ослабление процесса развития образования тугоплавких соединений титана, улучшение физико-химических свойств шлака, повышение дренажной способности и активизации работы горна в его центральной зоне.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе доменной плавки, включающем загрузку в печь железорудного сырья и кокса, подачу в фурмы нагретого, обогащенного кислородом дутья, природного газа, выпуск чугуна и шлака и одновременное увеличение расхода кислорода на 0,15-0,20% по отношению к дутью и основности шлака на 0,010-0,015 при повышении концентрации титана в чугуне на 0,01%, сверх 0,10%, согласно изобретению в центральную зону колошника доменной печи дополнительно загружают окисляющую добавку с содержанием монооксида железа 20-50%, крупностью 5-100 мм, в количестве 0,5-15,0% от расхода железорудной части шихты.

Технический эффект при реализации заявленного способа доменной плавки достигается повышением окисленности шлака в центральной зоне горна за счет высвобождающегося (при восстановлении) кислорода окисляющей добавки, при повышении содержания титана в чугуне сверх 0,10%. Это создает в центральной зоне горна физико-химические условия, способствующие развитию процесса окисления титана и его тугоплавких соединений, вследствие большего (по термодинамике) сродства титана к кислороду (чем у железа), улучшает физико-химические свойства шлака и дренажную способность коксовой насадки, активизирует работу горна доменной печи.

В совокупности с повышением основности шлака, окисленности дутья и шлака снижается образование и выделение из расплава свободного титана (практически до минимума) по всему сечению горна доменной печи.

Восстановление титана, как правило, происходит на поверхности кусков кокса, поэтому вследствие прямого контакта с углеродом кокса некоторая часть восстановленного и не растворившегося в металле титана успевает расходоваться на границе раздела фаз «металл-кокс-шлак» на образование карбидов (TiC) и карбонитридов (TiNC). В окислительной среде реакции их образования являются обратимыми и протекают в направлении распада карбидов и карбонитридов.

Процесс образования тугоплавких соединений титана значительно лимитируется окисленностью среды (дутья и шлака). При значительном развитии окислительных процессов по сечению горна (в области фурм и центральной зоне), образование тугоплавких соединений практически затухает. Очевидно, что развитие окислительных процессов титана и его тугоплавких соединений в горне пропорционально степени окисленности среды и тепловому состоянию горна, с уровнем теоретической температуры горения в пределах 2100-2200°С. Практикой работы доменных печей доказано, что при этом уровне теоретической температуры горения достигается стабилизация температурного поля и теплового состояния горна, улучшение физико-химических свойств титанистых шлаков.

Загрузка в центральную зону колошника доменной печи окисляющей добавки в количестве 0,5-15,0% от расхода железорудной части шихты, содержащей 20-50% монооксида железа, крупностью 5-100 мм, позволяет активизировать окислительные процессы в центральной зоне горна за счет повышения окисленности первичных и промежуточных шлаков, а также обеспечивает потенциал, необходимый для разрушения карбидов и карбонитридов, улучшения свойств шлаков, дренажной способности коксовой насадки и работы центральной части горна.

Содержание монооксида железа в окисляющей добавке менее 20% не обеспечивает достаточного развития процессов окисления титана и его тугоплавких соединений, из-за недостаточного количества высвобождающегося кислорода, а содержание его более 50% - нецелесообразно из-за высокой себестоимости ее производства и выплавляемого чугуна, не компенсируемого улучшенными показателями доменной плавки.

Загрузка окисляющей добавки в количестве менее 0,5% от расхода железорудной части шихты нежелательна вследствие снижения эффективности окислительных процессов, а более 15,0% - способствует чрезмерному развитию окислительных процессов с поглощением большого количества тепла, вызывающих похолодание горна.

При загрузке в центральную зону колошника окисляющей добавки крупностью менее 5 мм происходит нарушение газодинамического режима процесса плавки из-за повышения общего перепада давления газа в печи, а при ее загрузке крупностью более 100 мм - не обеспечивается полное ее усвоение, ухудшается работа горна, снижается производительность печи и повышается расход кокса.

Пример. Предлагаемый способ доменной плавки реализован на доменной печи полезным объемом 3000 м 3 , оборудованной роторным загрузочным устройством и выплавляющей передельный чугун с использованием в шихте железорудного сырья (в т.ч. титаномагнетитового).

Перед загрузкой шихты в доменную печь из окисляющей добавки, содержащей монооксид железа, отсеивали фракции менее 5 мм и более 100 мм, определяли ее химический состав.

В доменную печь загружали железорудное сырье (56 т) и кокс (14,2 т). Железорудная часть шихты состояла из 85% агломерата (47,6 т) и 15% (8,4 т) титаномагнетитового сырья (окатышей Качканарского ГОКа). Загрузка шихты на поверхность колошника осуществлялась по девяти равновеликим кольцевым зонам на фиксированные (6, 5, 4 и т.п.) или переменные (6-5, 7-4, 0-0 и т.п.) радиусы зон. При этом 15% железорудных материалов загружалось в центральную зону печи, 40% - в промежуточную и 45% - периферийную.

Через воздушные фурмы подавали нагретое (до температуры 1190°С), обогащенное кислородом (27,62%) дутье и природный газ. Расход дутья составлял 4400 нм 3 /мин, кислорода на обогащение дутья - 23 тыс. м 3 /ч, природного газа - 23 тыс. м 3 /ч, содержание титана в чугуне - 0,10%, основность шлака по CaO/SiO 2 - 1,01 ед.

При повышении содержания титана в чугуне на 0,01%, сверх 0,10%, в процессе плавки одновременно увеличивали расход кислорода на 0,15-0,20% (на 460 м 3 /ч, т.е. на 0,175%) по отношению к дутью и основности шлака на 0,010-0,015 ед. (на 0,0125 ед.) и, дополнительно, в центральную зону колошника доменной печи загружали окисляющую добавку с содержанием монооксида железа 35,1% в количестве 7,75% (4,34 т) от расхода железорудной части шихты (вариант 4). Окисляющую добавку загружали роторным распределителем в центральную зону колошника доменной печи (радиус выгрузки 4-0) при укладке шихты по девяти кольцевым зонам.

Результаты промышленных доменных плавок предлагаемого способа (варианты 2-6) в сравнении с прототипом (вариант 1) приведены в таблице.

Как видно из таблицы, оптимальные результаты при осуществлении заявляемого способа доменной плавки были достигнуты при параметрах, указанных в вариантах 3-5: фактическая производительность доменной печи составила 101,53%, а удельный расход кокса - 98,92%.

В вариантах 2 и 6 при заграничных значениях заявляемого способа доменной плавки производительность доменной печи уменьшалась, а расход кокса увеличивался по сравнению с прототипом (вариант 1). Производительность доменной печи составила 99,97%, а удельный расход кокса - 100,12 и 100,10% соответственно.

Таблица

Показатели

Ед.

Варианты

изм.

1

2

3

4

5

6

Количество кокса в подачу

т

14,2

14,2

14,2

14,2

14,2

14,2

Количество железорудной части шихты

т

56

56

56

56

56

56

Количество окисляющей добавки

т

-

0,2

0,3

4,3

8,4

8,5

Количество окисляющей добавки от расхода железорудной части шихты

%

-

0,4

0,5

7,75

15,0

15,2

Содержание монооксида железа в окисляющей добавке

%

-

19,8

20,0

35,1

50,0

50,1

Крупность окисляющей добавки

мм

-

4,6

5,0

52,6

100,0

102,3

Содержание титана в чугуне

%

0,10

0,11

0,11

0,11

0,11

0,11

Основность шлака

ед.

1,01

1,019

1,020

1,0225

1,025

1,026

Изменение основности

-«-

0,009

0,010

0,0125

0,015

0,016

Расход кислорода

тыс. м 3 /ч

23,0

23,37

23,40

23,46

23,53

23,55

Изменение кислорода

%

0,14

0,15

0,175

0,20

0,21

Расход природного газа

тыс. м 3 /ч

23,0

24,2

24,2

24,2

24,3

24,3

Концентрация кислорода в дутье

%

27,62

27,72

27,74

27,76

27,77

27,78

Расход дутья

нм 3 /мин

4400

4403

4403

4403

4402

4400

Температура дутья

°С

1190

1191

1189

1190

1189

1189

Производительность

%

100,0

99,97

100,12

101,53

101,0

99,97

Удельный расход кокса

%

100,0

100,12

99,86

98,92

99,26

100,10

Загрузка в центральную зону колошника доменной печи окисляющей добавки с содержанием монооксида железа 20-50%, крупностью 5-100 мм, в количестве 0,5-15,0% от расхода железорудной части шихты, позволила улучшить газодинамический режим плавки, физико-химические свойства титанистого шлака, дренажную способность коксовой насадки, активизировать работу горна. Удельная производительность доменной печи увеличилась на 1,5%, а удельный расход кокса уменьшился на 1,1%.

Использование предлагаемого способа доменной плавки свидетельствует об улучшении основных технико-экономических показателей доменной плавки: увеличена производительность доменной печи и снижен удельный расход кокса за счет повышения ровности хода печи.

Предлагаемый способ доменной плавки промышленно применим на доменных печах металлургических предприятий России, не требует капитальных затрат и обеспечивает получение передельного чугуна с низкой себестоимостью.

Формула изобретения

Способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудной части шихты, содержащей титаномагнетитовое сырье, и кокса, подачу в фурмы нагретого, обогащенного кислородом дутья, природного газа, выпуск чугуна и шлака и одновременное увеличение расхода кислорода на 0,15-0,20% по отношению к дутью и основности шлака на 0,010-0,015 при повышении концентрации титана в чугуне на 0,01%, сверх 0,10%, отличающийся тем, что дополнительно в центральную зону колошника доменной печи загружают окисляющую добавку с содержанием монооксида железа 20-50%, крупностью 5-100 мм, в количестве 0,5-15,0% от расхода железорудной части шихты.